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别闹了费曼先生

_2 费曼(美)
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、伯克利,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——在我想象中,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10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,就往上加甘酞树脂,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)大校当水往外喷出时,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!”
第二部 误闯普林斯顿
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,我拼命提醒自己,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!澳忝蔷醯梦姨枚穑拷淌诨崛梦遗蕴穑俊蔽椅省?
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。它不停地提到伸饥屈肌或排肠肌等等。这个饥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15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6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50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8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。
爱因斯坦也来了
轮到我做报告之前一两天,我在走廊上碰到维格纳。“费曼,”他说,“我觉得你跟惠勒合作的研究很有趣,因此我已请了罗素来参加你的研讨会。”罗素(Henry NorrisRussell),当代大名鼎鼎的天文学家,要来听我的报告!
维格纳继续说:“我想冯诺曼教授也会有兴趣。”冯诺曼(John von Neumann)是当时最伟大的数学家。“而刚巧鲍立教授从瑞士来访,因此我也请了鲍立来。”天哪!鲍立(Wolfgang Pauli),1945年诺贝尔物理奖得主,也是很有名的物理学家呢!这时我吓得脸都黄了。最后维格纳说:“爱因斯坦教授很少参加我们每周一次的研讨会,可是你这个题目太有趣了,因此我特别去邀请他,他也会来。”
这时我的脸一定变成绿色了,因为维格纳还说:“不!
不!不用担心!不过我得先提醒你:如果罗素教授边听边打瞌睡——而他是一定会睡着的——那不表示你的报告不好,他在每个研讨会中都打瞌睡。另一方面,如果鲍立教授不停点头,好像表示赞同你说的一切,也不要得意,鲍立教授患了震颤麻痹症。”
我回去告诉惠勒。当初他要我做演讲练习,现在却有这些科学大师要来听我的报告,使我很不自在。
“没关系,”他说,“不用担心,我会替你回答所有的问题。”
我努力准备报告,到了那天,我跑进会场,却像许多没有做过学术报告的年轻人一般,犯了同样错误——在黑板上写了太多的方程式。要知道,年轻小伙子都不懂得在什么时候说:“当然,这跟那成反比,而这会如此这般地演变……”因为事实上,在座的听众早已知道这些,他们都“看”明白了;可是只有他自己不晓得。他必须靠实际的推算才得出结论——因此他写下一大堆方程式。
会前,我就在黑板上上下下写满了一大堆,还在写着,爱因斯坦跑进来,和颜悦色他说:“哈罗,我来参加你的研讨会。请问你,茶放在哪里?”
我告诉了他,继续写我的方程式。
报告时间终于到了。我面前坐了这些科学大师,全在等我开口讲话!我生平第一次学术报告,却碰上这样的听众!
我的意思是说,他们会问很多难题,我将会大大地出丑了!
我还清楚记得,从牛皮纸袋抽出讲稿时,双手不住地发抖。
但奇迹出现了——事实上我很幸运,类似的奇迹在我一生中一再发生——只要我开始思考物理、必须全神贯注于要说明的问题上,我的脑袋中就再没有其他杂念,完全不会紧张。因此当我开始报告以后,我根本不知道听众是谁了;我只不过在说明这些物理概念。事情就那么简单!
报告结束,开始问问题的部分。坐在爱因斯坦旁边的鲍立首先站起来说:“我不认为这个理论正确,因为这个,这个和这个……”他转头去问爱因斯坦:“你同不同意,爱因斯坦教授?”
爱因斯坦说:“不——,”声音拉长,带着浓重德国口音,很悦耳的一声“不”,很有礼貌。“我只觉得,要替引力交互作用构思一套同样的理论,必定十分困难。”他指的是广义相对论,也是他心爱的“小孩”。他继续说:“由于目前我们还没有足够的实验证据,因此我并不很确定哪些才是正确的引力理论。”爱因斯坦了解,很多想法可能跟他的理论不一样,他很能容忍别人的想法。
我真希望我当时把鲍立说的话记下来,因为几年之后,我发现那套理论用来构筑量子理论上,确是不够。很有可能,伟大的鲍立早已注意到其中的问题,而且当时已对我说明;但由于我不用回答问题,心情太过放松,以致没有仔细听。
我倒是记得,跟鲍立一起走上帕尔玛图书馆的台阶时,鲍立问我:“等惠勒做演讲谈量子理论时,他会说些什么?”
