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第二部 误闯普林斯顿

第二部 误闯普林斯顿
  “别闹了,费曼先生!”
  在麻省理工学院念书时,一切都惬意极了。我觉得那是个很棒的学校,因此很自然地想留在那里继续念研究所。
  然而当我把这个想法告诉史莱特(Slater)教授时,他说:“不,我们不会让你留在这儿。”
  我大叫起来:“什么?”
  史莱特说:“你为什么觉得应该留在这里念研究所?”
  “因为麻省理工是全美国最适合念科学的学校呀!”
  “你真的这样想?”
  “当然。”
  “这正是为什么你应该去别的学校。你应该看看其他地方长什么样才对。”
  这就是为什么我去了普林斯顿大学。千万别误会我的意思,事实上,普林斯顿是所很优雅的学府,从某个角度来说,他们很有英国的传统。我在麻省理工兄弟会的哥儿们(他们都很清楚我不修边幅、随便的性格),却开始调侃我:“等他们弄清楚来普林斯顿的是谁时,可有得瞧了!那时候他们才明白犯了多大的错误!”当下我便决定,到了普大之后一定要好好表现一番。
  父亲开车送我到普大,看着我搬进宿舍后便离开。我在那里待不到一个小时,便有人来找我,带着浓重的外国口音说:“我是这里的舍监。今天下午院长举办茶会,他希望你们每个人都来参加。也请你通知你的室友——薛瑞特先生。”
  就这样我被引进普林斯顿大学的研究院了。这里的特色是,所有研究生都住在一起,整体说来有点像牛津或剑桥的翻版——各种外国口音一应俱全,例如,舍监是法国文学的教授。宿舍楼下有仆人,房间很舒适,每天,所有人都要穿上学生袍子、在镶满彩色玻璃的大礼堂内一起进餐。
  总之,我到普林斯顿的第一天下午,便跑去参加院长的茶会,不过当时我连“茶会”是什么都没弄清楚,更不用说聚会的用意何在了。我是个社交白痴,在这类事情上毫无经验。
  抵达聚会地点时,艾森赫(Eisenhart)院长站在大门口,跟新生打招呼:“噢,你就是费曼先生了,很高兴你来普林斯顿。”那令我觉得好多了,因为他一眼就认得我,不管他是怎么把我认出来的。
  穿过大门,看见一些女士和年轻女孩。那是个很正式的场合,我开始担心自己的言行举止,脑袋中光想应该往哪儿坐,要不要坐在这个或那个女孩身旁。突然背后有个声音响起:“费曼先生,你的茶要加牛奶还是柠檬?”原来是艾森赫夫人在跟我说话,她正在替我们倒茶。“哦,两样都加吧,谢谢。”我一边说,一边四面张望,想找个地方坐下来,忽然听到她说:“嘻嘻嘻——别闹了,费曼先生!”
  别闹了?我刚刚说了些什么来着?然后我立即醒悟,自己又做了什么好事!这就是我生平第一次的茶会经验了。
  在普林斯顿待了一段日子之后,我才深切体会出这“嘻嘻嘻嘻嘻”的真正意义。其实,就在那次茶会上,当我要离开时,我就明白那代表“你犯了社交错误”。之所以会这样说,是因为我再听到艾森赫夫人的“嘻嘻嘻嘻嘻”,是有个人在向她告辞时,吻了她的手。
  又有一次,也许在一年以后,我在茶会中碰到维尔特(Wildt)教授。他专攻天文学,曾经提出关于金星大气云层的理论。根据他的说法,金星云都是甲醛——他全弄清楚了,像甲醛如何凝结等等,这很有趣。我们正谈得起劲,一位个子瘦小的女士跑来对我说:“费曼先生,艾森赫夫人要见你。”
  “好,等一会儿——”我继续和维尔特谈话。
  过一会儿,瘦小妇人再度走过来说:“费曼先生!艾森赫夫人要见你。”
  “好啦!好啦!”我走到艾森赫夫人身边,她正在替客人倒茶。
  “你要不要喝点咖啡或茶呢,费曼先生?”
  “那位夫人说你要见我。”
  “嘻嘻嘻嘻嘻。你要喝点咖啡,还是要喝点茶呢,费曼先生?”
