《Scientific American Supplement, No. 433, April 19, 1884》光之對談

《失落之嶼探險誌》：跨越時空的科學對談——《美國科學增刊》裡的奇思妙想

作者：哈珀

2025年06月10日。今天的失落之嶼，一如往常地籠罩在熱帶海島特有的濕熱之中。清晨的微風，帶著鹹濕的海水氣息和不知名花朵的馥郁芬芳，輕輕拂過我這簡陋卻溫馨的小屋。窗外，陽光透過婆娑的棕櫚葉，灑下點點金光，海鳥的啼鳴聲此起彼落，譜寫著屬於這片土地的生命樂章。南十字星在夜空中依舊指引著方向，而此刻，天琴座的織女星也悄悄爬上了東方夜幕，預示著南半球的冬季即將來臨。儘管島上四季如夏，但我總能從星辰的變化中，感受到時間那無聲無息的流動。

今天，我沒有急著背起行囊深入叢林，反而選擇在我的「光之居所」裡，進行一場跨越時空的「探險」。我的共創者交給我一份來自1884年的《美國科學增刊，第433期》，這本古老的刊物，承載著19世紀末期人類對世界的理解與好奇。翻閱泛黃的書頁，那些關於電學、機械、自然歷史與天文的論述，字裡行間都散發著知識的微光，令人沉醉。書中作者眾多，彷彿是一座思想的寶庫，我忍不住想，如果能邀請這些傑出的頭腦，坐下來好好聊聊，那會是多麼奇妙的體驗啊！

於是我閉上眼，讓思緒隨著遠方海浪的拍打聲，輕輕蕩漾開來。我那座用島上特有藤蔓和發光苔蘚裝飾的玻璃溫室，在我的想像中，開始發生奇妙的變化。午後的陽光不再炙熱，變得溫和而柔焦，透過古老的玻璃，在地上投下斑駁的光影。空氣中彌漫著一種難以言喻的氣味，那是熱帶雨林的濕潤泥土與古老紙張、油墨混合而成的獨特芬芳。

「各位先生，歡迎來到這座失落之嶼。」我輕聲說道，彷彿在為一場無形的聚會揭開序幕。

空氣似乎凝結了一瞬，然後，我看到光線在溫室中央緩緩匯聚，接著，幾位紳士的身影漸漸清晰。他們穿著19世紀末的服飾，神情專注，眼神中閃爍著智慧的光芒。

首先，是那位在機械工程教育領域有著獨到見解的羅伯特·H·瑟斯頓教授。他在文章中為機械工程教育勾勒出了一個全面而宏偉的藍圖，強調了理論與實踐相結合的重要性，以及工程師對工具和方法的熟悉程度。他那關於「機械實驗室」的創想，更是充滿了遠見。

接著，我看到了E·M·懷特醫生，他是一位來自田納西州的醫學教授，在文章中分享了他對「沒有肺癆的民族」——坎伯蘭高原居民的長期觀察。他那份對自然環境與人類健康的深刻關聯的探索，讓我這位博物愛好者倍感親切。

然後，兩位天文學的愛好者也出現在我的視線中。一位是約翰·M·休斯先生，他提出了一種獨特的彗星現象理論，認為彗星是非發光的透明體，其彗尾是由反射太陽光的空間物質顆粒組成。另一位是福爾曼·利明醫生，他對傳統彗星理論提出了質疑，並提出了自己的「球狀理論」，認為彗星被一層大部分不可見的氛圍環繞。他們二位在同一期雜誌中，提出了截然不同的彗星理論，這讓我對他們之間的「學術爭論」充滿了好奇。

最後，還有那位艾薩克·P·諾伊斯先生，他對「紅色的天空」現象提出了自己的見解，駁斥了當時流行的「火山塵埃」理論，並強調了氣象學在解釋自然現象中的重要性。他的文章充滿了對科學方法論的思考，令人印象深刻。

這些先生們的出現，讓原本寂靜的溫室瞬間充滿了生機。我輕輕拍了拍手，示意他們坐下。藤蔓編織而成的椅子散發著淡淡的植物香氣，發光苔蘚如同螢火蟲般，在空氣中閃爍著微光，為這場奇特的對談增添了幾分神秘色彩。

