今 (2009) 年8月24日，蕭次融教授在師大化學系為中學教師舉辦了一次「趣味科學實驗研討會」，誠如周芳妃老師所言，蕭老師是國內趣味科學實驗的祖師爺，這次研討會頗有傳承的意味，真是機會難得，許多老師都參加了。當然，我也不例外。可惜當天下午我另外有事，只能參加半天的研習，但收獲頗多。

研習中使用的許多器材、溶液都是蕭老師在研習前一天自己張羅、配製的，不只是他自己演示用的，連我們學員要用的器材，都親手幫我們準備好。凡是做過實驗的人都知道，準備這些小東西最耗時間。老師照顧晚輩的心令人感佩。當天蕭老師做了一些趣味科學的演示，雖然有些實驗以前就見過，但蕭老師的巧手還是令人嘆為觀止。例如浮沉玩偶，蕭老師可以同時操控兩三個玩偶，隨心所欲的指揮其中任何一個浮浮沉沉，這一招我始終學不會，真是不成材的學生啊！

浮沉子的把戲最早是由法國哲學家兼數學家笛卡耳(René Descartes)在十七世紀提出的，它的裝置如圖1，將試管裝水半滿倒置於裝滿水的燒杯中，再用橡皮膜將杯口封住。當我們以手掌對杯口橡皮膜施塞時，容器內的水受到壓迫，壓力經由水傳給試管中的空氣，空氣受壓縮，體積縮小，水進入試管，試管因而下沉。若放鬆橡皮膜上施壓的手掌，試管又會浮上來。

圖1 笛卡耳的浮沉子（取材自天才小玩子，幼獅出版）

笛卡耳的浮沉子演變成許多版本，英文中都叫Cartesian diver。不過所有版本中，以蕭次融教授變化出的花樣，最為出神入化，堪稱經典。

我曾介紹過旋轉浮沉試管，有興趣的讀者可參看拙著《天才小玩子》（幼獅）。這次再介紹一種自動浮沉子的製作法。所需器材為：1毫升的塑膠滴管1個、剪刀1把、小銅釘數枚、裝水的杯子1個，以上這些都是蕭教授製作浮沉子的必備器材，為了製作自動浮沉子，還需要正己烷數滴、100毫升小燒杯1個、500毫升容量瓶1個。正己烷先倒入小燒杯，500毫升容量瓶裝水至接近瓶口，只留幾公分空間即可。另外還要1公升大燒杯裝熱水，碎冰少許。

首先像蕭教授所教導的方法，把1毫升的塑膠滴管尾部剪去一截，由下方斜斜刺入小銅釘數枚，調節滴管內的水量，最好能調到多一滴則下沉，少一滴則上浮，至此步驟，一般的浮沉子即已完成。此時，浮沉子的整體平均密度與水極為接近，只要水壓稍微改變，浮沉子就會浮或沉。自動浮沉子不以水壓控制浮沉子的升降，而是利用溫度差造成浮沉子自動浮沉。

我們把已完成上述製作步驟的浮沉子取出水面，擠出2~3滴的水，手仍輕壓著塑膠滴管，將滴管末端置入正己烷中，輕輕放鬆手指壓力，使滴管吸入正己烷，其體積應該也是2~3滴。迅速把浮沉子投入容量瓶中。如果現在浮沉子浮在水面，投入幾片碎冰，使其下沉；如果現在浮沉子沉在水底，大燒杯中裝熱水少許，把容量瓶浸入熱水中，使浮沉子上升。熱水的水面絕對不要太高，總之讓容量瓶的水上冷下熱，浮沉子就可以自動在瓶底與瓶口之間來回，浮浮又沉沉。如果你的浮沉子只沉不浮，就是當初製作時太重了，要擠去一些水，甚至取走銅釘才行；如果你的浮沉子只浮不沉，就是當初製作時太輕了，要重新吸入一些水，甚至增加銅釘數目，然後重新再吸取一次正己烷。務必讓浮沉子密度接近水的密度。

選擇正己烷有幾個原因：難溶於水，密度比水小，會浮在水的上層，不必擔心正己烷會由滴管下方流失，所以取一次正己烷，可以重複使用很長時間，直到你把浮沉子拿出水面或擠掉裡面的液體。此外，正己烷的沸點低（約69℃），遇熱水迅速汽化，使浮沉子內蒸氣壓變大，把水排出，就像潛水艇排水後會浮出水面一樣，所以我們的浮沉子在底部遇熱會自動上升。上升到頂端遇到碎冰，正己烷蒸氣又會再度冷凝，蒸氣壓減小，容量瓶內的水再度留入浮沉子，就像潛水艇進水後會下沉一樣，我們的浮沉子在頂部遇到的碎冰會再度下降。只要保持上冷下熱，浮沉子就會不斷在頂部和底部之間快速來回，如圖2。

圖2 容量瓶內的水上冷下熱，使浮沉子不斷自動升降

正己烷不是唯一選擇，只要沸點低，難溶於水，密度比水小的液體都可以。環己烷因毒性較強而被淘汰，如果用乙醚，因為沸點約35℃，浮沉子可能更靈活，不過有麻醉性，使用時要小心。如果使用加油站買回的去漬油，價錢會便宜很多。