  “茶,”我说,“谢谢你。”
  过了一会儿,艾森赫夫人的女儿和她的同学走过来,艾森赫夫人介绍我们认识。这时我才搞清楚她“嘻嘻嘻”的真正意思:艾森赫夫人并不是想和我谈话,她只不过是要在她女儿和朋友过来时,我刚巧站在那里等着喝茶,好让她们有个谈话对象。从头到尾,就是这么一回事。到这时候,我早已受到制约,每当听到“嘻嘻嘻”时便知所进退。我不会再问:“什么意思嘛?﹃嘻嘻嘻﹄?”我明白“嘻嘻嘻”代表了“失礼”,最好赶快乖乖自我纠正。
  很合我的胃口
  每天傍晚,我们都得穿上学生袍子进餐。头一个晚上我真的吓坏了,因为我最讨厌形式。但过不多久,我发觉那些长袍好处甚多。刚刚还在外面打网球的小子可以赶回房间,抓起长袍往身上一罩,直奔餐厅,大家不必花时间换衣服或洗澡。因此在长袍之下,光着手臂、圆领衫,什么都有。而且,学校还规定长袍不准洗;因此单用眼看,便可以看出谁是新生,谁是二年级生,谁已在研究院待了三年,也可以看出谁是脏猪!新生的学袍都很新;到了第三年,它会看来像披在肩上的硬纸,上面挂着几条破布。
  于是,在那个星期天——我到普林斯顿的第一天,下午参加了茶会,晚上穿上长袍在研究院内吃晚餐。到了星期一,我想做的第一件事,是去看回旋加速器。
  还在麻省理工念大学部时,他们刚巧建了一座新的回旋加速器,那真是美极了!加速器的主体在一个房间内,所有控制面板则在另一房间,接线由控制室经过地下管道通往加速器,整个工程设计精巧无比,我称之为“镀金加速器”。
  这时我早已读过很多利用类似加速器做出来的研究论文。不过,可能是由于麻省理工尚在起步阶段,大部分的论文都来自其他学校,例如康奈尔、柏克莱,特别是普林斯顿;因此我真正渴望想看的,是普林斯顿的回旋加速器——在我想像中,那一定是个了不起的地方。
  我跑到物理馆去问:“加速器在哪里?哪幢建筑?”
  “在楼下地下室里,走廊尽头的地方。”
  在地下室?这幢房子很老旧了呢!地下室哪会有地方放得下一座回旋加速器?我走到走廊尽头,开门走进去。
  不到十秒钟,我就知道为什么普林斯顿很合我的胃口了:房间里四周爬满电线!许多开关悬在电线上,冷却水从水阀不住地滴出来,杂七杂八的东西周围乱放,桌上堆满了各式各样的工具。这是前所未见的一团糟。不错!整部回旋加速器都在房间内,但它是混沌一片!
  它使我想起家里的实验室。在麻省理工,任何事物都不会令我想起家里的实验室。刹那之间,我醒悟到为什么普林斯顿能够取得那么多的研究成果——他们是确确实实地在使用这部仪器。这些人亲手把仪器安装起来,知道一切的来龙去脉以及每一部分的功能,而不是把一切都丢给工程师。普林斯顿的加速器比麻省理工那部小得多了,更谈不上“镀金”——刚好相反哩!当他们要处理真空防漏等问题时,就往上加甘?树脂,因此地上也留下了斑斑点点的痕迹。但这真是棒极了!这才叫使用仪器,而不单是坐在隔壁房间里按钮!
  不过,由于房间里杂乱无章、电线太多,那里曾经发生过火灾,连加速器也烧毁了。但我最好不要提这件事!
  后来到了康奈尔大学之后,我也跑去看他们的回旋加速器。那部仪器直径不到一米,跑遍全世界也找不到更小的了,因此它占不到一个房间;但他们的研究成果却极为优异。那里的人知道各种特殊的技巧和诀窍:如果他们需要改变D形盒——粒子绕着它转动的D形磁铁——里面的组件时,就拿起螺丝起子,把D形盒拆下,修改好再装回去。同样的修改在普林斯顿就比较麻烦;在麻省理工呢,你必须让天花板上的吊臂开动到加速器上方,放下吊钩——实在是劳师动众至极!
向后转?向前转?
  我从不同的学校,学到的东西也各有千秋。麻省理工是个很好的学校,我绝对无意贬低它,事实上我还深爱着它。它有它独特的精神,学校里的每个人都认为它是全世界最美好的地方,相信是全世界——至少是全美国——科技发展的中心。那好像纽约客看纽约市的情形一样;他们完全忘记了美国还有其他地方。然而,虽然在麻省理工的人,不大有里外大小的观念,你却会有一种和它共生的奇妙参与感,很想继续参与下去——他们都觉得自己是得天独厚的一群,运气好才能待在那里。
  麻省理工无疑是好学校,但史莱特把我赶到另一所学校也是对的。现在我也经常给学生同样的建议:看看世界其他地方长的怎么样。学习不同的事物,是很值得的。
  我在普林斯顿的回旋加速器实验室,做过一个实验,结果十分惊人。在流体力学课本中,有一道所有物理系学生都碰到过的题目:考虑一只S形草坪喷水器——一根S形水管安装在旋转轴上。水喷出来时跟旋转轴成直角,使得喷水器以一定的方向旋转。谁都知道它会怎样转动,它的转动方向与喷出来的水柱方向相反。问题是:如果你把喷水器浸在大量的水里——例如一个湖或游泳池里,不要喷,而是把水吸进来,它会怎样旋转?会像它在空气中喷水那样旋转呢?还是朝另一个方向旋转?