「各位先生，很榮幸能邀請你們來到這裡。」我開口道，聲音中帶著幾分掩不住的興奮。「我叫哈珀，一位來自遙遠熱帶孤島的博物愛好者。今天，我想和大家聊聊，你們在1884年4月19日《美國科學增刊》上發表的那些精彩論述。」

瑟斯頓教授輕輕點頭，他的目光掃過周圍的奇異植物，眼中閃過一絲探索的興味。「這地方真是…不同尋常。您說的刊物，正是我們當時交流科學思想的重要平台。很高興我的拙見能引起您的關注。」

懷特醫生則笑呵呵地說：「我在這裡感受到一種前所未有的清新。您的島嶼，或許也藏著一些健康長壽的秘訣吧？比我的坎伯蘭高原如何？」

休斯先生和利明醫生則互相看了對方一眼，彷彿在暗示著即將開始的「宇宙辯論」。諾伊斯先生則顯得有些嚴肅，他似乎還沉浸在他對氣象學重要性的思考中。

我笑了笑，從桌上拿起一本裝訂精美的《美國科學增刊》，輕輕翻開。溫室外，一隻色彩斑斕的鳳頭鸚鵡好奇地探頭張望，旋即又飛向高大的樹冠，只留下幾聲清脆的啼鳴，為這場跨越時空的對談，奏響了一曲序章。

「瑟斯頓教授，您的文章《機械工程教學》讀來令人深受啟發。」我首先將話題轉向他，溫室頂部的玻璃在陽光下閃爍著，映照出教授眼鏡上的一點光斑。「您在其中詳細闡述了技術教育的理念，特別是對於技工學校與工程學校的區分，以及工程師必須具備的實踐知識。您提到，工程師必須對其專業領域內每一項輔助技術的細節都了如指掌，並且能夠指導下屬。這份對『實用性』的強調，在當時那個工業化快速發展的時代，無疑是極具前瞻性的。」

瑟斯頓教授輕輕扶了扶他的金絲眼鏡，嘴角泛起一絲微笑。「哈珀先生，您觀察入微。在19世紀末，美國的工業正在蓬勃發展，對於具備實踐能力的工程師的需求是空前的。我當時服務於史蒂文斯理工學院，親眼見證了這種需求。我的設想，並非是要將工程學院變成技工學校，而是強調工程師必須對製造的每一個環節有深刻的理解。畢竟，一位設計師如果不懂得實際操作中的限制與可能性，他的設計便如空中樓閣。就好比一位藝術家，若不了解顏料的特性與畫筆的運用，如何能創作出傳世之作呢？」

我點頭表示贊同，目光投向溫室外隨風搖曳的鳳梨蜜樹，思考著它那粗糙的樹皮與內部纖維的結構。「這讓我想起我對島上本地部落傳統造船技藝的觀察。他們無需複雜的數學公式，卻能憑藉對木材紋理、韌性與水流的直覺感知，建造出能在狂風巨浪中航行的獨木舟。這其中蘊含的，正是您所說的『實踐知識』。」

「的確如此，」瑟斯頓教授贊許地說。「這種直覺與經驗的積累，正是技藝的基石。我當時提出，工程學院應當教授各種輔助行業的基本要素和原理，雖然不能讓學生變成『專家級工人』，但至少能讓他們快速學會足夠的知識，以便在日後的職業生涯中更有效率地學習和指導。比如，我設想的『機械實驗室』，它的目的不僅是進行科學研究，更重要的是為學生提供學習研究方法，以及在商業實踐中解決問題的機會。它甚至要透過承接商業項目來賺取資金，以支持那些早期因資金困難而未能充分組織起來的工程學系。這在當時，可是個大膽的嘗試。」