想要嘗試自行製作的讀者，我建議熱水可以用沸水，確認浮沉子可以自動浮沉後，把容量瓶由大燒杯取出，利用水的餘溫即可，但頂端的冰塊則不可少，否則的話，水會對流，造成上熱下冷，浮沉子就浮在水面不再下沉了。

本實驗製作容易，我曾教導學生製作，約半小時左右，全班各組都成功製成能自動浮沉的浮沉子。製作得比較好的浮沉子在500毫升的容量瓶中，可迅速往返升降，煞是好看，如果浮沉子的密度調控得越接近水的密度，就會越靈活。而且我要求他們容量瓶離開大燒杯的熱水才開始計算次數，有一組可以連續升降18次，浮沉一次約十幾秒完成。

理論上，光憑浮沉子內部的空氣熱脹冷縮也可以自動浮沉。因此我要求學生試著只靠熱水和碎冰，讓一般的浮沉子（未加正己烷）自動浮沉，結果四組學生中有三組也輕鬆完成，只是浮沉速度慢，比較不靈活而已。

參考資料：R. S. Mackay, Am. J. Phys. 26, 403(1958)

人類能夠在廿世紀進入太空旅行，探索宇宙更深層的奧秘，有賴對於火箭發射研究，努力不懈投入心力的偉大科學家：火箭之父－戈達德。

這位帶領我們進入太空時代的火箭之父－羅伯‧戈達德，從小便對火箭製造有濃厚的興趣。他在1926年3月16日在馬薩諸塞州沃德農場成功發射了世界上第一枚液體火箭，1929年發射第一枚載重火箭，且持續進行無數次的火箭設計與發射，為人類的太空之旅，奠立了深厚的基礎。

戈達德留給世人的名言：「昨日的夢想是今日的希望，是明日的事實」，足以做為年輕學子奉行不悖的座右銘。

從小體弱多病，遺傳機械專長

火箭之父－羅伯‧戈達德（1882-1945），於1882年10月5日出生於美國馬薩諸塞州，是著名的美國教授、工程師和發明家，也是偉大的液體火箭發明者。他從一位體弱多病，無法正常上學的小孩，靠著永不放棄的驚人毅力，終能成就非凡的一生。

戈達德生於美國馬薩諸塞州的小城烏斯特，家中自曾祖父起，三代都以機械制造為業，因此他也遺傳了這項天份。他在小學時，就曾經製造電動馬達提供蝌蚪大量氧氣，大量繁殖了青蛙，成了同學間有名的「青蛙王子」。

這位青蛙王子在小時候並不是一位績優生，只有在勞作方面有不錯的表現。主要還是受制於自小的體弱多病，他有天生的胃潰瘍、腎功能失調，都是當時難以治癒的病，自小就被宣判活不久。

身為家中的獨生子，戈達德深受父母的疼愛與保護。由於父母是虔誠的基督徒，自小就讓他在鄉下教會的詩班唱歌。這所教會每年都會舉辦一次射箭比賽，戈達德想出了許多致勝的方法，包括用金屬鋁做氣球，就可以重得不受風影響，又可以輕得飛上去。他與教會中兩位好友，組成『金屬氣球三劍客』，雖然當時沒有成功，卻讓三人畢其一生從事火箭的研究與製作。

戈達德的太空探險夢，源自於16歲時閱讀了威爾斯的科幻小說《星際戰爭》，啟發了他嚮往遨向太空的熱情。1899年10月19日，他立志致力於火箭的研究。1902年，他寫成《空間導航》論文，1904年戈達德進入伍斯特理工學院學習，並於1908年拿到物理理學士學位。1910年他從克拉克大學獲得碩士學位，一年後獲博士學位。1912年成為普林斯頓大學的研究員。而後，返回他所在的克拉克大學擔任物理學教授。

其實戈達德看似成功的人生，卻非一帆風順。在此期間，他身體曾經再度惡化，腎的毛病加重，醫生也宣判他只有兩週的壽命。不過，對於才剛剛立下重大志向的戈達德，卻靠著他堅強的意志力，努力克服生理上的病痛，終於戰勝了病魔。他花了三年時間調養身體，再次回到母校克拉克大學擔任物理學教授。1916年，他到處宣揚他的理念，發表可以放射火箭到外太空去的論點，但是天真的想法與制造火箭昂貴費用，並未獲得認同與贊助。1917年，他終於獲得史密森學會的資助計劃，一年美金五千元。這也讓投資多年試射，幾乎已經傾家蕩產的他，重新獲得生機。

就在史密森學會的贊助即將終止之際，當時第一位成功地從紐約飛到巴黎，不著陸飛越大西洋的知名飛行員查理斯‧林白，在拜訪戈達德，看過火箭飛行後，也全力支持他。他在報紙上宣稱︰『快速的不僅是火箭，而是戈達德的觀念已經超越時代，飛向未來。』林白以他的知名度，積極為戈達德募款。

