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        科學(xué)家是怎樣煉成的

        2025-04-23 00:00:00理查德·P·費(fèi)曼拉爾夫·萊頓
        視野 2025年7期
        關(guān)鍵詞:微積分瓷磚代數(shù)

        我有一位藝術(shù)家朋友,有時(shí)候他的觀點(diǎn)令我無(wú)法贊同。他會(huì)拿起一枝花,然后說(shuō):“看,多美??!”我會(huì)表示同意。但接下來(lái)他會(huì)說(shuō):“作為一個(gè)藝術(shù)家,我能看到一朵花的美。但你這個(gè)科學(xué)家會(huì)把它拆分一番,事情就變得索然無(wú)味了。”我覺(jué)得他這么想有點(diǎn)傻。

        首先,他看到的美,其他人也看得到,我相信也包括我。雖然我可能不像他那樣精于審美,但我可以欣賞一朵花。不僅如此,我在一朵花上看到的東西比他多得多。我可以想象其中的細(xì)胞,細(xì)胞也具有美感。美不僅存在于厘米見(jiàn)方的尺度,也存在于更小的尺度。

        那里有復(fù)雜的細(xì)胞活動(dòng)和其他進(jìn)程。花進(jìn)化出顏色是為了吸引昆蟲為自身授粉,這個(gè)事實(shí)很有趣:這意味著昆蟲能看到顏色。于是就產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題:我們擁有的這種對(duì)美的感受是否也存在于更低等的生命形式中?科學(xué)知識(shí)可以引出各種各樣有趣的問(wèn)題,這只會(huì)增加一朵花帶給我們的興奮、神秘和敬畏。只會(huì)增加。我不明白為什么會(huì)減少。

        我一向單方面地專注于科學(xué),在更年輕的時(shí)候,我?guī)缀醢阉芯Χ纪度氲娇茖W(xué)中。在那段時(shí)間里,我沒(méi)有時(shí)間也沒(méi)有耐心去學(xué)習(xí)所謂的人文學(xué)科。即使必須學(xué)習(xí)大學(xué)里某些人文課程才能畢業(yè),我也盡量避而遠(yuǎn)之。直到后來(lái)我年紀(jì)漸長(zhǎng)、更有閑余時(shí),才擴(kuò)展了一些興趣。我學(xué)習(xí)了繪畫,也讀了一些書,但我仍然是一個(gè)片面的人,我并不博學(xué)。才智有限,我選擇把它用在特定的方向上。

        在我出生前,父親告訴母親:“如果生個(gè)男孩,他會(huì)成為科學(xué)家?!碑?dāng)我還是個(gè)坐在高腳兒童椅里的小孩時(shí),父親拿了一堆不同顏色的小塊浴室瓷磚(次等品)回家。我們?cè)谝黄鹜妫赣H把瓷磚像多米諾骨牌一樣豎直擺在兒童椅的桌板上,然后我會(huì)推動(dòng)一端讓所有瓷磚都倒下。

        玩了一段時(shí)間后,我也會(huì)幫忙擺瓷磚。很快,我們開(kāi)始用一種更復(fù)雜的方式擺瓷磚:兩塊白色一塊藍(lán)色,兩塊白色一塊藍(lán)色,如此這般。母親看到這個(gè)情景,說(shuō)道:“別難為可憐的孩子了。他想放藍(lán)色的就讓他放吧!”

        但父親說(shuō):“不行,我要讓他知道什么是模式和模式的有趣之處。這是一種初等數(shù)學(xué)?!笨梢哉f(shuō),他很早就開(kāi)始帶我認(rèn)識(shí)世界,告訴我世界多有趣。

        我們家里有一部《大英百科全書》。在我還是個(gè)小男孩的時(shí)候,父親總是讓我坐在他的腿上,給我讀《大英百科全書》。比如,我們會(huì)讀關(guān)于恐龍的內(nèi)容。在講到霸王龍時(shí),書里會(huì)寫“這種恐龍有25英尺高,頭有6英尺寬”。