我说:“我不知道,他没有告诉我。这部分是他在做。”
“哦?”他说,“这家伙自己闷着头在做,而没有告诉助理究竟他在做些什么?”他靠过来,用低沉、神秘的语调说:“惠勒不会举办那个演讲的。”
果然,惠勒一直没有提出报告。原先他以为轻易便可解决跟量子理论有关的部分;他还以为已经做得差不多了,但事实上并没有。到了该他做报告时,他明白了他根本不知应该怎样着手,所以没什么可报告。我也始终没有解决那“半超前——半延迟势位”的量子理论。而老实说,我还为此花了许多年的功夫呢!
真正男子汉
我经常形容自己是个“没文化素养的”或“反知识”分子。之所以会变成这样,我想原因可以回溯到中学时期。
那时,我一天到晚担心自己太过娘娘腔,像个文弱书生。
对我来说,真正的男子汉大丈夫,是不会把心思放在诗呀、歌呀这类事情上的。我甚至从没有想过,到底诗是怎么写出来的!也因此我很看不惯那些读法国文学、音乐或诗等“优雅”事物的男生。我比较欣赏钢铁工人、焊工或机器房的技工。我常常觉得,那些在机器房里工作、能够制造出东西来的人,才是真正的男子汉!那就是我当年的心态。
在我看来,作个讲求实用的人是一种美德,但成为“有文化素养的”或“有知识的”就不是。前一句话当然没错,但事实上后一种想法却极为荒谬。
总之,到了普林斯顿研究院之后,我还抱持着那种心态,等一下你就会明白我的意思。那时候我经常在一家叫“爸爸小馆”的精巧小餐馆中吃饭。有一天,我正在那里用餐,一个穿着工作服的油漆工人从楼上跑下来,坐到我的附近,他是餐厅老板请来粉刷楼上房间的。我忘记是怎么开始的,我们交谈起来,他提到在油漆这一行,要学的东西还真多。“例如,”他说,“拿这餐厅来说,如果让你来决定的话,你会用什么颜色来漆这里的墙壁?”
我说我不知道,他就说:“在这样的高度你要刷一截深色宽条,因为坐在餐椅上的客人,总是会用肘部在墙上磨来擦去。所以这个部分不能用白色,否则很容易弄脏。
可是再往上则相反,因为那样才能让顾客觉得餐厅很干净。”
那家伙好像很在行,而我就坐在那里,呆呆地听他说下去:“你也必须懂得颜色的道理,弄清楚怎样把油漆混在一起得出各种颜色。举个例子吧,黄色是用哪几种颜色调出来的?”
我不能确定如何调出黄色的油漆。如果是光,我就知道是要用绿光和红光,但他说的是油漆。因此我说:“如果不用黄漆,我便不知道你怎样调出黄色来了。”
“噢,”他说,“如果你把红的和白的混在一起,便可以配出黄色来了。”
“你确定不会配成粉红色吗?”
“不,”他说,“你得到的是黄色。”我相信了他的话,因为他是个职业油漆工人,而我一直都很景仰这一类型的人,可是我还是不懂他怎么做到这点。
我突然想到一个主意,说:“那一定是什么化学变化所引起的。你用的一定是些会引起化学变化、很特别的颜料吧?”
“不,”他说,“什么颜料都行。你跑去‘五分一毛’平价商店买些油漆回来,就是一般的红漆和白漆,我调些黄色的油漆出来给你看。”
这时我想:“这太奇怪了。油漆我也不是完全不懂,你根本不可能得出黄色来的。但他又很确定可以调出黄色来,这事真有趣,我要看个究竟!”
于是我说:“好,我去买油漆。”
油漆工回到楼上继续干活,餐馆老板走过来对我说:“你怎么还跟他争?他是油漆工,他已经干了一辈子的油漆工了。而他说能调成黄色,你还跟他辩干嘛?”
我觉得很难为情,不晓得该说些什么。最后我说:“我一辈子都在研究光。我认为红加白不可能变成黄,而只能得到粉红色。”
我真的跑到“五分一毛”商店,买了油漆回到餐厅去。
油漆工从楼上下来,餐馆老板也跑来凑热闹。我把两罐油漆放在一张旧椅子上,油漆工就动手调漆。他添一点红,又加一点白,但看起来还是粉红的;他继续加了又加、调了又调。最后他咕咕哝哝的,说什么“我以前随身带着一小瓶黄色的,加进去让它鲜艳点,然后就变成黄色的了。”
“噢!”我说,“当然了!你加上黄色,当然得出黄色,但是没有黄色的话,你便做不到了。”
油漆工自顾自回到楼上工作去了。
这时餐馆老板说:“那家伙胆子真大,居然敢和研究了一辈子光的人争辩!”
