實驗室外的物理學 — 光電物理系鄒忠毅教授專訪

採訪撰稿/許可欣

走進光電物理系鄒忠毅老師的辦公室,除了滿坑滿谷的書,牆上掛了許多支具設計感的烏克麗麗,還有老師的八字鬍,在在挑戰著科學家就該躲在實驗室裡、穿著實驗袍、戴著護目鏡的刻板印象。鄒老師口中的物理學,也顛覆物理學給人的冷硬艱澀感。

æ物理學應用無孔不入

對非本科系的學生來說,物理只是那顆砸到牛頓的蘋果,難以想像物理學要如何走出實驗室,應用到生活中。但鄒老師不這麼認為。
他以物理學中最淺顯易懂的「相變」為例。最常見的相變是冰變成水,水化成水蒸氣的過程。水煮沸時,鍋底會出現許多泡泡, 其中小泡泡的數量極多,大泡泡數量極少,但是大泡泡所佔的體積比一堆小泡泡加起來的體積還多。類似的物理現象也經常出現在生活事物中,例如平價和奢侈保養品的品牌數量、小姓氏與大姓氏(陳、林)的姓氏數量與人口比例,甚至還衍生出應用甚廣的80/20法則。
這就是「社會經濟物理」研究,在物理學界經常被忽略的小眾,但影響力卻逐漸擴大。鄒老師研究「社會經濟物理」的開端是「選區劃分」。選舉時,政府依據地理、人口等各項原則劃分選區,但政黨總有各自的偏好,使選區劃分增添一些難度及爭議。鄒教授利用統計物理學,將所有條件列入計算,這等於是將真實世界拉進物理學,求出解答後又應用於真實世界。
離現實生活還是太遠?那麼以物理學解決等電梯的問題,就是最實際的應用。物理系所在的大義館,電梯門前多年來總是動線混亂、人潮擁擠,鄒教授利用行人動力學,計算人流及排隊時間,找到最佳的排隊動線後,付諸實行,指出排隊方向。實驗證明,等待時間的確大幅縮短,電梯前從此不再一團混亂。這方式還擴展到其他大樓,帶起排隊風氣。同理也可以應用到高速公路車流管控、路線規劃、城市發展等。

æ物理與人文的結合

人文學科喜歡用感覺和抽象、非定量的經驗主義;而自然科學則偏好定量的實證及化約主義,兩者常因彼此不瞭解而產生隔閡。但是,鄒老師說,「社會經濟物理」發展模型時,常需借助社會科學的知識,例如建構選區劃分的條件,就需請益政治學專家,了解國內政治情勢及選區劃分的考量後,才能建立貼近社會情況的模型。人文社會科學與自然科學沒有優劣對錯,只需要增加溝通,嘗試了解彼此的觀點,就能達到跨領域的合作。
文化大學是全國系所最多的大學之一,有最充分的條件進行跨領域教學合作,學校近年積極推動跨領域學習,即是利用此一優勢,增加學生的競爭力。鄒老師開設的通識課程:物理學與創意思考,就是結合物理與社會人文議題,例如煉金術士、工業革命、綜藝化的科學新聞等,一步步帶領學生了解生活中的物理現象。因為鄒老師的通識課程太受歡迎,為解決通識選課人數限制問題,他和本校通識中心與交通大學合作,進一步推出同名線上通識課程。
線上課程是大學未來的趨勢,除了選課方便外,資源運用也可以更加精準,若能開放外校學生或一般人士選修收費,還能為學校開拓財源。鄒老師更希望這項開創性的課程,能帶動校內其他老師,一起開設線上課程。

æ調整期望,讓物理學家無所不在

過去物理系的教學目標在教出物理學家,但由於少子化,一般大學新生的程度普遍下降,老師不能再抱持二十年前的標準要求學生,學生也不能天真的認為考上物理系就能變成物理學家。本校光電物理系作為基礎學科,面對少子化及產業變化快速的挑戰,師生都必須調整期望,以培養出具有物理基礎知識的工程師為目的,改變教學內容,增加實作課程,才能更切合業界的需求。物理學是眾多學科的基礎,只要基本訓練紮實,進入公司後的表現絕不遜於其他學科的畢業生。
除了栽培本科系學生,鄒老師開設物理學通識課程,是希望在平易近人的議題中,培養一般學生基本的物理知識,出了社會,工作上能有足夠的知識和理科的人對話,至少,有一天成為家長,在孩子面前可以不漏氣。
鄒老師想讓學生覺得物理很有趣,讓物理不再只存在於教科書中,讓學生「知道物理、喜歡物理、應用物理。」物理世界的璀燦就像彩虹,鄒老師說:「文化的彩虹很美,好好看著文化的彩虹,你能體會到很多事的。」

鄒忠毅老師線上課程 “物理學與創意思考” 網址 : https://goo.gl/Kg1Je1

鄒忠毅老師