推薦序
歪打正著的科學意外
生活中有不少現象具有規則性，例如：旭日東昇、夕陽西下，陰晴圓缺、潮起潮落，或是隨著春、夏、秋、冬的四季更迭所帶來的萬物孳息等，藉由推斷其規則性，我們便能預期各種現象的發生而事先做準備，如此一來就能安心的面對這些變化。我們會有心安的感覺，是因為期望生活中沒有「意外」性的「災難」發生；然而，「意外」這個詞其實並不一定直接等於「災難」，事實上在很多時候，我們反而需要「意外」來突破困境。我們常用的詞語中有所謂「意外的驚喜」，這代表著有時預期之外的結果反而是件好事，只不過這種情況發生的機率並不高罷了。
在本書中介紹的這些「科學意外」，都是科學家們在實驗結果中出現了現有理論無法解釋的現象，為了解釋這樣的結果，於是開始突發奇想，並在最終突破了原本理論框架的束縛，將研究帶向另一個境界。這樣的「科學意外」如果是出自一般人的疏忽，還不至於令人非常吃驚，但若是源自於科學家實驗操作的失誤，那就十分曲折離奇了，因為科學家都是訓練有素的專家，在實驗操作中他們是不應該出錯的。如果說，這樣的操作失誤是一個意外，那麼，從這個意外導致了更大的意外發生，那就是「歪打正著」了！
若想瞭解整個科學史脈絡，我們不能僅止於瞭解意外發現的那一個點，而是應該針對這個意外的「前因」與「後果」這條線進行綜觀的分析。這邊我想先談談「後果」這個部分。科學發現的後續影響是離不開「競爭」和「人性」這兩點的，原因也相當簡單，因為兩者都是人類的本質之一。科學家並非聖賢，而是平凡的人！只要是人就無法逃離身處年代的社會與經濟的條件限制。這裡我選擇以第八章―嚴宏洋教授撰寫的〈胰島素發現的八點檔連續劇〉來闡述這個觀點。會挑選這個章節有兩方面考量，一方面是因為糖尿病在現代的社會已經是一種「流行病」；另一方面是嚴教授將胰島素的發現過程稱為連續劇，想必其內容一定相當曲折離奇、高潮迭起，特別讓人想一探究竟當時到底發生了什麼事！
在胰島素的發現過程中，發生了一件足以改變時代背景的大事：從十九世紀末到二十世紀初期，各領域的專家（包括醫生和生物學家）均逐漸對胰島素展開了研究。除了臨床的觀察之外，也開始使用活體動物來進行試驗，特別是用狗來進行胰臟組織與糖尿和高血糖現象的試驗分析，這樣的新試驗方向似乎使得研究有了突破，當時的成果已經近乎找到了糖尿病和胰島素的關聯性。然而好景不常，隨著第一次世界大戰(1914～1918) 爆發，除了許多年輕人都被徵召入伍、投入戰場不說，連後方的各項社會、科研活動也都紛紛中斷，而胰島素的研究當然也包含其中。事實上大戰帶來的影響，並未在「戰爭結束」宣告的那一刻隨即結束，它對社會、經濟、科技的影響是長遠的，尤其是這些被送上戰場的年輕人，在解甲返鄉後都面臨著適應上的困境。而此齣連續劇的主角，正是一位在這個時代背景下，畢業於加拿大醫學院，卻因為大戰而離開家鄉前往法國參戰的年輕人，他就是1923 年諾貝爾生理或醫學獎的兩位得主之一―班廷。
班廷是一位出身於鄉下的孩子，在戰爭結束回到加拿大後，他便嘗試開業行醫，然而卻苦於因沒有病人而難以維生，只能勉強地掙扎著生活下去。對一個醫學院的畢業生來說，這恐怕是人生中很大的一場意外！這樣的生活一直持續下去並不是辦法，於是他只好另謀出路。經過幾番波折，他成功轉入了多倫多大學開始進行血糖和胰臟分泌物的研究，也就是在這段時期，他邂逅了日後與他共享諾貝爾奬的麥克勞德。麥克勞德是來自英國的學者，當時已經是頗有成就的一名教授了，從兩者出身上的懸殊差異，就可以想見他們日後的衝突會有多麼嚴重了。雖然研究初期時還風平浪靜，但在研究有所進展、日益向成功邁進時，性格和利益所造成的衝突果不其然就愈發尖銳了。在我們討論科學進展於學術上的影響的同時，也別忘了科技是可以創造利益的。胰島素是治療糖尿病的特效藥，它所隱含的商機可是相當龐大呢！但令人意外的是，班廷在受到種種曲折因素的影響，特別是在「醫德」這一方面的考量下，居然只以一塊錢的金額就把專利賣給了多倫多大學！然而，儘管在利益上的爭奪已成定局，但是兩位諾貝爾獎得主在榮譽這方面所結下的樑子並沒有因此消失，日後兩者之間依然瀰漫著濃濃的煙硝味，這又讓我們再一次感到意外了吧！