戈達德從1909年開始進行火箭動力學的理論研究，三年後點燃了一枚真空固體燃料火箭，證明火箭在真空中能夠運作。1919年，戈達德以他的理論研究成果，出版了一本關於火箭結構的書：《達到超高空的方法》，全文只有69頁，卻未能引起注意。其實，早在十年前，也曾有俄國物理學家齊奧爾可夫斯基發表過相似的論文，也沒有引起世人注意。

1920年，戈達德開始研究液體火箭；1923年，他使用液體燃料測試他第一台火箭引擎。1926年3月16日，他以汽油和液態氧作混合燃料，在馬薩諸塞州沃德農場成功發射了世界上第一枚液體火箭。這是他制作的第一枚火箭，高約1.2米，直徑約15厘米，在火箭內的汽油和液氧混合燃料耗盡後，仍繼續上升，上升高度是60米，時速100公里左右。1929年7月，戈達德另一枚火箭在家鄉飛向天空，飛得更高，而且載有氣壓表、溫度計，拍攝氣壓表和溫度計的小型照相機。

戈達德的火箭發射，終於引起當地警局的注意，他被限制不能再從事如此危險的行為。他只好移往新墨西哥州，重新開始，而後也幸而能獲得慈善家的贊助得以繼續制作更大、更成功的火箭。在1930~1935年間，戈達德發射了數枚火箭，火箭的速度最高達到超音速，飛行高度達到2.5公里。

回顧人類的歷史，其實火箭技術的研究可以追溯到中國，當時都只是用在戰爭。但是，戈達德卻是第一位想用火箭載人飛向太空的人。

櫻桃樹上的啟發

偉大的科學家都有一些另後人津津樂道的事蹟。牛頓因為在蘋果樹下，而發現了萬有引力定律。戈達德也因為在櫻桃樹上，而展開了遨遊宇宙太空的夢想，並且致力於實現這項志願。

就在戈達德因為腎功能惡化而修養的期間，有天他爬上了一棵高大的櫻桃樹，當他眺望遠方田野之際，突然有飛向星空的想法，且更進一步想要製作飛往火星的設備。於是，有著機械方面天分的他，由小時製作金屬氣球的經驗，進而想到利用機械原理製作能飛向太空的發射器。

從小課業不是挺好的戈達德，開始積極學習數學、物理和做科學小實驗，因為他知道要了解氣體需要物理，要知道氣體燃燒的計算就需要數學。他終於找到要讀書的理由了。

身體調養好後，他回到學校，加倍的認真唸書，1904年6月24日他以第一名高中畢業，他代表畢業生致詞，留下了經典的名言︰『昨日的夢想是我今日的希望，也是我明日的實踐。』，這句話也刻在他的墓碑上，成為他留給後世的珍貴遺產。

成功背後的兩位偉大女人

俗語說：「成功的人背後，都有一位偉大的女性。」，在戈達德成功的背後，也有兩位偉大女性的支持－他的母親與妻子。

從小體弱多病的戈達德，在立下人生重大志向後，他的母親扮演了重要的角色。她全力支持與相信他，將家中的積蓄，提供給戈達德去製作火箭。不過，這些投資卻僅換來火箭爆發後的黑灰湮滅。當戈達德38歲時，他的母親也邁向人生的終點，臨終前卻仍緊握他的手，希望能有另一位女子，也能像她全力給他支持。

由於身體的緣故，戈達德並沒有成家的打算。但是就在他母親過世四年後，因為火箭的牽線，讓他認識了繼續給他支持力的人生伴侶一以斯帖。

以斯帖是位喜歡攝影的特殊女性，她尤其喜歡高難度的快速攝影。於是，她找到了以製作火箭聞名的戈達德。兩人因此結緣而互許一生，原先火箭三劍客的陣容，因此擴增為四人。這四人就在僻靜的荒野間試射火箭。而後，隨著知名度的提升，因為維安的問題，成了一般人眼中的恐怖份子，戈達德因此進出警局數百次。　

火箭之父，留名千古

火箭之父－戈達德，畢生致力於火箭的製作與研究，卻未能獲得政府的支持，不過，在他過世後，其對人類征服太空的偉大貢獻，卻能名流千古，屹立不搖。

戈達德被譽太空物理之父、火箭之父，他在火箭方面的研究，總共獲得了214項專利，其中83項專利是在生前獲得。為了紀念他的偉大貢獻，現今有許多天文方面的研究是以他命名的，包括設立於1959年的美國國家航空暨太空總署戈達德太空飛行中心，月球上的戈達德環形山。

1945年8月10日，戈達德在巴爾的摩的家中逝世，享年63歲，他掙脫了從小體弱的身軀，活出了璀璨的人生，不在意世人的異樣眼光、政府的漠視，以及新聞界的嘲諷，堅持完成他的人生志願。

戈達德的研究儘管未能獲得美國政府的大力支持，但是這些研究卻獲得二次大戰期間，美國的敵對國－德國的青睞，因此制作了V２火箭，且大大發揮了威力。等到美國科學家終於發現戈達德的傲人研究後，想要去請益時，戈達德卻在1945年８月10日，因患喉癌，離開人世。不過，在他身後，也終能名垂千史。