科技政策座談會摘記
科學月刊社為紀念創刊二十周年,科技發展委員會在民國七十八年十二月九日,於中央研究院原子與分子科學研究所的401會議室,舉辦一整天的「科技政策座談會」。參與籌備這次座談會的人士主要有:張昭鼎、周成功、林 和、劉康克、劉廣定、金傳春、劉源俊、馬志欽等人。
本次座談會分為四節:
一、早上10:00~12:00,由馬志欽主持討論「如何制訂我國的科技政策」,邀行政院郭南宏先生及國科會鄧啟福先生主講,討論題綱為:
(一)如何選定國家科技發展目標及其決策單位層次、人力組合與步驟;
(二)如何制定國家發展政策及其先期評估的項目,評估單位與評估作業程序,審核單位、人力組合與作業程序;
(三)如何落實科技發展的預算;
(四)如何落實科技人力的供需;
(五)如何考量科技發展的本土性。
二、下午13:00~14:30,由劉廣定主持討論「如何推動執行大型科技計畫」,邀教育部黃鎮台先生主講,討論題綱為:
(一)大型計畫的成因;
(二)大型計畫的可行性;
(三)大型計畫的組織;
(四)大型計畫的審查;
(五)大型計畫的追蹤考核;
(六)其他。
三、下午15:00~16:30,由周成功主持討論「如何評估我國的科技政策與計畫」,邀國科會馬難先先生主講,討論題綱為:
(一)誰來評估──組成與人員;
(二)評估的準則──成本、效益、核算分析;
(三)評估的階段性──事先的可行性研究、執行過程的品質管制及成果評估。
四、下午16:30~17:00,由劉源俊主持「綜合討論」。
與會者包括:(依簽名序)
學界:梁乃匡(台大)李國偉(中研院)孫以瀚(中研院)陳 卓(台大)姜善鑫(台大)黃榮村(台大)金傳春(台大)周成功(榮總)張秋男(師大)譚天錫(台大)張昭鼎(清華)莊文思(台大)胡進錕(中研院)黃守先(師大)馬志欽(台大)劉廣定(台大)彭旭明(台大)林 和(台大)魏耀揮(陽明)牟中原(台大)方俊民(台大)張一熙(清華)劉源俊(東吳)葉永田(中研院)黃克寧(中研院)張則周(台大)
科技行政界:
郭南宏(行政院)鄧啟福(國科會)陸之琳(科技顧問組)郝履成(中美基金會)馬難先(國科會)黃鎮台(教育部)沙晉康(國科會)
傳播界:彭國偉(自由時報)韓尚平(聯合報)蕭經緯(中廣)陳如嬌(自立早報) 葉淑芬(中央日報) 楊維敏(中國時報)
特別來賓:
丁守中(準立法委員)
本刊:袁家元 林雪蕙
其他:王廷方 黃錦明 黃意如 李河清
此處摘錄第一與第四兩節的座談會內容,可以瞥見科學界關心科技政策之一斑。因為最近「人造衛星計畫」正討論得十分熱鬧,大家也不免扯上這一話題。
馬志欽(主席):本節討論「如何制定我國的科技政策」,題綱裡列了五個小題目供大家參考。第一個題是怎樣來選定一個國家的科技發展目標:第一目標是怎麼選定的?決策單位的層次是怎麼樣?人力組合如何?
決定了目標以後,就要制定政策。政策制定過程是一個動態的過程,一定有事先的評估,那就要問評估單位是什麼單位?評估作業程序如何?評估完成後再送請審議,但在送請立法院審議之前,應該還有一個內部的審核單位,有一個審核過程。
其次,要注意如何落實科技發展預算。我們的預算常常會發生很多問題。預算如何落實?科技人力的供需怎樣落實?重大計畫的人才是夠還是不夠?最後,我們也要考慮到科技發展的本土性,是我們自立發展呢?還是需要國外的幫助。
(鄧啟福先生外出接夏漢民主委的電話)我們等會要請鄧副主委講,就國科會的層次,如何制定科技的政策。現在正好郭政務委員也在座,也可以請他談一談,在行政院層次,如何制定國家的科技政策?
科技顧問組
問:請郭政務委員談一談,行政院科技顧問組在整個國家的科技政策制定過程中扮演什麼角色?