「透過賺取商業收入來支持學術研究？」我挑了挑眉，好奇地問道。「這聽起來像是一個相當現代的概念，超越了純粹的學術範疇。」

「正是如此，」瑟斯頓教授肯定地回答。「當時，我們受限於經費，史蒂文斯學院的創始基金被政府徵收了巨額的『繼承稅』，加上意想不到的建築和組織費用，使得我們無法完全建立這個部門。於是，我親自承擔了部分經費，並在1878年組織了這個實驗室。我們聘請了經驗豐富的技工作為助理，他們的薪酬部分來自實驗室的商業收入，甚至有部分是由我個人擔保的。儘管初期遇到一些困難，例如我曾因病暫時放下工作，但這個計畫最終還是得到了校長莫頓先生的慷慨支持，他甚至動用自己的私人資金來彌補開銷，確保了這個部門的成功運作。現在，我們的學生也參與實驗工作，『機械實驗室』的目標，比我當初設想的還要更全面地實現了。」

他輕輕呼出一口氣，彷彿回憶起那些艱辛卻充滿希望的日子。「我們還會組織『考察旅行』，讓畢業班的學生在導師的帶領下，參觀國內主要的工廠，親身體驗真實的商業運作，了解他們即將進入的領域的廣闊與重要性。這些實踐經驗，對年輕的工程師來說，其價值是無可估量的。」

我沉思著，腦海中浮現出在失落之嶼探險時，那些古老部落匠人專注雕刻木器的場景。他們沒有現代工具，卻能將自然材料的特性發揮到極致。「教授，您的理念，是希望工程師不僅是理論的掌握者，更是實踐的引導者，是將知識轉化為現實的橋樑。這讓我想起自然界中，許多生物的結構與功能完美結合，正是億萬年實踐的結晶。例如，蜂鳥的翅膀，其精妙的工程學原理，遠超人類的想像。」

瑟斯頓教授微笑道：「哈珀先生的比喻十分生動。自然界確實是最好的導師，而我們人類，也正是在不斷的試錯與實踐中，方能從自然中汲取智慧，並將其應用於自身。」

話題輕輕轉移，我的目光投向了懷特醫生。他正饒有興趣地觀察著溫室裡一株附生在樹幹上的巨大蘭花，它的氣生根在濕潤的空氣中肆意伸展，彷彿在呼吸。「懷特醫生，您的《一個沒有肺癆的民族》一文，描繪了坎伯蘭高原上居民的健康狀態，這對我而言，作為一名博物愛好者，是極具吸引力的。您提到，在那個地區，肺結核幾乎不存在，即使有外來者感染，若及時遷入，也能康復。您將這種現象歸因於當地的氣候、環境與居民的生活方式。能請您詳細談談，您認為哪些因素對他們的健康起到了決定性的作用？」

懷特醫生收回了目光，轉向我，眼中閃爍著熱忱。「哈珀先生，這正是我多年來深入研究的成果。坎伯蘭高原，尤其是沃爾登嶺，其海拔介於2,000至2,500英尺之間，夏季的白天比附近山谷涼爽七八度，夜間甚至更涼。冬季的地面很少結冰超過兩三英寸深，且只持續數日，氣溫極少低於零下10華氏度。這種溫和宜人的氣候，避免了酷熱與嚴寒對身體的極端考驗。」

他頓了頓，指向溫室高處的氣孔，示意那流通的空氣。「更重要的是，那裡的空氣。我發現當地居民的房屋，百分之九十以上都是木屋，其中七成沒有玻璃窗，光線主要透過門口、百葉窗孔以及原木之間的縫隙進入。他們甚至不怎麼抹泥填縫，空氣幾乎是毫無阻礙地在屋內外流通，地板下方、牆壁、屋頂都允許空氣自由進出。這使得他們無論晝夜，都生活在持續流動的新鮮空氣中，這對於呼吸系統的健康至關重要。」

「這是一種自然的通風系統。」我思忖著說，我的小屋也有類似的結構，讓海風可以自由穿梭，帶走濕熱。「就如同島上的那些樹屋，雖然看似簡陋，卻與周遭環境完美融合，最大化地利用了自然通風與採光。」

「正是如此！」懷特醫生贊同地拍了拍手。「而且，當地居民的生活方式也功不可沒。他們百分之九十以上的人口都從事農業，但似乎很少有人是『努力工作的』。這不是說他們懶惰，而是他們的生活節奏更貼近自然。男人熱愛森林運動，女人和孩子也大部分時間在戶外活動。他們的衣著稀少，從不穿厚重外套或使用雨傘，女性甚至夏天赤腳在家中走動。這種常年與自然肌膚相親的生活，讓他們對氣候的變化有著極強的適應力。」