什么事都可能发生
从这件事可以看出,我是多么地信任这些“真正的男子汉”。那油漆工告诉了我许多很合理的事情,使我相信可能有那么一个我不晓得的奇怪现象。虽然我预期看到的是粉红色,可是我却死脑筋地想:“如果他真的调出黄色来,那一定是些很有趣的新方法,我非看个究竟不可。”
在研究物理时,我也经常犯类似的错误。我有时会觉得某个理论并不像它表面上看来那么完美,觉得不知什么时候会横生枝节,把它破坏掉。因此我的态度是:“什么事都可能发生,虽然也许实际上你已经很确定应该发生的是什么。”
跟数学家抬杠
在普林斯顿研究院,物理系和数学系共用一间休闲室。
每天下午4点钟,我们都在那里喝茶。这一方面是模仿英国学校的作风,另一方面也是放松情绪的好方法。大家会坐下来下下棋,或者讨论些什么理论。在那些日子里,拓扑学是很热门的话题。
我还记得有个家伙坐在沙发上努力思索,另一个则站在他面前说:“所以,这个这个为真。”
“为什么?”坐在沙发上的人问。
“这太简单!太简单了!”站着的人说,接着滔滔不绝地发表了一连串逻辑推论,“首先你假设这个和这个,然后我们用克科夫理论的这个和那个;接下来还有瓦芬斯托华定理,我们再代入这个,组成那个。现在你把向量放在这里,再如此这般……”坐在沙发上的家伙勉力挣扎要消化这许多东西,而站着的人则一口气又快又急地讲了15分钟!等他讲完之后,坐在沙发上的家伙说:“是的,是的!这真的很简单。”
我们这些念物理的人全都笑歪了,搞不懂这两个人的逻辑。最后我们一致认为,“简单”等于“已经证实”。
因此我们跟这些数学家开玩笑说:“我们发现了个新定理——数学家只懂得证明那些很简单的定理,因为每个已被证明的定理都是很简单的。”
那些数学家不怎么喜欢我们提出的定理,我就再跟他们开个玩笑。我说世上永远不会有令人意外的事件——正因为数学家只去证明很简单的事物。
找数学家麻烦
对数学家来说,拓扑学可不是那么简单的学问,其中有一大堆千奇百怪的可能性,完全“反直觉”之道而行。于是我又想到一个主意了。我向他们挑战:“我跟你们打赌,随便你提出一个定理——只要你用我听得懂的方式告诉我,它假设些什么、定理是什么等等——我立刻可以告诉你,它是对的还是错的!”
然后会出现以下的情况:他们告诉我说,“假设你手上有个橘子。那么,如果你把它切成N片,N并非无限大的数。
现在你再把这些碎片拼起来,结果它跟太阳一样大。这个说法对还是错?”
“一个洞也没有?”
“半个洞也没有。”
“不可能的!没这种事!”
“哈!我们逮到他了!大家过来看呀!这是某某的‘不可量测量’定理!”
就在他们以为已经难倒我时,我提醒他们:“你们刚才说的是橘子!而你不可能把橘子皮切到比原子还雹还碎!”
“但我们可以用连续性条件:我们可以一直切下去!”
“不,不,你刚才说的是橘子,因此我假定你说的,是个真的橘子。”
因此我总是赢。如果我猜对,那最好。如果我猜错了,我却总有办法从他们的叙述中找出漏洞。
其实,我也并不是随便乱猜的。我有一套方法,甚至到了今天,当别人对我说明一些什么,而我努力要弄明白时,我还在用这些方法:不断地举实例。
譬如说,那些念数学的提出一个听起来很了不得的定理,大家都非常兴奋。当他们告诉我这个定理的各项条件时,我便一边构思符合这些条件的情况。当他们说到数学上的“集”时,我便想到一个球,两个不相容的集便是两个球。然后视情况而定,球可能具有不同的颜色、长出头发或发生其他千奇百怪的状况。最后,当他们提出那宝贝定理时,我只要想到那跟我长满头发的绿球不吻合时,便宣布:“不对!”
