黃道究竟有多少宮?

有讀者問我「歲差應是指春分點的移動,為什麼黃道會有變化?」

這是個非常好的問題。事實上我在前篇文章的解釋不夠嚴密。

歲差可分為太陽和月球的重力提供的「黃道歲差」,會影響地球自轉軸傾角、導致自轉軸進動以及公轉軌道進動。黃道歲差不會影響黃道。

然而,地球並非太陽系唯一行星。太陽系內所有行星都會因其重力對地球提供歲差,稱為「行星歲差」。行星歲差會影響地球公轉軌道的離心率和公轉軌道面,因此會改變黃道。

不過黃道歲差比行星歲差強約幾百倍,因此黃道的改變其實很輕微。

黃道第13宮是蛇夫座,太陽在蛇夫座裡的時間比在天蠍座裡的時間更長。這是很久以前已經知道的事實,我估計行星歲差應該不能在兩千多年間就造成這麼大的黃道變化,應該是前人為了方便或某些原因而故意忽略。

而第14宮是鯨魚座,太陽在鯨魚座裡只有不到一天的時間,而黃道只會進入鯨魚座邊界中少於半度。第14宮的出現因而可歸因於(一)行星歲差的貢獻;以及(二)國際天文聯會對88天區的現代劃分。

總結來說,黃道第13宮是無需行星歲差亦已存在多時的事實,而黃道第14宮則是行星歲差與天區定義的結果。無論如何,說黃道只有12宮是必然的錯誤,而究竟黃道有13宮還是14宮則看你重不重視鯨魚座的那一天。

後記:

感謝香港天文學會余Sir提供額外資訊:「通常『日月歲差』與『行星歲差』共用、『黃道歲差』與『赤道歲差』共用。由於原本『日月歲差』主要表示自轉軸進動,『行星歲差』用來表示地球軌道。問題是,其實行星都會對自轉軸有影響,所以會令人容易誤解。後來係2006年改左分法,主要分為『赤道歲差』表示赤道的進動,以及『黃道歲差』表示黃道的進動。」

封面圖片:克卜勒繪畫的蛇夫座星圖,可見旁邊就是天蠍座。留意蛇夫座的右腳腕旁「N」字母就是1604年的超新星爆發。

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給妳機會說服科學界占星是科學

我經常說,我們這班真正的科學家是牆頭草,天下間變臉最快的騎牆派。

只要妳能解釋以下幾點,我保證科學界會立即把占星加入天文學教科書之中,妳也可以準備好接受諾貝爾獎的講稿。

一、離太陽系最近的恆星是比鄰星,距離4.2光年。請問離地球至少4.2光年的恆星們,以哪一種基礎交互作用影響人類今天的運程?

二、不單止水星,所有行星都會逆行,原因與駕車時超車,被超越的車看上去會逆行一樣,是錯覺。請解釋地球超越行星引起的這種錯覺,以哪一種基礎交互作用影響人類今天的運程?

三、地球自轉軸有個以26,000年為週期的運動,叫做進動,或者中文比較常叫歲差。因此,幾千年前的黃道(太陽一年在天上的軌跡)與現在不同。黃道十二宮現已變成十四宮,而且每個人出生的黃道星座都偏差了一個月,請問哪一種基礎交互作用,能夠以何種機制修正這個誤差,從而影響人類今天的運程?

我幫妳答吧。

第一道問題,妳需要在以光年計的宏觀尺度,以整體人類規模示範量子超距作用。絕對超越諾貝爾獎級別。成功的話造出量子電腦對妳來說易如反掌,妳發達了。

第二道問題,妳需要證明廣義相對論是錯的,地球本身是個絕對參考座標系。超越愛因斯坦和霍金的諾貝爾獎級別。

第三道問題,妳需要比《流浪地球》更強大的科技,在全地球人不知不覺的情況下移動地球。太陽系的和平都靠妳了,還管他什麼鬼諾貝爾獎?

