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帝說,要有光,就有了光。」(創世記一章3節)


↑最夯的觀賞魚──螢光魚,由台灣水產研究者研發,是另類的台灣之光。(圖片來源/Wikipedia)
 

進了水族館,看到位於幽暗角落的魚缸裡,悠哉潛游的小魚兒發出一閃一閃的螢光,煞是好看,驚豔之餘,不知不覺就掏出錢包,忍不住買了幾隻,帶回家放入自己的小魚缸。熄了客廳的燈,獨自欣賞牠們的美麗與活力,自己的生命也因而在黑暗中再次點亮起來。那嬌貴的魚兒可是近年來最夯的觀賞魚──螢光魚;牠們是另一種台灣之「光」,由台灣的水產研究者,研發出世界上第一隻發出人工螢光的觀賞魚。

螢光魚之所以會發出螢光,是因為科學家將一個會發出螢光的蛋白質,藉著基因塞入魚體內,讓它大量表現出來,該魚就變成了螢光魚。螢光蛋白是日裔美籍科學家下村修(Osamu Shimomura)首先在深海水母身上發現;美國科學家馬丁‧查爾菲(Martin Chalfie)再將製造蛋白質的基因轉殖入線蟲體內,藉以觀察該些線蟲的神經發育;後來,華裔美國人錢永健將這些蛋白質的基因再做修飾,產生各種色彩繽紛的蛋白質,以作生物科技之應用。這三位科學家共同獲頒2008年諾貝爾化學獎,他們的成就是人類之「光」。

↑因發現營光蛋白及其應用,共同獲頒2008年諾貝爾化學獎的三位得主(自左而右):下村修、馬丁‧查爾菲、錢永健。(圖片來源/Wikipedia)

上帝創造光,讓人類得以見到光,看到世界的美;人類也學會使用光,讓世界更加光采奪目、驚豔連連。光,是上帝偉大的創造,甚至上帝也喜愛至極,自稱是「真光」呢!(約翰福音一章9節)

光到底是什麼,這是自古以來人類最有興致的議題之一。

現在我們大都知道,光就是光子(Photon)的流動;光是電磁波(Electromagnetic wave)輻射能量的一種,包括可見光、紅外線、紫外線、X光等,皆為光的範圍。通常我們說的光,特指人類眼睛可以見到的電磁波(可見光),它是刺激視覺器官網膜、引起視覺的輻射波。可見光只是電磁波譜上的某一段頻譜,一般定義為波長介於400至700奈米(nm)之間,是比紫外線長、紅外線短的電磁波。我們對光的認識,是經過將近四百年,許多偉大科學家的努力、實驗辯證所得到的結果。

最早有一派說法,認為光是一種粒子(Particle theory),著名的以薩克‧牛頓(Issac Newton)就是這一派的代表。但荷蘭物理學家克里斯蒂安‧惠更斯(Christiaan Huygens)卻不以為然,他依照觀察的現象,提出光的「波動說」(Wave theory)。按照傳統認知來說,是粒子的東西,就不該是波動;是波動,就不該是粒子。相持不下的矛盾,似乎僅能二擇其一,從此,兩派相互爭執、各持一理、莫衷一是。十九世紀,麥可‧法拉第(Michael Faraday)發現當光穿過磁場,會發生偏振旋轉(稱為「法拉第效應」),首次確立光和電磁的關係。接著,詹姆斯‧馬克士威(James Maxwell)研究電磁輻射和光,得到光是一種電磁波的結論。直到1905年,愛因斯坦(Albert Einstein)讓粒子理論重回歷史舞台,並以「光電效應」來解釋,他的觀點最終得到物理學界的認同,開啟「波粒二象性」(Wave-particle duality)和量子力學兩扇大門,偉大的現代物理學於焉誕生。

「波粒二象性」是指,光之為物,既是粒子,也是波──光,是粒子與波兩種看似矛盾現象的綜合體,這是一種弔詭(Paradox)。因光的獨特性,科學家只好重新給它取個名字,叫「光子」。不久,路易‧德布羅意(Louis de Broglie)提出「德布羅意假說」,認為所有物質都擁有類波動屬性;光,自不例外,也有波動之特性。隨後,維爾納‧海森堡(Werner Heisenberg)發現「海森堡不確定性原理」(Un-certainty principle),他表明,準確測量粒子的位置,會攪擾其動量之觀察;反之亦然。換句話說,量測不準確或出現誤差,是自然界的特性。然而,一直以來,科學家從未直接觀測到,粒子在同一時刻表現出波和粒子的形態。2015年,瑞士的法部理歐‧卡波尼(Fabrizio Carbone)發表一個新發現:在實驗中觀測到光波動性的同時,也看到其粒子性。這個發現表明了量子力學的弔詭式特質(Paradox),是可以同時、直接記錄的。

綜合以上結論可知,光是一種弔詭的存有,可以記錄、卻測不準。當然,光還有其他本質,「若是一一的都寫出來,我想,所寫的書就是世界也容不下了。」(約翰福音二十一章25節)何況,弔詭本身就是一種奧祕,超越人的理解,人也無法窮竟其理。另外,上帝是光的創造者(見聖經〈創世記〉一章3節),受造物一定反映出創造者的部分本質,所以,光一定具有上帝的部分特質。聖經也說,耶穌是真光;那麼,這真光(耶穌)必定有其中一部分是超越被造光之特質──弔詭、可以記錄、卻測不準(無法全知)。

……(文未完,請見2017年10月雜誌)