一、四个半法门
我的科普技巧大致可归纳为“四个半法门”。第一个法门是要多讲故事,而且最好是真人真事,读者才会觉得有说服力。第二个法门是尽量举例子,这些例子要尽可能生活化、大众化。第三个法门是,如果实在找不到好的例子,不妨考虑做些比喻。举例是有百利而无一害的,比喻却不一定,因此必须强调不能随便延伸,否则比喻一定会失效。第四个法门是图解,而且必须是简单明了的图解,千万不能像论文中的坐标图,那是科学而不是科普。最后还有半个法门叫作口诀,字数越少越好,所以我才说它是半个法门。
接下来谈谈如何退而求其次地活用这些法门。前面提到“故事”最好是真人真事,但如果遍寻不着该怎么办?我认为不妨借用神话传说,或是虚构的故事,但一定要做个声明。图解的退而求其次则是,如果实在画不出图,不妨试着制作表格。如果连表格都难产,还可以试着把你要讲的内容条列出来,多少也能达到一目了然的效果。至于另外两个法门“实例”和“比喻”就更简单了,因为后者就是前者退而求其次的结果,换句话说,能举例就尽量多举例,实在找不到适当的例子,再试着寻找贴切的比喻来做说明。
下面几个例子都出自我的“大宇宙小故事”系列文章。第一个例子是关于传说的使用:开2的3次方根是几何学的三大难题之一,而且跟圆锥曲线的历史发展有密切关系,所以我认为值得大书特书一番。可是我找来找去,就是找不到真实的切入点,最后只好退而求其次地使用传说。
提洛岛是爱琴海中的一个岛屿,面积并不大,却在古希腊文明中占有重要地位。传说公元前4世纪,该岛暴发一场大瘟疫,岛民为了消灾,赶忙请示太阳神阿波罗,得到的神谕是:将神殿里的正立方祭坛加倍。不料完工后,岛上瘟疫依然不止。敢情是岛民误解了神谕的意思,将祭坛的长宽高分别延长为2倍,使得体积变成原来的8倍。由于无人知晓该如何建造体积刚好是2倍的正立方体,他们只好派人前往雅典,求助于当时最有名的学者柏拉图。接下来就是比较可信的事迹……
大家可以看得出来,我使用传说时非常小心,在写完有关传说的文字后,特别声明接下来的内容才是比较可靠的历史,也就是提醒读者前面只是文学上的引子,在科学上千万别当真。
另一个例子是,我为了介绍球面几何学的发展,特别提到中世纪的伊斯兰世界在这门学问上有重大贡献。根据伊斯兰教的教义,信徒不管身在何处,每天都要朝麦加的方向祈祷五次,而在距离麦加很远的地方,想要确定正确方位,就必须考虑到“大地是球面”这个事实。不过为了避免论述过于空洞,我决定举个实际的例子:地球上至少有一个点,它认为麦加在正北方,反之麦加也认为它在正北方,而不是正南方,这就是球面几何学有异于平面几何学一个明显的例子。任何人都能在地球仪上找出这个点,因此这个例子不但新奇有趣,而且看得见、摸得到。像这样的实例,我相信是可以吸引读者的。
接着再谈一个比喻的例子。我在另一篇文章的开头,刻意用比喻作为切入点:
写过科普文章的人都知道,若想以白话文介绍科学,必须善用浅显易懂的类比。例如,黑洞可以比喻为无底洞,任何人失足掉下去,都注定万劫不复。不过,既然只是比喻,切忌过度延伸,否则一定会出现荒腔走板的推论。比方说,万一你将黑洞和无底洞画上等号,就会得到黑洞也能探测的结论──只要在身上绑一条足够坚固的绳索即可。
这个例子相当浅白,我就不多做说明了。
至于图解的例子,请大家看下面这张图,我称之为“电磁学并吞光学的始末”。我自己没什么美术细胞,只能用最简单的几何图形来画。大家应该看得出来,这张图其实只有三个几何图形,两个梯形和一个拉长的三角形。虽然谈不上美感,至少达到了简单明了的要求。由于只是简图,年份比例不一定精确,不过这没什么关系,因为我标示出了最重要的两个年份:1600年与1864年。