最後,以上所有問題都關乎對物理學的基本粒子標準模型作出史無前例的大修正,亦能夠幫妳再賺多幾個諾貝爾獎獎座。到時候,獲得三個諾貝爾獎獎座的居禮家族也要排到妳後面去吧。

理科太太,妳說呢?

延伸閱讀:

《理科太太與唐綺陽》-Kayue

別混淆「差的科學」與「偽科學」》-余海峯

別混淆「差的科學」與「偽科學」

有時,我們會看見某些報導說「某某科學研究被批評了幾十年,終得諾貝爾獎」,然後就會有人跑出來說「科學界打壓異見」,然後用滑坡論述說偽科學一樣被打壓,所以偽科學有天也可能是對的。

以上邏輯有什麼錯誤,上過Logic 101課堂的同學肯定知道。不過,除了邏輯,這種論調還有個非常大的問題,就是混淆「差的科學」與「偽科學」。

牛頓曾說光是由粒子構成的,但科學界並不會說牛頓是量子論的始祖;量子論之父是普朗克、愛因斯坦等近代科學家。為什麼?因為牛頓的論述基於當年(17世紀)的技術根本不可能證實,而且他的理論與現代量子論有根本上的分別(沒有波粒二象性的概念)。

牛頓的光粒子說未能說服當年的科學界,因為不能解釋以17世紀科技測量的實驗結果。反而,惠更斯的光波動說能解釋當年所有實驗結果,科學界相信惠更斯的理論是理所當然的。但我們不會說科學界「打壓」牛頓的光粒子說。

類似地,布魯諾亦曾在16世紀提出宇宙無垠論,提倡宇宙中存在無數個星球,上面存在無數外星生物。即使教廷沒有把他送上火刑柱(他被教廷以異端之名燒死),他的理論也不可能說服當年的科學界。原因很簡單,以當年的科技製造出來的望遠鏡根本不可能發現系外行星,甚至連星雲都看不清楚(而且布魯諾的時代是用肉眼看天象的,伽利略仍未發明伽利略式天文望遠鏡)。但我們不會說科學界打壓布魯諾的宇宙無垠論。

還有更多的例子,例如古希臘哲學家的原子論、日心說等等。

不過,即使上述例子在當時年代如何天馬行空,也比偽科學好無數倍,因為這些論述都是可以嘗試證明/偽的。「以當時技術無法證明/偽」不等於永遠無法證明/偽。充其量,我們只會說它們(以當年來說)是差的科學,但無論如何也不是偽科學。

反而,偽科學往往是已經被證偽了的,或者是永遠無法被證明/偽的。例如占星就是偽科學,因為它已經被物理學和天文學證偽(遙遠星體與人類沒有交互作用、黃道星座事實上有14個而非12個等)。又例如智慧設計就是偽科學,因為它永遠無法被證明/偽(引入超越自然的假設)。

總結來說,有些理論在以前不被認同或重視,是因為那些理論「生不逢時」,它們超越當時科技太多了。但後來科技進步,就能夠驗證它的對錯。以往的科學界不認同那些超越時代的理論並非打壓,反而是科學精神的展現:唯有證據才能顯示大自然的規律。

為何學習前人錯誤理論?

在我有份教授的一個科學通識課程中,我們討論世界是由什麼構成的。我們會向學生介紹西方古希臘文明的物質理論,也介紹東方古中國的物質理論。阿里士多德說,世界是由土、水、空氣、火,還有乙太構成的。古中國人則認為,世界的組成成分是金、木、水、火、土。

有學生問我,為什麼我們要學習這些過時的理論。「它們是錯的啊!」是的,它們是錯的。現代科學告訴我們,世界是由不同元素構成的,我們甚至已把所有元素放進一個表內,這是所有人都知道的元素週期表。物理學家又發現,元素是由更細小、更基本的粒子構成的,我們把這個終極理論稱為「標準模型」,所有百多種元素都可以由兩種夸克與一種電子組成。