科學的意外發現源自於靈光乍現的一場意外，但它所造成的影響是深遠的；誰也不會想到，這個「意外發現」會引發一連串令人「意外」的蝴蝶效應，在科學界掀起滔天巨浪，成為劃時代的里程碑。事實上，每一個科學意外所造成的後果，都有可能是另一個科學意外的前因。就如同書中第三章―〈親愛的，我看透你了―X 射線與放射性的偶然發現〉中，蔣正偉教授所舉的例子，照相底片成像方式的改變，竟成了日後X 光發現的關鍵拼圖！所以在談歪打正著的科學意外，絕對不可不提這些意外所產生的「後果」。
除了「後果」，科學意外發現的「前因」也是相當重要的。這個部分所著重的點是科學本質上的意外，也就是不符合理論預期的結果。這裡我選擇以第一章―楊振邦教授的〈未知的未知―關於科學研究中意外發現的幾個理論思考〉來嘗試解說一下。楊教授開宗明義就告訴我們：科學發現的過程是有步驟的，包括發想新主意與驗證此主意的有效性這兩階段。發想，就是所謂發現與提出假設的過程，我個人認為，這是一個觀察和歸納的階段；至於驗證，就是現在學生們參與研究時經常聽到的「假說測試」。在本章中楊教授也提到，十九世紀的英國數學家威廉• 惠威爾認為，在這個兩步驟之間還存在著一個步驟，就是要能清楚地表達出發想的內容。我個人認為，這的確是科學家絕對必需的一項技能，也就是要能夠進行有效溝通。透過溝通引起同儕的興趣並理解你的想法，方能廣徵意見並對發想的新主意進行驗證，而在驗證的過程中，該主意也會日漸穩固，變成新的科學知識和理論。
如果驗證過程中出現了意外的結果，也不需要氣餒，因為這或許就是突破的契機，如果能夠透過這個意外，發想出更完善的主意，並在反覆驗證中逐漸完善、成熟，那麼這個意外反而會創造出新的知識，促成科學的進展。也就是說，意外在科學上並不是災難或是失望，反而是受歡迎的！美國科學史學家暨哲學家孔恩在《科學革命的結構》一書中指出，科學進步過程中存有這樣的意外發現，才能突破典範或窠臼，提升科學知識！
本書一共分為八個章，除了上述的三章之外，還有其他五則歪打正著的科學意外故事。這些故事所涉及的領域和案例極為寬廣，其中有我們常聽到的，也有不常聽到的。每一章都是由非常會講故事的科學家撰寫或整理而成，除了將常聽到故事講述得更淋漓盡致外，那些不常聽到的故事也相當引人入勝。不論這些故事你有沒有聽過，相信這本書都能帶給你無比的啟發。
這本歪打正著的科學意外，講述的雖然是科學家們意外出錯、擺烏龍的黑歷史，但每則的結局卻都是以驚喜取代擺烏龍所帶來的懊惱與挫敗。在閱讀的過程中不僅可以替規律平淡的生活帶來樂趣，也能隨著內容的文字，一步步地瞭解科學進步的本質與科學研究的方式，是絕對值得一讀的好書，因為你將會獲得許多意科之外的驚奇喜悅！
臺大科學教育發展中心主任
于宏燦
序
意外的科學發現
科學史當中充滿了「意外」發現的故事。阿基米德在澡盆裡悟出浮力原理大概是最有名的一個。這個故事被後世傳頌不絕，因為它包括兩重對比。一方面是泡澡這一日常享受與重要科學原理的對比；另一方面是偉大的科學家居然會放浪形骸、裸奔街市。
牛頓見到蘋果從樹上掉落，因而悟出重力原理，也有同樣的對比。根據一位牛頓晚年才認識的友人所述，一天，牛頓在他家花園裡憶起將近六十年前的往事―那是1666年夏末，牛頓才二十三歲，他坐在自家果園中，正在沈思，......