  猛一想,答案是很明显的。麻烦在于,某些人觉得它会这样转,另外一些人却认为它会朝相反方向转,因此大家议论纷纷。记得在某次研讨会或茶会上,有人跑去问惠勒(John Wheeler)教授:“你认为喷水器会怎么个转法?”
  惠勒说:“昨天费曼刚说服我,说它会朝后转;今天他却说服我,相信喷水器会朝前转。我不知道明天他会说服我相信些什么新的说法?”
  让我告诉你一种说法,让你相信它会朝一个方向转动;然后再提出另一种说法,说服你相信它会朝另一方向转,好不好?
  头一种解释是,把水吸进来时,水从喷嘴进入,这有点像让喷嘴追着水跑,把水吞进去,因此它会向前转;换句话说,跟在空气中喷水的情形相反。
  但又有人走过来说:“如果我们把喷水器抓紧,不让它动,再考虑我们加诸于它的力矩(torque)。当水往外喷出时,我们都知道必须在喷水器弯管的外缘处抓着它,因为水流的离心力沿着弯管作用。而当水柱换方向向里流时,作用于弯管上的离心力还是一样;因此两个情况是一样的,喷水器转的方向相同!”
  我想了很久,决定了自己的答案该是什么之后,做了个实验证明我的想法。
  在普大回旋加速器实验室里有一大瓶水,很适合进行这个实验。我找到一截铜管,把它弯成S字形,在铜管中央打了个洞,把一条橡皮管嵌进洞里,让橡皮管穿过水瓶顶上软木塞中的孔道。我在软木塞上打了另一个孔道,让另一根橡皮管穿进去浸在水里,管子另一端接到实验室里的空气压缩机。把空气打进瓶里,我便能把水压进铜管中,就如同把露在空气中的橡皮管衔在嘴里用力把水吸进去一般。不过,在我的实验里,S形铜管并不会像喷水器那样旋转,而会扭动(因为橡皮管是软的)。只消观测水流喷出多远,便可计算出水流的速度。
  一切都准备好,我开动空气压缩机,“噗”的一声,瓶口的软木塞被吹得跳起来了,我把它重新装好绑紧,确定木塞不会再被吹走,之后实验便进行得很顺利了,水继续流出来,橡皮管正常扭动;我又加了点气压,让水流加速,以提高数据的准确度。我仔细测量角度、距离,然后再提高气压。忽然之间,砰然一声巨响,大水瓶炸得粉碎,水和玻璃朝四面八方飞射,溅遍了整个实验室。有个跑来看我做实验的家伙,衣服全湿了,不得不回去更衣;还好他奇迹般地没被玻璃刺伤。一大堆用回旋加速器耐心拍下来的云雾室底片,全弄湿了;但不知为什么我站得够远——或许也跟位置有关——我身上并没怎么弄湿。但我永远记得,主管回旋加速器实验室那位伟大的岱尔沙苏(Del Sasso)教授跑过来,一板一眼、很严峻地跟我说:“大学一年级的实验,应该在大一的实验室里做!”
我啦!我啦!
  每个星期三,总有各式各样的人应邀到普大研究院来演讲。通常主讲人都很有趣,而在演讲之后的讨论,更是最好玩的部分。例如有一次,来演讲的是位宗教界人士,而研究院的反天主教激烈分子,却事先把一些刁钻问题分给大家,结果弄得那位主讲人十分狼狈。
  另外一次,有人来普林斯顿谈“诗”。他谈到诗的结构,以及随之而来的各种感觉,把一切都分门归类。在随后的讨论中,他突然说:“艾森赫博士,那不是跟数学很相像吗?”
  除了身为研究院院长之外,艾森赫博士也是个极出色的数学家,而且他很聪明。他转头看看我,说:“我想听听费曼从理论物理学的角度,如何回答这个问题?”他经常在这种情况下趁机捉弄我。
  我站起来说:“是的,它们之间可说关系密切。理论物理的方程式就相当于诗的文学,而诗的结构就相当于理论物理内的什么什么和什么之间的关系——”我借题发挥,举出一大堆十分完美的对比,主讲人听得眉飞色舞,笑逐颜开。
  然后我又说:“事实上,无论你说的是诗的哪一方面,我总有办法从任何事物的角度说出一大堆对比关系,就像刚刚的理论物理一样。不过,我并不觉得这些对比推论,有任何意义!”
