悠遊於物理與文學之間的兩位日本物理學家(上) :走入名著的物理學家

中原大學物理學系教授高崇文2025年2月25日425
分享:

通常物理學家給人的印象都是力求精確,不苟言笑,甚至有點令人生畏,而撰寫小品的隨筆散文的作家則給人平易近人,甚至是帶點幽默詼諧的感覺。所以能夠身兼物理學家與散文作家雙重身分的人物似乎有點難以想像,但是在上個世紀的日本就有一對師徒,不但各自在物理專業上十分傑出,他們的散文也十分膾炙人口,時至今日依然深受歡迎,其中一位甚至曾出現在明治文豪夏目漱石的小說中。他在小說中的形象十分逗趣,常常讓讀者忍俊不住,放聲大笑,但是他的真實人生充滿著悲慘的遭遇,而他的學生也有類似的悲苦境遇,但卻也同時是被稱為「雪博士」的神奇人物,他們這對師徒在漢語圈名聲似乎不太響亮,所以阿文特地為他們撰寫一篇,還請各位看官賞光。

 

讓我們先從師父說起,他就是寺田寅彥(18781128日(明治11年)-19351231日(昭和10年))。寺田寅彥不但是傑出的物理學家、散文家、還是個貨真價實的俳句詩人呢。 他的筆名包括吉村冬彥(自 1922 年起使用)、寅日子、牛頓(ニュートン)和藪柑子(やぶこうじ)。 他雖然在東京出生,但是卻是土佐出身,沒錯,就是出了坂本龍馬以及眾多幕末志士的土佐藩!而且寺田寅彥的父親寺田利正在腥風血雨的幕末,就真的被捲入了時代的漩渦之中!寺田利正是宇賀市郎兵衛的兒子,過繼給寺田家前叫宇賀知己之助。他的弟弟叫宇賀喜久馬。文久元年(1861年)宇賀喜久馬與朋友中平忠次郎在土佐的永福寺門前,遇到土佐的上士,山田広衛以及益永繁斎。中平忠次郎因為天色昏暗,不慎擦撞到山田,在當時這被認為是非常失禮的事情,兩人因此發生了爭吵,但是沒想到,暴躁的山田広衛居然一怒之下,當場拔刀將中平忠次郎給殺了!事出突然,受到驚嚇的宇賀喜久馬連忙跑去告知中平忠次郎的哥哥池田寅之進。沒想到池田寅之進一到了命案現場,發現在小溪旁一邊清洗沾滿血跡的刀,一邊喝水的的山田広衛,池田寅之進二話不說,當場從背後一刀將山田広衛給砍死了,而到附近借燈籠而回到殺人現場的益永繁斎也被殺紅眼的池田寅之進給宰了!這可不是一般的兇殺案,因為中平家是土佐的下士,而山田與益永是上士,土佐的下士是長宗我部的舊部,長宗我部家曾經統一四國,算是一方之霸,在關原大戰前仍然是土佐一國之主,但是長宗我部家在關原之戰參加西軍,戰敗後遭到改易。反觀土佐的上士都是跟著德川家康轉封到土佐的山內一豐來到土佐的,土佐下士長期遭到上士的霸凌,雙方原本就有舊恨,加上幕末時,上士多跟著藩主站在幕府這邊,而下士多打著尊王攘夷的旗號,與長州攘夷派互通聲息,所以這場血案讓雙方的怒氣都達到頂點,一場火拼一觸即發,連坂本龍馬都跑到池田家商議。這就是有名的「井口刃傷事件」。

 

最後土佐藩為了平息這場風波,居然下藩命要報仇的池田寅之進與通風報信的宇賀喜久馬都被要求切腹來安撫上士!殺人償命,池田死不足惜,可是當時宇賀喜久馬才十九歲,聽說還是個大帥哥,無端扯上這件事,已經夠倒楣了,居然還要賠上一條命!身為哥哥的宇賀知己之助,只好擔任切腹儀式中的”介錯”,親手砍下弟弟的腦袋。(有的說法是將匕首刺入心口)。這是寺田寅彥出生十七年前的事,但是這件事引發很大的風潮。痛恨上士的土佐下士們在半年後終於組成了”土佐勤王黨”。寅彥的父親寺田利正因為擔任弟弟的介錯,精神受到創傷,一度患上精神病,但也因為如此,他遠離土佐藩部下士倒幕的活動,而是開始思考透過學問改變社會。土佐勤王黨雖然在武市瑞山的領導下曾掌握藩權,在京都為倒幕展開相當血腥的殺害政敵的活動,但是後來土佐藩改換方向,武士瑞山被迫切腹,土佐勤王黨成為長州藩的夥伴,在幕末的腥風血雨中因為沒有藩的保護,死傷最為慘重。而維新成功之際,土佐藩又識時務地站在薩長這邊。土佐上士如板垣退助,後藤象二郎都成了高官。寺田利正看盡人間冷暖,想來是點滴在心頭了。我們的主人翁就來自這麼一個歷經風霜的家族。

