挑戰物理人的邏輯思維：這些實驗結果，怎麼都跟想像不一樣？

「在自然中看見科學，用科學來理解自然。」國立自然科學博物館館長孫維新用這一句話作為演講開頭，他還開玩笑說，除了是因為這句話包含了「自然科學博物館」的「自然科學」四個字之外，更是因為人們對物理的認識都是從自然而來。然而在理解自然現象背後的道理時，人們卻常常出錯，孫維新認為這原因有兩種:物理知識不正確、大腦認知有問題，而更多時候是以上兩者的結合。

 

關於大腦認知有問題，可以從許多知名的錯視圖中發現，例如科夫卡環（Koffka Ring）、色彩明度錯覺（Color Value Illusion）、咖啡廳錯覺（Café Wall Illusion）、小精靈錯覺（Pac-man Illusion）等，我們在面對這些錯視圖時，大腦對於顏色、線條等圖形的解讀發生了錯誤，讓我們被騙；而除了圖案之外，研究也發現漢字的順序並不一定影響閱讀，即使打亂了文字，我們依舊可以知道句子的意義。也就是說，大腦會做一些奇怪的事情，讓我們的認知出現問題。但這些錯覺並不是毫無用處，像VR虛擬實境的科技，就是基於人腦的這種錯誤認知發展出來的。

 ▲科夫卡環，環的左右側顏色看似相同         ▲咖啡廳錯覺，圖中的橫線看似歪七扭八
     ，其實是不同的                             ，其實是直的
 

接著是兩顆氣球的小實驗，兩顆氣球的其中一顆是灌較多氣的大汽球，另一顆則是僅稍微充了一點點氣的小氣球，孫維新要觀眾試著猜猜看，當他將兩顆氣球相連後會發生什麼事？兩顆氣球會變得一樣大、大的變大小的變小、大的變小小的變大，還是兩顆氣球不會有任何反應？多數人認為兩顆氣球會變得一樣大，但實際上做實驗卻發現，其實是大氣球變大，小氣球變小，空氣反而由小氣球進入了大氣球。孫維新解釋，這是因為小氣球內的氣體單位面積受到的壓力比大氣球大。換句話說，如果大氣球跟小氣球內的氣體分子都是一樣的數量，氣體分子會在球內自由的運動彼此碰撞，當然也會碰撞氣球的內表面囉！這時候小氣球的內表面積比較小，所以在同一時間內，小氣球的內表面會受到更多的氣體分子的撞擊；同時，又必須要與氣球外的氣壓相互抗衡以維持氣球的大小與形狀，因此，小氣球內的壓力就會比大氣球大囉！於是兩顆氣球相連之後，空氣通通往大氣球跑去了。

 

最後孫維新所示範的是雷射光的實驗。他在桌上準備了五顏六色的氣球，另外準備了雷射筆，他問觀眾如果他用綠色雷射光照氣球，哪些氣球會破、哪些不會破呢？答案是除了綠色和白色的氣球之外，其他全都破了。因為人眼所看到的顏色其實是物體反射的光，對綠色氣球而言，他反射綠光，吸收其他顏色的光；對白色氣球而言，他反射所有顏色的光。因此這兩種顏色的氣球不會吸收到綠光的能量，因此不會破。但對其他顏色的氣球來說，他們都會吸收綠光，因此會吸收綠色雷射光所攜帶的所有能量，就承受不住爆炸了。

 

編按：學科學不一定是宅宅，學物理足以撼動世界，小至生活瑣事，大至宇宙定理，都是物理人關注的範疇。「物理人的挑戰」，是找出如何透過教育與職涯發展讓物理重回最性感的學科，讓「物理人」重回最令人驕傲的身份！本文為2016年11月12日「物理人挑戰—Beyond Physics Identities」文字紀錄。

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 講者／孫維新｜國立自然科學博物館館長
 文字記錄／林佳芳 （國立中興大學物理系 學生） ,  編修：趙軒翎 （泛科學）