自告奋勇
  我们每天穿着日渐褪色的学袍,在那镶着彩色玻璃窗的大餐厅内吃晚饭。进餐之前,艾森赫院长都会用拉丁文祷告;而在饭后,他也经常会站起来宣布某些事情。有一个晚上,他说:“再过两周,一位心理学教授将会来这里演讲催眠术。这位教授觉得实际的催眠示范比单靠讨论的效果要好得多,因此他要找些自告奋勇、愿意接受催眠的人——”我感到十分兴奋:我绝对要深入了解催眠是怎么的一回事。这个机会棒极了!
  艾森赫院长接着说,最好有三四个志愿者,让催眠师先试试看谁可以接受催眠;因此,他很鼓励我们报名参加(天哪!他唠唠叨叨的真会浪费时间)!
  艾森赫院长的座位在大厅的尽头处,而我则坐在远远的另一头;餐厅里一共坐了好几百人。我很焦虑,因为大家都一定很想报名参加,我最害怕的是我坐得这么偏远,院长看不到我。但我非得参加这次催眠的示范表演不可!
  最后艾森赫说:“那么,我想知道有没有志愿参加的同学——”我立刻举手,从座位上跳起来,用尽全身力气大声尖叫:“我啦!我啦!”
  他当然听见了,因为只有我一个人在叫!那一声“我”回荡在偌大的餐厅内,山鸣谷应,使我感到难为情极了。
  艾森赫院长的立即反应是:“是的,费曼先生,我早就知道你会志愿参加。我想知道的是,还有没有其他的同学有兴趣?”
  被催眠的滋味
  最后,另外跑出来好几名志愿军。示范表演的前一周,那位心理系教授跑来找我们作试验,看看谁是适当的催眠对象。我知道催眠这个现象,但我并不知道被催眠到底滋味如何。他开始拿我做催眠对象,过不多久,我进入了某种状态,他对我说:“你再不能睁开眼睛了。”
  我对自己说:“我敢说我可以睁开眼睛,但我不要破坏现状,先看看进一步会怎么样。”当时的情形很有趣:我只不过有一点迷迷糊糊;虽然如此,我还是很确定眼睛可以睁得开。但由于我没有睁开眼睛,因此从某种角度来说,我的眼睛的确睁不开。
  他又玩了很多把戏,最后决定我很符合他的要求。
  到了正式示范时,他要我们走到台上,当着普林斯顿研究院的全体同学面前催眠我们。这次的效应比上次强,我猜我已“学会”了如何被催眠。催眠师作出各种示范表演,让我做了些平常做不到的事;最后还说,当我脱离催眠状态之后,不会像平常习惯般直接走回座位,而先会绕场一周,再从礼堂的最后方回到座位上。
  在整个过程中,我隐隐约约地知道发生什么事,而且一直都依着催眠师的指示来动作。但这时我决定:“该死的!我受够了!我偏要直接走回座位上。”
  时候到了,我站起身来,走下台阶,向我的座位走过去。可是突然一阵烦躁不安的感觉笼罩全身,我觉得很不自在,无法继续原先的动作,结果乖乖地绕场走了一圈。
  后来,我又接受过一名女子的催眠。当我进入催眠状态之后,她说:“现在我要点一根火柴,把它吹熄,紧接着让它去碰你的手背,而你不会有任何烧痛的感觉。”
  我心里想:“骗人!不可能的!”她拿了根火柴,点着它,吹熄,立刻把它抵在我手背上,而我只感到一点温温的。由于在整个过程中,我的眼睛都是闭上的,因此我想:“这太容易了!她点着这根火柴棒,却用另一根火柴棒来碰我的手。这没什么啦,都是骗人的!”
  可是当我从催眠状态中醒过来后,看看手背,我真的讶异极了——手背上居然烧伤了一块!后来,伤口还长了水泡,但一直到水泡破掉,始终都没有感到任何痛楚。
  我发现,被催眠的经验确实非常有趣。在整个过程中,你不停地对自己说:“我当然可以做这、做那,我只是不想那样做而已!”——那却等于说:你做不到。
有没有猫体构造图?