為什麼還要學習古人的無稽之談?是的,我們不再使用那些天馬行空、毫無根據的概念很多很多年了(這是錯的,事實上有很多人還是相信這些東西,並樂意把自己的命運押在這些迷信之上,不過這是題外話)。不過,我認為雖則我們已不再使用這些概念,但學習這些古人的理論仍有它的意義。

放眼世界,各地都有自己傳統的文化,有著各自不同的神話。當然這些都只是古人虛構出來,為了安撫心靈,避免那種對於無知的恐懼。他們不知道是什麼引起雷電、不知道是什麼造成四季更替、不知道是什麼令太陽東升西落。他們於是創造出各種神話,當中包括上述那些金木水火土理論。人類希望從「理解」世界中獲得安全感。當然,這些「理解」徒勞無功,因為根本沒有證據支持,也經不起邏輯推演。

現代科學和神話傳說當然有很大分別。不止於一個「正確」另一個「錯誤」,而在於神話之中,所有問題都已經有了答案;科學之中,解開一個問題只會引起更多的問題。神話之中,追求知識進步的動力就在引入「超越自然的力量」後消失了,理論不會再有進步,end of story。科學探索卻永遠不會有完結的一日。

之不過,我認為這些「錯誤理論」都有個共通點,而且與現代科學的宗旨不謀而合:以盡可能少的定律解釋複雜的物質世界。我們不能夠從那些過時的理論學到什麼,它們甚至連邏輯推理都欠奉;但我們能夠學習到的是,人類那種對理解世界近乎執著的求知慾。這慾望甚至使我們能夠對不合理、不邏輯的地方視而不見,而使這些過時的概念能夠流傳幾千年。這不是很值得我們深思的嗎?

科學通識課程,最重要的並非傳播硬知識,而是普及科學的思考模式。愛因斯坦曾對記者的提問坦承不知道,說「這資訊在書中就可以找到,並不存在於我的腦海之中。」(記者問他音速為多少)。他也曾指出過,「大學教育的目的不是學習很多知識,而是學習如何思考。」

我亦很高興,同學思考為何我們要教導這些東西,已經踏出科學思考的第一步了。

封面圖片:16世紀拉斐爾所畫《雅典學院》。

「你怎麼知道?」

【更新:東森新聞沒有更改錯誤,反而已刪除該貼文,非常不負責任。】

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來自 Hung Tze 讀者的截圖。

台灣東森新聞轉載了一段影片,片段中是一個風扇加兩塊磁石,風扇在動。有讀者指出,兩塊磁石這樣放根本不可能發電,然後東森新聞專頁編輯就回:「你怎麼知道?」

我暫且不談台灣的新聞媒體的科學素養(香港也不遑多讓)、不談記者的報導質素(我甚至不清楚到底臉書編輯算不算記者)、也不多談(下面還是會說一說)永動機為什麼不可能。我要討論的是,那句:「你怎麼知道?」

先來物理知識。風扇其實就是摩打,如果拆開來看就會發現是個繞著磁石的金屬線圈。電流通過,線圈就會轉動,再在前面加裝幾塊扇葉,就成了風扇。提供電流予風扇的,可以是電池(俗稱乾電,即直流電),也可以是來自牆身的那種電(俗稱濕電,即交流電)。使用直流電和交流電的風扇,線圈構造必須有分別,要不然就必須加裝轉換器把交流電轉成直流電,不過這樣做會浪費掉一部分能源。

依據影片,拍攝者聲稱是那兩條電線加上兩塊磁石就令風扇轉動。這令人聯想起電磁感生定律。電磁感生是法拉第發現的效應,因此也稱為法拉第定律。簡單地說,可以用(出自香港高登討論區)那句潮句總結:磁通量改變。換句話說,如果電線上的磁場有所改變,電線裡就會產生電流。而要令磁場有所改變,要不是移動電線,就是移動磁石(第三種方法:也可改變磁場強度)。

問題是這種移動必須是持續的。影片中,當電線移動至磁石中間,就沒有再移動了。根據法拉第定律,磁通量維持不變,電流歸零。這就說明如果那電線和磁石是風扇電力的唯一來源,風扇理應停止轉動,故此影片造假。另一個可能性是,那電線和磁石並非風扇電力的唯一來源,不過這就等於說影片根本就是假的。

