發砲或毋須識「萬有引力」 工程設計不考慮分子結構
上一次談到，研究科學並不等同於將所有有關係的因素全都毫無篩選地一一考慮進去。更重要的，是要能分辨出哪些因素是重要的，需要認真考慮；至於不重要的因素，就要將它們束之高閣。要不然，科學研究所需要的，可能就只是一部運算功能極佳的超級電腦罷了。
上次還提到，工程師在設計河道、溝渠、大廈通風系統的時候，都不會考慮水分子或空氣分子之間的空隙，反而會把水和空氣視為一種連綿不絕的介質。這種對水和空氣的描述雖然看來不很正確，但好像還沒有為近代的工程設計帶來任何軒然大波。
彈道軌跡需計算
今次要舉的另一個例子，大家可能更熟悉。一件物件在半空中以拋物線的軌跡行進，不少理科生在中學的物理課裡就應該學過。要將一個古代的砲彈、近代的導彈、以至於手機遊戲裡的「憤怒鳥」準確地發射到敵方的陣地裡，就大量地運用了這樣的計算。
廣義相對論不能完全描述萬有引力
由於物件在地球的表面，主要都是受到萬有引力的影響，這樣的計算是否準確，就建基於我們對萬有引力的理解之上。問題來了：在現實生活中，我們這些計算看來都十分準確（起碼許多國家、軍隊都能有自信地將他們的導彈、砲彈送到目的地）。
然而，對於萬有引力，我們卻不是完全理解。基於去年對重力波（gravitational wave）的報道，大家可能已經知悉愛因斯坦（Albert Einstein）的廣義相對論（General Theory of Relativity），是一個描述萬有引力的卓越理論。然而，許多科學家亦一致認同，廣義相對論並不能描述萬有引力的所有特徵。
理論：彈道計算不絕對準
從上世紀的科學探究之中，我們認識到原子世界，以及比原子更小的微觀世界，都是遵從量子力學的法則的。因此要描述萬有引力如何在微觀世界運作，就要懂得如何將廣義相對論和量子力學合併。可惜的是，現今的科學家雖然已經很有點主意（比方說超弦理論，Superstring Theory），但還沒有完全懂得如何去將這兩個劃時代的理論連在一起。我們對「量子萬有引力（Quantum Gravity）」的無知就是在說，每一個有關砲彈、「憤怒鳥」在空中移動的計算都不是絕對準確的；不過在現實生活中，沒有一支軍隊會因為無法理解「量子萬有引力」而對他們的砲彈失去信心。
由此可見，在日常生活中，我們早已習慣「不是完全理解萬有引力」的這種狀況了。更重要的是，這種不理解，沒有為我們的日常應用帶來任何麻煩。
篩選不同因素有難度
希望上次和今次的這兩個例子能夠說服你，科學研究並不是盲目地將所有相關因素全都考慮進去，而是要按照實際情況，認清重要的因素去考慮：研究流體在河道活動的科學家，不一定需要考慮流體的分子、原子結構；探索萬有引力對我們日常生活的影響，不一定需要完全了解量子萬有引力。
科學家在研究他們的課題的時候，還要清晰地知道他們的理論在什麼場合有效、有什麼他們是沒有考慮到。當然更重要的，是衡量沒有被考慮的因素，對他們研究的課題不會造成致命的影響。科學的這個特質，一方面令科研的工作變得輕鬆了一點，同時又令其變得有挑戰性：不需要考慮所有的因素，但哪幾個才是重要的？這就不一定很清楚了。 ■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。
