.元智大學科學教育研究中心/光電工程系；. 財團法人國泰綜合醫(yī)院 劉宗平 潘月里

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科幻電影的科學傳播──以電影《第五元素》為例

1.元智大學科學教育研究中心/光電工程系；2. 財團法人國泰綜合醫(yī)院 劉宗平1潘月里2

在科學傳播的平臺上，科幻電影的角色是不容忽視的。雖然科幻電影不一定遵循科學的嚴謹性和邏輯性，其所采用的科學理論也不一定會被主流科學界所接受，但是15年前的一部科幻電影《第五元素》，卻給人帶來非常不一樣的印像。長久以來，一直好奇這部電影中所傳播的科學信息是否就只有第五元素而已。在這部科幻電影中，還有四塊神奇的石頭，它們究竟有何科學意涵呢？這是一項值得深思和探討的研究課題！

科學傳播 科幻電影 第五元素 四元素 宇宙觀 力學

0 前言

在科學傳播的平臺上，科幻電影扮演著一個不可忽視的角色。所謂的科幻電影，就是以科學幻想的情景或假設為基礎，來展開敘事的電影。通常，科幻電影只注重擷取文學或人文方面的元素，無視于科學的嚴謹性和邏輯性，其所采用的科學理論，也不一定會被主流科學界所接受。然而，15年前上演過的一部科幻電影《第五元素》，卻給人們帶來非常不一樣的印像。

1997年，法國的盧貝松導演了一部科幻電影《第五元素》。大意是說，1914年外星球的蒙督沙瓦（Mondoshawan）族人來到地球上的埃及，朝拜其祖先所建造的廟宇，取回代表四元素的四塊神石及第五元素。到了23世紀的某一天，蒙族飛船再度來到地球，遭受邪惡勢力擊毀。殘余的第五元素基因保存了下來，復制出具有人類女性特質的莉盧，她就是第五元素。起初，她并未顯現(xiàn)出任何神奇的力量。然而，當她逐漸了解人類的感情世界之后，便發(fā)揮出第五元素潛在的神奇力量—愛，終于挽救地球免于毀滅的一場浩劫。

在《第五元素》這部科幻電影中，其傳播的科學信息是否就只有第五元素嗎？長久以來，一直有一個問題縈繞于心，“為何不是第一元素呢？”“其他的四元素又是什么呢？”尤其是，電影中那四塊神奇的石頭，究竟有何科學意涵呢？于是，收集資料，對西方的元素思想做了一番查考。

1 四元素說

在哲學中，元素是一種構成世界上所有物質的最基本實體或能量。歷史上有許多不同的民族，都曾經(jīng)建構出屬于他們自己的元素思想。最著名的代表，是古希臘的四元素說或五元素說，以及中國的五行說。元素思想的起源很早，巴比倫人和埃及人認為水、空氣和土是構成世界的主要元素，此即三元素說。米利都（Miletus）學派的泰勒斯（Thales，BC624-546）主張水是萬物的本質，土和氣是水的凝聚或稀薄。同一學派的阿那克西曼德（Anaximander，BC570-526）將本質改成原始物質，并提出第四元素的火，形成了四元素說。

在古希臘的傳統(tǒng)民間信仰中，四元素說就已經(jīng)存在，但缺乏堅實的理論體系來支持。因此，四元素說不是古希臘哲學家所創(chuàng)造的，而是他們引用了這些元素的概念。早期的哲學家，系以米利都學派為首。直到恩培多克勒（Empedocles，BC490-430）時，才首次建立了四元素并存的哲學體系。他認為萬物由永恒存在的四元素土、水、氣、火所組成，它們可為另外兩種抽象元素愛與恨來連結或分離，這是首次嘗試以科學方法來解釋傳統(tǒng)的四元素說。

