.元智大學(xué)科學(xué)教育研究中心/光電工程系；. 財(cái)團(tuán)法人國(guó)泰綜合醫(yī)院 劉宗平 潘月里

?

科幻電影的科學(xué)傳播──以電影《第五元素》為例

1.元智大學(xué)科學(xué)教育研究中心/光電工程系；2. 財(cái)團(tuán)法人國(guó)泰綜合醫(yī)院 劉宗平1潘月里2

在科學(xué)傳播的平臺(tái)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(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性和邏輯性，其所采用的科學(xué)理論也不一定會(huì)被主流科學(xué)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(lái)非常不一樣的印像。長(zhǎng)久以來(lái)，一直好奇這部電影中所傳播的科學(xué)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(xué)意涵呢？這是一項(xiàng)值得深思和探討的研究課題！

科學(xué)傳播 科幻電影 第五元素 四元素 宇宙觀 力學(xué)

0 前言

在科學(xué)傳播的平臺(tái)上，科幻電影扮演著一個(gè)不可忽視的角色。所謂的科幻電影，就是以科學(xué)幻想的情景或假設(shè)為基礎(chǔ)，來(lái)展開(kāi)敘事的電影。通常，科幻電影只注重?cái)X取文學(xué)或人文方面的元素，無(wú)視于科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性和邏輯性，其所采用的科學(xué)理論，也不一定會(huì)被主流科學(xué)界所接受。然而，15年前上演過(guò)的一部科幻電影《第五元素》，卻給人們帶來(lái)非常不一樣的印像。

1997年，法國(guó)的盧貝松導(dǎo)演了一部科幻電影《第五元素》。大意是說(shuō)，1914年外星球的蒙督沙瓦（Mondoshawan）族人來(lái)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(jì)的某一天，蒙族飛船再度來(lái)到地球，遭受邪惡勢(shì)力擊毀。殘余的第五元素基因保存了下來(lái)，復(fù)制出具有人類(lèi)女性特質(zhì)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(dāng)她逐漸了解人類(lèi)的感情世界之后，便發(fā)揮出第五元素潛在的神奇力量—愛(ài)，終于挽救地球免于毀滅的一場(chǎng)浩劫。

在《第五元素》這部科幻電影中，其傳播的科學(xué)信息是否就只有第五元素嗎？長(zhǎng)久以來(lái)，一直有一個(gè)問(wèn)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(xué)意涵呢？于是，收集資料，對(duì)西方的元素思想做了一番查考。

1 四元素說(shuō)

在哲學(xué)中，元素是一種構(gòu)成世界上所有物質(zhì)的最基本實(shí)體或能量。歷史上有許多不同的民族，都曾經(jīng)建構(gòu)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(shuō)或五元素說(shuō)，以及中國(guó)的五行說(shuō)。元素思想的起源很早，巴比倫人和埃及人認(rèn)為水、空氣和土是構(gòu)成世界的主要元素，此即三元素說(shuō)。米利都（Miletus）學(xué)派的泰勒斯（Thales，BC624-546）主張水是萬(wàn)物的本質(zhì)，土和氣是水的凝聚或稀薄。同一學(xué)派的阿那克西曼德（Anaximander，BC570-526）將本質(zhì)改成原始物質(zhì)，并提出第四元素的火，形成了四元素說(shuō)。

在古希臘的傳統(tǒng)民間信仰中，四元素說(shuō)就已經(jīng)存在，但缺乏堅(jiān)實(shí)的理論體系來(lái)支持。因此，四元素說(shuō)不是古希臘哲學(xué)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(xué)家，系以米利都學(xué)派為首。直到恩培多克勒（Empedocles，BC490-430）時(shí)，才首次建立了四元素并存的哲學(xué)體系。他認(rèn)為萬(wàn)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(ài)與恨來(lái)連結(jié)或分離，這是首次嘗試以科學(xué)方法來(lái)解釋傳統(tǒng)的四元素說(shuō)。

