讀《地平線：一部全球科學史》（暫譯）
牛頓生於 1642 年，在他的一生之中從來沒有離開過不列顛。他一半的成年生活在劍橋當數學教授，剩下的一半在倫敦當鑄幣局長。但牛頓並非與世隔絕的人，牛頓很倚賴來自世界各地的資訊。牛頓投資南海公司與不列顛東印度公司，都是做奴隸貿易，許多他的資料就是來自這些貿易船隻。牛頓在 1687 年發表了知名的《自然哲學的數學原理》一書（後稱《原理》），首次提到萬有引力定律。
但要談萬有引力定律，不能從蘋果砸到頭開始，砸一百顆蘋果都沒辦法讓你提出萬有引力定律。《原理》一書提到了一艘駛往法屬圭亞那卡宴鎮的船。
法國的天文學家 Jean Richer 正在做一系列的天文觀測。這一系列觀測得到的天文資料能夠讓航海中的定位更精準，讓法國的帝國擴張更順利。在卡宴時，Jean Richer 要做一些其他的實驗，用上當時的最新科技：鐘擺。在 1653 年，荷蘭的惠更司發現單擺的週期十分穩定，可以拿來量測時間。而且大約一公尺的擺長，從左擺到右剛好就是一秒鐘。
但 Jean 發現了個異象。在卡宴的時候，單擺變得比一秒鐘慢了，而且一整天下來單擺大概慢了兩分鐘。他回巴黎時有檢查擺長是正確的，但在南美洲就是必須要把擺長調短，時間才會正確。他數次搭上了法國塞內加爾公司從西非戈雷島往返南美洲的船，上面擠滿了數千奴隸。他在船上重複了實驗，小心排除氣候導致擺長熱脹冷縮等問題。物理不應該隨地點而變，到底是哪裡出了問題？
在《原理》中，牛頓對這個異象提出了驚人的解釋：重力在地球各處是不一樣的，而且地球並非正球體，而是像南瓜一樣的橢球體。他帶公式掐紙一算，推測赤道表面比在南北極表面多出 17 英里。在赤道的 Jean ，相當於站在一座超高的山上，因為距離平方反比的關係，引力弱了些，讓單擺週期長了些。
當時在英國的思想家比較能接受牛頓的理論。但是在歐陸的學者則大多抱持懷疑。瑞士的尼古拉伯努力，怒批牛頓的理論無法理解。德國的宿敵萊布尼茲，抱怨萬有引力十分詭異。不相信真空存在的笛卡爾，認為萬有引力也是一種怪力亂神的東西，只有看得見摸得著的接觸力才叫力。
但會有這些質疑的原因是《原理》中的理論仍然不完備。有兩大問題仍待解決。第一是人們仍然不確定地球是什麼形狀，如果地球形狀不像牛頓所述的南瓜狀，那牛頓對重力的理論就錯了。第二是牛頓的理論意味著星球之間會因為彼此的質量互相牽引。但因為當時人們只知道星球之間的相對距離，但不知道絕對距離。要能夠知道是否萬有引力能預測星球之間的運動，必須要知道絕對距離才能驗證。
整個 18 世紀的物理圈可以說是就專門在辯論著牛頓的理論，即使在牛頓 1727 年過世之後仍然持續。各國也都出資贊助各種探險船隊，一方面佔領新土地，一方面進行科學觀測。
地球是圓是扁？
對於第一個地球形狀的問題。法國科學院在 1730 年贊助了兩支探險隊，一支前往位於極圈，在芬蘭的拉普蘭區，另一支則前往基多，在當時的秘魯總督轄區。他們的任務是要量測緯度差一度時，正南與正北兩者之間的距離。如果地球真的是南瓜狀，一個緯度之間的距離在極圈那邊應該要比赤道那邊還要長。
派往基多的法國天文學家兼探險家拉康達明，在現今的海地買了非裔奴隸，現今姓名不詳，但奴隸被強迫為探險隊工作將近十年，而且在旅途結束之後又被賣回去。探險隊又用 Mit’a 系統取得一些當地的秘魯人。Mit’a 系統是印加帝國的強制公共服務，但被西班牙人改造成強迫勞動。
法國團隊打算利用三角測量的技巧來取得要測量的距離。首先，必須在地上挖出一個已知長度的地溝，接著跑到某個山頭，觀察山頭與地溝的左端與右端形成一個三角形，利用三角函數的推導可以得到山頭與地溝的距離。同樣的過程可以重複，用先前已知的觀測點，再得到下一個觀測點的距離。但這前提是地溝必須挖得十分精準，否則誤差會在一次又一次的測量中累積，造成最後結果不正確。
奴隸日夜趕工，花了一個月挖了七英里的地溝。拉康達明發現地溝挖得又直又美。這是因為挖地溝做測量，本來就是秘魯人的當地知識。拉康達明不知道的是，如果他在往南到秘魯的海岸，就能看到沙漠中的納斯卡地線。納斯卡地線有些是有動物或植物的圖案，但有些就是個無聊的直線，後者目前史學家認為應該是拿來做天文或測量用。
基多這組探險隊完成了測量，得到了數據。另一邊拉普蘭的探險隊也回程回報數據。結果牛頓是對的，赤道緯度差一度的距離比極圈少大約一公里，地球是南瓜狀的。
地球和太陽多遠？
已知星球之間的相對距離，只要知道任何兩個星球間的絕對距離，就能推測出所有星球之間的絕對距離。
在 1716 年，牛頓的好朋友哈雷提出一種方式，可以得到地球與太陽之間的距離，也就是一天文單位。人的雙眼可以透過視差的技巧評估物體遠近，這是因為左眼和右眼觀測點的不同，看到物體的角度有差。在金星凌日的時候，也透過視差的技巧，也能夠用三角幾何學去算出太陽與地球的距離。只是我們要選一個超級寬的雙眼，才能得到比較精確的結果。這要多寬呢？一隻眼睛在北半球，一隻眼睛在南半球。
