宇宙的研究

我研究過的領域有恆星演化、銀河構造和演化，以及其他存在於宇宙的天體如何形成和如何演化的問題。重力（牛頓〔Isaac Newton〕發現的萬有引力）總是會作用於天體。天體為了存在於這個宇宙之內，也常要施展反制重力的力量，否則天體就會被自身的重量瞬間摧毀。比方說，假設星球的內部是超過一千萬度的高溫，沒有因為這份壓力而毀滅。接著熱能從內部往外流出，然後星星就發光了。除非向外持續散發能量，否則星星就會變老。換句話說，星星是會演化的。基於同樣的理由，不只是星星，所有的天體都會演化。既然會演化，就會有開始（誕生、起源），有結束（死亡）。這種宇宙的研究就是在調查天體從誕生到死亡的一生。

起初我在研究恆星演化的最終階段，後來就轉而研究星辰密集的銀河，現在則是在研究銀河散布的宇宙，隨著經驗在不知不覺中累積，研究對象也從小型天體變成大型天體。雖然興趣轉移自然會改變研究對象，不過這也是整個天文學的潮流。或許我也在追逐流行，另一方面，也是為了尋找別人還沒做過的問題。其實這是我研究科學的方法之一。

研究者分為「微分型」和「積分型」

研究人員大致可分為兩種類型，我稱之為「微分型」和「積分型」。「微分型」是反覆思考問題的細節，憑藉優越的技術解決疑問和困難。相形之下，「積分型」則是透過更廣的觀點展望問題，思考應該前進的方向和全局的整合性。或許前者可以說是「蟲眼」，後者則是「鳥眼」。擁有兩種視角的研究人員的確很有能力，但這樣的人很罕見，通常無論再怎麼努力，擅長的方法都會偏向其中一邊。

我屬於後者的積分型，會觀察研究的流程，同時思考別人還沒注意的問題，以及日後似乎會變得重要的問題。由於解決個別問題的能力很弱，因此我和「微分型」的研究人員競爭時會落敗。一般來說，「微分型」的人數學能力和直覺相當優秀，總是讓我感到自卑。每當開始談論某個問題時，我就要花時間思考，途中就跟不上了。剛開始這件事讓我相當煩惱，不過，後來就覺得這只是每個人思考和做事的方法不同。我要尋找適合自己的問題。

像這樣兩種類型的觀念和視角不只限於研究，課堂的活動也好，用功的方法也好，有些人會牢牢掌握部分重點，有些人則會先觀察整體情況。每個人都有擅長或不擅長的領域和做法，這跟頭腦好壞一點關係都沒有。一旦自己認定不擅長的就是頭腦差，多半就不會再努力了。關鍵在於要努力找出自己擅長的地方。

天文少年？

每逢談到我在研究宇宙的課題時，別人往往會問我：「你從小時候就喜歡星星嗎？」實際上，許多人是從小時候用望遠鏡看星星，就這樣研究起天文學來。所以，從別人看來，天文學家就是「從小時候就追逐夢想的幸福之人（怪人？）」。

這時我會回答：「很遺憾，我不是那種浪漫的人。就連現在我都沒用望遠鏡，是個連星座名稱都不知道的天體物理學家。」也有很多以前並非天文少年，沒有做過天文觀測的天文學家。所以我們不稱之為天文學，而是叫做天體物理學或宇宙物理學。

就如第三章所述，自然科學的根源是中世紀的煉金術、永動機（perpetual motion machine）和其他有點不正經的嘗試，後來集大成為博物學，成為自然觀察的基礎。「喜歡看星星」這種博物學式的興趣，是研究自然的第一步，然而，單憑博物學就只能知道事物的一面。

物理學（以前日文用的是「窮理學」）是用在發現基本的原理和定律，以掌握物質本身的結構及其運動的本質。假如從這種視角出發，就需要重新認識自然。透過這種物理學的方法，就能從單純的原理和定律理解和推導出多樣風貌的自然。藉由物理學的方式了解宇宙中發現的現象，這就是天體物理學或宇宙物理學。當然，雖說是以宇宙的觀測為基礎，但在紙上談兵時，往往會忘記個別星球和銀河的特性，以釐清普遍的性質為目標。所以，就算沒看望遠鏡也可以研究。

研究自然科學的方法大致可分為「歸納法」和「演繹法」。前者是對現象和對象感興趣，藉由觀測、觀察和實驗發現其中的共通點和規律。後者則是推論基本的原理和定律，應用在具體的現象和對象上來了解事物。當然，也有介於兩者之間的方法，不過科學家會依照類別和研究的發展階段，將重點放在其中一邊。

這兩個方法經常可以從日常生活中體驗到。像是衡量自己喜歡設計還是製作，擅長撰寫腳本還是演戲。雖然無論哪種職位都是重責大任，但還是要記得判斷自己適合哪種行業，擅長哪種工作。我本來就不擅長實驗，又粗枝大葉，所以直接排除需要接觸自然對象的科別。

「看見『看不見』的東西」

物理學的方法是以更原初的物質及其定律了解觀測到的現象，最核心的研究課題在於物質本身的結構及運動。所有巨觀物質是由原子和分子所組成，原子由原子核和電子組成，原子核由質子和中子組成，質子和中子則是由夸克（quark）粒子所組成。如此這般，物理學逼近物質更初始的要素，分別查出這些物質階層（原子和分子──原子核──質子和中子──夸克）運動的定律是什麼。

