文/黃小石博士
風一更,雪一更。聒碎鄉心夢不成,故園無此聲。
──納蘭性德〈長相思〉1
2010年12月26日一夜風雪交加,次日清早起來,夜雪初霽,只見窗外已積了半公尺的新雪,那原先蕭條不堪、一片灰暗的秋景,已轉換成一個難以描述、潔白神奇的世界。過不久太陽從雲後忽然出現,像是在雪地灑下一把鑽石,到處閃耀著各種彩色的光芒。
一夜之間,一切都更新了,朦朧的水氣在冷空之中結成了雪花,是個最平常(水結冰)、又是最神奇的轉變,正如「灰姑娘」的童話,那最不起眼的,轉眼之間成了那不能逼視的。
2010年12月2日,太平洋一股低氣壓籠罩了美國的南加州,為洛杉磯一帶帶來暴雨,造成六千萬美元的損失。24日低氣壓移進德州,帶來了德州南端(緯度與台北相當)罕見的大雪,在休士頓市西南一百多哩的愛麗絲城2積了三十幾公分的白雪;正在這時,北極圈的噴氣流南侵,與美南的低氣壓在卡羅萊納州會合,形成強大的冬季暴風,而且出乎氣象局預料之外,它緊貼著東海岸向北移動。12月26日傍晚在新澤西州一帶開始降雪,是夜雷雪交加,降雪率高達每小時5公分,使得紐約市三大國際機場關閉,火車、公共汽車停駛,甚至有些鏟雪車都陷在深雪中不能動彈;紐約市進入癱瘓狀態。次日(27日)中午雪停,家門前積雪約50公分3,在附近若歌大學一帶,積雪達86公分,算是新澤西州這次積雪最多的地方。
水結冰是「一級相變」4,這在物理現象中是相當「神秘」的。當我們把純水的溫度逐漸降低,同時也測量水在這溫度時的所有的物理性質(比重、比熱、密度……),我們就不難發現這些性質都逐漸呈現平穩的改變,不會有任何先兆顯出有什麼特別的現象即將發生,一直到冰點以上千萬分之一度也是如此。但是一旦降到冰點,忽然水就結冰了,它的許多物理性質(比如密度等等……)都瞬間忽然改變了,這種「一級相變」是突然的,沒有辦法事先預測知道它會在什麼情況下產生。
當水蒸氣在冷空氣中結冰的時候,也是一種「一級相變」,通常需要藉著一些細微的灰塵或冰屑作為凝結的核心,因為這凝聚與冰晶體增長是一種很不穩定的過程,在哪裡增長的稍微快一些,那裡就更加迅速增長,開始凝聚時一些極為細小的不同(溫度、壓力、水氣的濃度、晶體的形狀……等等)只要略有差異,就會教一片雪花的長相完全不一樣了。
所以有些科學家們相信世界上沒有兩片一模一樣的雪花,這是指沒有人(用顯微鏡)看見過兩片一樣的雪花,不過一場累積成50公分的大雪,每平方公旦飄下來的雪花約有100兆片,這次美東大雪遮蓋了約10萬平方公里,這1000萬兆(1後面19個零)片的雪花只不過是一次的降雪量而已。若說世上沒有兩片一模一樣的雪花,實在是個不容易成立的論調,這類「無一樣雪花論者」的立場,一如許多的「無……」的宣告,若非有邏輯的必要,都是需要相當的信心來接納的。
雪花的特點不但在於其變化多端,也在於這6瓣(也有12瓣、3瓣……)六角對稱的形狀(圖一)5。換句話說,一片雪花中每一瓣的形狀,雖然可以很精密複雜,大體上卻都與其餘五瓣完全一樣,彷彿在它們複雜又不穩定的成長過程中預先串通好了似的。這種在每一片雪花都有其獨特性,卻在同一片雪花中維持高度的一致性的特質,多多少少還是一個美麗的奧秘。
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圖一 六角對稱的雪花 |

自然界中的美,從純「自然」的角度來看(物理定理的必然結果)是沒有什麼「功用」,也是完全不必要的;但是自然界的美卻偏偏又是如此的誇張:花有氣味就能吸引昆蟲來幫助傳遞花粉、傳宗接代,卻何須如此呈現各種顏色、各種形狀,美不勝收?反正許多傳播花粉的昆蟲,比方像蜜蜂、蝴蝶都是「部份色盲」的動物,它們其實看不見紅色(不知是因紅花的蜜汁較少,或是它生性不願「沾蜂惹蝶」),又何必有這許多美麗紅艷的花朵呢?從宏觀的角度來看,無論春江花茂、荷風夏雨、滿山秋葉、翾風迴雪,都有其不同而能震撼人心的美;從微觀的角度來看,從晶體的分子結構,到花瓣海螺的形態,以及自然界中許多分形幾何6圖形的結構,甚至物理基本定理的數學公式,都是出奇的美。物理學家迪拉克7甚至說:「一個基本的物理公式一定是美的」,而非一大堆雜亂無章的數學符號。愛因斯坦也持有同樣的信念。
自然不一定需要美,自然也不需要有規律,故此看來「自然」不完全是出於一個完全沒有意識、隨便要是什麼就可以是什麼的根源。隨便從哪個角度來看,自然是充滿了「設計」和智慧的;自然中的美,也只不過是創造自然的主宰略略展露一下手段而已,真、善、美是分不開的。
注釋
2. Alice, TX, 美國德州南部小域,約有20,000人口
3. 官方統計筆者所住的 Somerset, NJ地區積雪19.5吋,約49.5公分
4. First order phase transition
5. http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/photos/w041219b055.jpg
6. Fractal Geometry請參閱本書〈太陽系與原子:俄羅斯洋娃娃?〉
7. Paul Dirac: “Physical laws should have mathematical beauty.” QED and The Men Who Made It, by Silvan S. Schweber, Princeton Press (1994) ISBN: 0-691-03685-3
自然不一定需要美,自然也不需要有規律,故此看來「自然」不完全是出於一個完全沒有意識、隨便要是什麼就可以是什麼的根源。隨便從哪個角度來看,自然是充滿了「設計」和智慧的;自然中的美,也只不過是創造自然的主宰略略展露一下手段而已,真、善、美是分不開的。
注釋
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1. 納蘭性德(1655 - 1685),清初詞人,此詞乃1682年納蘭性德隨康熙皇帝出山海關時所寫2. Alice, TX, 美國德州南部小域,約有20,000人口
3. 官方統計筆者所住的 Somerset, NJ地區積雪19.5吋,約49.5公分
4. First order phase transition
5. http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/photos/w041219b055.jpg
6. Fractal Geometry請參閱本書〈太陽系與原子:俄羅斯洋娃娃?〉
7. Paul Dirac: “Physical laws should have mathematical beauty.” QED and The Men Who Made It, by Silvan S. Schweber, Princeton Press (1994) ISBN: 0-691-03685-3
本文摘自宇宙光出版社《實存的真相》