如果我说他们的定理是对的话,他们便高兴得不得了。
但我只让他们高兴一阵,便提出我的反例来。
“噢,我们刚才忘了告诉你,这是豪斯道夫的第二类同态定理。”
于是我说:“那么,这就太简单,太简单了!”到那时候,虽然我压根儿不晓得豪斯道夫同态到底是些什么东西,我也知道我猜的对不对了。虽然数学家认为他们的拓扑学定理是反直觉的,但大多数时候我都猜对,原因在于这些定理并不像表面看起来那么难懂。慢慢地,你便习惯那些细细分割的古怪性质,猜测也愈来愈准了。
不过,虽然我经常给这批数学家找麻烦,他们却一直对我很好。他们是一群快乐的家伙,构思理论就是他们的使命,而且乐在其中。他们经常讨论那些“简单、琐碎”的理论;而当你提出一个简单问题时,他们也总是尽力向你说明。
跟我共用浴室的就是这样的数学家,名字叫做奥伦(PaulOlum)。我们成了好朋友,他一直想教我数学。我学到“同伦群”(homotopy group)的程度时终于放弃了;不过在那程度之下的东西,我都理解得相当好。
我始终没有学会的是“围道积分(contour integration)”。
高中物理老师贝德先生给过我一本书,我会的所有积分方法,都是从这本书里学到的。
事情是这样的:一天下课之后,他叫我留下。“费曼”,他说,“你上课时话太多了,声音又太大。我知道你觉得这些课太沉闷,现在我给你这本书。以后你坐到后面角落去好好读这本书,等你全弄懂了之后,我才准你讲话。”
于是每到上物理课时,不管老师教的是帕斯卡定律或是别的什么,我都一概不理。我坐在教室的角落,念伍兹(woods)著的这本《高等微积分学》。贝德知道我念过一点《实用微积分》,因此他给我这本真正的大部头著作——给大学二三年级学生念的教材。书内有傅立叶级数、贝塞尔函数、行列式、椭圆函数——各种我前所未知的奇妙东西。
那本书还教你如何对积分符号内的参数求微分。后来我发现,一般大学课程并不怎么教这个技巧,但我掌握了它的用法,往后还一再地用到它。因此,靠着自修那本书,我做积分的方法往往与众不同。
结果经常发生的是,我在麻省理工或普林斯顿的朋友被某些积分难住,原因却是他们从学校学来的标准方法不管用。
如果那是围道积分或级数展开,他们都懂得怎么把答案找出;现在他们却碰壁了。这时我便使出“积分符号内取微分”的方法——这是因为我有一个与众不同的工具箱。当其他人用光了他们的工具,还没法找到解答时,便把问题交给我了!
看穿你的心
父亲对魔术之类的把戏向来很感兴趣,总想知道那是怎么一回事。他很了解“观心术”是如何运作的。他小时候住在长岛中央,一个叫做帕楚格(Patchogue)的小镇。
有一次,镇上贴满了海报,说下星期三,一位观心术士即将来访。海报还说,镇上几位德高望重的人士,包括镇长、一位法官及一家银行的总经理,会预先将一张 5元钞票藏在镇上某个地方,到时这位观心术士会把它找出来。
当观心术士来到小镇之后,大家都跑来看他怎么进行。
钞票是银行总经理和法官藏的;观心术士一手牵一个,便往大街的另一头走,走到一个十字路口时,他拐弯,走进另一条街,然后又走上另一条街,走到藏钞票的房子!接着,他牵着这两个人的手,一起走到这幢房子的二楼,走到正确的房间内,再走到一个柜子前面,放开他们的手,打开其中一个抽屉, 5元钞票就藏在那里。整个过程真是戏剧化!