現(xiàn)今，廣為人知的四元素說是亞里斯多德（Aristotle，BC384-322）所提出。在其理論中，不包含愛與恨這兩種抽象元素。他認為四種元素具有可為人感知的兩兩對立的性質，推論出世上萬物原本乃是四種原始性質—冷、熱、干、濕，而元素則是由這些原始性質依不同的比例組合而成。中世紀時，四元素說曾經(jīng)成為煉金術的理論依據(jù)。煉金術士們認為：只要改變物質中這四種原始性質的比例，即可使普通金屬變?yōu)辄S金。四元素說承認了世界的物質性，是進步的展現(xiàn)，但卻使化學的發(fā)展長期地受到阻礙。直到波義耳（Boyle，1627-1691）否定了四元素說，才使化學得以迅速地發(fā)展。

2 宇宙中心

泰勒斯是西方思想史上第一位留名的哲學家，他曾跟隨埃及祭師學習，利用日影測量金字塔高度，且準確地預測了一次日蝕。畢達哥拉斯（Pythagoras，BC580-500）是泰勒斯的學生，他認為大地和宇宙都是球形的，并提出”地球”的概念?；鹗亲钍嵉臇|西，位在宇宙的中心，稱為中心火。太陽、地球、月亮、行星和恒星都鑲在相應的天球上，圍繞著中心火轉動。

公元前323年，功成名就的亞歷山大（Alexander）大帝突患傷寒而亡。大將托勒密將其遺體運往埃及的亞歷山大城，并建立了托勒密（Ptolemy）王朝。托勒密一世和二世酷愛建筑與科學，建立了亞歷山大科學院，藏書七萬多卷。著名的歐幾里得（Euklid，BC325-265）、阿基米德（Archimedes，BC287-212）和阿波羅尼（Apollonius，BC262-190），都曾在此學習、工作或進行科學交流。阿波羅尼是歐幾里得學生的學生，他對圓錐曲線的研究，為2000年后開普勒發(fā)現(xiàn)行星三定律奠下了基礎。阿基米德也是歐幾里得學生的學生，他最先把數(shù)學引進物理學，使其成為一門可定量的科學。

阿里斯塔克斯（Aristarchus，BC310-230）與阿基米德同一時代，曾在亞里斯多德呂克昂（Lyceum）學院學習過。他將畢達哥拉斯宇宙論的中心火去掉，而代之以太陽，是史上第一位提出“日心說”的人。他指出恒星的周日轉動，是地球繞軸自轉的結果，其可解釋為何恒星總是處于相對固定的位置上。若太陽位于宇宙中心，地球繞日而行，則恒星的相對位置應有明顯的變化。他解釋說：因地球與恒星間之距離遠大于地球與太陽間之距離，人們不易察覺恒星位置的改變。由于此說過于先進，使得當時的人們難以接受。

亞里斯多德是伯拉圖的學生，也是亞歷山大大帝的老師?，F(xiàn)今廣為人知的四元素說，就是他所提倡的。他以此為基礎建構了“地心說”的宇宙觀，認為地球位在宇宙的中心，太陽、月亮、行星和恒星均繞著地球作圓運動。他的宇宙模型分為月上世界和月下世界，月下世界內不斷腐朽的物質由土、水、氣、火四元素組成，月上世界內充滿著透明的、無重量的以太。月上世界分為九重天，依次為月亮天、水星天、金星天、太陽天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原動天。每一重天都是一個天球，其上均鑲著一顆星體，原動天之外沒有任何東西。

公元100多年，一位與托勒密王室無親屬關系的天文學家托勒密，發(fā)展了亞里斯多德的宇宙圖像，使其符合觀測的結果，建立了一個比較嚴密的“地心說”。至此，托勒密的地心說徹底擊敗了阿里斯塔克斯所提倡的日心說。在天主教教會的支持下，托勒密的地心說逐漸深植人心，統(tǒng)治著西方世界將近一千五百多年。