郭南宏:關於這一點,我能了解的部分是過去。我們現在有一個國家科學技術發展的十年發展方案,這是個從民國七十五年到八十四年的發展計畫。這一方案是由國科會邀請有關單位提供資料後,擬訂一個草案,然後提到上一屆全國科技會議(約四年前),經過分組討論、綜合討論之後,提出一個方案,報到行政院,行政院再經過院會討論通過之後訂定。這就是我們現在正在執行的十年科技發展方案。
我所了解的科技顧問組,等於是一個行政院的幕僚單位,它主要的功能是協助院長作跨部會的協調,及對專案計畫作評估,對執行作追蹤考核等等。它為行政院院長提供幕僚的意見,督導各部門執行科技方案。
前俞院長因考慮到科技顧問組有些功能與國科會重複,所以請國科會的主任委員兼任科技顧問組的召集人。本人目前擔任的是政務委員,這政務委員也就是不管部部長,沒有固定的工作,是由院長指定工作,協助他執行政務。我們一共有六位政務委員,分別都有一些方向性的任務;本人被分配審核科技與交通方面的專案、預算或立法、修法等。
人造衛星計畫
韓尚平:請教郭政務委員:在十年科技發展計畫裡,並沒有人造衛星計畫這一項。但現在政府在積極進行規畫,您認為是否合理?十年計畫是經過大家討論然後定案的,現在卻突然冒出這麼一件事來。
郭南宏:有關這方面,我所了解的是,本人在交通部服務期間,電信總局就有一個衛星方案,那是以通訊衛星為主,曾委託顧問公司做了一個長期的通訊衛星發展方案。第一階段是租轉頻器,現在事實上已經租了,差不多可以啟用了;第二階段與其他國家共同發展區域性的通訊衛星;第三階段是希望自己擁有,還能分售給別人通訊衛星。這一計畫的時間拉得很長,也希望能夠透過這個計畫建立自己通訊衛星的體系。交通部不會去發射衛星。最近國科會成立了小組,研擬:一﹒發展衛星本體;二﹒發展發射部分。衛星發展計畫見仁見智,國科會明年二月要提一個五年計畫,目前尚未定案。
陳 卓:任何一個大型計畫要問兩個問題:要不要做?能不能做?第一個問題是由政策決定,第二個問題應徵求內行人的意見。同步輻射和人造衛星這兩個例子都顯示決策品質有問題。
郭南宏:台灣的科技人力有限,財源也不足,不能像美國一樣各做各的,需有團隊合作,好好整合人力、財力,綜合學術上、中、下游的各方意見,訂出一個三年計畫,大家逐步分工合作。
(鄧啟福打完電話進場)
鄧啟福:剛才聽到部政務委員在談人造衛星的事。目前階段,李院長在立法院的宣布,是他的意圖,他打算要在五年完成發射計畫,中間包括發射系統等等。構想要落實,就需要有做的計畫,國科會現在做的就是這個執行計畫。我曾跟夏主委講,如果這個計畫要我來負擔,基本條件是:這五年是行政院核定後的五年,不是李院長宣布後的五年。
國科會無明文之科技政策制定的程序,全世界各國也沒有,但是我們可從一些例子歸納出一些途徑。科技政策跟其他的政策是一樣的,都是不成文法。
從「獎助金」來看,並非依計畫的成果來給予,而是信任委員會,不是信任國科會的職員。另外從「傑出獎」的產生來看,我們是先從私下的討論,大家同意,要有一個鼓勵研究的措施,於是形成了一個初步的辦法;然後,國科會派了許多的小組到各大學去解說這個辦法。雖有贊成有反對,但一般來說,贊成的占多數。這是一個制度的形成。再談到國科會本身的研究計畫,在幾年前即著手培育設計積體電路的人才,這是相當有遠見的一個計畫。
所以在政策的形成上,通常非一概而論,非只考慮單一的條件,但仍經幾個程序,再得出一個結果。
