讓費曼眼睛發亮

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

費曼曾經在《別鬧了,費曼先生》裡談到他在巴西擔任客座期間,對於巴西的教育方式有些很有趣的經驗。由於他在客座的里約大學教的是馬克斯威方程式,這些有趣的經驗幾乎都和電磁波有關。

費曼舉的第一個例子是偏振光(譯文摘自第三版(天下遠見出版社,2004年)):

…有一次,我談到偏振光,拿了些偏光鏡給他們。

偏光鏡的特性,在於它只讓電矢量在某一方向的光通過。我向學生說明,根據偏光鏡的光暗度,就可得出光的偏振方向。

我們一手拿著一片偏光鏡,一前一後的放在眼前,然後轉動其中一片。這樣一來我們知道能夠通過兩片偏光鏡的光一定具備同樣的偏振方向… 但接下來我問他們,如果只有一片偏光鏡時,我們怎樣分辨出偏振方向呢?他們茫然一片。

我也曉得這問題不易回答,腦筋要很靈活才行,於是我給他們一點提示:「看看從外面海灣反射的光。」仍然沒有人說半句話。

我再說:「有沒有聽過布儒斯特角Brewster's angle)?」

「有!布儒斯特角就是當光從一種具備某個折射率的介質反射出來,而正好完全偏振化的角度。」

「當光這樣被反射出來時,它的偏振方向如何?」

「這光的偏振方向是跟反射平面成直角。」我自己還要想一想呢,但他們卻背得滾瓜爛熟!他們甚至還知道哪個角度的正切值等於折射率!

我說:「然後呢?」

還是沒有回答。他們剛剛才告訴過我說,從具備某個折射率的介質-就像外面海灘的水-反射出來的光是偏振光;他們甚至還告訴了我光的偏振方向呢!

我說:「看看海灣,透過偏光鏡來看。好,現在轉動偏光鏡。」

「噢,這是偏振光!」他們大叫起來。

研究了很久之後,我才明白,原來我的學生把什麼都背得很熟,但完全不理解自己在背些什麼。當他們聽到「從具備某個折射率的介質反射出來的光」,他們完全不曉得這就是指「水」之類的東西。他們不曉得「光的方向」就是當你看著一些東西時的方向,諸如此類。因此當我問「什麼是布儒斯特角」時,我就好像在向一台電腦問問題,而剛好敲對了關鍵字眼而已。但如果我說「看看海水」,就什麼反應也沒有了-在他們的記憶裡頭,沒有「看看海水」這一條呢!

讓費曼感到震驚與挫折的是,這些學生對於他們所學的科學完全沒有「感覺」,才會像部電腦般地做機械式的反射。他還舉了些發人深省的例子來說明巴西的科學教育出了大問題,非常值得有一樣毛病的我們參考。

費曼要的「感覺」從何而來?說穿了,就是要讓學生從實際的操作及看得見的現象中去獲得、萃取。在他所舉的偏振光實例中,由於人的肉眼看不見偏振光與非偏振光的差別,因此必須間接地藉由偏光鏡來「感覺」。如果能夠讓人類直接而立即地看到偏振光,費曼一定會眼睛一亮,因為這麼一來那些巴西學生直接用看的就有感覺了。

明天,十一月二十五日(週四)中午十二點十分,在物理學系(理學大樓)601會議室,美國EmergentViews公司的林士勛博士將要向大家介紹他所發明的,足以讓費曼眼睛發亮的特殊光學儀器及其廣泛應用。