這就是為什麼有讀者指出影片不可能是真的。這在香港、歐美等地都是高中程度的物理學,我不清楚台灣的教育,不過也應相差不遠。東森新聞專頁編輯的物理程度,我也不去猜想,畢竟我自己也有在經營專頁。問題是,東森編輯回應的那句:「你怎麼知道?」

我相信,如果其他讀者問:「你怎麼知道?」,反應會完全不同。沒有讀過法拉第定律的人問這問題,證明他有心學習,勤奮上進,我相信其他人也會很樂意回答這個物理問題。

可是,東森編輯本人正是貼出影片的人。除非他是以發問方式請求協助(他不是),他有責任在貼出影片前了解其內容。如果他沒有相關物理背景,他應該首先諮詢物理學家或物理老師,理解背後牽涉的物理原理後,才貼出報導。不過,如果他有理解過上述物理原理,他就應該知道影片是造假的,作為新聞從業員他就不應該貼出來。可是,他最終選擇了不知不解地貼出來,再嗆指出錯誤的讀者:「你怎麼知道?」

自古希臘時代,科學家用理性邏輯去理解世界,已經兩千五百年了。只是法拉第定律也有兩百年歷史了,即使沒有相關背景知識,隨手抓個理科學生問一問,亦應該相當可能得到解答。況且這是個知識垂手可得的年代,即使維基百科不能當做資料來源,其上面寫的簡單科學質素還是可以的。可惜的是,東森偏偏選擇了不求甚解,為求呃like,再嗆讀者:「你怎麼知道?」

對於東森這個「你怎麼知道?」,以上就是作為簡淺程度的回答。至於比較深刻的回答就是熱力學第一、二定律的應用。根據這兩條定律,任何機械運作時皆會生熱,「熱」是物理學裡專有名詞,指不可被完全重用的能量。使用簡單數學就可以證明,熱力學定律告訴我們,即使在沒有摩擦力或空氣阻力的情況下,任何機器的效率都有個小於100%的上限。換句話說,永動機永遠不可能在我們的宇宙中存在。再簡單一點說,像影片中那樣,完全自給自足的風扇系統,是不可能存在的。

不懂,就要發問,無論我們身份是什麼。即是如我擁有物理學博士學位、身為大學講師,我在物理學、科學上也有非常多不懂的地方。而當我在專頁上發言時,我不會討論一些我自己不明白的東西;有時候,我不小心寫錯東西,有讀者指出問題,我也會立刻修改。這是作為學者的責任。在某些我不在行的領域,我的讀者可能才是專家。

令我百思不解的是,東森作為新聞從業員,為什麼會認為他們的讀者都跟自己一樣是理科盲?我假設新聞界的入行條件並非理科,而是傳播學系之類文科專科吧?東森這次嗆人「你怎麼知道?」就有如我這個文學盲亂貼詩詞,說《靜夜思》是周杰倫寫的,然後有讀者指出「這不可能」之後嗆他們:「你怎麼知道?」

不知道,從來不是問題。發問是進步的來源。我敢保證,學者說得最多的一句話就是「我不知道」。東森新聞,你怎麼知道,你的讀者不比你有知識?

封面圖片:The Big Bang Theory

機遇號的自白

【立場新聞編按:美國太空總署在 2004 年送抵火星探測器機遇號在 2018 年遭受沙塵暴吹襲,之後至今都未能執行地球傳至的指示。經多番測試,NASA 最終在香港時間情人節宣告「死亡」,機遇號在火星的任務正式結束。期間 NASA 亦曾嘗試傳送文中提及的歌曲至機遇號。】

Wake me up before you go-go
Don’t leave me hanging on like an yo-yo
Wake me up…

我知道這是一個夢。人類朋友,您好,我是機遇號。15年半前,我與我的雙胞胎精神號分別乘搭火箭從地球升空。精神號比我早三個星期出發,也早三個星期降落在火星上。這是每年半一度的升空時機,因為地球和火星運行至最接近的距離。