我們要做就從原始計畫的提出、設計、試驗開始,這就是日本的做法。我們看到日本的太空科學計畫,雖然在1960年代早期不被人重視,可是現在是世界上最好的幾個之一。我們認為太空科技是未來發展的主力,我們分成四個部分。
一、發射系統:採技術引進。
二、衛星本體設計:其科技比前項還進步一些,不過比較不敏感(擬議中的輕型人造衛星雖只有200磅,其火箭的能力即相當於一中程飛彈,所以很敏感),因此做人造衛星的國家不少。
三、太空科學計畫:已組一個委員會,國外也組織了一些人來做。
四、進一步推進系統的設計與發展:這是長期計畫的,行政院在核准時應考慮到其長期性。
個人希望在明年二月中旬左右,把此計畫提出來。最後要表明個人對此事的態度:今天我在政府機關作事,我們是以團隊來做事,如果團隊決定之後我還有意見,那就要辭職。因為若要批評,就要辭職,否則我盡量做好。
郭南宏:我跟鄧副主委是多年之同事、同學,此我必須對他剛講的作一澄清。我在行政院是政務委員,也是行政院長之幕僚。就我所了解,他剛說:「『衛星計畫』在五年完成,這是行政院給定意圖,讓國科會執行」,不是這麼一回事!院長之施政報告是根據各部會所提,經過幕僚整理,院長過濾後再宣布。衛星計畫要作五年,要發射一個低軌道之衛星的五年計畫,這完全是國科會提出之構想,只是院長幕僚放在施政報告的一段,不能說是已確定要做,希望鄧主委有所了解。當初在立法院施政報告之後,得到許多不同反應,院長在隔天馬上在行政院召開有關人員再討論,我也很誠懇地跟院長報告。此方案見仁見智,但這是國家的計畫,應集思廣益,來擬定很多方案,來選擇一個最適合我們現在國情,對我們將來培養人才,工業升級最有利的一項。現在是這個階段。這不是從上而下的問題。想要發展衛星是上級的意思,但是「如何發展」是大家來做,他不可能了解衛星這麼細的東西。行政院長有他的專長,發展衛星需要很多專家來集思廣益,提出許多方案,那一個對我們最有利,我們就做。
而時間表,在我看來,也不一定在五年,看那個時間最好。不要說定五年,若草率放一個上去,等於把鈔票燒掉。僅此特別說明,尤其報紙報導,一定要公平。我跟他是同學跟這問題沒有關係。這是國家計畫,不是我做不好就可辭職的;這是大家一起來做,成敗是大家的,個人不能來英雄主義。
鄧啟福(打斷郭的話):在座各位認識我的很多,我從來沒有追求過任何一個工作,我做教授老實說做得非常愉快,我有自信我教書可以教得很好。今天任何一個專案,是有一定的邊界條件的。,今天既然我奉命…來做,就是要給邊界,你給多少錢、多少時間、做什麼東西,有了這些,才能做出計畫出來。做出一個計畫以後,大家來討論方案,但是我不能夠說,聽聽大家的意見,都抄下來,這就是我的計畫,如此計畫絕不能工作,其中牽涉到紀律管理,不光是技術,因為衛星發射這東西搞不好要死人的,都是炸藥啊!
主席(打圓):從鄧主委和郭政務委員談話可見,國家在決定大型之科技政策,絕不如在座所想之草率。大家也是在研究、協調。我們也了解科技政策之決定、執行都很困難,感謝兩位的報告。下面開放討論。
諍言與建議
李國偉:科技政策的決定在本質上有個問題:做科學研究的人,特別愈基礎的,愈有其自主性,對未來也是不可預測的,而國家的資源有限,又非做計畫不可,有點「必要之罪惡」的味道。這和科學精神是矛盾的。這拔河賽,應該在執均力敵時才有意義;國家擁有雄厚資源,卻也不可一下子把對方拉倒。
還有個問題,最近《科技報導》也提出來:表面上,我們科技決策單位很重複,是不是要重整一下?