        這時(shí)父親會(huì)停下來(lái)對(duì)我說(shuō):“現(xiàn)在我們來(lái)看看這是什么意思吧。這就是說(shuō),如果恐龍站在我們的前院,它的身高足以讓它把頭伸到這里的窗戶?!保ó?dāng)時(shí)我們?cè)诙牵暗撬念^太寬了,因此沒(méi)法把頭伸進(jìn)來(lái)?!彼麜?huì)盡可能把讀給我的所有東西“翻譯”得現(xiàn)實(shí)一點(diǎn)兒。

        想到世界上曾經(jīng)有這等龐然大物,我非常興奮,十分感興趣。不僅如此,這些動(dòng)物還都滅絕了,而且沒(méi)人知道原因。我不害怕會(huì)有一頭恐龍從窗子鉆進(jìn)來(lái),但我從父親那里學(xué)到了“翻譯”的能力:努力搞清楚所有我讀到的東西到底是什么意思,說(shuō)的到底是什么。

        我們過(guò)去經(jīng)常去卡茨基爾山,這是紐約人夏季經(jīng)常去的地方。所有的父親都是工作日待在紐約,然后周末返回這里。周末,父親會(huì)帶我在林中漫步,然后告訴我曾經(jīng)在樹(shù)林中發(fā)生的趣事。別人的母親看到我們后,覺(jué)得這樣很不錯(cuò),認(rèn)為自家的丈夫也應(yīng)該帶著兒子散步。她們開(kāi)始說(shuō)服丈夫們這樣做,但起初毫無(wú)進(jìn)展。隨后她們又想讓我父親帶著所有孩子散步,但是他并不愿意,因?yàn)樗慌c我有特別的關(guān)系。結(jié)果就是,下個(gè)周末別人的父親也要帶著自己的孩子散步了。

        到了下周一,父親們都回去工作后,我們這些孩子在田地里玩耍。一個(gè)孩子問(wèn)我:“看見(jiàn)那只鳥了嗎?那是什么鳥?”

        我說(shuō):“我完全不知道這是一種什么鳥?!?/p>

        他說(shuō):“那是一只褐喉畫眉。你爸什么都沒(méi)教你!”

        但事實(shí)恰恰相反。父親是這樣教我的:“看到那只鳥了嗎?”他說(shuō),“那是斯潘塞鶯?!保ㄎ抑浪膊恢肋@鳥的真名)“意大利語(yǔ)里叫‘Ciutto Lapittida’,葡萄牙語(yǔ)里叫‘Bom da Peida’,中文里叫‘鐘隆達(dá)’,日語(yǔ)里叫‘Katano Tekeda’。你可以用全世界所有語(yǔ)言說(shuō)這種鳥的名字,但是完事之后,你對(duì)這種鳥依然一無(wú)所知。你只知道不同地方的人怎么稱呼這種鳥。我們來(lái)看看這只鳥,看看它在做什么——這才有意義?!保ㄎ液茉缇兔靼琢酥酪粋€(gè)東西叫什么和了解這個(gè)東西之間的區(qū)別)

        他說(shuō):“比如,看那只鳥一直在啄自己的羽毛。看到了嗎?它一邊走來(lái)走去,一邊啄自己的羽毛?!?/p>

        “看到了。”

        他說(shuō):“你覺(jué)得鳥為什么要啄自己的羽毛?”

        我說(shuō):“它們可能在飛的時(shí)候把羽毛弄亂了,所以它們啄羽毛是為了梳理整齊?!?/p>

        “好吧?!彼f(shuō),“如果是這樣的話,它們剛剛飛過(guò)之后應(yīng)該啄得更勤。那么它們?cè)诼涞降厣弦魂囎雍?,就不?huì)啄得那么勤了——你明白我的意思嗎?”

        “明白?!?/p>

        他說(shuō):“我們來(lái)看看它們剛落地時(shí)會(huì)不會(huì)啄得更勤?!?/p>

        不難發(fā)現(xiàn),已經(jīng)在地上走了一陣的鳥和那些剛剛落地的鳥沒(méi)有太大區(qū)別。于是我說(shuō)道:“我放棄了。鳥為什么要啄自己的羽毛?”