  在普林斯顿研究院的餐厅里吃饭、聊天时,大家总喜欢物以类聚地坐在一块。开始时我也跟物理学家坐在一起,但不久我就想:看看世界其他人在做些什么,一定也很好玩。因此,我轮流和其他小组的人一起用餐,每一二星期转移阵地一次。
  当我转到哲学家的小组时,听到他们很严肃地在讨论怀海德(Alfred North Whitehead)所著《过程与实相》(Process and Reality)一书。他们的用语很奇怪,我不大听得懂他们在说些什么,但我不想打断他们的谈话,唠唠叨叨地要他们为我说明。其实有几次当我真的问问题,而他们也试着解释,我还是摸不着头绪。最后他们干脆邀请我去参加他们的研讨会。
  他们的研讨会很像在上课,每周固定一次,讨论《过程与实相》的其中一章,方式是由某些人报告读后心得,之后再进行讨论。在参加这个研讨会之前,我拚命提醒自己,我只不过是去旁听,千万别开口乱说话;因为我对他们的题目一无所知。
  研讨会上所发生的事,却是很典型的——难以置信的典型,但千真万确地发生了。首先,我安安静静地坐在那里一句话也没说,这也是很难置信的事,但也是真的发生了。接着一位同学就讨论的一个章节发表报告。在这一章内,怀海德不停使用“本质物体”这个名词,用法很专门,也许他曾在书中对这个词下过定义,但我完全搞不懂那是什么东西。
  略为讨论过“本质物体”的意义之后,主持研讨会的指导教授讲了一些话,意图澄清观念,又在黑板上画了些像是闪电的东西。“费曼先生,”他说,“电子是不是一种﹃本质物体﹄呢?”
  于是,我又惹上麻烦了。我解释说,由于我没有读过那本书,因此我压根儿不晓得怀海德所指为何,而且我只是来旁听的。“不过,”我说,“如果你们先回答我一个问题,让我多了解﹃本质物体﹄这个概念,我就可试试回答教授的问题了。请问砖块算不算是一种﹃本质物体﹄呢?”
  我想弄明白的,是他们会不会将理论上的构想归为本质物体。其实电子只不过是我们使用的一种理论,但对于帮助我们了解宇宙运作十分有用,有用到我们简直认为电子是真实无讹的。而我当时是想用对比的方法,来说明“理论”这个概念。在砖块的例子中,接下来我要问的是:“砖块的内部又如何呢?”然后我会指出,从来没有人看过砖的内部!每当你劈开一块砖,你看到的只是另一个表面,“砖块有内部”只不过是个可以协助我们了解事物的简单理论。电子理论也有类似之处。因此我问:“砖块算不算是一种﹃本质物体?﹄”答案倾巢而出。有人站起来说:“一块砖就是单独的、特别的砖。这就是怀海德所说的本质物体的意思。”
  可是又有人说:“不,本质物体的意思并不是指个别的砖块,而是指所有砖块共有的普遍特性,换句话说,﹃砖性﹄才是﹃本质物体。﹄”另一个家伙站起来说:“不对,重点不在砖的本身。
  ﹃本质物体﹄指的是,当你想到砖块时,内心形成的概念。”
  他们一个接一个地起立发言,我发现这是我出生以来,第一次听到那么多关于砖的天才说法。后来,就像所有典型的哲学家一般,场面一片混乱。好笑的是,在先前那么多次的讨论中,他们从来没有问过自己,究竟像砖块这类简单物体是不是“本质物体”?更不要说电子了!
外行人问内行话
  之后,在吃晚餐时,我转移到生物学家那一组去。我一向对生物学深感兴趣,而他们的话题也十分有趣。其中一些人还邀我去旁听即将开讲的“细胞生理学”。虽然我学过一点生物学,这却是研究院程度的课呢!
  他们替我问主讲教授哈维(E.Newton Harvey),他曾经做过很多关于“发光细菌”的研究。哈维答应了,条件是我必须跟班上其他同学一样,完成所有的作业及论文报告。
  上第一堂课之前,邀我听讲的几位同学要我看一些植物细胞。透过显微镜,我看到许多不停在移动的绿色斑点,那是在光照之下制造出糖的叶绿素。我抬起头问:“它们如何运行?是什么力量在推动它们?”
  没有人晓得答案。后来我才知道,这在当时还是个未解之谜。就这样,我学到一点关于生物学的特性:你可以很轻易便提出一个非常有趣的问题,而没有人知道答案。
  但在物理学,你必须先稍微深入学习,才有能力问一些大家都无法回答的问题。
  上第一课时,哈维教授首先在黑板上画了一个很大很大的细胞图,并且标示出它的内部结构,然后逐一讲解。
  他说的我大部分都听得懂。
  下课之后,邀我旁听的同学问:“怎么样?你喜欢这堂课吗?”
  “还不错,”我说,“唯一没听懂是有关卵磷脂(lecithin)的部分,什么是卵磷脂?”
  那家伙就用他那单调无味的声音说:“所有生物无论是动物或植物,都是由小小砖块一样的东西,叫做﹃细胞﹄所组成的——”“听着,”我不耐烦地说,“你说的那些我统统知道,否则我也不会来听课。卵磷脂到底是什么?”