公元1500年前后，在巨大商業(yè)利益的激勵下，葡萄牙人和西班牙人完成了一系列的重大航行，促成了地理大發(fā)現(xiàn)。十字軍的東征，使傳播到阿拉伯地區(qū)的希臘文化又重返歐洲。同一時期傳入歐洲的，還有中國文明和印度文明。此時，世人開始重新思考古希臘的哲學思維。造紙術和印刷術促進了知識和藝術的普及，加速了歐洲的文藝復興運動，也沖擊到當時腐敗的歐洲教會。

在哥白尼（Copernicus，1473-1543）時代，已有人認為內行星（水星和金星）是圍繞著太陽旋轉，然后太陽再帶著它們圍繞著地球旋轉。根據(jù)30年的天文觀測，哥白尼反復思考后，提出了一個大膽的觀點。他認為宇宙的中心不應是地球，而是太陽。地球與五大行星一樣，皆繞日而行，且又繞著自身轉軸自轉。他深知自己觀點與傳統(tǒng)神學思想抵觸，會觸怒教會，遲遲不敢公開其著作。直到病危時，才將《天體運行論》交付出版。

經(jīng)由長期觀測，哥白尼掌握了豐富的天體運行知識，發(fā)現(xiàn)了托勒密學說的缺陷。內行星繞日而行雖是對的，但內行星與太陽一起繞著地球旋轉則是錯的。哥白尼的學說不是憑空想像的，是有科學根源的，且有哲學根源與歷史根源。他體會出中心火模型的哲學觀點，宇宙中心本應放置扮演圣潔火的太陽。古希臘雖有過日心說，但其觀點過于粗糙，缺乏完善的理論。1621年，開普勒（Kepler，1571-1630）的《哥白尼天文學概要》證明了哥白尼的理論，使”日心說”不再遭到質疑。

3 力學萌芽

亞里斯多德的地心說認為：土、水、氣、火四元素各有其自然位置，任何物體都有返回其自然位置而運動的本性。因此，他將運動分為自然運動和強迫運動。重物下落是自然運動，星辰圍繞地心的圓運動也是自然運動。所謂的自然運動，就是天賦存在的運動，它不需要特別的解釋。相對地，如欲強迫物體運動，則需有施力者。力一旦去除，運動便會停止。倘若重物下落是物體的自然屬性，那么物體越重，其趨向自然位置的傾向就會越大。意即，物體越重，其下落速度會越大，進而可以得到下落速度與物重成正比的結論。

在16世紀以前，雖然亞里斯多德的運動理論居于領導地位，但其由直接經(jīng)驗引伸而來的結論，常經(jīng)不起實驗研究的挑戰(zhàn)與考驗。伽利略（Galileo，1564-1642）的落體實驗，證實下落速度與物重無關，給了亞里斯多德致命的一擊。伽利略從斜面實驗中發(fā)現(xiàn)，物體運動行經(jīng)的距離與所用時間的平方成正比，此稱為落體定律。他更進一步推論得到，作等加速運動之物體的速度與時間成正比。由此可知，伽利略把科學思維和實驗研究結合在一起，為力學往后的發(fā)展開辟了一條正確的道路。

1632年，伽利略在《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》中寫道：“只要斜面延伸下去，球將會無限制地繼續(xù)運動，而且會不斷地加速，這就是運動物體的本性”，此稱之為伽利略的慣性原理。1638年，在《兩門新科學》一書中，伽利略利用小球在斜面上的運動，再次地闡述了慣性定律。從亞里斯多德的自然哲學轉變到牛頓（Newton，1642-1727）的古典力學，其中最重要的關鍵性變化就在于他所建立的慣性定律。

力學是物理學中發(fā)展最早的一個分支，它和人類生活間的關系至為密切。不論是東方或是西方，在很早以前，人們就已將杠桿、螺旋、滑輪和斜面等簡單機械廣泛地應用于勞動與生產(chǎn)之中。16世紀以后，基于航海、戰(zhàn)爭和工業(yè)的需要，有關力學的研究才得以真正的展開。由于大量生產(chǎn)、海外貿易和對外擴張刺激航海蓬勃發(fā)展，使得對天文作系統(tǒng)性觀測的需求日益地迫切。布拉赫（Brache，1546-1601）順應此一趨勢，采集了大量的觀測數(shù)據(jù)，為開普勒的研究工作開辟了一條康莊大道。終在1609年和1619年，先后提出了行星運動三定律。