那些年头要受到好的教育很不容易,因此观心术士就被请来当我父亲的家庭教师。我父亲呢,只不过上了一节课,便问观心术士钞票是怎么找到的。
术士说你只要轻轻地牵着他们的手,一边走路时一边略微摇动。当你走到十字路口时,你可以往前、往左或往右走。这时你手稍微往左晃动。如果这方向错误,你会感受到某种阻力,因为他们并不预期你会往那个方向走。如果你走对了方向,由于他们下意识认为你可能成功,因此会较易让路,一点阻力也没有。所以你必须不断晃来晃去,检验出哪条路最轻松。
父亲告诉我这个故事时,提到这大概需要很多练习,他自己从来没有试过这方法。
后来,当我在普林斯顿当研究生时,我想拿一个叫伍德霍德的家伙来做个试验。有一天,我宣布我是一名观心术士,能够看透他在想些什么。我告诉他,他可以在实验室内选定某样物件,然后走出来。实验室内有很多排的桌子,上面放满了各种仪器、电路板、工具及其他有用、没用的东西。我说:“现在我能读出你心里在想的事物,把你带到这物件那里。”
他走到实验室内,挑选好一件东西,走出来。我牵着他的手,轻轻晃动。我们走到一排桌子,再走到一张实验桌前,正正的走到他挑的物件那里!我们一共试了三次。
有一次我一找便找对了——还是藏在一大堆东西之中呢!
另一次,我找对了地点,但物件的位置却差了几英寸。第三次不知哪里出了些问题;但这办法的效果比想象中好多了,简直称得上是容易。
噢,大师!
那以后,大约在我26岁时,有一次我和父亲一起到大西洋城去,那里有各种露天的游乐表演。父亲在接洽公事时,我跑去看一个观心术士的表演。这位术士坐在台上,背向观众,身上穿着长袍,头裹一条巨大头巾。他的助手是个小个子,不停在观众中穿来插去,口中念念有词地喊:“噢,大师!我这本记事本是什么颜色的?”
“蓝色!”大师说。
“那么,神明先生,这位女士的名字是什么?”
“玛丽!”
有人站起来问:“我的名字叫什么?”
“亨利。”
我站起来问:“我叫什么名字?”
他没有回答。显然那个亨利是跟他串通好的,但我想不通这个术士怎么做到其他的把戏?像说出记事本的颜色等。难道他在大头巾内藏了耳机?
见到父亲时,我把这事告诉他。他说:“他们有一套暗号,但我不清楚实际情形怎么样。让我们回去看看是怎么回事。”
我们回到观心术士那里,父亲跟我说:“来,给你 5毛钱。你到后面那个算命的摊位算算命,半小时后我们再碰头。”
我知道他要干什么。他要跟大法师编个故事,如果我不在旁边不停地说:“哦!哦!”事情会顺利得多,因此他把我支开。
等他过来找我时,已经把全部的暗号都弄清楚了。“蓝色是‘噢,大师’,绿色是‘噢,无所不知的学者’等等。”父亲说:“我跟术士说,以前我在帕楚格做过差不多的表演,也有一套暗号,但我们没法做多少套把戏,颜色也没他多。我问他,‘你怎么这样厉害,能够传达这么多信息?’”观心术士很高兴,也很为他的暗号而自豪,居然就把整套秘密告诉了我父亲!父亲是个推销员,这种情况他最会应付了,我可没这种本领呢!
草履虫·蜻蜓·蚁
我很小的时候就有自己的“实验室”。当然,如果说要测量什么或做重要的实验,那就算不上实验室了。其实,我只是待在那里玩而已:我自己做马达,或者利用光电管做些小玩意——比方设计一个小电子玩意儿,有东西在光电管前晃过时,会启动另一组零件等;我也找来一些硅片玩。总之,我在那里天马行空地率性而为。只有在做灯座时,我做过一些计算,看如何利用开关及灯泡来控制电压;但这些都只能算是应用而已,我还没真正做过什么伟大实验。
我还有一座显微镜,经常沉迷于镜下的世界;这也需要很大的耐性。我把东西放到显微镜下,看个没完没了。跟其他人一样,我看到许多有趣的事物,像硅藻慢慢地从玻璃片这一头游到另一头……等。
一天,我在观察草履虫,无意中看到一些在中学、甚至大学课本里都没有提到的现象。我经常觉得,这些课本都自以为是地把世界简化了。他们说:“草履虫是种极端简单的生物,行为更是如此。当它们碰到其他东西时会退后,转个角度重新出发。”