現(xiàn)今，廣為人知的四元素說(shuō)是亞里斯多德（Aristotle，BC384-322）所提出。在其理論中，不包含愛(ài)與恨這兩種抽象元素。他認(rèn)為四種元素具有可為人感知的兩兩對(duì)立的性質(zhì)，推論出世上萬(wàn)物原本乃是四種原始性質(zhì)—冷、熱、干、濕，而元素則是由這些原始性質(zhì)依不同的比例組合而成。中世紀(jì)時(shí)，四元素說(shuō)曾經(jīng)成為煉金術(shù)的理論依據(jù)。煉金術(shù)士們認(rèn)為：只要改變物質(zhì)中這四種原始性質(zhì)的比例，即可使普通金屬變?yōu)辄S金。四元素說(shuō)承認(rèn)了世界的物質(zhì)性，是進(jìn)步的展現(xiàn)，但卻使化學(xué)的發(fā)展長(zhǎng)期地受到阻礙。直到波義耳（Boyle，1627-1691）否定了四元素說(shuō)，才使化學(xué)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(xué)家，他曾跟隨埃及祭師學(xué)習(xí)，利用日影測(cè)量金字塔高度，且準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了一次日蝕。畢達(dá)哥拉斯（Pythagoras，BC580-500）是泰勒斯的學(xué)生，他認(rèn)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(chēng)為中心火。太陽(yáng)、地球、月亮、行星和恒星都鑲在相應(yīng)的天球上，圍繞著中心火轉(zhuǎn)動(dòng)。

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(yùn)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(ài)建筑與科學(xué)，建立了亞歷山大科學(xué)院，藏書(shū)七萬(wàn)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(xué)習(xí)、工作或進(jìn)行科學(xué)交流。阿波羅尼是歐幾里得學(xué)生的學(xué)生，他對(duì)圓錐曲線的研究，為2000年后開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)行星三定律奠下了基礎(chǔ)。阿基米德也是歐幾里得學(xué)生的學(xué)生，他最先把數(shù)學(xué)引進(jìn)物理學(xué)，使其成為一門(mén)可定量的科學(xué)。

阿里斯塔克斯（Aristarchus，BC310-230）與阿基米德同一時(shí)代，曾在亞里斯多德呂克昂（Lyceum）學(xué)院學(xué)習(xí)過(guò)。他將畢達(dá)哥拉斯宇宙論的中心火去掉，而代之以太陽(yáng)，是史上第一位提出“日心說(shuō)”的人。他指出恒星的周日轉(zhuǎn)動(dòng)，是地球繞軸自轉(zhuǎn)的結(jié)果，其可解釋為何恒星總是處于相對(duì)固定的位置上。若太陽(yáng)位于宇宙中心，地球繞日而行，則恒星的相對(duì)位置應(yīng)有明顯的變化。他解釋說(shuō)：因地球與恒星間之距離遠(yuǎn)大于地球與太陽(yáng)間之距離，人們不易察覺(jué)恒星位置的改變。由于此說(shuō)過(guò)于先進(jìn)，使得當(dāng)時(shí)的人們難以接受。

亞里斯多德是伯拉圖的學(xué)生，也是亞歷山大大帝的老師?，F(xiàn)今廣為人知的四元素說(shuō)，就是他所提倡的。他以此為基礎(chǔ)建構(gòu)了“地心說(shuō)”的宇宙觀，認(rèn)為地球位在宇宙的中心，太陽(yáng)、月亮、行星和恒星均繞著地球作圓運(yùn)動(dòng)。他的宇宙模型分為月上世界和月下世界，月下世界內(nèi)不斷腐朽的物質(zhì)由土、水、氣、火四元素組成，月上世界內(nèi)充滿著透明的、無(wú)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(yáng)天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原動(dòng)天。每一重天都是一個(gè)天球，其上均鑲著一顆星體，原動(dòng)天之外沒(méi)有任何東西。

公元100多年，一位與托勒密王室無(wú)親屬關(guān)系的天文學(xué)家托勒密，發(fā)展了亞里斯多德的宇宙圖像，使其符合觀測(cè)的結(jié)果，建立了一個(gè)比較嚴(yán)密的“地心說(shuō)”。至此，托勒密的地心說(shuō)徹底擊敗了阿里斯塔克斯所提倡的日心說(shuō)。在天主教教會(huì)的支持下，托勒密的地心說(shuō)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(lì)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(shí)期傳入歐洲的，還有中國(guó)文明和印度文明。此時(shí)，世人開(kāi)始重新思考古希臘的哲學(xué)思維。造紙術(shù)和印刷術(shù)促進(jìn)了知識(shí)和藝術(shù)的普及，加速了歐洲的文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)，也沖擊到當(dāng)時(shí)腐敗的歐洲教會(huì)。