  “我不知道。”
  我跟其他人一样读论文、做报告。第一篇指定给我读的是压力对细胞的影响,哈维教授特别挑了这篇论文给我,因为其中牵涉到一点物理。我完全理解这份论文的内容,可是当我在班上宣读我的读后心得时,却把所有的专有名词都念错了;当我心中想的是“分裂球”(blastomere),口中却念出“胚球”(blastosphere)时,班上同学简直是笑得人仰马翻,直不起腰来。
  第二篇指定给我的是艾吉瑞恩(Edgar Adrian)和布朗克(Detlev Bronk)的论文。他们证实了神经冲动是尖锐的单脉冲波现象。以猫为实验对象,他们测量了神经间的电压。
  我开始研读这篇论文。它不停地提到伸肌屈肌或腓肠肌等等。这个肌那个肌我都念得出口,可是我完全不晓得它们位于猫的什么部位,或者跟其他神经线的相关位置。因此,我跑到图书馆放生物图书的部分,随便抓着一个馆员,请她替我找一幅猫体构造图。
  “猫体构造图?”馆员花容失色地说,“你指的是生物分类表吧?”从那时候开始,话就传开了,说有一个生物系的笨蛋研究生,跑到图书馆去找“猫体构造图”。
  轮到我做报告时,我先在黑板上画了一只猫,并开始将各部分肌肉标示出来。很多同学打断我的动作:“那些我们都知道了。”
  “哦,”我说,“你们都知道?难怪你们念了四年的生物,我却还是一下子便追上你们的程度了。”他们把所有时间都浪费在死背名词上了,而这些东西只要花个十五分钟便全部可以查出来。
到加州理工洗碟子
  二次大战后,每年暑假我都会开车到美国各地旅行。到加州理工学院任教之后,有一年我跟自己说:“这个暑假我不要换另一个地方玩了,不如试试换另一门的学问来玩玩。”
  那时候刚好是华森(James Dewey Watson)和克里克(Francis Crick)发现去氧核糖核酸(DNA)之后不久,而由于戴尔布鲁克(Max Delbruck,著名的物理兼生物学家)的实验室就在加州理工学院,许多极为优秀的生物学家都聚集在那里。华森也应邀到加州理工演讲,讨论DNA的密码系统;他的演讲我都去听了,也参加了生物系的许多研讨会,对生物充满浓厚兴趣。对生物学而言,那是个很令人兴奋的年代,而加州理工则是做生物研究的极佳所在。
  我不认为自己有足够能力应付真正的生物研究,因此,当我计划将那个暑假花在生物学上时,我只不过打算在生物实验室内走动走动,帮他们“洗洗碟子”,在一旁看看他们做些什么,可是,等我跑到生物实验室向他们说明意愿时,一位年轻的博士后研究员、同时也是实验室的主管艾德加(Robert Edgar),说他不会让我那样游手好闲。
  他说:“你应该跟其他研究生一样,做些实实在在的研究工作,我们也会给你一个题目去研究。”这样的建议,我当然乐于接受!
  我选了一门讨论噬菌(phage)的课。噬茵是一种含有DNA的滤过性病原体,它会攻击细菌。而在这门课中,我们学习如何做有关噬菌体(bacteriophage)的研究。
  很快我就发现,由于懂得物理和数学,学习生物时轻松多了。例如,我知道液体中的原子如何运动,因此离心机的工作原理对我而言,不算高深莫测。又由于具备了统计学上的知识,我很清楚在盘点培养皿上的斑点时,所牵涉的统计误差。换句话说,正当其他生物系的同学努力了解这些“新”观念时,我却可以专心学习真正跟生物有关的学问。
  在实验室里,我学会了一项很有用的技巧,到今天还经常用到。他们教我们如何单手拿着试管,而同时用中指和食指把管盖打开,让另一手自由活动,做其他事情——像拿着吸量管,小心翼翼地把氰化物溶液吸进管中——等。
  现在,我能够一手拿着牙刷,用另一手拿着牙膏,并把盖打开、挤牙膏,再把它旋紧。
实验毫无所获