 

寺田寅彥於 1878 年 (明治 11 年) 11 28 -出生於東京都麴町區(現為千代田區),由於虎年虎日,所以取名為寅彥。寅是十二地支裡的老三,對應到老虎。由於任職陸軍的父親職務調動,寺田寅彥和祖母、母親、二姐於1881年(明治14年)一起搬到了高知市大川筋。 1885年(明治18年),他又搬回東京,但隔年父親退休後,他再次搬回高知。據說他的祖母會跟他講起宇賀喜久馬的故事。 他 於1893年(明治26年)進入高知県尋常中学校(現為高知県立高知追手前高等学校),接著於1896年(明治29年)進入熊本縣第五高等學校。 日本戰前的舊制高等學校是日本1666年後陸續設立的教育機構,高等學校的程度相當於現代日本的高中至大學低年級之間的範圍(大學預科)。因舊制高等學校的畢業生一定能進入帝國大學就讀,因此二戰結束前,考入舊制高等學校即意味著擁有跨入精英階層的機會。寅彥在熊本五高認識了英文老師夏目漱石和物理老師田丸卓郎,寅彥視他們為自己一生的導師,深受兩人的影響,也因此決定同時追求科學和文學。寺田寅彥在高校還沒畢業就在1897 年(明治 30 年) 娶了父親上司阪井重季的長女阪井夏子(1883 年 – 1902 年)。阪井重季是土佐藩在緊要關頭從佐幕轉向倒幕的關鍵人物,他從戊辰戰爭到日露戰爭,無役不與,乙未之役也曾來到臺灣。1898年(明治31年)以夏目漱石為首,寅彥與蒲生紫川厨川千江等人一起成立了俳句協會紫溟吟社

 

漱石是俳句詩人正岡子規的好友,他們的故事還被寫入了著名的歷史小說《坂上之雲》。當寅彥在1899年(明治32年)從五高畢業後,選擇進入東京帝國大學理學院,師從田中館愛橘和長岡半太郎。很不幸地,他的妻子夏子在1902年(明治35)因肺結核去世,享年不到二十,留下一個滿周歲的女兒。強忍悲痛的寺田寅彥隔年從東京帝國大學理學院實驗物理系以第一名的優異成績畢業,接著他進入東大的研究所。不久他成為東京帝國大學理學院講師(1904年明治37)。

 

1905 年一月夏目先生的出道作《我是貓》開始在《子規》雜誌上連載,當時本是準備一期就完結的短篇,卻因為編輯的勸說而使夏目漱石繼續寫下去。小說在日本國內外都產生了廣泛的影響,並成為了日本文學史上的一部名著。「我是貓」中的主人翁苦沙彌當然就是漱石本人,而小說裡那位不食人間煙火,天天專心研究”上吊力學”,然後每天到研究室為了研究”青蛙眼球水晶體”而努力磨玻璃珠的”帥哥書生(當時貧窮的學生會到老師家打雜號稱”書生”)水島寒月就是以寺田寅彥為模特兒寫出來的。 「我是貓」中還描寫到苦沙彌的一位土豪鄰居的太太(她被苦沙彌戲稱為”鼻子太太”因為她的鼻子甚為「壯觀」)為了想把女兒嫁給水島,特地到苦沙彌家打探水島的虛實,結果被玩世不恭又不通曉世情的苦沙彌趕出去的絕妙情節,令人不禁捧腹大笑莞爾。明治社會充斥著粗俗的功利主義,在漱石的生花妙筆下真是令人莞爾,其實這算是苦衷作樂吧。阿文覺得最好笑的一幕是在「我是貓」 最後一章,水島回述為了學拉小提琴但怕被其它學生認為學琴太過柔弱,千方百計要偷偷去買小提琴的情節,這種荒謬的情節放在土佐的背景,一點都不唐突。反倒是水島此時告知自己與鼻子太太的千金無緣,因為自己已經娶了故鄉的「膚色黝黑」女子,不過現實人生中他的第一任夫人已經過世了,想一想還蠻令人鼻酸。夏子據說是出名的美女,她的眼睛很大,被親友讚道:“你不需要燈,因為你的眼睛會發光。”兩人鶼鰈情深,無奈緣分只有短短的五年。這一年寺田寅彥與濱口裕子再婚。三年後終於在1908年(明治41年)獲得理學博士學位,也算是熬出頭了。值得一提的是他的博士論文題目是“尺八聲學研究”。尺八是奈良時代由大唐傳入日本的樂器,形狀類似蕭,音色獨特,大家看時代劇有時還會看到呢。這一年夏目漱石出了《三四郎》,小說裡頭的男主角小川三四郎在東京帝大理學院的一個地窖中,看到同鄉的表哥野野宮宗八設計的一個研究光線的裝置,三四郎在心中形容這個複雜機器像福神漬罐頭,而「罐上的小孔像蟒蛇的眼珠一樣發亮」,每當他想起野野宮的研究和那地窖實驗室,那個「福神漬罐頭」儀器都會在腦海浮現。這個野野宮宗八也是以寺田為原型,與水島相比,野野宮變得更成熟,但是也更顯得與社會格格不入,根本是孤高的科學家的模樣了,這也許反映出在瀰漫功利的明治社會,夏目漱石愈發感到鬱悶,也或許是飽嚐人生甜酸苦甜的寺田在談笑風生的表面,書生的傲骨益發嶙峋吧。

