2
失敗為成功之母
由於我們骨骼裏都有結構與機械構造，因此我們每個人都可以稱得上是工程師。我們學會以身體抗拒自然力，猶如學會走路般篤定。我們靠著腦中的電腦，來推算手臂和腿的動線，而我們接住棒球和橄欖球的可靠性，要比最先進的飛彈攔截系統還要好。或許我們會懷疑，人類進化究竟是不是空前的工程偉業。儘管很多人也許忘了，自己曾經對工程原理與實務有多麼了解，但童年時的兒歌及童話，卻保存了我們知之甚多的證據。
我們生在一個充滿信任與風險的世界，從呱呱墜地的那一刻起，就已習慣了這世界可能會有致命性的結構失效發生。接生的醫生和抱著我們在產房裏四處走的護士，便猶如勤快的人體起重機與堆高機，將無數小嬰兒從接生，到頭下腳上地提起、抱給產婦看、清洗、按腳印、戴手環、頭上腳下地抱好、秀給父親看，再抱回育嬰室。當醫護人員這麼移動，並重新安置我家的寶貝時，我真是看得心都要跳出來了。想必在某個時間、某個地點，總會有個小寶寶被失手摔落；想必會有位醫生笨手笨腳，或是某個護士一時失神。可是當我們身為嬰兒，還有為人父母時，卻不能、不會，也不該老想著那些幾乎不可能發生並且駭人聽聞的情節，否則可能會讓人在產房裏動彈不得。我們不妨平靜地透過一些童謠，來想像一下這些事情：
寶寶搖搖， Rock-a-bye baby
高掛樹梢。 In the tree top.
風兒一吹， When the wind blows,
搖籃就晃。 The cradle will rock.
樹枝一斷， When the bough breaks,
搖籃就掉。 The cradle will fall.
寶寶搖籃， And down will come baby,
通通摔落。 Cradle and all.
從醫院回到家，我們便在父母、他們的朋友、親戚，還有結構很弱的兄姐懷裏。無論底下是厚厚的地毯，或是硬梆梆的磨石子地板，我們都無助地任人抱起；此外，我們在還不會走路前，便坐上某位叔叔的膝蓋，冒著他可能故意捉弄人，而突然把腿放平的風險。我們在母親與阿姨、鄰居和父親、哥哥及姊姊毫無計畫或藍圖，便隨興伸出雙臂搭成的橋梁間移動，而他們都是未註冊的結構工程師。最後我們會回到爸媽的懷抱，以忘卻驚恐的本能反應，並學會信任他們臂膀和嬰兒床上的桁樑、縱樑和圓柱。我們與世界合而為一，並隨著重力滑入夢鄉。我們的心能恣意夢想，但耳朵卻聽得到別人叫自己起床的聲音。我們傾聽賦予寂靜世界結構的溫暖耳語，不但從搖籃曲的橋梁中學習，也拿它來玩遊戲，因為不僅是我們，還有基礎建設都需要關注。
倫敦大橋垮下來， London Bridge is falling down,
垮下來，垮下來。 Falling down, falling down.
倫敦大橋垮下來， London Bridge is falling down,
我美麗的淑女啊！ My fair lady.
用木與石造好它， Build it up with wood and stone,
木與石，木與石。 wood and stone, wood and stone.
用木與石造好它， Build it up with wood and stone,
我美麗的淑女啊！ My fair lady.