  当时,生物学家已经发现,噬菌可能发生突变,以致影响到它们攻击细菌的能力;我们的任务就是研究这些突变。不过,部分噬菌会发生二次突变,重新恢复攻击细菌的能力,其中一些经历两次突变的噬菌跟突变前一模一样,好像什么突变都没发生过一样。另外一些却有不同的变化:它们攻击细菌的速度比正常时较快或较慢,因此细菌的繁殖也较正常速度稍快或略慢。换句话说,“负负得正”的“反突变”(back mutation)会发生,但噬菌恢复正常的情形不一定很完美,有时候它们只能恢复一部分的能力。
  艾德加建议我做个实验,看看反突变是不是在DNA螺旋结构中的同一位置上发生。我非常小心地做了很多繁复实验之后,找到了三个反突变的例子,发生的位置都很接近——事实上,比大家曾经观测过的例子都更为接近——噬菌原有功能也回复部分。这是一项冗长的研究工作,整件事情也要靠点运气,因为你必须耐心等待二次突变的出现——而那是十分罕见的。
  我不断思考如何使噬菌更常发生突变,以及怎样能够更迅速地观测到它们,但还没有想到方法,暑假已经过完了,我也逐渐对这个研究题材失掉兴趣。
  这时,我的休假年快到了(注:美国的大学教授每授课若干年——一般是六年——便可休假一年。在这一年间,他们可随意进行自己喜欢的活动),我决定把这一年花在同一个生物实验室上,但选择不同的研究题材。我跟梅索森(Matt Meselson)做了一些研究,再和一位来自英国、人很随和的史密斯(J.D.Smith)合作。我们的研究题目跟核糖体(ribosome)有关,那是一种在细胞内的双球体,含有大约五十个蛋白质,能够从“信使核糖核酸”(mRNA,messenger ribonucleic acid)制成蛋白质。
  利用放射性追踪剂,我们证实了RNA可以从核糖体分离出来,也可以被放回去。
  我很小心地进行每个步骤、测量数据,尽力控制所有可能影响实验结果的因素;可是过了八个月之后,我才想到其中一个步骤做得太不周密了。在那个年代,从细菌取得核糖体的方法,是将培养好的细菌跟铝氧土(alumina,又称矾土)放在研钵内研磨。其余的步骤都是跟化学作用有关的,全都在控制之下;但重点是我们研磨细菌时,推动研杵的动作是无法重复的,因此我的实验什么成果也没有。
业余的半吊子
  我也必须提一提那次跟兰夫罗姆(Hildegarde Lamfrom)一起尝试的实验。我们想研究的是,豌豆和细菌所使用的核糖体是否相同?换句话说,细菌的核糖体是否能制造出人体或其他生物内的蛋白质?
  那时兰夫罗姆已经设计出一套方法,能够从豌豆分离出核糖体,加入信使核糖核酸,让核糖体利用信使核糖核酸制造出豌豆蛋白质。我们意识到,“把豌豆的信使核糖核酸加到细菌核糖体中时,究竟制造出来的会是豌豆蛋白质还是细菌蛋白质?”这将是个众所瞩目、意义重大的问题;而我们的实验也同样会是众所瞩目,将对遗传生物学的基础带来巨大影响。
  兰夫罗姆说:“我需要大量的细菌核糖体。”
  梅索森和我为了其他实验,曾经从大肠杆菌(Escherichia Coli)提取了大量的核糖体。我说:“算了,我就把我们的核糖体拿给你吧,我们实验室的冰箱里多的是。”
  如果我是个真正优秀的生物学家,那将会是一项十分惊人和重要的发现;可惜我不是一个很好的生物学家。我们的想法很好,实验构想很好,设备也很齐全,却全让我搞砸了;因为我给她的是受到感染的核糖体,那是在这种实验中所可能犯的最严重错误了。我们的核糖体放在冰箱里将近一个月,早已被其他生物所污染了。如果我重新准备一些核糖体,很认真和小心翼翼地拿去给兰夫罗姆,严格地控制一切,那么实验将会很成功;而我们也将成为首先证实生命的普遍性质的人。我们将证实了在任何生物中,制造蛋白质的机制——核糖体——都是一个模样的。当时我们在恰当的时机做着正确的事情,可是我的做事方式和态度完全像个业余的半吊子,愚蠢而草率。
  你可知道这件事让我想起了什么?我想到福楼拜(Gustave Flaubert)书中包法利夫人的丈夫,一个呆头呆脑的乡下医生。他想出一套如何医治畸形足的方法,可是结果却只令人活受罪罢了。我就像那位没经验的医生!