电磁学并吞光学的始末(注:本图片取自《科普创作》原文章配图,如有侵权请联系删除)
光学的历史不论东西方都源远流长,西方可以追溯到古希腊的欧几里得,东方则可追溯到墨子,所以我刻意在图中用夸张的方式来表示。至于电与磁,虽然东西方在古代都有些零星的发现,可是都算不上一门学问。直到1600年,一位英国科学家写了一本书,才标志着电学与磁学的诞生。但它们起初仍是两门单独的学问,跟光学也没有关系。又过了200多年,世纪级的物理学家麦克斯韦写了几篇论文,才将电学与磁学完美地结合在一起,顺便把光学也拉了进来,因此我这篇文章的题目是《光学终结者》。
不过,并非每一场物理革命都适合画成图解,所以我有时会用表格来呈现。比方说,讲到量子物理的发展史,很多人都知道在1925年出现了重大突破,催生出量子力学这门学问。严格来说,这个重大突破是由两场革命组成的,但由于两者时间很近,容易让人混淆,所以我决定用表格做些详细的对照。例如,海森堡和薛定谔是量子力学的创始人,通常我们总会觉得两人是同辈,但只要查一下年龄,你就会发现他们至少差了半个辈分。而且他俩的切入点非常不一样,使用的数学工具也是南辕北辙。更有趣的是两人背后各有一位大神级的支持者,分别是玻尔和爱因斯坦。
两场量子革命对照表(注:本图片取自《科普创作》原文章配图,如有侵权请联系删除。)
顺带一提,这个表格里有一个并不正统的名词“不完美简谐振荡”。我故意不用“非简谐振荡”这个专有名词,因为大多数的读者恐怕都无法顾名思义,反倒是“不完美”三个字能让读者勉强心领神会,至少不至于造成任何误导。这也是我想强调的一件事,科普文章并不是科学论文,在标准上和正统上是可以做些取舍的。当然,前提是千万不能造成读者的误解,更不能夹带任何错误。
最后介绍几个我自己很喜欢的口诀,它们都跟我的本行物理有关,但我相信在各个领域都能找到这类口诀。第一个口诀很简单,只有三个字“测即扰”。虽然只有短短三个字,只要你彻底弄懂了,大致就能掌握量子力学的基本精神。如果你在转述时觉得它过于文言,不妨扩充成六个字“测量就是干扰”。
接着介绍两个对仗的口诀“黑洞不黑”和“真空不空”。根据传统的广义相对论,不可能有任何东西从黑洞跑出来,可是一旦结合了量子物理,黑洞就会出现辐射的现象,也就是著名的霍金辐射,因此我们可以说黑洞并不是绝对的黑。同理,真空也不可能是绝对的空,这是量子场论最基本的概念,如果真空真的是百分之百空的,量子场论这门学问就不会存在,基本粒子物理也会变得很不一样。
热力学三大定律也有口诀,每个定律对应四个字。第一定律对应“你赢不了”,第二定律对 应“你一定输”,第三定律则对应“你逃不掉”。因为热力学第一定律讲的是能量守恒,也就是不可能无中生有,所以,如果把热力学比喻成你跟宇宙的一场博弈,你当然赢不了,顶多打平。不过,其实这场博弈并不公平,你想打平都不可能,因为热力学第二定律会让你多少有些损失,所以你一定输。或许有人会说,既然这么不公平,我就不玩了,抱歉,你根本逃不掉。热力学第三定律告诉你,宇宙没有任何角落的温度能降到绝对零度,只要温度高于绝对零度,热力学第二定律一定生效。(文章内容来源于科普科幻作文大赛,本文根据叶李华2019年8月在中国科普研究所的学术讲座整理而成,经作者修改确认后刊发。作者系叶李华,毕业于台湾大学电机系,加州大学伯克利分校理论物理学博士,致力于推广中文科幻与通俗科学二十余年。)