 

在明治社會一個人不免俗地還是要攀爬「文明開化」的階梯,1909年(明治42年)1月寺田寅彥成為東京帝國大學理學院副教授。 同年3月,他赴柏林大學留學,從事地球物理研究。當時地球物理還是新興學科,維切特在1898年被哥廷根大學任命為歷史上首位地球物理學教授還只是十幾年的事,但是寺田的老師田中館愛橘算是蘇格蘭物理學家Cargill Gilston Knott的學生,很早就開始研究地磁與地震,所以寺田對地球物理並不陌生。他還曾在1910 年(明治 43 年)在斯德哥爾摩會見諾貝爾委員會主席Svante August Arrhenius 教授。寺田的留學生活於1911年(明治44年) 結束,他經巴黎、紐約、波士頓、華盛頓、尼加拉瀑布、西雅圖繞了一圈才回到日本。 回國後,他接受農商省委託,開始在水產講習所進行海洋研究。他的研究與地球物理學頗有相關,例如對潮汐副振盪的觀測。一般來說,海洋擾動所造成的海平面變化以及颱風、氣旋等氣象擾動所造成的海嘯與海灣內的自然振動會產生共振,成為二次振動。 這現象本身並不是罕見,但如果振盪週期接近海灣等的自然週期,則可能會發生共振,潮位變化可能發生劇烈變化。這是寺田在這段時間研究的重點。 他後來還出版了一本書《Umi no Buturigaku(海之物理學)

 

除了地球物理,寺田也是日本利用X光繞射研究晶體的前驅。他在1913年(大正2)受到德國物理學家馮勞厄發現勞厄斑的刺激,進行了自己的X射線繞射實驗,他進行的研究獨立於亨利·布拉格和勞倫斯·布拉格父子之外,算是該領域最早的研究,並於1913 年在《自然》雜誌上發表了“X射線和晶體”。可惜的是由於從日本寄論文到英國發了太多時間,類似的發現被布拉格父子搶先發表,1915年就頒給了布拉格父子,寺田寅彥痛失良機,只能飲恨!當時大學使用的X射線發生器結合了X射線管和敏感線圈,輻射劑量極弱,因此即使照射晶體一周,照相底片也不會曝光。 因此,寺田從醫學院收到了一根被認為是廢物的X射線管,並用它進行了實驗。 這是日本X射線繞射的開始。 他的研究成果隨後被傳授給了他的弟子西川正治(東京帝國大學理化學研究所)。1916(大正 5)他在東京大學畢業典禮上提出「使用 X 射線顯示原子排列的實驗」, 這一年他正式就任東京帝國大學理學院教授。並於 1917 年因其工作而獲得帝國學院獎。 此外,在寺田的建議下,西川根據礦物晶體的 X 射線繞射圖確定了它們的原子排列。 19159月,他公佈了尖晶石(MgAl2O4)這種礦物的晶體結構。這僅僅在馬克斯·馮·勞厄、保羅·彼得·埃瓦爾德等人的歷史性工作之後一兩年呢。但是悲劇再次襲擊在寅彥身上,他的續絃寬子於這一年十月過世,享年四十,留下四個小孩。寅彥於隔年與酒井しん子再婚。這段時間他與老師夏目漱石一樣,開始為胃潰瘍所苦,可以想見精神壓力之大。

 