在哥白尼（Copernicus，1473-1543）時(shí)代，已有人認(rèn)為內(nèi)行星（水星和金星）是圍繞著太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，然后太陽(yáng)再帶著它們圍繞著地球旋轉(zhuǎn)。根據(jù)30年的天文觀測(cè)，哥白尼反復(fù)思考后，提出了一個(gè)大膽的觀點(diǎn)。他認(rèn)為宇宙的中心不應(yīng)是地球，而是太陽(yáng)。地球與五大行星一樣，皆繞日而行，且又繞著自身轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)。他深知自己觀點(diǎn)與傳統(tǒng)神學(xué)思想抵觸，會(huì)觸怒教會(huì)，遲遲不敢公開(kāi)其著作。直到病危時(shí)，才將《天體運(yùn)行論》交付出版。

經(jīng)由長(zhǎng)期觀測(cè)，哥白尼掌握了豐富的天體運(yùn)行知識(shí)，發(fā)現(xiàn)了托勒密學(xué)說(shuō)的缺陷。內(nèi)行星繞日而行雖是對(duì)的，但內(nèi)行星與太陽(yáng)一起繞著地球旋轉(zhuǎn)則是錯(cuò)的。哥白尼的學(xué)說(shuō)不是憑空想像的，是有科學(xué)根源的，且有哲學(xué)根源與歷史根源。他體會(huì)出中心火模型的哲學(xué)觀點(diǎn)，宇宙中心本應(yīng)放置扮演圣潔火的太陽(yáng)。古希臘雖有過(guò)日心說(shuō)，但其觀點(diǎn)過(guò)于粗糙，缺乏完善的理論。1621年，開(kāi)普勒（Kepler，1571-1630）的《哥白尼天文學(xué)概要》證明了哥白尼的理論，使”日心說(shuō)”不再遭到質(zhì)疑。

3 力學(xué)萌芽

亞里斯多德的地心說(shuō)認(rèn)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(yùn)動(dòng)的本性。因此，他將運(yùn)動(dòng)分為自然運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)。重物下落是自然運(yùn)動(dòng)，星辰圍繞地心的圓運(yùn)動(dòng)也是自然運(yùn)動(dòng)。所謂的自然運(yùn)動(dòng)，就是天賦存在的運(yùn)動(dòng)，它不需要特別的解釋。相對(duì)地，如欲強(qiáng)迫物體運(yùn)動(dòng)，則需有施力者。力一旦去除，運(yùn)動(dòng)便會(huì)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(huì)越大。意即，物體越重，其下落速度會(huì)越大，進(jìn)而可以得到下落速度與物重成正比的結(jié)論。

在16世紀(jì)以前，雖然亞里斯多德的運(yùn)動(dòng)理論居于領(lǐng)導(dǎo)地位，但其由直接經(jīng)驗(yàn)引伸而來(lái)的結(jié)論，常經(jīng)不起實(shí)驗(yàn)研究的挑戰(zhàn)與考驗(yàn)。伽利略（Galileo，1564-1642）的落體實(shí)驗(yàn)，證實(shí)下落速度與物重?zé)o關(guān)，給了亞里斯多德致命的一擊。伽利略從斜面實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，物體運(yùn)動(dòng)行經(jīng)的距離與所用時(shí)間的平方成正比，此稱(chēng)為落體定律。他更進(jìn)一步推論得到，作等加速運(yùn)動(dòng)之物體的速度與時(shí)間成正比。由此可知，伽利略把科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)合在一起，為力學(xué)往后的發(fā)展開(kāi)辟了一條正確的道路。

1632年，伽利略在《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》中寫(xiě)道：“只要斜面延伸下去，球?qū)?huì)無(wú)限制地繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，而且會(huì)不斷地加速，這就是運(yùn)動(dòng)物體的本性”，此稱(chēng)之為伽利略的慣性原理。1638年，在《兩門(mén)新科學(xué)》一書(shū)中，伽利略利用小球在斜面上的運(yùn)動(dòng)，再次地闡述了慣性定律。從亞里斯多德的自然哲學(xué)轉(zhuǎn)變到牛頓（Newton，1642-1727）的古典力學(xué)，其中最重要的關(guān)鍵性變化就在于他所建立的慣性定律。

