#科技與人文
科技與人文的連結
林一平
牛頓(Isaac Newton;1643-1727)。林一平繪
交通大學向以理工見長,我八年前擔任交大副校長,受媒體邀訪問如何整合科技與人文,讓科技人有人文素養。訪問之前,我先反問訪者,如何定義人文及科技。訪者愣住,人文及科技的差異,不是一望而知嗎?我接下來問,牛頓(Isaac Newton;一六四三至一七二七)大部分的作品屬於人文或科學?訪者說,當然屬於科學。我再問,歌德(Johann Wolfgang von Goethe;一七四九至一八三二)屬於人文或科學?訪者說,當然屬於人文。
其實牛頓的宗教作品是科學著作的八倍,發展出統一世界各地年代的時間軸,對歷史的宗教研究方法有極大貢獻。而歌德則由於在人類的胚胎中發現頜間骨,聞名於世。這兩個例子說明人們主觀認定,將人的專長簡單劃分為科技或人文是值得商榷的。
即使我們強分科技與人文,也應了解,兩者是一體的兩面。例如老子哲學說:「道者,物之所由」,而牛頓的運動第二運動定律 F=ma,當中F是「力」,m是「物」,而加速度a是「所由」,牛頓說的是:「力者,物之所由」。牛頓的物理觀念和老子的哲學想法很相近,不是嗎?又如《莊子》提到「一尺之極,日取其半,萬世不竭」,這正是牛頓發明微積分中的極限觀念。
每個人原本都能接受科技與人文的涵養,而在專業的訓練過程,被便宜行事的分類後,思考方式僵化,就無法兩者兼得了。那麼在理工大學如何讓學生能恢復或培養人文涵養?一般做法是要求學生選修通識課程。不過我的經驗,在通識課堂上還需要盡量舉例說故事,較易讓學生接受,若以學術論說方式教學,難以達到效果。
如何進一步連結學生的科技與人文涵養?我以苦思多年的心得,創造一個智慧美學的校園物聯網平台IoTtalk,讓學生發揮科技與人文的創意。如果科技是「真」,人文是「善」,則真與善都有呈現「美」的特質,自然可經由「美」來連結。例如利用我發展的IoTtalk物聯網技術在水池將噴泉和音樂結合,製造水舞的效果,增加花園的美感。工程背景的學生深入體會音樂的涵意,將之呈現於水流,很自然地增進其美學素養。
交通大學和德國後劇場(Post Theater)於二○一八年利用IoTtalk,聯合製作了六燃國際互動劇場,於新竹市「原日本海軍第六燃料廠 新竹支廠」舉行《無/非 紀念碑》(Nonuments)互動劇,從深厚的人文省思出發,以智慧科技融合劇場表演來進行對人的關懷,對歷史的探究,與國際社會對話。美學平台如何進一步發展充滿無限想像,我非常期待。
(作者為交大資工系終身講座教授、科技部前代理部長)
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【一個在山坡上遇土石流滾滾而下的故事】
試想一個情景
你走在一個山坡上
突然發現山頂上土石挾帶著雨水
滾滾向下衝來
這時要保命
你會怎做?
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【該怎保命?】
1.邊回頭看,邊努力地往山下跑,希望跑在土石之前,不要被土石流沖到。
2.迅速往山體兩側橫的跑去,試著避開土石流行進的路線。
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【土石流只會更快】
如果你知道牛頓第二運動定律(加速度定律)
那你就會知道千萬不要跟著土石流「競跑」
因為你終究跑不贏土石流
(根據牛頓第二運動定律,山坡有多長,土石流速度就會發展有多快;但你不可能也無限發展變成音速小子@@)
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【知識帶給人們的好處】
「知識不對等」會帶給人們迥然不同的結果。
股市、期貨、選擇權交易也是一樣。
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第1類往山下直奔的朋友
他很努力地跑
但他最後終究被土石流淹沒
於是他怨嘆老天爺對他不公
為什麼他這麼努力地跑、這麼憨厚的幹
卻得不到相對應的回報?
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第2類往山體兩側橫向閃開土石流的朋友
因為他事先有學習、有知識
所以遇到問題時
他利用智慧躲開了危險
躲開危險的當下並不費力
但在這次遇到危險之前
他確實也曾經花心力努力地「學習知識」
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【同款的努力,不同款的內涵。】
兩類朋友一樣都曾「努力過」
但前者是努力地在老鼠圈裡奔跑
怎跑都跑不出圈圈
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後者不斷讓自己「知識升級」
甚至清楚知道「加速度定律」後
他還可以造火箭上太空!
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一位努力地跑,終究被土石流淹沒;
一位努力地學習知識,最後上外太空。
同樣是努力,方向要對、內涵要對。
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【精準學習】
上面這是我在<精準學習>這本書裡看到的一個例子
倘若你的學習不夠精準、不夠正確
哪怕你再努力
最後會發現不只是做白工,更到頭一場空。
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✔我們是要努力鍛鍊自己的肌耐力,然後跑贏土石流?