晚年的寅彥成為日本物理界的領導人物之一,當愛因斯坦於1922 年(大正 11 年)訪問日本的時候,他就出席了歡迎晚會。隔年發生了關東大地震,他扛起調查 關東大地震的重責大任。原本身體狀況不佳的寅彥似乎因為受到責任感的驅策,變成活力十足,每天帶著飯糰四處奔波。只是聽說嗜吃甜食的寅彥拿的飯糰裡頭不是梅干,而是黑糖塊!接著在好友大河內正敏的敦促下,他在1924年(大正13年) 成為理研(RIKEN)兼任研究員。大河內曾經與他一起進行子彈的彈道實驗。1926年(昭和1年) 他又兼任東京帝國大學地震研究所研究員。他培養了許多日本地震學的人才,但是命運之神似乎對他不怎麼友善,1935年的大晦日(1231 )他因轉移性骨瘤在東京本鄉區駒込曙町(現為文京區本駒込)的家中去世。享年只有57歲。 遺體安葬於高知市東熊市寺田家墓地。

 

寺田寅彥雖然是一位自然科學家,但他對自然科學以外的文學和其他事物有著深厚的了解,並寫下了許多兼具科學與文學的文章。他是夏目漱石弟子中最年長的,有些人甚至認為他並沒有被視為弟子,而是被視為平輩,因為漱石有時會要求寅彥教他關於寅彥比較擅長的領域(例如科學和西方音樂)。而且夏目漱石平常只有週四會與弟子會面,而寺田被允許在周四以外的日子訪問夏目的住所 因此,內田百閒等人的文章中對他非常地尊重。 寺田寅彥本身文學素養極高,所以常會金句連發。據說「當你忘記自然災害時,自然災害就會來臨」這句金句就是在他接受採訪時脫口而出而被錄下來的。

 

寺田寅彥在進行物理研究的同時,仍然持續以吉村冬彥的筆名撰寫散文,他的散文後來結集成《冬彥集》(1923)出版。他的文章充分表達出他的獨特的見解與人生態度。晚年時,他曾寫了一篇文章《獻給那些渴望科學的人》(1934),裡頭有這樣一句話:“每個人所擁有的看似雜七雜八的知識,在他們後來的工作中卻出奇地有用。”正如他所說的,他對各種各樣的事物都感興趣。 他不只參與了地球物理學的「正統」研究,例如當時最前線的「X射線晶體」和「潮汐次振盪的觀測」,他對正統物理學中未涵蓋的主題也感到興味十足,像是他的博士論文研究的尺八,還有「金平糖的角是如何形成的」、「裂縫是如何形成的」、「山茶花是如何落下的」、「墨流」、「蒲公英果實漂浮在水中的技巧」這類的研究。 寺田寅彥態度的一貫之處在於他對大自然的興趣,以及他願意將其發展到可以轉化為一門科學的程度。 這不就是寺田寅彥的真正本質嗎? 雖然這些主題乍看之下似乎很奇怪,但它包含了一些有遠見的研究。這些 對日常現象的研究後來被稱為「寺田物理學」。

 

「寺田物理學」的精神在他寫的《盧克萊修與科學》(1929)中闡述得最為精闢,這篇文章討論到科學家應具備的能力。 古羅馬詩人和哲學家盧克萊修(Lucretius)是古代原子論的大師,他觀察到灰塵在光線照射到黑暗地方時舞動的現象,並將其解釋為物質原子的混亂運動。 寺田寅彥認為盧克萊修的這種直覺能力很重要。 他認為科學家應該具備三種LSK能力。 L指的是盧克萊修所擁有的直覺能力。 S是進行數學分析的能力,K是透過實驗系統化和推論現象的能力。將LSK視為一個三維軸,並假設那些能力較高的人在質上擁有較大的數字(遠離原點)。 研究人員應該根據他們的能力和成就被分配到某個地方。 想想科學家個體在 LSK 空間中的位置。離原點或軸越遠,作為一個科學家就越優秀。 大量平庸的科學家都在原點附近。 然而,在LS面(K=0)上,也就是說,即使沒有實驗和歸納的能力,也有波茲曼、普朗克、波爾、愛因斯坦、海森堡、狄拉克等偉大的理論科學家。 反過來在LK位面(S=0)上,即使他們缺乏數學分析的能力。仍然有像法拉第、拉塞福、美國物理學家伍德這樣偉大的實驗科學家。然而,寺田寅彥表示,SK 表面上沒有偉大的研究人員(L=0)。 換句話說,如果你沒有直覺,你就不會成為一個偉大的科學家。

 

像寺田寅彥這樣一個有趣的人物,自然影響了一批年輕人,其中最值得一提的莫過於被稱為「雪博士」的中古宇吉郎,他的故事就留到下一集囉!

參考資料

(一) 中文 日文 英文維基相關條目