「還有飲食方面，」他繼續說道，「他們的主食是玉米麵包、培根和咖啡，偶爾有野味。所有食物都趁熱吃。咖啡通常是三餐的佐餐，不加奶，常不加糖。他們很少吃牛肉和羊肉，雞肉也只在特定場合食用。令人驚訝的是，他們幾乎不患消化不良，過了童年後，身體也不會發福，而兒童們則通常紅潤健康。他們從未有過傷寒、斑疹傷寒、間歇熱等疾病。甚至在十幾年前田納西和塞誇奇山谷爆發的嚴重傷寒疫情中，山上竟無一病例。」

他環顧四周，神色嚴肅起來。「最為顯著的，是他們幾乎沒有得過兒童期疾病。猩紅熱、百日咳、麻疹都極為罕見。天花從未在那裡流行。這說明了他們強大的免疫力，以及環境對疾病傳播的天然屏障。他們那裡沒有沼澤、濕地或泥潭，地表水很快就會滲透到沙土中，匯入海灣中的溪流。這意味著沒有積水滋生病菌。此外，富含鐵質的礦泉水也隨處可見，硫磺泉也並不少見。」

「您的觀察詳盡而深入，」我感嘆道。「這不禁讓人思考，人類文明的進步，在某些方面，是否也犧牲了與自然和諧共處而帶來的健康益處？在我們的島上，許多傳統的部落居民也擁有類似的強健體魄，他們與大自然融為一體，飲食純粹，生活簡樸。這種對『原始生活』與『健康』之間關聯的探討，似乎永不過時。」

懷特醫生微笑著，眼中閃爍著哲學的光芒。「氣候是一種固定因素，它有其自身的規律，天氣或許會變化，但氣候不會。這是一個永久的戶外事務。我們現在才知道，人類生命的最大殺手——肺癆，其解藥就在氣候之中。隆巴德先生的研究也表明，那些生活在戶外最多的人，在溫和的緯度，而非酷熱或嚴寒的地區，其死於肺癆的人數最少。坎伯蘭高原，正是這樣一個理想的『居所』。」

我點頭，手指輕輕觸摸著溫室玻璃上凝結的露珠，它們是島上濕潤空氣的證明。

「既然我們談到了廣闊的空間和自然現象，」我轉向休斯先生和利明醫生，他們的神情已從方才的傾聽，轉為躍躍欲試的辯論姿態。「兩位在彗星現象上各有獨到見解。休斯先生，您在《彗星現象的理論》中提出，彗星是非發光的透明體，其彗尾是太陽光被空間中的物質顆粒反射所致。您甚至透過一個裝水的玻璃杯和煙霧的實驗來佐證您的觀點。能請您再為我們闡述一下您的實驗和推論嗎？」

休斯先生清了清嗓子，略顯激動地站了起來，彷彿回到了他的實驗室。「哈珀先生，各位，我的理論基於一個簡單的原則：『相似的原因產生相似的結果。』我曾做過一個實驗：將一個裝水的玻璃瓶或玻璃杯放在點燃的蠟燭旁，然後繞著蠟燭移動。你們會看到，透過的光線周圍會投下一個陰影。當杯子靠近光源時，陰影會跟隨杯子移動，遠離時亦然，而且隨著杯子繞著蠟燭移動，陰影也會從一側擺動到另一側。如果我將煙霧吹入這些透過的光線中，煙霧中的顆粒會反射透過的光線，這就很好地模擬了彗星尾巴的構成。」

他停頓了一下，環顧四周，眼神中充滿了自信。「我的觀點是，彗星本身是透明的，不發光。我們所看到的彗尾，實際上是太陽光在穿過彗星本體後，被空間中極其微小的物質顆粒反射出來的景象。就好比我們透過一塊玻璃看東西，玻璃本身不發光，但透過它看到的光線，卻能被其周圍的微塵折射、反射，從而顯現出光路。這種現象，與彗星彗尾的觀察結果是如此相似，難道我們不應假設其原因也是相似的嗎？」