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加速度定律例子 在 馮智政 Facebook 的最佳解答
點解我在大學讀物理時唔係咩教呢?
【廣義相對論的時空扭曲—真曲還是假曲?】
見到網上有個圖話日本有件衫,上面畫咗啲彎曲網格,可以平胸扮大胸,真係好搞笑,咁啱呢個概念同廣義相對論嘅時空扭曲同座標選取有好多相似之處,當然要攞黎講吓!
愛因斯坦的廣義相對論到底說甚麼?簡單來說,它是一個更重力理論(即牛頓的萬有引力),但它以時空扭曲的概念來代引力。相對論說在大質量的星體附近,時空被扭曲,就好像一個重球把橡皮墜彎了一樣 [1]。另一個星體在附近經過,便會因為扭曲的時空而走了彎路,這就解釋了兩個星體之間的引力(圖一)。
但其實觀察者的加速度一樣會造成類似重力的現象。舉日常生活的例子,如果升降機向上加速,裡面的人便會感受到有一股額外的力把他們拉向地下,他們身體好像變得比平時更為沉重。加速度好像能造成類似重力的效應 [2]。愛因斯坦認為,在足夠細小的時空中,加速度可以造成等價於重力的效應,我們完全無法分辦兩者,這種局部的等價稱為「等效原理」(Principle of Equivalence),是廣義相對論的基礎。但如果我們宏觀地看,加速度造成的效應始終不同於重力,重力是物質造成的,隨距離變化,例如是太陽和地球也會產生重力,互相吸引,這肯定不是觀察者加速的結果。
物理上如何分辦真正的重力和加速度的效應呢?愛因斯坦認為關鍵在於時空的曲率。他提出著名的「愛因斯坦場方程」(Einstein’s field equations),說明真正的重力是物質擁有的能量與動量產生的,它是重力的源頭,導致時空扭曲,使描述時空曲率的愛因斯坦張量不等於零(圖二)。
那麼加速的觀察者又怎樣?原來在廣義相對論中,不同運動狀態的觀察者相當於選取了不同的座標系統。即使空間中沒有重力源,即時空是平坦的,觀察者仍然可選擇不同的座標。靜止或勻速運動的觀察者大致相當於選擇了一個均勻的直線座標(圖三(a)),而加速的觀察者就大致相當於選擇了間隔不均勻的座標,在更一般的座標變換中,觀察者更可選擇彎曲的座標 [3](圖三(b))(平胸扮大胸 :p)。但不論選取的座標如何,當這些觀察者各自以自己的座標計算時空曲率時,就會發現時空曲率都同樣是零,因為他們身處的時空是平坦的,沒有重力源。
愛因斯坦場方程保證了不同的觀察者都能正確地描述重力的現象。雖然觀察者各自有自己的運動,相當於所選取的時空座標不同,因此量得事件發生的時間和位置都不一樣,但他們都能基於自己的座標,利用場方程去正確地描述重力的現象。
觀察者(座標)是相對,而物理(重力)是絕對的,因此物理真相與描述它的觀察者無關,把物理定律以一種數學形式表達,能適用於任何觀察者,這就是相對論的真諦。
附註:
[1] 當然,利用扭曲了的橡皮去說重力只是一個比喻,真正的時空扭曲必須以精確的數學(微分幾何)描述,所涉及的是三維空間及一維時間,而不是一個二維的橡皮表面。
[2] 讀過 DSE 物理的同學應該知道,如果升降機向上的加速度是 a,那麼在升降機中人感受到的體重便是 m(g+a) ,比起靜止時的真實體重 mg (地球引力導致)為大。
[3] 一般的座標變換其實非常廣範,例如觀察者有自由選擇一個彎曲的空間座標(例如是在平面上用極座標),或是用一個非線性的方式計算時間。
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加速度定律例子 在 [物理與人生]牛頓三大定律 的美食出口停車場
舉例來說,當一位棒球選手用相同力氣投擲同體積的鐵球與棒球時,因為鐵球的質量比棒球重,會發現在相同的投擲力下,棒球獲得的「加速度」會較「大於」同體積但質量較重的鐵 ... ... <看更多>
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例子 :車開動,人後頃。打板擦、轉彎、. 跑步、雨滴沿切線方向飛出。 二、伽利略慣性實驗: ... 3. 重力與牛頓第二運動定律的關係: a. 質量1kg 的物體在重力加速度. ... <看更多>
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先備知識: 1. 加速度 的概念影片重點: 1.力的作用能使物體(1)形變(2)改變運動狀態。 2.牛頓第二運動 定律 :物體受外力作用時,其 加速度 會與外力合同 ... ... <看更多>