在地球上空與火箭分離後,我在太空中航行了半年,終於在地球時間2004年1月25號到達火星,那時候精神號早已降落了。我還記得那緊張刺激的降落過程。在5千5百萬公里之外,地球上的人類科學家不斷為我打氣。當時,我依靠著4分鐘前從他們那裡接收到的訊息,獨自穩定機身,慢慢降落在這個紅色行星之上。

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Credit: NASA

精神號和我降落的地點都不同。為了盡可能探索這個星球,我們分別降落在火星的東西半球。我們都配備了很多科學儀器,包括相機、光譜儀、放射性探測器、顯微鏡、礦物探測器等等。我們都有六個車輪,能夠在火星地表上行走。我們的能源都來自鋰充電池,不過由於火星上並沒有充電站,我們必須帶著一塊很大的太陽能板走來走去,利用太陽光充電。或許看起來有些笨重吧?我卻覺得自己有點像美國隊長呢!

雖然我不是生物,但我覺得充滿生命的地球很有趣,所以我的首要任務也是在火星上尋找生命。我用機械手臂四處挖掘,希望找到住在泥土中的生命。可惜,至今我仍未找到任何生命的證據。

不過,在火星上四處闖蕩的過程裏,我發現了很多有趣的東西。例如我發現了很多很細小的球狀沙石。我為這些砂粒拍了很多照片,並把儀器分析的結果傳回地球,送到我的人類科學家朋友那裡。他們後來告訴我,這些砂粒小球很可能來自液態水的沖刷,這代表火星很久以前可能有液態水存在,甚至有個和地球差不多漂亮的海洋呢!

我也找到了很多硫酸鹽,不知道會否是遠古火星海洋遺留下來的呢?不過,也有一些科學家認為這些鹽份可能來自於遠古火山活動。我覺得科學研究真的很有趣,尤其是在這個從未有人類踏足過的行星之中做實驗,我的每個研究結果都是一項新發現!

一天,當我在紅色的土壤上如常漫步時,我發現了一些奇怪的東西。我用相機和光譜儀細看之下,發現了一些埋在石頭之中的管狀結構。管道裏面有很多鈣質,人類科學家後來告訴我說,這是液態水曾經流動過的有力證據。可惜的是,我的科學儀器能力有限,並不能詳細分析這類的土壤,看看有沒有遠古生命遺留下來的殘骸。甚至,泥土中會否真有火星生命存在,只不過我未能察覺到呢?

火星其實是個很乾燥的行星。火星之所以是紅色的,是由於土壤中有很豐富的氧化鐵,即是俗稱的生銹哦!火星的大氣層非常稀薄,而且大部份都是二氧化碳。這對人類來說致命的環境,對我來說卻完全不是問題。

最大的問題是火星經常發生沙塵暴,遮蓋陽光。每當預測到沙塵暴即將來臨,我必須暫停運作,睡個午覺,等待沙塵暴完結。因為我的能源來自太陽能,在這段期間我不能夠充電,只可以靠休眠來節省能源。

精神號和我的任務本來只有90天,我們卻都超額完成了,這讓我非常自豪。過去15年間,我總共走了45公里有多的路程,打破了人類製造的探測車行走的距離紀錄。不幸地,精神號在2009年不慎陷入了一個沙坑,走不出來,結果用盡了他的能源。我比較幸運,直到2018年,我仍然行走自如。

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Credit: NASA

去年八月份,我如常進入休眠狀態,等待一場沙塵暴過去。這是場非常大的沙塵暴。然而,我發現我的電池能源下跌得很快。睡覺前,我的人類科學家朋友向我保證,他們一定會叫我起身的。

I close my eyes only for a moment, and the moment’s gone
All my dreams pass before my eyes, a curiosity…

人類朋友,這次我知道我醒不來了。我能夠明白,這是我僅餘的意識。在夢中,我聽到了人類送給我的歌曲,多謝你們。我是電腦,所以對於你們來說的幾微秒,已足夠我聽完整首歌。

這是我長眠之前的最後幾秒鐘。我用最後的能量把微弱訊息向地球發送,不知道你們會否接收得到呢?