力學(xué)是物理學(xué)中發(fā)展最早的一個(gè)分支，它和人類(lèi)生活間的關(guān)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(jiǎn)單機(jī)械廣泛地應(yīng)用于勞動(dòng)與生產(chǎn)之中。16世紀(jì)以后，基于航海、戰(zhàn)爭(zhēng)和工業(yè)的需要，有關(guān)力學(xué)的研究才得以真正的展開(kāi)。由于大量生產(chǎn)、海外貿(mào)易和對(duì)外擴(kuò)張刺激航海蓬勃發(fā)展，使得對(duì)天文作系統(tǒng)性觀測(cè)的需求日益地迫切。布拉赫（Brache，1546-1601）順應(yīng)此一趨勢(shì)，采集了大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)，為開(kāi)普勒的研究工作開(kāi)辟了一條康莊大道。終在1609年和1619年，先后提出了行星運(yùn)動(dòng)三定律。

在大學(xué)期間，牛頓接觸到亞里斯多德的局部運(yùn)動(dòng)理論。后來(lái)，讀到伽利略和笛卡爾（Descartes，1596-1650）的著作，受到很大的影響，便開(kāi)始研究動(dòng)力學(xué)，探討造成物體運(yùn)動(dòng)的原因。開(kāi)普勒和布里阿德（Bulliadus，1605-1694）的天文學(xué)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(guān)系的想法。1664年初，牛頓掙脫亞里斯多德思想的影響，進(jìn)而接受了伽利略重視實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)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(kāi)的手稿中發(fā)現(xiàn)：他清楚地定義了速度，對(duì)力的概念作了明確的說(shuō)明，用獨(dú)特的方法推導(dǎo)了離心力公式，提到了幾乎全部力學(xué)的基礎(chǔ)概念和定律。到了1679年，牛頓已然創(chuàng)立了微積分，從開(kāi)普勒第三定律推導(dǎo)出平方反比關(guān)系，使他可以深入地探討力學(xué)問(wèn)題。1680年，他證明橢圓軌道中的物體必會(huì)受到一指向焦點(diǎn)的向心力，此力與物到焦點(diǎn)距離的平方成反比。1687年，出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書(shū)顯示，牛頓領(lǐng)悟了萬(wàn)有引力的真諦，把地面上的力學(xué)和天上的力學(xué)統(tǒng)一在一起，建立了以三大運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的力學(xué)體系。牛頓的研究與貢獻(xiàn)，對(duì)往后的科學(xué)發(fā)展，產(chǎn)生了莫大的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

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

亞里斯多德的四元素論和地心說(shuō)，更進(jìn)一步地引起人們對(duì)運(yùn)動(dòng)的探索與研究。運(yùn)動(dòng)是一切改變的根源，如果地球停止自轉(zhuǎn)，則會(huì)出現(xiàn)永晝。倘若地球不會(huì)繞日公轉(zhuǎn)，就不會(huì)有季節(jié)變化。一個(gè)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的世界，很難想像它會(huì)是什么模樣。伽利略的實(shí)驗(yàn)研究，駁斥了亞里斯多德的運(yùn)動(dòng)理論，確立了落體運(yùn)動(dòng)的定律。接著，牛頓更清楚地揭示：“運(yùn)動(dòng)的根源，來(lái)自于力”，并提出著名的運(yùn)動(dòng)三定律和萬(wàn)有引力定律，為往后物理學(xué)的發(fā)展立下了堅(jiān)固的磐石。

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

[1] 郭奕玲、沈慧君. 物理學(xué)史，清華大學(xué)出版社，1993年7月.

[2] 江曉原.科學(xué)史十五講，北京大學(xué)出版社，2006年11月.

[3] 蔡承志譯. 理查?沃夫森原著. 地球不見(jiàn)了，月亮?xí)溃? 臉譜出版社，2008年2月.

[4] 趙崢. 物理學(xué)與人類(lèi)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(xué)月刊，501期，頁(yè)708-709，2011年9月.

劉宗平，元智大學(xué)科學(xué)教育研究中心主任，臺(tái)灣科技史學(xué)會(huì)常務(wù)理事，臺(tái)灣資訊儲(chǔ)存技術(shù)協(xié)會(huì)理事，科學(xué)月刊編委。

潘月里，臺(tái)灣財(cái)團(tuán)法人國(guó)泰綜合醫(yī)院，護(hù)理師。