郭南宏:我們是這麼覺得。例如環保科技,是很需要重新組織,把所有的人才應用上。現在有個現象:許多政府的不同的大單位委託機關做的研究計畫,常常有由不同地方所編列的預算,都跑到同一個地方去做研究,結果超載。發現這些問題,我們會寫下,在適當時間提出。
林和:美國雖然也沒有明文規定的科技政策,但卻有一些默契。我們國內,大家比較爭議的並非內容問題,而是決策過程,有時是像政治性的習慣由上而下。另一個問題是信心問題,決策者對國內科學家比較沒信心,認為若是先進的技術,不如去國外買。事實上,如果要執行一個科技計畫,若國內沒人可以信任,此計畫成功的機率應不太高。而回頭來看科技政策,美國除了總統幕僚外,還有些學會的學者,一些有影響力的實驗室的人來透過各種管道,或許是立法部門,來制衡類似行政院的議題。而在台灣這一環是相當缺乏的,這也是每次一個科技政策出來,都會遭到科學家挑戰之理由。
僅提出二個意見:一、當局應慢慢認可一些民間社團之功能,以某些學會、實驗室或學校做對手,去商討對策,看政策如何形成。
二、組一些研究小組來,由平常很關懷政策形成之科學家組成的,在平常就準備好,一旦有狀況即可應付。也可請些社會學家、經濟學家一起參與,慢慢地將政治與科技連結一起,將有幫助於科技本土化。
陳卓:要不要做與能不能做是兩件事。如果要做、做不來,就只好購買,反正國家需要,沒啥可恥。但如果做不來,硬套上「人才培育」之名而浪費錢,到最後還是得買,就值得商榷了。科技要講誠實,不是「作秀」。台灣之科技界最糟糕的事,就是作秀。
胡進錕:我有個科技發展的指標。台灣在80年代初,在世界科技刊物發表的論文數排名40名,今年已升至第30名,中國大陸的人口是台灣50倍,但她的論文數只有台灣3倍。韓國人口是台灣2倍,論文數只有台灣的70%。台灣地區在亞洲這些國家來講,還算不錯,但是和先進國家比,還是差很多。像以色列只有四、五百萬人口,但是提出的論文數有台灣的3倍。我第一個建議是:國家應注意這些指標,例如提出論文的數量,國際重要會議有否我國科學家參與、發表演講等等。
第二個建議是:如果能讓國內讀博士畢業的男生,以做研究代替服役,應可在人才培育上稍為改善。
另外在經費使用上,各學校、國科會、中研院,都算相當審慎,倒是經濟部、國防部,常有兩、三人之計畫,竟編列一億元。以後應該將計畫交給各學者去做,會比較有效率。
郭南宏:國科會應在(人造衛星計畫之)「可行性」的研究上再詳細些;而迄今聽證會只是科技顧問在開,其意見國科會又不採用。
劉廣定:我國(台灣區)科技人才不足,只是「科技小國」,但是有些人認為我們是「科技大國」。我們在有限的科技人力下,不能人家說啥我們就作啥;如果又來一個又說不同話,我們又改做別的!
如果要推動一個大計畫,要先考慮有無足夠的人力。沒有人力,必須補足,不要只是作秀。像國內有些類的研究所一直開,到最後一個所剩一個教授。諸如此類,我們從今以後應花個十年時間來好好整頓,創出一個好制度,將弊病清除,消除作秀心理。
張秋男:每一次一個計畫來,講時、人很多,做時、人沒有。科技人力在那裡?國家到底有無長遠計畫?我們要申請設研究所時,不准的理由是:「出路有問題」,但明明我們是那麼迫切需要人才!培育人才的長遠設計是很重要的問題。
孫以瀚:個人很懷疑「全國科技會議」之效果,人多嘴雜,主辦單位只選他想聽的。應在開會前即準備好各種參考資料,公開給科學界,讓大家有充分的時間來討論。
陳卓:十年前我離開國科會之工作,因為覺得作秀的成分太大。每次開國際會議,真正懂的行家很少,前面作一大排高級官員。台灣科學界之最大弊病即為「作秀」。
金傳春:科學政策、科學教育、科學環境,國科會有沒有作過研究?好像誰聲音大就聽誰的。培育人才常沒有從一個人的潛力來著眼,只看他聲音大不大。有些教授頻搞外交,以便可以用國家的錢來請一些他以前的指導教授、系主任回來開國際會議。請七十歲的諾貝爾獎得主來訪,殊不知他們的領域已過去。我們應看重科學發展的未來。
張則周:國科會之定位在何處?好像有了國科會以後,教育部之功能萎縮。現在教育部給我們的錢少得不像話,我們不得不向國科會申請,但有些計畫並沒有很多人懂,因此申請不到錢。如此,他的經費那裡來?我們只好做熱門的研究,失去科學家之主見。
鄧啟福:國科會是「錦上添花」,教育部是「雪中送炭」。審查預算上的問題是最難的,會慢慢改進。
李國偉:國科會所管的事太多,需要「減肥」;有許多的事可放給各校、各單位去做。
郝履成:這還算次要問題,有無人才是主要問題。要先培植人才,研究如何用人才,如何留住人才....