但其实不对。首先,许多人也知道,草履虫有时互相触碰,交换核细胞。我感到有趣的是:到底它们怎样决定在什么时候交换核细胞?(不过这跟我观察到的事情无关。)我确实看到草履虫碰到东西之后反弹回来,转个角度再继续前进;可是它们的动作一点都不机械化——不像课本形容的那样。它们移动的距离不一,反弹回来的距离也不一样,在不同情况下,转的角度也大小不一;它们更不一定都向右转或左转——一切看起来都是不规律的。事实上,我们并不清楚它们碰到什么,更不知道它们嗅到什么化学物品。
我想观察的一个现象是,草履虫周围的水干掉以后,它会怎样?据说,草履虫会变干、变硬,像颗种子一样。于是我在玻璃片上滴了一滴水,放到显微镜下。我看见一只草履虫和一些“小草”——对草履虫来说,这些小草已经像一张巨大的麦杆网了。过了10多分钟之后,水滴逐渐蒸发,草履虫的处境愈来愈艰困了。它前后游动,愈来愈快,直到不能再动,最后,它被卡在“草棒”之间,无法动弹。
然后,我看到一些从未看过、也从没听说过的事:草履虫的样子变了,居然可以像变形虫一样改变形状!它紧挨着一根草棒,开始分叉,好像螃蟹的两根钳子一般。分到它身体的一半长度左右,突然它大概觉得这样下去没什么好处,于是又回复原状。
因此我的印象是,课本对这些小动物的描述太简略了。
事实上它们的行为都不是那样机械化或没变化的,这些书真应该正确地描述它们才对。而假如我们连单细胞动物的多姿多采都不大了解,我们就不要奢望能够明白更复杂的动物行为了。
长脚针来了!
我也很喜欢观察小昆虫。大约13岁时,我读过一本谈昆虫的书——它说蜻蜓是无害的,也不会叮人。但从小我们就称蜻蜓为“长脚针”,邻居都认为被它们叮到是很危险的。
因此,如果我们在外头打棒球或玩耍时,一有蜻蜓飞近,大家便四散飞奔找地方躲藏,同时挥手尖叫:“长脚针来了!
长脚针来了!”
有一天,我们在海滩上玩耍,一只长脚针飞过来,大家都在尖叫乱跑,我却在那里不动如山。“不用怕!”我说,“书上说长脚针不会叮人的!”
它飞到我脚上,每个人都拼命喊,现场一团糟,只因为这只长脚针“站”在我的脚上。但我这个神奇的科学小子,却固执地相信它不会叮我。
也许很多人以为,最后我被叮了——不!这次书上说对了。但我可真的吓出一身冷汗。
那时候,我还有一个小小的玩具显微镜。我把里面的放大镜拿下来,利用它来观察周围的事物。在普林斯顿当研究生时,我还经常把这片放大镜放在口袋里。有一次无意中拿出来,观看正在常春藤旁爬来爬去的蚂蚁,一看之下,不禁兴奋得大叫起来。那里有一只蚂蚁和一只蚜虫。蚜虫是一种害虫,可是蚂蚁都会来照顾它们。如果蚜虫寄生的植物开始枯萎,蚂蚁便把蚜虫搬到别的植物上。在这个过程中,蚂蚁也有好处,就是从蚜虫身上取得称为“蜜露水”的蚜虫汁。
这些我都知道,因为父亲告诉过我,但我从来没亲眼看过。
我看到的情形是,一只蚂蚁走到蚜虫旁边,用脚拍它——在蚜虫全身上下拍、拍、拍,真是有趣极了!接着,蜜汁便从蚜虫背部分泌出来。在放大镜之下,蜜汁看起来像一个很大、很漂亮、闪闪发光的七彩大汽球。之所以成为球状,是因为表面张力作用的关系。至于它会发出各种光芒,却是因为我那玩具显微镜并不很好,放大镜有色差——但总之,那看来真是美极了!
小蚂蚁用它的两只前脚,将蜜汁球从蚜虫背上挪下、举起来!在它们这样微小的世界里,连水都可以一颗一颗地举起来!我猜蚂蚁脚上可能有些油腻的物质,因此当它把水球举起来时,也不会把球弄破。然后,它用嘴巴把蜜汁球的表面咬破,表面张力便崩溃,整滴汁就一股脑儿流到它的肚子内。整个过程实在太有趣了!
蚂蚁如何认路?
我住的宿舍里有一个凸到外面的窗,窗槛是U字形的。
一天,有些蚂蚁爬到窗槛上逛来逛去。我突然好奇起来,很想知道:它们是怎样找到东西的?到底它们怎样知道该往哪里去呢?它们能不能互相通报食物在哪里,就像蜜蜂那样?它们对事物的外表有没有任何知觉?