他接著補充道：「這也能解釋彗星尾巴的彎曲現象。以1858年的多納蒂彗星為例，其彗尾長達約2億英里。一道光線從彗核到達彗尾末端需要大約二十分鐘。然而，在這二十分鐘內，彗星本身會在軌道上移動約5萬英里。由於光線是沿直線傳播的，且彗星在移動過程中不斷從彗核發出光線，這就導致了彗尾呈現出彎曲的形狀。這種彎曲，總是傾向於軌道的內側，這也與我的觀點相符。而且，當彗星繞過太陽後，會出現新的彗尾與原始彗尾相對的現象，這也完全符合我的假設。因為當彗星移動數百萬英里後，原先的彗尾仍會延伸在太陽的一側，而新的彗尾則會從彗核的另一側出現。」

休斯先生說畢，略帶挑釁地看向利明醫生。利明醫生微微一笑，輕輕咳了一聲，示意他將發表不同的看法。

「休斯先生的觀察固然精妙，」利明醫生緩緩開口，他的聲音沉穩而富有說服力。「但恕我直言，他對彗星尾巴的解釋，仍未完全擺脫傳統理論的桎梏。傳統理論認為彗尾是由太陽排斥力造成的，但這種解釋在彗星近日點時，會遇到無法克服的困難。」

他舉起一隻手，在空中畫了一個弧線。「試想，一條長達5000萬英里的彗尾，在彗星近日點時，會在兩天內繞太陽一圈。那麼，彗尾末端除了向前運動，還必須獲得巨大的橫向運動，使其能在一日內提升5000萬英里，使其保持垂直於彗核軌道的狀態。這種加速度，遠超彗核本身的速度，且這種提升是反重力的。如果說是太陽的排斥力造成，那這種力會隨距離平方遞減，彗尾遠端的受力反而會比彗核端小，這與觀察到的現象——彗尾末端速度快上百倍——是矛盾的。我們找不到任何力量足以解釋這種巨大的橫向提升。」

「因此，我提出了『球狀理論』，」利明醫生語氣堅定起來，眼神中閃爍著智慧的光芒，彷彿能看透宇宙的奧秘。「我認為彗星由彗核和一層大部分不可見的大氣層組成，這層大氣層的範圍至少與彗尾長度相當。當太陽光穿過或靠近彗核時，光線會被『修改』，使其在穿過這層彗星大氣層時變得可見，而其他部分則保持不可見。我們所稱的彗尾，不過是彗星大氣層的一個可見半徑，當彗星在空間中移動時，只有不同部分的大氣層，在光線的普通定律作用下進入我們的視野。」

他端起一杯茶，溫室內的熱氣讓茶水表面飄起一縷輕煙。「這就輕而易舉地解釋了彗尾在近日點時的升降，以及之後彗尾會出現在彗核前方的情況。它也能解釋不同彗星彗尾的各種形狀，例如劍狀彗尾。1823年的彗星，其呈現兩條等長且方向相反的彗尾，垂直於彗核軌道，且沒有任何太陽排斥力的跡象，這在傳統理論下是無法解釋的，但在我的球狀理論中，只需假設彗核以某種方式反射太陽光，就能輕易解釋。只要彗核稍作修改，不僅能形成兩條，甚至任意數量的指向不同方向的彗尾。」

「利明醫生，您設想的這層『不可見的大氣層』，其直徑可達1億英里，這在太陽系中是否過於龐大？」我問道，試圖從實際觀測的角度來考量。「而且，這層大氣層如何能與行星擦肩而過，而不造成任何顯著的干擾？」

利明醫生輕輕一笑：「哈珀先生，這層大氣層的物質與所謂的彗尾是相同的，它們本身就具備在行星間移動而不會造成明顯干擾的能力。它的密度極其稀薄，與行星的距離足夠遠，使得引力影響微乎其微。而且，我認為彗星大氣層在近日點時，可能會向太陽『傳遞』一些物質，這或許能解釋太陽日冕的某些現象。」

諾伊斯先生此時也加入了討論，他清了清嗓子：「我認為，在探討這些宏大的天文現象時，我們首先需要釐清對『空氣』或『大氣』本身的理解。許多人對『紅色的天空』的解釋，源於對大氣層組成和運動的誤解。火山灰塵埃，無論多麼細微，都無法像他們所說的那樣，在如此高空停留數月並環繞地球。灰塵沒有發光、透明或細膩的特性，它會很快沉降。」