當我們學著在嬰兒床內翻身、坐起、爬行、走路，還有支撐本身的體重，自己提東西、搬東西時，肢體也學會發揮像槓桿、桁樑、圓柱，甚至如迴旋起重機與橋梁等結構般的功能。起初我們做這些事很笨拙，但我們會從錯誤中學習。每當我們跌倒，我們會再爬起來。我們跪著以手和膝蓋爬行，渡過身體下方蜿蜒的河流。後來我們對爬行變得很拿手，並精益求精，不僅爬得更快、更隨心所欲，也愈來愈不擔心萬一背部與四肢的桁樑和圓柱鬆動會跌趴下去。接著我們延伸嬰兒期的結構理論，假設自己能直立行走，在同溫層中如懸臂般向外伸出半規管。我們像牙牙學世界語（Esperanto）般想著這些，並挾著青春期的自負，滿懷雄心壯志。每當我們蹣跚學步時，身體便從跌倒中學會下次別做什麼。等到我們能不假思索地走路，邊走邊想事情也不會跌倒時，與其說我們學會怎麼走路，還不如說，我們學會了如何不跌倒。有時我們發生意外，而跌斷手腳，但將它們醫好後，還是能照常地過生活。我們避免生病，一輩子姿勢正確地直立行走，直到隨著年華老去，身體結構衰退，需要靠拐杖之類的東西來支撐為止。在人生的大部分時間裏，我們可以幾乎要走多遠就走多遠，但我們若要超越熟悉的行走限制，讓身體結構擔負起如慢跑、或馬拉松之類的動作，便要冒著肌肉拉傷，還有骨折之類的結構失效風險。然而，當我們日復一日，攜手在時間的滾輪上邁進時，疼痛的感覺會使多數人避免過度操勞，以免關節鬆脫。
3
寓教於樂；寓教於生活
當我想向學生介紹疲勞（fatigue）的工程概念時，便會帶一盒迴紋針到班上。我會把一根迴紋針拉開，接著來回折它，直到斷成兩半為止。我會告訴班上學生，那，就是疲勞所導致的失效；同時我也指出，要折斷那根迴紋針的來回次數，不僅取決於迴紋針有多堅韌，也取決於我用多大的力氣去折它。在正常使用迴紋針，拿來夾住幾張紙的情況下，它們大概禁得起任人從紙上拿下別上，微幅開闔幾千次，或幾百萬次，因此，我們很少碰到它們斷裂的情形。不過，當你把迴紋針拉開得像是要夾住一整本書的時候，那可能只需要來回折個10到20次，就可以把它折斷。
說完後，我便發給每個學生六個左右的迴紋針，要他們像我一樣，盡量把開闔的角度拉大，以折斷手中的迴紋針。趁學生著手從事這項省錢的實驗時，我就在黑板前準備好，以記錄弄斷每根迴紋針來回要折的次數。當學生報出數字時，我便在「直方圖」（histogram）的長條圖上，一一標出它們的位置。最後，這些數字所呈現的統計分布狀況，是鐘形的常態分布曲線。接著我會誘導學生解釋，為何所有的迴紋針並未整齊劃一，全在相同的來回凹折次數下斷裂？通常大家都贊同其中有兩個原因：所有的迴紋針未必都一樣堅韌，而每個學生凹折迴紋針的方式，也未必一模一樣。因此，班上同學隨即恍然大悟，無論是疲勞現象，還是疲勞導致失效的事實，都不是能準確預測的事。
日常生活中有許多惱人的小事，都是由於重複使用，而造成雖然可以預測，卻不怎麼能料得準的斷裂。不管是鞋帶、燈泡，還有其他許多常見的物品，似乎都在我們覺得最不方便的時候，突然就失去作用。它們已被用了數百，或數千次，但卻在看似並不特別嚴重的情況下，就這麼壞了、完了。一個持續亮了數十年的燈泡，或許會出現在世界紀錄裏；不過，對於精通疲勞現象的工程師來說，這並不令人訝異。如果在這數十年當中，燈泡每天開開關關的，它會撐個幾十年那才是奇蹟。因為，燈泡會壞，不是因為對燈絲持續加熱，而是因為開開關關，狀態不斷改變的緣故。
小朋友的玩具特別容易出現疲勞失效（fatigue failure），這不單是由於他們似乎玩個不停，也因為玩具通常不會設計得超過安全標準。將玩具做得太耐玩，可能會重得讓小孩難以把玩，也會比仿造品貴得多。因此，皮球在拍了許多次之後，接合處便會開始裂開；金屬三輪腳踏車在街頭巷尾來回騎過許多趟後，接頭就會開始斷裂；而塑膠娃娃的腦袋在頻頻點頭同意後，也會跟身體分家。
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