不過下一次金星凌日在 1769 年，牛頓和哈雷都沒活到那個時候。
英國的詹姆斯庫克船長在太平洋上有兩個重要任務。第一是觀測到金星凌日，第二是要發現傳說中神秘的南方大陸。他在 1769 年四月抵達大溪地，建造了一個小小的堡壘，重兵守衛。當時法國人、荷蘭人、和英國人都試圖控制大溪地。英國和大溪地居民也有點緊張。庫克與他的科學家約瑟夫·班克斯各自去做金星凌日觀測。
但英國人並非太平洋上唯一的觀星者。在玻里尼西亞的當地人早有一套進階的天文與航海技巧。在大溪地時，庫克與班克斯遇到了一位當地的祭司圖帕伊亞。對當地人來說，宗教與航海是緊密連結的。圖帕伊亞熟知當地的地理環境，並有興趣加入庫克的船隊。庫克本來不以為然，但班克斯知道，如果下一個任務是要去找神秘的南方大陸，他們務必要航行到未知水域，需要有一位在地專業人士。因此庫克就讓圖帕伊亞加入了。
玻里尼西亞的航海方式和歐洲人相當不一樣。歐洲人視海洋為一片黑壓壓的地板，什麼資訊都沒有。但對玻里尼西亞人來說，海是有地貌的，有洋流有深淺。歐洲人想辦法找到自己的座標，並決定要往哪個座標前進。但圖帕伊亞必須背誦每個點到點之間的航行方式。歐洲人習慣在白天航海，而里尼西亞人習慣在夜晚靠星星航海。
例如要從大溪地到夏威夷，圖帕伊亞是先背誦先要跟著哪個已經接近地平線的星星前進，過了某段時間後，再駛往另外一個星星的方向。
有了圖帕伊亞的幫助，庫克船長的船隊終於在 1769 年十月抵達紐西蘭。在繪製完地圖之後，在隔年又抵達了澳洲。庫克發現這就是他一直想找的南方大陸。他們又花了幾個月探索澳洲，並準備回英國。但很不幸的是，圖帕伊亞在回程中可能中了瘧疾，病逝巴達維雅。
庫克最後在 1771 年，帶回了金星凌日的數據，以及圖帕伊亞留下的海圖。英國的皇家學會比較了北半球得到的數據，最後算出了天文單位的數字。在《原理》一書發表後將近百年，牛頓的追隨者終於得到了他們需要的數字，支持萬有引力的理論正確。
Horizons: A Global History of Science
以上內容濃縮自一本 2022 年出版的新書的一個章節： Horizons: A Global History of Science 。作者 James Poskett 是華威大學研究科學與科技歷史的助理教授。本書想要打破常見的迷思：近代科學是歐洲人發明的。作者認為科學的進展是一個全球協作的結果。而且這個協作的結果不一定都是和平的方式。許多歸功於歐洲人的科學成就，若沒有來自世界各地當地知識的配合，都沒辦法發生。許多科學與科技的推展背後都是帝國、殖民、戰爭、民族主義、壓迫等背景下發生。
現在人們學到科學革命的描述，大多源於冷戰時期的歷史學家。他們把重心都放在歐洲人，並且隱去了來自其他文化的科學貢獻。作者想用最新的歷史研究，重新敘述一個基於全球史的科學史，並且強調科學發展背後的社會文化背景。
書中談到了十七世紀乘坐奴隸船的天文學家、十八世紀為殖民貿易公司服務的博物學家、十九世紀促進工業化戰爭的演化思想家、二十世紀為冷戰提倡種族主義科學的基因學家。本書主要不是與學者溝通的學術著作，而比較是向大眾溝通的各種精彩敘事（雖然像上面故事還蠻悲慘的）。書中的內容濃縮了好幾本書，包含最近剛出版的《博物日本：本草學與江戶日本的自然觀》。
誰適合讀這本書？
這樣的科學史是在我們的科普與科學學習過程中缺乏的。回想過去的自然科學課本或現在能看到的各種科普材料，裡面強調快速的交代科學成果，並給人一種科學是公正客觀的感覺。但我們難以學到一個科學理論是怎麼從各種懷疑之中，慢慢找到證據讓人們接受。我們也沒學到說一個科學理論到底是在什麼歷史與社會背景之下形成的。人們是什麼動機去研究這些問題，帝國或國家是什麼動機贊助這些研究，研究的過程與結果造成了什麼樣的傷害，哪些貢獻者又在這個過程中被消音或隱去。在沒有那些脈絡之下學習到的科學扁平、冷血、又充滿偏誤。
現在的人們流行要求小朋友學到七竅生煙（STEAM, science technology engineering art mathematics 的綜合體），表示人們仍然重視學習科學與科技的價值。但 STEAM 這個字裡面，唯一對人文學科的想像是 art 。這是一種貧乏的想像，是對社會科學的忽視，也是對科學科技的短視。STEAM 推廣者應該能從一本這樣科學史的書，得到一些推廣策略的反思。
這本書也適合各種大眾，但特別是在過去初等或高等教育中接受過自然科學教育的人。透過書中人物的故事，讀者可以重新回顧所學並得到不同啟發。
感謝 Yahsin Huang 的審閱與回饋