Can you hear me, Major Tom?
Can you hear me, Major Tom?
Can you….

晚安,我的人類朋友。不要傷心,我相信未來終有一天,踏上火星的人類會把我再次喚醒。

Planet Earth is blue
And there’s nothing I can do.

封面圖片:NASA

延伸閱讀:NASA機遇號任務完結新聞稿

NASA示範社交媒體科普技巧 回應Marvel粉絲請求 教路如何拯救Tony Stark

萬眾期待的《復仇者聯盟4》首支預告片前天公開,可見 Iron Man Tony Stark 身處宇宙飛船之中,在宇宙空間漂浮,並表示食物和水已經用盡,只剩下半天氧氣。

網絡是個神奇的地方。一眾 Marvel 粉絲竟然發起 #SaveTonyStark 行動,紛紛傳送訊息或透過 Hashtag 請求 NASA 出動救援 Tony Stark。NASA 起初只是在 Twitter 表示,希望大家停止傳送請求救援的訊息。然後,NASA 又貼出了一張照片,照片中的是 NASA 的地面控制中心,並寫道:

「嘿,Marvel,我們聽到 Tony Stark 的遭遇了。我們的意見是,你們首先應該做的是在地面控制中心聆聽『復仇者,我們有個問題。』但如果他不能進行聯繫,我們建議地面控制中心動用所有資源掃描天空,尋找你的失蹤伙伴。」

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截圖取自 NASA 官方 Twitter。

NASA 除了趁機向大眾展示了地面控制中心之外,更向 1970 年 4 月 11 日升空的「阿波羅 13 號」探月太空任務致敬。阿波羅 13 號太空船在登陸月球前,服務鎗的氧氣罐爆炸,導致太空船嚴重損毀,登月任務必須中止。任務其中一名太空人斯威格特(Jack L. Swigert)向地面控制中心報告:

「休斯頓,我們這裡有了個問題。(Houston, we’ve had a problem here.)」

最後,任務三名太空人必須搭乘原本用來登月的登月鎗返回地球。這次意外曾經於 1995 年被拍成電影《阿波羅 13 號》,由湯漢斯(Tom Hanks)主演,電影中太空人向地面控制中心說出一句差不多的話:

「休斯頓,我們有個問題。(Houston, we have a problem.)」

使這成為家傳戶曉的電影名句。所以,NASA 這次除了向真正的阿波羅任務致敬外,也向科普電影《阿波羅 13 號》致敬。

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地面控制中心最前排右方,有個牌子上寫著「THOR」,旁邊更放了一把「妙爾尼爾」!

之後,有人發現 NASA 的這張地面控制中心的照片中,竟然有個寫著「THOR」的牌子,旁邊更放了一把雷神之鎚「妙爾尼爾(Mjölnir)」!粉絲們高興地發現了這個「彩蛋」後,NASA 再次回應,解釋「THOR」的意思是「熱能執行及資源(THermal Operations and Resources)」小組的簡稱,是個負責國際太空站熱能設備的重要小組,是「控制中心最強的英雄(Mission Control’s mightiest heros)」。

「致敬」和「彩蛋」都是電影、動漫粉絲非常重視的行為。NASA 向來重視在社交媒體上推動科普,今次 Marvel 粉絲們發起的行動本屬幽默,NASA 卻能把握機會,在《復仇者聯盟4》的話題上科普一番,更在照片中放置了雷神「彩蛋」,實在是非常好的科普教材。

今天的科幻是明天的科學,誰知道未來人類會否有能力進行星際救援?

延伸閱讀:

人人都不能拿起雷神之鎚,因為它是來自中子星的超導材料!?》- 余海峯

封面圖片來自《復仇者聯盟4》電影預告。