在日本，湯川秀樹博士於一九四九年研究原子核中的作用力，朝永振一郎博士於一九六五年研究光的交互作用，兩位都榮獲諾貝爾獎。一九六三年還在就讀大學的我，也覺得粒子物理學的領域魅力非凡，誤以為自己也能得到諾貝爾獎。


然而「人外有人，天外有天」；我進入大學之後，就發現絕頂聰明的人很多，實在無法跟他們匹敵。但我想留在大學繼續讀書。再說父母已經過世無後顧之憂，只唸四年大學還意猶未盡。當時幾乎沒想過自己適不適合當研究人員，反正結果出來就知道了，我相信剛開始還無法斷言適合與否（現在我也這樣認為。所以反過來說，斬釘截鐵認定「只要這個」也不好）。

最後，我選了「天體核物理學」的科目，進入湯川博士的弟子林忠四郎教授的研究室。這個新科目是要以原子核物理學（nuclear physics）的方法切入天體現象，林老師在世界上也是開拓者之一。選擇這項領域的理由是對「看見看不見的東西」有很大的興趣。遙遠的星球只能從地球觀測，既不能重複實驗，也無法透過加速器調查內部。然而，搭配物理學的基本定律，建立嚴謹的邏輯之後，就會明白星球的內部狀態，能夠揭曉其一生。這簡直就是透過科學的力量「看見看不見的東西」。雖然沒有任何人進入星球當中，卻像是親眼看見一樣知道情況如何，這是多麼美妙的一件事（其實真相是我對粒子物理學也很留戀，但競爭率高，完全不可能通過考試，所以就選了當時競爭率還很低的天體核物理學）。

「物理學帝國主義」？

我進大學的時候適逢「核能熱潮」時代，手塚治虫的《原子小金剛》紅到發紫，也是那種時代的背景所致。潛水艇用的人造核能發電設備登陸，開設大型的核能發電所，核能開發在「夢幻能源」或「無限能源」的口號下強力推動。我也曾經為之著迷，想要進入核能的領域當中。但我感興趣的還是原理而不是製造，於是就決定朝向物理發展了。

另一方面，從一九五○到六○年代，日本經濟復甦掀起了「理工系」熱潮。由於國家政策，大學的理學院和工學院增額錄取，人才大量送進製造產業領域。我在一九六三年入學之際，京都大學物理學系的錄取名額變為兩倍（想必是拜此之賜才得以入學）。實際上，雖然工學院擴大的幅度遠遠超過理學院，不過，專門研究基礎科學的理學院也擴大，成為廣泛學術科別的根基，這也是事實。

其中一個現象就是所謂的「物理學帝國主義」。物理學領域主要是尋找原子和原子核物質的根源及運動的定律，不過運用物理學的方法，就可以朝嶄新的對象發展。代表的例子就是生物學，以往透過顯微鏡只能停留在研究細胞的程度，藉由Ｘ光線分析、分子力學和其他新方法就能逼近基因的層次，揭開DNA的雙重螺旋結構。現在有分子生物學和生物物理學之稱的科目成為生物研究的主流，持續揭曉基因結構和生物演化之謎。

天文學也是被物理學帝國主義「侵略」（？）的領域。以往要透過肉眼可見的光線（可見光）用望遠鏡觀測天體，現在則進展到用氣球、火箭及人造衛星從大氣層外觀測。另外，戰爭中開發的雷達技術發展出電波觀測，結果不只是可見光，從Ｘ光線、紫外線、紅外線到電波的所有光譜都可以觀測。這些都是由物理學家在實驗室自行開發訊號偵測裝置，結合望遠鏡研發出觀測宇宙的方法，以往的天文學從來沒有這種構想。

天體物理學這種理論是以量子力學和原子核物理學為踏板，掌握從微觀的過程了解星球的構造和演化的方法。以往的天體力學只會研究天體位置及活動，這種構想果然有別於以往。不只是天體的運動，還有質的變化，也就是開拓出研究恆星演化的道路。就如先前所述，「演化」是天體的特徵，這種物理學式的方法顯然是有效的。

社會的動向與科學

目前為止，描述到我進大學之際的時代背景，是為了強調基礎科學也會反映出社會的動向，研究的發展和分科的大小，更是強烈受到社會和時代的影響。研究本身純粹是個人的行為，但研究的環境和學問的內容絕不僅限於個人的意向和資質。就算依照自由意志和自己的興趣選擇，也要自覺到其實周圍條件和社會風氣影響也很大。

以前公害造成許多社會問題時，以化學為志願的學生就會急遽減少。現在核能導致各種社會問題，報考相關科系的學生似乎也的確在減少，以往核能熱潮時許多學生蜂擁而來（我也差點變成其中一人）。石油化學工業繁盛時，以化學為志願的學生就增加了。遇到這種情況原本應該反其道而行，畢竟潮流當下許多學生想要報考的熱門科系，其實有趣的研究和開發已經做完了。換句話說，過了全盛期之後，就只能被指派去做人人都會做的事情。當科系熱門時，反而激發不出自身的興趣和對科學的熱情。另一方面，當那個領域造成社會問題，看似沒有未來時，才會有許多應該挑戰的課題，搞不好能夠負責到值得去做的工作。現在的關鍵在於意識到自己所處的時代背景，同時衡量能夠激發個人研究意願的領域是什麼… 閱讀完整內容