在大學期間，牛頓接觸到亞里斯多德的局部運動理論。后來，讀到伽利略和笛卡爾（Descartes，1596-1650）的著作，受到很大的影響，便開始研究動力學，探討造成物體運動的原因。開普勒和布里阿德（Bulliadus，1605-1694）的天文學工作引起牛頓極大的興趣，產(chǎn)生了證明布里阿德的引力平方反比關系的想法。1664年初，牛頓掙脫亞里斯多德思想的影響，進而接受了伽利略重視實驗和數(shù)學的作為。此外，他還深受笛卡爾追尋“自然第一原因”思維的影響。

1665-1666年間，在牛頓未公開的手稿中發(fā)現(xiàn)：他清楚地定義了速度，對力的概念作了明確的說明，用獨特的方法推導了離心力公式，提到了幾乎全部力學的基礎概念和定律。到了1679年，牛頓已然創(chuàng)立了微積分，從開普勒第三定律推導出平方反比關系，使他可以深入地探討力學問題。1680年，他證明橢圓軌道中的物體必會受到一指向焦點的向心力，此力與物到焦點距離的平方成反比。1687年，出版的《自然哲學的數(shù)學原理》一書顯示，牛頓領悟了萬有引力的真諦，把地面上的力學和天上的力學統(tǒng)一在一起，建立了以三大運動定律為基礎的力學體系。牛頓的研究與貢獻，對往后的科學發(fā)展，產(chǎn)生了莫大的影響。

4 結語

亞里斯多德的四元素說理論，為地心說建立了雛形。隨后，托勒密完善了四元素說的理論，并確立了地心說的地位。然而，地心說受到哥白尼日心說的挑戰(zhàn)。開普勒對天文觀測的研究，證明了哥白尼日心說的理論。至此，人們對宇宙觀的認知，便大至抵定。

亞里斯多德的四元素論和地心說，更進一步地引起人們對運動的探索與研究。運動是一切改變的根源，如果地球停止自轉，則會出現(xiàn)永晝。倘若地球不會繞日公轉，就不會有季節(jié)變化。一個沒有運動的世界，很難想像它會是什么模樣。伽利略的實驗研究，駁斥了亞里斯多德的運動理論，確立了落體運動的定律。接著，牛頓更清楚地揭示：“運動的根源，來自于力”，并提出著名的運動三定律和萬有引力定律，為往后物理學的發(fā)展立下了堅固的磐石。

雖然科幻電影并不嚴格遵守科學的嚴謹性和邏輯性，其所采用的科學理論也不一定為主流科學所接受，但它所帶來的沖擊和啟發(fā)仍然不容小覷。從四元素說出發(fā)，進而了解了早期的宇宙觀和力學的萌芽，絕非當初觀賞科幻電影《第五元素》所能預料到的。

[1] 郭奕玲、沈慧君. 物理學史，清華大學出版社，1993年7月.

[2] 江曉原.科學史十五講，北京大學出版社，2006年11月.

[3] 蔡承志譯. 理查?沃夫森原著. 地球不見了，月亮會知道？. 臉譜出版社，2008年2月.

[4] 趙崢. 物理學與人類文明十六講. 高等教育出版社，2008年9月.

[5] 劉宗平. 從電影《第五元素》看早期的宇宙觀. 科學月刊，501期，頁708-709，2011年9月.

劉宗平，元智大學科學教育研究中心主任，臺灣科技史學會常務理事，臺灣資訊儲存技術協(xié)會理事，科學月刊編委。

潘月里，臺灣財團法人國泰綜合醫(yī)院，護理師。