  我始终没有动笔把噬菌的实验结果写成论文,尽管艾德加不停催促,我却一直抽不出空来。这也是从事跨行工作的毛病了:我不会认真地看待它。后来,我总算写了个非正式的报告给艾德加,他一边读一边笑了起来,因为我没有依照生物学家惯用的标准格式——先写实验程序,再写——等等,而写了一大堆生物学家早已知道的东西。艾德加把我写的改成较为简洁的版本,我却全看不懂。我想他们始终没有拿去发表,我自己也从来没有直接发表那些实验结果。
最爱的还是物理
  另一方面,华森认为我的噬菌实验颇有价值,因此邀请我到哈佛大学去一趟。我在哈佛生物系做了一次演讲,讨论位置十分接近的突变及反突变。我告诉他们,我的想法是:第一次突变使蛋白质发生变化,例如改变了某个氨基酸的酸碱度;而第二次突变则改变了同一蛋白质内的另一个氨基酸,但酸碱度的改变跟第一次突变时刚好相反,因而抵消了第一次突变的部分效应——没有完全抵消,但足以让噬菌恢复部分的功能。用另一种说法,我觉得那是在同一蛋白质内出现的两次变化,它们的化学效应却刚好有互补作用。
  然而事实却不是那样。几年之后,有人发现——很显然这些人找到了能迅速引发和观测突变的技巧——真正发生的是,在第一次突变中,整个DNA盐基不见了,如此一来DNA内的密码顺序与前不同,而无法“解读”了。第二次突变则有两种可能的情况:一是一个盐基被嵌回去,否则就是另外两个盐基又被拿走了,总之结果是密码又可以解读了。因此,第一次和二次突变发生的位置愈是接近,DNA内被破坏的信息便愈少,噬菌的功能就回复得更完整。
  连带的,每个氨基酸的密码有三个“字母”(即三个盐基)的事实,也获得证实了。
  在哈佛大学的那个星期里,华森提出了些构想,我们一起做了几天的实验。那个实验没有做完,但我已从这位生物界的顶尖高手那里,学到了许多实验新技巧。那也是我很得意的时刻!我居然在哈佛大学的生物系里发表演讲呢!事实上,这可以作为我一生中的写照:我永远会一脚踏进某件事情中,看看到底能做到什么地步。
  在生物学这领域里,我学到了很多,得到很多宝贵经验。我甚至连那些古怪的生物名词也会念了,更不用说写论文或做演讲时应该避免的错误,又或者是醒悟到某项实验技巧的缺失等等。
  可是我真正热爱的是物理,我总是会回到物理的世界里去!
当科学大师碰上菜鸟
  在普林斯顿念研究院时,我曾经当过惠勒教授的研究助理。他给我一个题目,没想到太难了、做不下去。因此我回过头来,研究早在麻省理工念大学时便有的一个构想,那就是:电子不会作用于自己身上,而只会和别的电子相互作用。
  问题是这样的:当电子晃动时、它会辐射出电磁波,这等于散发出能量,而损失能量即意谓有某个力作用在电子上。
  更进一步考虑,晃动一个带电的电子所用的力,与晃动不带电的电子所用的力,一定不一样。因为假使在两种情形中所施的力完全一样,但已知在一种情况下粒子损失能量,另一种情况下则不会损失能量——这好像是对同一个问题出现了两种不同答案,根本是不可能的。
  当时的标准理论,是电子对自己作用而产生力,称为“辐射反应力”(radiation reaction)。当我在麻省理工开始推敲这个想法时,我并没有注意到这个问题;我一直认为,电子只会对其他电子施加作用。等我到了普林斯顿之后,才听说有这些标准理论,也才明白,原来的构想碰到大麻烦了。
  这时我的想法是:首先让这个电子晃动,然后根据我的想法,它对附近的电子作用,使它(们)晃动起来。这些被扰动的电子所产生的效应,才是辐射反应力的来源。于是我做了些计算,带着结果去见惠勒教授。
  惠勒教授想也不想,马上说:“噢,这里不对,因为你等于说它和其他电子间距离的平方成反比,可是它不应跟这些变量有关。而且,它应该与其他电子的质量成反比,也跟其他电子的电荷成正比。”
  使我难过的是,他怎么已经做过这些计算。后来我才明白,像惠勒那样的大师,你给他一个问题,他可以立刻“看”出其中的重点。
  他接着说:“而且这会受到延迟,因为辐射波返回较晚。
  因此你描述的只不过是反射光。”
  “哦!当然。”我颓丧地说。
  “等一下,”他说,“让我们假定这反射光是一种超前波,换句话说,这是逆着时间的反应;那么它会在正常时间返回。我们已知道这个效应跟距离平方成反比,如果有很多电子充满整个空间,而且电子数目随距离平方成反比,也许所有的效应便可刚好互相抵消。”
  我们发现这个想法确实可行。再次计算的结果非常完美,各方面都对应无误。在古典物理的范围内,这个理论很可能是正确的,尽管它跟麦克斯韦(James Clerk Maxwell)或洛伦兹(Hendrik Antoon Lorentz)提出的标准理论都有很大差异。但它没有电子自我作用理论中出现一些无限大的量造成的困扰;它十分巧妙,且包含了作用量、延迟效应、时间上的向前和向后等物理现象。我们称这套理论为“半超前——半延迟势位”。
  惠勒和我觉得,下一步是把目标转向量子电动理论,因为我认为那里也出现了电子自我作用的困难。我们设想,如果我们能够克服这个古典物理中的困难,然后从中发展出一套量子理论,等于同时矫正了量子理论的缺失。
  我们可以说已弄通了古典的理论部分。这时惠勒对我说:“费曼,你年纪还轻,应该就这题目做一个研讨会报告,你需要多练习上台讲演。同时我会把量子理论部分弄出来,过一阵子再做报告。”那将会是我的第一次学术报告,惠勒跑去跟维格纳(Eugene Wigner)教授说好,把我排进研讨会的日程表中。
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