工程設計重流體力學 毋須考慮原子層面
筆者前陣子去了德國漢堡的Museum für Volkerkunde（暫且將其譯作「民族學館」，右圖）。館中的一部分，展現了19世紀歐洲人到達南太平洋各小島的一些情景，其中包括了不少當時歐洲人替小島上的原居民拍攝的一些照片。
照片中的原居民赤身裸體，方方正正地站在一把有刻度的長尺之前，頗有點我們在中小學讀書時量度身高的意味。照片旁還展示了一個碩大的表格，整整齊齊地記錄了不同小島上原居民的各個身體部分的尺碼。這是幹什麼？
「冷眼看世界」觀點有待商榷
大家要記得，當時是歐美工業革命以後，科技在迅速發展的時代（下圖）。西方大眾感受到了科技帶來的優勢和力量，慢慢地震懾於科學的方法和思維，以至於去到遠方的小島上，也希望用科學的方法去詳細量度、記錄不同人種身體比例的差異，愈詳細愈好，好用來作為日後對不同人種的研究之用。在他們眼中，遠方小島上的原居民儼然變成了如岩石、星體等大自然事物一般，等待他們去探索、征服。
這種對科學的看法，有點兒不幸地，從這個探索時代一直傳承到現代：在許多現代人的心目中，科學就是冷眼看待身邊的每一件物事，盡可能收集所有精準的數據和資料，去進行盡量準確的計算。
科學家是否一定得用冷眼去看世界，還有待商榷。不過研究科學，就一定不是無的放矢地將所有有關係的數據資料，毫無篩選地一一考慮進去。
對許多人來說，科學就是要將所有稀奇古怪的現象通通考慮，以求達到極度準確的計算結果。
須篩選出重要因素
其實這並不盡然：科學地研究一個現象，其中一個十分重要的步驟，就是分辨出哪些是重要因素，需要認真考慮；至於不重要的因素，就要將它們束之高閣。如果是這樣做，而把所有因素都詳細考慮，那麼科學研究所需要的，也只不過是一部運算功能極佳的超級電腦罷了-將所有資訊全都輸入超級電腦中，然後靜靜地等待它輸出結果。
水是連綿還是粒粒？
科學這種「不用考慮全部因素」的特質，說起來，大家應該並不陌生。比方說，流體力學（Fluid Mechanics）就是一個很好的例子。工程師在設計河道、溝渠、以至於大廈內的通風系統時，都要懂得河水、空氣等等流體是如何流動的，要不然他們不會懂得如何設計管道、如何控制管道壁所承受的壓力；天文物理學家研究星體的內部運作，物質如何在宇宙中流動去形成各個星系，都大量地運用到流體力學。
在流體力學中，所有流體都被視為一種連綿不絕的介質：水管裡的水、通風槽裡的空氣，不會無緣無故包含一個真空的空間；一滴水珠，不論我們如何將它切開，還只是會找到水滴。這樣的圖景看來很合理，也很切合我們的日常經驗。
然而，當我們靜心細想，可能就會發現不妥：不是說物質都是由原子、分子組成，而原子分子之間有許多空隙嗎？那麼空氣和水又怎麼會是連綿不絕的？把他們看成是一點點的沙粒可能會比較正確吧！
從這個角度看來，用流體力學來描述水和空氣的流動不一定是完全正確；然而在近代的工程設計中，好像還沒有人因為流體力學的這個錯誤圖景而引起軒然大波。 ■張文彥博士
作者簡介：香港大學土木及結構工程學士。短暫任職見習土木工程師後，決定追隨對科學的興趣，在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位，修讀理論粒子物理。現於香港大學理學院任職講師，教授基礎科學及通識課程，不時參與科學普及與知識交流活動。
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