重力的觀念來自一粒落下的蘋果。為什麼蘋果總是垂直落到地面上？他自忖。為什麼蘋果落地的位置不會偏左或偏右？蘋果也不會向上飛？理由是，是地球將蘋果從樹上拉下來，一定是這樣—有一種力，叫做重力，充斥於宇宙之中。（1752年出版）
這個故事與阿基米德的裸奔構成另一對比：牛頓太冷靜了。可能是因為這個故事是牛頓親自說的，而阿基米德的故事則是後人的追記。不過在傳述的過程中，後人還是為蘋果的故事踵事增華，添上戲劇性的細節：牛頓在蘋果樹下陷入沉思，被落下的蘋果「當頭棒喝」，因而覺悟重力原理云云。
到了十九世紀上半葉，意外的科學發現有了新的意義：用以說明「科學」這種求知事業的成功祕訣。第一位以考察科學史為方法界定「科學」的學者，是達爾文的老師―劍橋大學教授威廉•惠威爾。達爾文在《物種原始論》的書名頁中引用了兩位學者的話以壯聲勢，第一位就是惠威爾，可見他的學術地位。
1837年，惠威爾出版《歸納科學史》，指出重要的科學發現無不以「明確而深思熟慮的點子」為前提―我們比較熟悉的詞是「理論」。當時一位匿名書評者相當不以為然，並且直截了當指出：「科學史上許多重大發現都是意外的產物。」他甚至認為，儘管大家熟知的那些意外發現都是偉大科學家的「妙手偶得之」，但是他相信，即使才智並不超群的人也能利用同樣的意外推動科學的發展。
三年後，惠威爾在另一本書裡答覆了這位評論者：沒有一個科學發現完全起源於意外。而且大家津津樂道的「意外發現」從未發生在一般人身上；自古以來不知有多少人見過自由落體，例如果子從樹上墜落，但是只有牛頓將意外的觀察轉化為成果斐然的結論！
這大概是西方學界針對科學本質的第一次辯論，最大的成果並不是產生共識，而是使感興趣的學者察覺到：「意外」這個詞過於籠統。阿基米德、牛頓的發現在什麼意義上是出自「意外」？達爾文的天擇理論，根據他的自述，啟發的靈感來自閱讀了馬爾薩斯的《人口論》，這是意外的發現，還是偶然的邂逅？我們講述那些意外發現的故事，使用的往往是機會、巧合、幸運、運氣、隨機等詞，那是因為修辭的需要，還是有什麼特殊用意？
其實，「歷史只是一連串偶然事件的後果」大概是最古老的史觀。它最有名的表述方式，大家都以為出自巴斯卡的《沈思錄》：如果克麗奧佩脫拉的鼻子短了一點，世界就會不一樣了。
巴斯卡的原文是雙關語，翻譯不出來。他要表達的是，克麗奧佩脫拉的面孔改變了地球表面的政治版圖，如果克麗奧佩脫拉的鼻子短了一點，使得她的長相不一樣―她對於歷史的影響也就會不同。但是，即便解開了雙關語，讀者也可能難以領會巴斯卡的微言大意。原來他並不是在點評流行的史觀，而是指出人性的一個弱點，因為他真正的論點是：想知道人多麼愛慕虛榮嗎？只消觀察愛情的因與果就成了。愛情的因，誰也說不上來，這個說不出名堂的東西—顯然毫無特色、微不足道—卻會顛覆整個地表：王公大人、軍隊、整個世界。
對於科學家巴斯卡而言，凡屬「說不出名堂的東西」，必然就「毫無特色、微不足道」。想來李莫愁絕不會同意：問世間情是何物，直教生死相許！
到了十九世紀下半葉，關於意外發現的討論變得更為細緻。1800年4月，伏打宣布發明「電池」的論文寄達倫敦王家學會。5月1日，兩位倫敦學者便組裝了同樣的電池做實驗。有趣的是，伏打報告的重點在於電池產生的電流對於生物身體的「震撼」，而倫敦學者的觀察重點在於產生電流的裝置―電池。因此他們立即發現了伏打完全沒有注意到的現象：「電解」。電流可以將水分解為氫與氧。而自古以來，人類都認為水是基本元素！這算是意外的科學發現嗎？
伏打發明電池，在歷史上有跡可循，也許不算意外。可是電池產生的電流有什麼性質與功用，過去的學者甚至無從想像。電池等於打開自然奧祕的一把新鑰匙。進入全新的電流祕境中，人的任何行動都可能是發現的契機，無論是意外、還是偶然，甚至用不著特別傑出的才智。
但是涉及宇宙基本結構的理論就不同了，牛頓當年即使真的受到蘋果的棒喝，大概也無法真的參透重力原理。牛頓發明新的數學分析方法收納伽利略、克卜勒的成就，再以最新的天文數據驗證，花了近二十年時光。以「頓悟」描繪他成功的關鍵，是小覷了他面對的科學問題，也小覷他的才智。
關於科學的本質，愛因斯坦一語道破，正好可以補充惠威爾的論點：物理學是一個（思想的）邏輯體系，那個體系一直在演進，它的基礎無法以歸納法建立。許多人以為在經驗中披沙揀金即可見寶，其實不然；那個體系只能是心靈的發明。(1936年)
難怪意外，無論叫機會、巧合、幸運、或者歪打正著，都在科學發展過程中扮演過角色。它們會繼續創造佳話―以及時也運也命也的感嘆。
人類生物學者
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