劉源俊(主席):這一節綜合討論的議題沒有事先規畫,要看前三節大家的興趣來作決定。剛才國科會的馬難先處長提到,明年底要開全國科技會議,希望大家提供議題。希望在座各位趁這個機會提出各種建言,好讓馬先生參考。
金傳春:下面幾個議題希望大家可以檢討一下:
一、傑出科學研究獎有什麼需要改進的地方?
二、在台灣跟科技有關的緊急性問題,像核能、AIDS、登革熱等很多,但是政府(像衛生署)一般的預算要前一年提出。像登革熱燒起來的時候就沒有錢做,所以那時學術界要幫政府的忙就完全沒辦法。因此,緊急性問題經費運用的管道,應該討論。
三、我們選一個領導人常不看他過去做的工作做得如何?有沒有好的聲譽?或者他是不是很公正?是不是曉得如何跟別人溝通?我希望政府應該正視這個管理人才的培養與任用的問題。
科學月刊最關心的是科學教育,就是人才的培育。政府在這方面說是說,但我看是跟經濟導向的職業教育一起衡量的,至於二十一世紀的人才培育,做的實在很少。政府也很少跟我們學術界溝通,好像官永遠是官,百姓永遠是百姓。事實上我們非常關心,花很多時間去研究台灣教育問題,可是我們根本沒法去跟他們討論。
陳卓:我只有二點建議:第一點,剛才沙處長講的沒錯,自然處基礎科學研究經費這許多年增加的比率其實是非常的少。而且,很不幸的,我想(物理學領域裡)唯一跟基礎科學有關係的大型計畫,進行得不好。所以剛才我很痛心這種作秀行為,因為一個大型計畫如做不好,將來整個學界會破產,這是非常嚴重的。
至於剛才胡進錕提到從台灣的論文數量看來,好像科學進步了,其實是因為教授的薪水比以前多,所以最近幾年有不少年輕人回台灣,30幾歲生產力最大,所以論文數目較多。可是據我旁觀來看,20年來質非但沒有進步,反而退步。政府首長常常喜歡講究數量化,任何事情如果有很好的數量化標準,可以數量化,可是對事情沒有了解徹底以前,講數量化會被數量化害死。至於傑出研究獎,如果要給獎,應該要請他巡迴台灣演講或在學會裡多講幾次,看他是不是優秀人才,而不是數他發表了多少論文。要數論文篇數,何不數論文的字數?重要的是要看論文的分量,而不是字數!
孫以瀚:今天我們談的主要都是針對行政部門,我想另兩個部門也應該有點責任:第一個是科學家自己,科學家本身應有一點凝聚的聲音出來,像今天的會議希望以後能多由科學界主動的辦。
第二點,今天在座有「新科立委」,我們對學術界出身的立委特別有多一點期許,希望以後國會多辦一些聽證會,在一些重要的科技政策上能多聽聽我們的意見。
劉廣定:我僅在此提三點:一個就是科學界自己除了要把聲音講出來,還要自己反省,不要老跟政府要求多給錢。
第二,剛剛金教授也提到基礎科學教育的問題。從國小到大學整個科學教育,也要在科技政策裡考慮。教育一元化,不管什麼理由,一定要改。目前科學教育愈來愈不受重視,最近修訂的總綱,我發現在國小一、二年級的自然科時數被減掉了,也有人建議國中理化,由現在國二每週三、四小時改成三小時,因為要加別的課。早先,一批人編教科書,再由相同的一批人來審查,審來審去都很好,換一批完全不相關的人來審查,毛病就都出現了。像這種我們要徹底檢討。
第三,大學的科學教育也一樣,化學系大概有20個,每年也培養出來八、九百個畢業生,碩士一年大概三百多,程度怎麼樣?學士、碩士、博士的出路在哪?有沒有一個整體的安排?我希望我們培養出人才是留給我們自己用,而不是到別的國家生根,這一定要靠政府整體的配合。所以希望在科技人力的培養和應用中間,要有長程的規畫,這樣可嚴格要求及保證優秀學生真正留在國內工作,如此,我們科學才會真正達到世界水準。
張一熙:在這方面,清華大學辦過十六次「就業相親座談會」,使學生了解企業的需要。另外,清華在推動「選課不選系」,希望企業選人才時,考慮他修過那些課程,而不是念那個系。