当然,这些都是外行人才会问的问题;大家都知道答案,只有我不知道,因此我要做些实验。首先我把一条绳子拉开绑在窗子的U字形上,把一张硬纸片折起来,在上面沾满糖,然后挂在绳子的中央。这样做的用意,是要把糖和蚂蚁分隔开,使蚂蚁不能碰巧地找到糖,我要好好控制这个实验。
接下来我折了很多小纸片,这是用来运蚂蚁的。纸片放在两个地方,一些挂在绳上,在糖的旁边;另一些放在蚂蚁出没的地点,整个下午我就坐在那里,一边看书一边监视,直到有蚂蚁跑到我的纸片上,我便把它搬到糖那儿。
搬了几只蚂蚁过去之后,其中一只偶然跑到旁边的纸片上,我又把它搬回来。
我想看的是,要过多久其他蚂蚁才知道这个找食物的通道。结果是一开始时很慢,后来却愈来愈快,我运蚂蚁运得应接不暇,简直快发疯了。
当这一切正在热烈进行之际,我突然开始把蚂蚁从糖那里送到别的地方去。现在的问题是,它们到底会爬回最初的地方,还是会跑到它刚刚待过的地方?
过了一会儿,我放纸片等蚂蚁的地方清闲得很,一只蚂蚁也没有(如果爬到这些纸片上,经由我的运送,它们便可以再回到糖那里);但在第二个地方,却有许多蚂蚁徘徊找它们的糖。因此我结论:它们都跑回刚刚待过的地方。
另一次,在通往窗槛的糖的通道上,我放了很多显微镜玻璃片,让蚂蚁走在上面。然后,我改变玻璃片的排列顺序,或者是用新的玻璃片把其中一些旧的替换掉。我证明了蚂蚁对物件的外表,是没有知觉的,因为它们搞不清楚东西在哪儿。如果它们循着一条路而找到糖,但同时有更短的路可以回来,它们也永远找不到这条较短的路。
而重新排列玻璃片,也清楚显示了蚂蚁会留下一些痕迹。接下来,我很容易便安排了许多简单的实验,看看这些痕迹多久会干掉、是否容易被抹掉等。我也发现痕迹是没有方向性的。如果我捡起一只蚂蚁,转几个圈,再把它放回去,它往往不知道现在走的方向跟刚刚不一样,直到它碰上另一只蚂蚁,它才晓得走错了方向。后来在巴西时,我碰到一些樵蚁(leaf-cutting ant,能将叶片咬下来的蚂蚁),于是做了同样的实验,发现它们在短距离内分得出自己是向着食物走抑或走离食物。我猜它们留下的痕迹藏有玄机,可能是一连串的气味系列:气味A、气味B、空档、气味A……等等。
又有一次,我想让蚂蚁走圆圈,但我没足够耐心完成这个实验;我想这应该不难做到。
嗅着同伴气味回家
这些实验的困难之一是,我的呼吸会吓到蚂蚁。这一定是从远古时候,为了逃避某些喜欢吃它们或骚扰它们的天敌,而遗留下来的本能反应。我不确定是由于呼吸的温暖、湿度还是气味干扰了它们;总之在运送蚂蚁时,我得暂时停止呼吸,偏过头去,以免把它们搞胡涂或吓坏了。
我很想弄明白的一件事是,为什么蚂蚁的痕迹都那么直、那么好看。它们看来很清楚自己的目的,好像很有几何概念似的;但从我的实验结果看来,它们谈不上有任何几何概念。
多年以后,我在加州理工学院教书,住在阿拉米达街上的一幢小房子内。有一天,浴盆周围有一些蚂蚁在爬。我跟自己说:“这个机会太难得了。”我在浴盆的另一头放了些糖,坐在旁边看了一下午,终于等到有一只蚂蚁找到了糖。
这部分不难,有耐性就行了。
一旦蚂蚁发现到糖的所在,我就拿起准备已久的彩色笔跟在它的后头画,这样便可知道它的痕迹是什么形状。根据以前做过的实验,我早已知道,蚂蚁是不会受到铅笔痕迹影响的,它们毫不停顿就走过去;因此我那样做不会影响到实验的可靠度。不过,由于这只蚂蚁在回家途中好像有点迷路,因此画出来的线有点曲曲折折,不像一般的蚂蚁痕迹。