        “因?yàn)槭诱}擾著它們,”父親說(shuō),“虱子會(huì)吃從鳥的羽毛上掉落的小片蛋白質(zhì)?!?/p>

        他繼續(xù)說(shuō):“每只虱子的腿上都有一些蠟狀物,小螨蟲會(huì)吃這些蠟。螨蟲無(wú)法完全消化這些食物,因此它們會(huì)從尾部分泌一種糖類物質(zhì),而細(xì)菌就以此為生?!?/p>

        最終他說(shuō):“所以你看,哪里有食物源,哪里就會(huì)有發(fā)現(xiàn)它的某種生命?!?/p>

        現(xiàn)在,我知道實(shí)際上可能不一定有虱子,虱子的腿上也不一定就長(zhǎng)有螨蟲。這個(gè)故事在細(xì)節(jié)上未必正確,但父親告訴我的事情在原則上是對(duì)的。

        還有一次,當(dāng)我大一點(diǎn)的時(shí)候,父親從樹(shù)上摘下一片葉子。這片葉子有個(gè)缺口,我們通常不會(huì)關(guān)注這種東西。葉子受到了某種損壞,它上面有一條棕色的C形細(xì)線,從中間某處開(kāi)始一直彎曲著延伸到邊緣。

        “看看這條棕色的線,”他說(shuō),“它在起始處很窄,延伸到邊緣時(shí)逐漸變寬。這些都是因?yàn)橐恢簧n蠅,一只黃眼睛綠翅膀的藍(lán)色蒼蠅來(lái)到這里,并在葉子上排了一個(gè)卵。然后當(dāng)卵孵出了蛆(一種像毛毛蟲一樣的生物),蛆就一直吃這片樹(shù)葉,它就是這么獲取食物的。它一路吃下去,就在葉子上留下了這條棕色痕跡。蛆不斷生長(zhǎng),痕跡也越來(lái)越寬,直到蛆在葉子邊緣長(zhǎng)得夠大了,它就會(huì)變成蒼蠅(一只黃眼睛綠翅膀的藍(lán)色蒼蠅),飛走后在另一片葉子上產(chǎn)卵?!?/p>

        我依然知道這些細(xì)節(jié)并不完全準(zhǔn)確,葉子上的蟲子甚至可能是一只甲蟲,但是父親努力向我解釋的概念正是生命的有趣之處:整件事情的意義就是繁殖。無(wú)論生命這件事有多復(fù)雜,它的重點(diǎn)就是“再來(lái)一遍”!

        如果不是和父親多多相處,我就意識(shí)不到他有多么非凡。他如何學(xué)到科學(xué)的深層原理并感受到對(duì)科學(xué)的熱愛(ài)?他如何知道科學(xué)背后的東西并相信科學(xué)值得我們?yōu)橹Γ课覐膩?lái)沒(méi)有真正問(wèn)過(guò)他,因?yàn)槲乙恢币詾檫@就是父親們都知道的事。

        父親教我學(xué)會(huì)觀察。有一天,我在玩一輛“快遞貨車”,這是一輛帶環(huán)繞軌道的小貨車。車?yán)镉幸粋€(gè)球,當(dāng)我拉動(dòng)貨車的時(shí)候,我注意到球的移動(dòng)方式。我找到父親,問(wèn)他:“嘿,爸爸,我注意到一些東西。當(dāng)我拉貨車的時(shí)候,球會(huì)滾到貨車的后部。當(dāng)我一直拉著車然后忽然停止時(shí),球又會(huì)滾到車的前部。為什么會(huì)這樣?”

