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科學史上3件烏龍事件

從事科學研究工作的人都知道,追求事物的真相是恆久不渝的道理。然而在探求真理的過程中,有時會因為一時的疏忽,得到超乎想像的結果。如果這結果不太引人注意,研究者道歉了事,也就罷了,畢竟是出於無心之過。萬一結果是動搖國本,舉世譁然,雖出於無心,但也很難善了。

以下列舉3件個人所整理的烏龍事件,其中有2個發生於筆者在國外就讀研究所期間。

1991年筆者還在美國當博士研究生時,當時利用分子束磊晶(molecular beam epitaxy)設備,在低溫下(200度C)成長砷化鎵(GaAs)半導體是個熱門的題目,正常成長的溫度要在500攝氏度以上。低溫成長的砷化鎵,內含較多的晶格缺陷,物理特性有很大的不同。

有天晚上在實驗室,遇到別部門的博士後研究員,問他最近在忙些什麼?他說別提了,前不久羅倫斯-柏克萊(Lawrence-Berkeley)實驗室發表的結果顯示,低溫所成長的砷化鎵材料,在極低溫的測試環境下,具有超導性,而他花了幾個禮拜的時間,卻無法重複相同的實驗結果。

眾所周知,超導體與半導體向來井水不犯河水,而低溫成長的砷化鎵會有超導性,跌破了眾專家的眼鏡。全球很多研究機構都嘗試想得到相同的結果,卻無功而返。後來真相大白,原來在分子束磊晶成長,須利用銦(In)金屬將基板黏著在鉬(Mo)的加熱盤上。Lawrence的研究人員並沒有把銦清除乾淨,而擴散進入基板內,結果是銦呈現出了超導性,而非低溫的砷化鎵。這個烏龍事件,讓不少人白忙了一陣子。

第二件烏龍事件,也就是俗稱的冷融合(cold fusion)。核融合反應是人類追求潔淨能源的終極聖杯,也就利用氫原子的的同位素,產生融合反應,釋放出大量的能量。事實上,太陽的能量就是來自於內部的核融合反應。但是要產生人造的融合反應,首先需要達到將近太陽內部的反應溫度。物理學家們從上世紀50年代就開始相關的研究,花費了巨大的資源,至今都無法獲得持續的,且產生穩定能量輸出的融合反應。

在1989年美國猶他大學的2位電化學專家,在實驗桌上利用電解重水(水分子內為含氫的同位素),在室溫下得到融合反應,並獲得穩定的能量輸出。這項成果被電視媒體廣為報導,舉世譁然。不僅是科學史上的重大突破,而且具有龐大的商業利益,人類從此可以有潔淨且充足的能源了。另外化學家也大大地重創了物理學家。

在發表沒多久後,該團隊來筆者就讀的學校報告成果,該演講吸引了不少的好奇者,擠滿了大講堂,我也身在其中。該項反應所產生的能量,是大於一般化學的放熱反應,但是核融合反應的另項重要證據是中子的產生,我怎麼看都覺得數據不甚明顯。當然舉世的專家都放下手邊的工作,希望能有更大的突破,最後結論是,有能量產生但不是融合反應。

事實上這2位電化學專家原本並不急著發表成果,而且打算先發表在不重要的期刊上。但當時也有其他的團隊在從事類似的工作,學校當局為能搶先,就逕自安排主流媒體的新聞發表。而這2位電化學專家,受此事件的影響,最後是離開美國,到歐洲工作了。

第三件烏龍事件,真的是動搖了國本。這是發生在2011年,歐洲原子能委員會(CERN)的質子加速器。該實驗是將位於瑞士及法國邊界的加速器所產生的微中子,射向700多公里外位於義大利山脈隧道內的探測器,其目的是探測微中子在行進過程中,是否會在不同類型微中子做轉換,藉以解釋宇宙在大爆炸之後,所存在的都是正物質,而反物質的量非常的少。

但是實驗中卻意外發現,該微中子的速度居然超過了光速,這是違背了愛因斯坦相對論的基本假設。研究人員仔細的分析各項數據,並考慮到可能影響的因數,如潮汐、地殼變動等。最後再做一次實驗,仍是得到相同的結果。但這個實驗,不像前述的2個烏龍事件,沒有什麼單位可以重複實驗的過程。歐洲求助於位於芝加哥的費米實驗室,費米實驗室表達需要花2年的時間準備。

沒多久後CERN公開道歉實驗上的失誤,原來一個傳輸GPS同步的訊號線接頭沒有鎖好,造成了計算上的誤差。一旦鎖緊了,相對論還是正確的。

如果有天實驗室的菜鳥研究生,氣急敗壞地告訴指導教授,實驗室的儀器不能工作。有經驗的指導教授會問他,電源插頭有沒有接好,大概有八成的機會,問題就解決了。此外,萬一你在實驗過程中,發現了前所未有的現象,可千萬別一廂情願地認為幸運之神特別眷顧你。

曾任中央大學電機系教授及系主任,後擔任工研院電子光電所副所長及所長,2013年起投身產業界,曾擔任漢民科技策略長、漢磊科技總經理及漢磊投資控股公司執行長。