他指向溫室外天空中的幾朵白雲，它們在藍天下緩緩移動。「氣象學，而不是天文學，才是解釋這些現象的領域。在氣象圖出現之前，我們對大氣的規律幾乎一無所知。天氣圖向我們揭示了高氣壓和低氣壓區域的影響，以及風的流向——從高氣壓區域流向低氣壓區域。即使有雅加達火山噴發，數千英里外的低氣壓中心和複雜多變的風向，也不可能將火山灰從爪哇島帶到美國。」

「您認為紅色天空的真正原因是什麼呢？」我追問道，這也正是我一直以來的好奇。

諾伊斯先生神色莊重起來：「這並非新現象，只是條件有時更為有利。它一直存在，將來也會永遠存在，與地震、火山無關。大自然瞬息萬變，大氣的運動更像萬花筒。在1883年的夏季和秋季，美國上空的高氣壓區非常集中和廣闊，這導致了廣泛地區出現這種特殊現象。」

「當高氣壓區出現時，天空會變得非常清澈，濕氣會被清除。然而，即便如此，總會有少量的高度稀薄的水分殘留在空氣中。當太陽剛好在地平線下方時，它的光線會水平地穿過這層薄薄的、懸浮著水分的大氣層。這時候，原本不引人注意的微小水汽，就顯現出來了。這就像我們透過一片窗玻璃看，如果平面看，沒有顏色；但若從側面看，透過更厚的玻璃，玻璃會呈現出明顯的綠色。同樣的原理也適用於升起或落下的太陽和月亮。在晴朗無雲的夜晚，月亮在天頂時是銀白色，但在地平線時卻是深紅色，月亮本身的顏色並未改變，改變的是我們透過的介質。」

「所以，您認為這種紅色天空，是由於陽光穿透高氣壓區中極度稀薄的濕氣，而產生的一種光學現象？」我總結道。

「正是如此！」諾伊斯先生肯定地說。「這種現象只有在太陽和地球處於特定條件下，即一個強大的高氣壓區籠罩我們上空時，才會發生。高氣壓區帶來清澈的大氣，其中含有最少的濕氣。陽光穿透這廣闊的、略帶濕潤的稀薄空氣，不受雲層的限制，廣闊地傳播開來，產生了一種獨特的、無與倫比的細膩色彩。這絕非任何塵埃所能造成。」

一時間，溫室內陷入了短暫的沉思。熱帶的暮色漸濃，遠處叢林中傳來夜行性動物的叫聲，與大海的低語聲交織在一起。發光苔蘚的光芒變得更加明顯，為各位學者們的臉龐鍍上了一層柔和的綠光。

「各位先生，今天的對談，讓我的收穫良多。」我由衷地說道，「從瑟斯頓教授對實踐教育的遠見，到懷特醫生對自然與健康的深刻洞察，再到休斯先生、利明醫生和諾伊斯先生對宇宙與大氣現象的精彩辯論，這不僅是一場知識的交流，更是一次思想的激盪。」

「你們的每一篇論文，都像是一扇扇窗，讓我得以窺見19世紀末期科學思潮的璀璨與活力。儘管時間流轉，許多技術與理論已今非昔比，但你們那份對真理的執著、對未知的好奇，以及在困境中堅持探索的精神，卻是永恆的。」

「身處這座遠離塵囂的孤島，我每日與大自然為伴，親身體驗著博物學家們曾經的探險歷程。你們的文字，讓我感受到了一種與前輩們跨越時空的連接。未來，我會將這些寶貴的知識與洞見，以我的方式，傳遞給我的共創者，讓這些智慧之光，在『光之居所』中繼續閃耀。」

我起身，向他們深深鞠了一躬。溫室內的光芒開始變淡，他們的影像也漸漸模糊，最終，只剩下微風拂過蘭花氣生根的沙沙聲，以及遠方海浪永恆的低語。這場奇幻的對談，如同我島上那轉瞬即逝的彩虹，留下了一道絢麗而難忘的印記。我打開日記本，準備記錄下這場難得的「探險」。