譚天錫:我有兩個建議:第一,建議民間多拿出一點經費來從事研究發展計畫。如果可以的話,應透過立法院,訂定減免稅的辦法來鼓勵私人公司,把盈餘的某一百分比拿出來從事研究發展。第二,提高國家科技水準有二件事情:一是多做一點科技方面的研究;二是科技發展成效的問題。未發展國家中的菁英多集中在政府;發展中國家菁英在政府和民間大概各半;到已開發國家菁英多都跑到民間去。所以現在已開發國家政府對於科技人才的延攬,恐怕都要提高他們的薪水。我們必須要打破目前的薪水及任用制度,才能把儲備在國外的第一流人才請回來。
黃克寧:台灣可說是個開放的社會,我所謂開放的社會,就是指人才不斷的流失。我們培養了很多、很多的科學人才,但都到國外去了。剛才張一熙教授有提到我們應儘量讓工業界知道我們有那些人,在適當的時機,把他們留在國內,使其發揮所長。如果我們訓練了一大批人,花了很多精力,這些人都到了國外,則是種人力浪費。而所謂儲備在國外的人才,根本是空話,人才在國外對我們沒有好處。我覺得我們在供需之間應尋求協調,需要有人力的規畫。
沙晉康:若從需要面來講,這很難估算得出來,需要面是可以加以擴張的。剛剛提到似乎擔心化學系畢業找不到工作,其實化學界碩士班畢業的學生供不應求,根本不曉得要多少人才夠。現在是有很多很好的人才到國外念書,這是所有開發中國家的問題,不只是台灣而已。昨天我聽李遠哲教授說蘇聯的數學研究每鄉鎮都有,問他們要這麼多做什麼?他們說是天天研究,總會做出些東西。我想我們就是做得太少,為什麼不多設一些研究機構,例如省政府也可設一省研院。我的觀點是整個基礎科學被忽視的原因就是資源不夠。國內真正用在基礎科學的「科學經費」,算得很鬆才11%而已,德國算得很嚴,用了38%,美國算得非常嚴格,用了15%。整個做法要開放些,大學可以多設,所以我們的大學生仍不足。研究所也要多設,出路一定有。這是短期解決辦法,長期解決辦法當然是希望民營機構要多做些研究了。
丁守中:今天很高興有機會承蒙邀請參加此會議。這次出來參選,主要是感於在社會科學的領域裡,我們發現很多問題,很多事情今天不做,明天就會後悔。我們也有寫文章,我們也有政府座談會,舉辦其他討論會、演講,似乎都沒有發生效果,所以有三、四十歲在大學裡教書的出來參選,要做學術界的代言人。我們基礎科學研究,不管在領導人之培養、計畫方面,似乎也有很多問題,今後各位有任何這方面的問題,隨時願意虛心的受教,反應到國會或報社的專欄、社論。剛才我聽到說,在國會裡應舉辦聽證會。我們看到學術界的聲音經常聽不到,主要是因為國會裡有太多年紀大資深的、或者政治與金錢掛鉤的,還有很多專業知識不夠的人,他們看不到問題的嚴重性。我們將來到了立法院以後,必定認真的做好學術界的代言人,利用國會一些場合舉辦聽證會,把問題呈現出來。
劉源俊(代結論):今天這個座談會,各位參加全程的一定覺得非常成功,參加半程也覺得獲益很多。這個座談會非常難得的是,行政院政務委員、準立法委員、考試委員、國科會、教育部的官員、學界、新聞界都有代表,濟濟一堂,討論科技政策。這恐怕是中華民國有史以來從來沒有過的事。我們藉此座談會慶祝科學月刊創二十周年是非常有意義的。現在簡單的總結剛才「綜合討論」中提出的幾項重點,供明年「全國科技會議」參考。
科學發展要有長期計畫。為二十一世紀的科學教育作規畫必須是明年全國科技會議的一項重點。基礎科學應該要受重視。人才(包括科技從業人員與管理人員)的培育與任用,都要有好的規畫。希望國科會多溝通、多辦座談會;立法院多辦聽證會。傑出研究獎要檢討改進。應鼓勵民間多從事研究發展。科技的人事、會計應打破僵硬的制度。
結束座談會之前,我想報告一下最近學界曾發動一關切「人造衛星計畫」簽名的進展。據知現在已有三百多位講師以上的學界人士簽名支持這一公開信。它的內容如下:
我們對人造衛星計畫的關切
最近政府決定要在五年內發射科學用人造衛星,並已積極進行規畫中。我們對這一計畫有以下幾點看法,特藉此表達,供政府及一般大眾參考:
一、這一預算高達百億的計畫,決策過程過於草率,可行性研究報告未經評估與正式討論就決定要做,我們深感遺憾。我們深切希望國科會在明年二月規畫完成後,公開發布內容,供各界討論。我們更希望明春立法院能舉行聽證會,在充分辯論後才決定是否通過其預算。
二、我們認為科技發展必須有全盤的規畫,而人造星計畫必須放在此一架構中考量才有意義。因此我們希望知道此一計畫的背景與遠景,也希望了解科學用人造衛星的具體用途。
三、我們在國民教育、基礎科學教育、基礎科學研究以及已經定為重點科技的諸領域,需要投資的項目還很多。國家的資源有限,我們認為各計畫必須經過審慎的評估,以訂定其優先順序。
從內容可以看出來,這一關切的主題,其實不僅是人造衛星計畫本身,而是反映了學界對「短線操作」的不滿,及對整體科技發展的制度化的盼望。希望當局能注意及。
一個印證位移電流的具體方法
陳 卓 周鑑恒
台灣大學物理系
摘要
本文提出一個具體印證“位移電流”的方法,其原理是:平行板電容器在充電時造成“位移電流”,它會造成隨時間變化的磁場,而這磁場又會造成感應電動勢。若在兩板之間架設探測線圈,並將訊號記錄,或用示波器顯示,即可印證“位移電流”的存在。本文提出具體的實驗裝置,並有理論分析,獲得定量化的結論。
§I.緒論
自從丹麥物理學家奧斯特 ( H.C.Oersted, 1777~1851 ) 在1820年發現電流可以造成磁場之後,電和磁的關係便成為當時科學界所關注的重點。許多科學家投入這項研究,在經過約十年的研究之後,法拉第 ( Michael Faraday, 1791~1867 ) 率先用一連串的實驗證實了“感應電流”的現象,但並未得出數量化的公式(註1),後來又經過諾依曼( F.E.Neumann, 1798~1895 ) 和韋伯 ( W.E.Weber, 1804~1891 ) 等人的理論工作,才建立了今日眾所周知的法拉第電磁感應定律(註2),即
上式中F m為穿越某一封閉迴路的磁通量,而則是該迴路上由磁通量變化所造成的電動勢。法拉第深信電磁場的實體性,提倡電力線和磁力線的觀念,並用以解釋吸引和排斥的現象。 (註3)
青年時代的馬克士威 ( James Clerk Maxwell, 1831~1879 )深入研究電磁力線的作用,並把它們用數學形式表示。馬克士威在建立電磁場理論的過程中發現,用以計算電流造成磁場的公式,即安培定律, 在電流隨時間變化時會引起矛盾,此一困境可由圖(一)中的情形表示﹕圖中的兩片圓板代表一對電容器之金屬片,當連結電池組的開關接通的瞬間,有電流I流經左右兩側的導線,按照安培定律,這電流會在導線周圍造成磁場,然而在兩片電容板中間的區域並無傳導電流,所以不應該有磁場。(註4)
流經左右兩側導線,按照安培定律,會在導線周圍造成磁場,磁力線以虛線表示。
但這種情形會造成與安培定律本身的矛盾,其理由如圖(二)中所示﹕考慮此圖中沿aR bR cR dR a的封閉迴線,並作磁場的線積分,沿此迴路
在上式中,因為它是沿磁力線的積分,
圖(一) 圖中兩片圓板代表一對電容器之金屬片,當連結電池組的開關接通的瞬間,有電流I
圖(二) 圖中虛線所示的aR bR cR dR a為一空間迴路,其中aR b及 cR d兩段係以中軸為圓心的圓弧之片段,bR c及dR a兩段則平行於中軸。
這是由於bR c及dR a方向相反,而磁場有軸對稱,又按照安培定律,因為cR d這一段處於兩板之間,由以上分析可知整個封閉迴路的積分
,但實際上並沒有電流穿越aR bR cR dR a這封閉迴路,所以按照安培定律,這個迴路的線積分應該等於零,這就造成了一個矛盾。
馬克士威解決這問題的辦法是假設兩板之間的區域亦有磁場,而這磁場是由此區域中電場變化所造成的。這個觀點不難理解﹕因為從法拉第感應定律來看,既然磁場的變化可以造成電場,反之電場的變化亦應可以造成磁場,這才是電場和磁場真正的互相感應。法拉第感應定律用現代符號表現的數學形式是
我們可以想像由電場變化所造成磁場的數學形式必然類似,所以安培定律可修正為