        “這個(gè)嘛,沒(méi)人知道?!彼f(shuō),“總的原則是,移動(dòng)的東西趨向于一直移動(dòng)下去,而靜止的東西趨向于一直靜止,除非你使勁推動(dòng)它們。這種趨向叫‘慣性’,但沒(méi)人知道為什么會(huì)這樣?!边@次他給了我一個(gè)深刻的見(jiàn)解。他沒(méi)有僅僅告訴我名字。

        他接著說(shuō):“如果你從側(cè)面看,你會(huì)發(fā)現(xiàn)是你拉動(dòng)的貨車后部與球摩擦,而球則靜止不動(dòng)。事實(shí)上,球由于摩擦力相對(duì)地面向前移動(dòng)了一點(diǎn)兒。它并沒(méi)有向后移動(dòng)?!?/p>

        我回到小貨車那里,重新把球放好,開(kāi)始拉車。從側(cè)面觀察,我發(fā)現(xiàn)父親說(shuō)的確實(shí)沒(méi)錯(cuò)。相對(duì)于路面,球果然向前移動(dòng)了一點(diǎn)兒。

        父親就這樣用舉例和討論的方式教育我,沒(méi)有壓力,只有令人愉快的有趣對(duì)話。這在我余生中一直激勵(lì)著我,讓我對(duì)科學(xué)的所有領(lǐng)域都充滿興趣(只是我剛好更擅長(zhǎng)物理而已)。

        可以說(shuō),我被深深吸引住了,就像有人在孩童時(shí)期得到一件很棒的東西,他就會(huì)永遠(yuǎn)想著如何再得到它。我總是像孩子一樣,尋找那些待我發(fā)現(xiàn)的奇妙事物,可能不是每次都有,但隔段時(shí)間就有所發(fā)現(xiàn)。

        大我三歲的表哥那時(shí)正讀高中。他學(xué)習(xí)代數(shù)非常吃力,因此請(qǐng)了一位家庭教師。當(dāng)家庭教師給我表哥講代數(shù)的時(shí)候,我可以坐在角落。我聽(tīng)他說(shuō)起X。

        我對(duì)我的表哥說(shuō):“你要做什么?”

        “我想解出X是多少,比如在2X+7=15里?!?/p>

        我說(shuō):“你是說(shuō)4?!?/p>

        “是的,但你是用算術(shù)方法解的。必須用代數(shù)方法來(lái)解。”

        幸運(yùn)的是,我不是在學(xué)校里而是通過(guò)閣樓里找到的姨媽的舊課本學(xué)會(huì)的代數(shù),我明白了代數(shù)的整體思想就是解出X是多少,怎樣求解并沒(méi)什么分別。對(duì)我來(lái)說(shuō),無(wú)所謂“用算術(shù)解”還是“用代數(shù)解”?!坝么鷶?shù)解”就是一套規(guī)則,如果你盲目遵從這些規(guī)則,就能得出答案——“等號(hào)兩邊同時(shí)減7;如果X有系數(shù),兩邊就同時(shí)除以系數(shù)”,以此類推。即使你不理解自己在做什么,也可以通過(guò)一系列的步驟得到答案。之所以有這些規(guī)則,是為了讓不得不學(xué)習(xí)代數(shù)的孩子可以通過(guò)考試。這也是我的表哥一直都不會(huì)解代數(shù)題的原因。

        在我們本地的圖書館里有一系列數(shù)學(xué)書,包括《給實(shí)用主義者的算術(shù)》,還有《給實(shí)用主義者的代數(shù)》以及《給實(shí)用主義者的三角學(xué)》(我就是從這本書上學(xué)到了三角學(xué),但是我很快就忘光了,因?yàn)楫?dāng)時(shí)我沒(méi)有很好地理解)。在我13歲時(shí),圖書館收入了《給實(shí)用主義者的微積分》。那時(shí)我已經(jīng)通過(guò)百科全書知道微積分的重要和有趣,我必須學(xué)習(xí)微積分。

        當(dāng)我終于在圖書館里看到那本微積分書時(shí),我非常興奮。我到圖書管理員那兒辦理借閱手續(xù),但是她看著我說(shuō):“你只是個(gè)孩子。你帶走這本書做什么呢?”

