什麼是物理學？

這問題看起來很難回答，在學習物理之前談這問題似乎是相當不智的；就好像是跟沒戀愛經驗的小鬼聊聊什麼是愛情。不過呢，其實這並沒有我們所想的那麼難理解。讓我們先從「剪刀石頭布」開始了解到底什麼是物理學吧！

 什麼？剪刀石頭布跟物理學有關？嗯，就某種程度上而言，是有那麼一點點關係。讓我們作個假設，假設你從沒玩過「剪刀石頭布」，有天你看見同學在玩「剪刀石頭布」。當時因為大家都在玩，所以沒機會告訴你它的遊戲規則，你只好耐著性子觀察大家怎麼出招以及相對的輸贏。用不了多久，你就發現它的遊戲規則是：

1. 這是一對一的遊戲
2. 玩家必須盡可能地同時出招，避免出招前先看到對方出的招
3. 只能出剪刀、石頭或布，不能出其他的手勢

另外，輸贏規則是：石頭贏剪刀、剪刀贏布、布贏石頭

如果你看得懂我在說什麼，那你就已經抓到「物理學」的精髓拉！在「剪刀石頭布」的遊戲裡，不可能出現「只出大拇指」、「食指與中指一起出」的招數；也就是說，這遊戲一定遵從著（遊戲）規則走。要是坐你旁邊的同學的悟性沒你高，他可能開始進行「剪刀石頭布」的研究，並成為一名「剪刀石頭布學家」。就像我，要是沒人教我怎麼玩象棋（沒人跟我說它的遊戲規則），那我一定要花許多時間觀察每支棋的走法，並記錄每支棋的移動方式、每顆棋子如何被吃以及如何吃別的棋子，等諸如此類的東西，並加以推理，才能找到完整的遊戲規則。

象棋盤與棋子的關係，就相當於我們的世界（或宇宙、大自然）與世間萬物的關係。唯一的差別是，剪刀石頭布與象棋有結束的時候—也就是有所謂的遊戲結果，輸與贏；我們的自然並沒有結果，我們的大自然有「運作現象」與背後的「運作規則」，但沒有所謂的「運作結果」。而物理學，就是一門透過不斷地觀察自然現象以探索自然運作規則（或說自然規律）的學問。

物理學是一門透過觀察自然現象，推理大自然背後的運作規律的學問。

常見的規律有哪些呢？你可以記錄每天發生的自然現象，你就會發現很多規律，例如[1]：

• 太陽每天「總是」東升西落，從不東升東落。
• 瀑布上的水「總是」由高處往低處流，從不由低處往高處流。
• 冰塊加熱後「總是」融化成水，從不融化成iPhone 5s。
• 摩擦過後的墊板總是能吸引頭髮。
• 磁鐵能夠吸引迴紋針，但不能吸寶特瓶。

希臘人早在西元前600年前就發現自然是有規律的，那位希臘人叫做泰勒斯（Thales of Miletus, 624-546 BC），他被稱為西方的「科學與哲學之祖」。在亞里斯多德的⟪政治學⟫裡就有一則關於自然規律的傳說：

當時的人們看到泰勒斯很窮，就覺得哲學毫無用處（在當時，科學是哲學的分支）。後來，泰勒斯為了證明哲學的用處，他透過觀察天象即預測第二年橄欖會大豐收。於是用全部積蓄租下了榨橄欖油的機器。等到隔年橄欖豐收，人們紛紛向他租借榨油的機器，他藉此大賺一筆。

由「我們的世界有規律」的事實可知，我們活在一個有秩序的世界；自然不是反覆無常的，而是被如同法律般的規律掌握著。一方面，就某種程度而言，屬於自然的我們是不自由的（你不能瞬間移動、施展龜派氣功波），而且我們也似乎無法追問自然規律存在的原因（為什麼我不能瞬間移動？）[2]。另一方面，這也是令人心安的事，正因為自然是有規律的，所以我們能夠依照自然規律而預測各種自然現象，以盡力避開天然災害（颱風、地震、海嘯等），我相信正是這種試著讓人類安穩活下去的動機開創了物理學。時至今日，我們一直都很依賴著自然現象的規律性。認真想想，要是洗澡水忽冷忽熱、你家的牆壁忽軟忽硬、所有食物裡都會隨機出現有毒物質，那這個反覆無常的世界會變得怎樣？

[1] 這裡的常見規律例子還不足以被稱為「物理定律」。至於還需要什麼條件，才能使一般規律成為「物理定律」，那就超出本文範圍了。有興趣的讀者，請參考陳瑞麟教授的《科學哲學：假設的推理》與《科學哲學：理論與歷史》。
[2] 如果你說，這是因為瞬間移動會違背相對論或某某物理定律，那就是誤會一場了。我的意思就是問：為什麼有如此這般的物理定律？為什麼明天仍然有萬有引力？為什麼我們測量到的光速總是一樣大，而非忽大忽小呢？

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