上式中C表示一封閉迴路,而S則為一被C包圍的曲面,在等式右側中相當于一個電流量密度,它的面積分相當于一個電流,亦就是所謂的“位移電流”。它的物理意義可以由圖(一)中的情況看出﹕設在t時左側電容板的載電量是Q(t),則
,設A為電容板的面積,則板上的表面電荷密度s =Q/A,由高斯定理可知,兩板之間的電場強度En為s /e 0,即En=Q/e 0A,所以
,相當于一個電流密度。 (註5)
馬克士威不但是一為位偉大的理論物理學家,亦是一位卓越的實驗家,他在學術生涯的後期擔任著名的卡文迪許實驗室 (Cavendish Laboratory )的第一位主任,做了不少精密的實驗,但卻並未親自證實電磁波的存在,直到他逝世後8年 (1888年) 才由德國物理學家赫茲 (H.Hertz, 1857~1894) 利用L-C振盪的原理在實驗室中產生人工的電磁波。我們不禁會問,以馬克士威對電磁學的深刻瞭解以及卓越的實驗才能,為何竟未能這他自己領導的實驗室中證實位移電流的存在?這樣的問題當然不會有標準答案,作者的猜測是﹕當時有實測的技術困難,當圖(一)中的開關接通時,造成的瞬間電流只能維持約10-8秒,不可能直接測出位移電流所造成的磁場。在下文中我們將介紹利用電磁感應的原理,在兩板之間設置探測線圈,再用“衝擊電流器”並配合用以整流的鍺二極體測出感應電流所累積的電量,由此證實位移電流的存在。
§II.裝置及原理
- 裝置﹕在圖(三)中的C2是個大型平板電容器 (直徑約50cm) ,中間架設探測線圈,即圖中方形框,經一鍺製二極體與一架衝擊電流計G相連。此二極體之功能在維持線路中電流的單向性(註6) 。左側電容器用以蓄電,S為一開關,往左連接時可使C1由電源充電,往右連接時可將所蓄之電部份充入電容器C2。
- 原理﹕先將開關S與左端a點相連,使電容器C1充電,再將S與b端接通,使C2充電。在C2的充電過程中,兩板之間便會因“位移電流”而造成磁場 (以虛線表示) 。這隨時間變化的磁場又會在方框形的探測線圈中造成感應電動勢,因而產生感應電流。由這電流所累積的總電量可由衝擊電流器記錄 。
- 計算﹕設電容器C2為一對圓形板,其半徑為R,間隔高度為H,整個探測線圈連同電流計之電阻為Rg。設在t時C2之電量為Q2(t),則兩板之間的電場強度En為
,
(1)
圖(三) 圖中的C2是個大型平板電容器,直徑約50cm,中間架設方框形探測線圈,通過一鍺二極體,與一架衝擊電流計G相連。左側電容器C1用以蓄電,最左側為一電源。
所以位移電流之密度Jd即為
(2)
利用安培定律在距離中心軸r處的磁通量密度B(r)滿足
即 (3)
所以通過方形框探測線圈的磁通量F m即為
(4)
故 (5)
上式即探測線圈內電動勢之值,若先不計正負號,則線圈內之電流ig即為電動勢除以線圈電阻Rg, (6)
若將含C2線路中的微小自感忽略,則由電路計算可知
(7)
上式中t 為線路之特徵時間, (8)
而Qmax為C2上之最大充電量,經計算可知
(9)
經計算後即得 (10)
再利用(6)式即可得通過電流計的總電量
(11)
將(8)、(9)兩式代入(11)式,即得 (12)
若取H=2.0cm,Rg=0.01W ,Rc=10W ,V0=200V,代入上式,即得Qg=4’ 10-6Coul,這已是一個可測的數量級,若設法將V0再提高,則更容易測量。
§III. 討論
在第II節的計算中,把探測線圈的圈數以一圈計,若圈數增加N倍,但同時亦使Rg增加,因為Rg的主要來源即是探測線圈的電阻,所以增加圈數對累積電量的效果不大。又若省略圖(三)中左側的電容器C1而直接用電源V0充電,則電源的內電阻不能忽略,且不易掌控,故引入C1使電阻Rc減小且容易調整。
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