        這是我人生中為數(shù)不多的幾次感覺(jué)尷尬和撒謊之一。我說(shuō)書是給父親的。

        我把書拿回家,然后開(kāi)始看書學(xué)習(xí)微積分。我認(rèn)為微積分比較簡(jiǎn)單直接。父親也開(kāi)始讀這本書,但是書中內(nèi)容讓他感到很困惑,他無(wú)法理解。因此我就試著給他解釋微積分。我從沒(méi)有意識(shí)到他的能力如此有限,而這讓我有點(diǎn)困擾。這是我第一次認(rèn)識(shí)到在某些方面我學(xué)到的東西比他多。

        除了物理,父親教給我的事還包括(無(wú)論正確與否)對(duì)于某類特定事物的不敬。當(dāng)我還是個(gè)小男孩時(shí),他會(huì)讓我坐在他的膝蓋上,給我看《紐約時(shí)報(bào)》的插圖版——?jiǎng)倓倧膱?bào)紙上打印出來(lái)的圖片。

        有一次我們正看一張教皇的照片,照片里所有人都在向教皇行禮。父親說(shuō):“看看這些人吧。一個(gè)人站著,而其他人都在朝他鞠躬。看看,區(qū)別是什么?這個(gè)人是教皇?!彼褪怯憛捊袒?。他說(shuō):“區(qū)別在于他戴的帽子?!保ㄈ绻麍D上是一位將軍,區(qū)別就是肩章??傊畢^(qū)別就是裝束、制服、姿勢(shì))“但是,”他說(shuō),“這個(gè)人也和其他所有人有同樣的問(wèn)題:他吃晚餐,他上廁所,他是個(gè)人?!保槺阏f(shuō)一句,我父親從事制服生意,因此他知道一個(gè)人穿著制服和脫下制服有什么區(qū)別——對(duì)于他來(lái)說(shuō)就是同一個(gè)人)

        父親對(duì)我挺滿意,至少我是這樣想的。但是有一次,我從麻省理工學(xué)院回來(lái)(我已經(jīng)在那里待了幾年),他對(duì)我說(shuō):“現(xiàn)在你已經(jīng)很了解這些東西了,我一直有一個(gè)問(wèn)題不太明白?!?/p>

        我問(wèn)他是什么。

        他說(shuō):“我知道當(dāng)一個(gè)原子從一個(gè)狀態(tài)躍遷到另一個(gè)狀態(tài)時(shí),它會(huì)釋放一種光的粒子,叫光子。”

        “沒(méi)錯(cuò)?!蔽一卮稹?/p>

        他問(wèn):“光子在此之前就在原子里嗎?”

        “沒(méi)有,在這之前沒(méi)有光子?!?/p>

        “那么,”他又問(wèn),“它是從哪兒來(lái)的?它是怎么出來(lái)的?”

        我努力向他解釋,光子的數(shù)量不是守恒的,它們是由電子的運(yùn)動(dòng)創(chuàng)造出來(lái)的。但我解釋得不是很好。我說(shuō):“就和我現(xiàn)在發(fā)出的聲音一樣,之前并不存在于我身體里。”(我兒子可不這樣想。他在非常小的時(shí)候,有一天突然宣稱,他無(wú)法再說(shuō)某個(gè)特定的詞了,這個(gè)詞是“貓”,因?yàn)樗霸~匯袋”中的這個(gè)詞用完了。事實(shí)上,根本就不存在詞語(yǔ)會(huì)被用光的詞匯袋,同樣道理,原子里也沒(méi)有“光子袋”)

        在這方面父親對(duì)我不太滿意。我一直沒(méi)有向他解釋清楚任何他不理解的事。因此他并不成功:為了弄明白那些東西,他把我送到這么多大學(xué)里去,而最終他也沒(méi)弄明白。

        雖然我母親對(duì)科學(xué)一無(wú)所知,但她也對(duì)我產(chǎn)生了很大影響。特別是她那絕佳的幽默感,我從她身上學(xué)到,我們能夠達(dá)到的最高級(jí)理解就是歡笑與愛(ài)心。

        (杲罡摘自北京聯(lián)合出版公司《費(fèi)曼經(jīng)典:一個(gè)好奇者的探險(xiǎn)人生》

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