当下一只蚂蚁找到糖,开始往回走时,我用另一种颜色来描下它走过的路径。值得一提的是,第二只蚂蚁跟随第一只蚂蚁的回路走,而不是沿着自己来的路回去。我的想法是,当某只蚂蚁找到食物时,它所留下的痕迹要比平常闲逛时,所留下的强烈得多。
这第二只蚂蚁走得很急,大致沿着原来的痕迹走。不过由于痕迹歪歪曲曲,而它又走得太快了,因此经常“滑”出痕迹之外。但当它到周围乱闯时,常常又找到正确的痕迹。
总之,第二只蚂蚁走回家的路线,比第一只蚂蚁走的路线直得多。随着一只只匆忙又大意的蚂蚁走过这条通道之后,痕迹得到了“改进”,愈来愈直了。
用铅笔跟踪了八到十只蚂蚁之后,痕迹已变成直直的一条线了。这跟画画有点像:首先你随便画一条线;然后沿着它再画几次,一会儿就画出一条直线了。
我记得小时候,父亲告诉过我,蚂蚁是多么奇妙、多么合群的生物。我也常常仔细观察三四只蚂蚁,如何合力把一小块巧克力搬回巢里。有趣的是,第一眼看来它们确实是效率奇高、合作得很好的小家伙。但如果仔细看,你会发现完全不是那么一回事。从它们的动作来看,巧克力好像是被什么神奇力量举起来似的,它们各自从不同的方向乱拉,而在搬运途中,其中一只蚂蚁可能还会爬到巧克力上。巧克力不断摇摇晃晃、左右移动,没有共同方向——巧克力并不是平顺快速地运抵蚁巢的。
巴西的樵蚁在某些方面很“优秀”,但它们也有些很有趣的笨习性。事实上,我很惊讶在进化过程里,这些习性还被保留下来。樵蚁要费很大力气,才在叶片上切割出一条圆弧,拿下一小片树叶,可是当它辛苦切割完毕之后,却有50%的可能性会拉错地方,使得叶片掉到地上,而不得不重新开始割另一片叶、有趣的是,它们从来不会去捡那些已经被咬下来的叶片。因此很明显,樵蚁在这方面并不怎么精明。
保卫食物柜
在普林斯顿时,蚂蚁还发现了我的食物柜,找到我的果酱、面包及其他食品。食品柜离开窗户有一段距离,于是经常有这么一长串的蚂蚁雄兵,在房间地板上横行,向我的食物进攻。这正好发生在我进行各种蚂蚁实验的期间,因此我想:有没有什么方法阻止它们侵袭我的食品柜?当然,我不是指用毒药之类的方法,因为我们对蚂蚁也必须要人道点!
最后,我采用的方法是:首先,我在离它们进入室内入口处8英寸左右的地方,放了一些糖,但它们并不晓得这些糖的存在。然后,再度使用我的搬运技术——每当有带着食物的蚂蚁跑到我的运送器上时,我就把它带到糖那里去。向食物柜前进的蚂蚁,如果爬到运送器上,我也把它捡起来送到有糖的地方。
慢慢地,蚂蚁找到了一条从放糖地方走回蚁穴的路,路上的痕迹愈来愈强;而原先通到食物柜的通路,就愈来愈少蚂蚁在用了。我很清楚,再过半小时左右,旧路上的痕迹就会全部干掉;再过一个小时,它们便不会再碰我的食物了。
好玩的是,我连地板都不必擦。事实上,我只不过把蚂蚁运来运去而已!
第三部 从军记
我要报效国家
当二次大战已在欧洲爆发开来,美国仍未正式宣布参战时,大家开始谈论要做好战争准备,当个爱国者。报纸上大幅报导,许多生意人自愿到普勒斯堡(Plattsburg)及纽约等地,接受军事训练。
我开始想,我也应该有些贡献才对。这时,我在麻省理工学院兄弟会认识的一个朋友梅尔,已经加入陆军的信号队。
大学毕业之后,梅尔便带我去见信号队在纽约办公室的上校。
“上校,我想替国家做点事。我是技术思考型的人,也许有些事可以帮上忙。”我说。
“很好,但你先要去普勒斯堡的军营接受基本训练,然后我们才能用你。”上校说。
“难道没有其他更直接的方法,让我派上用场?”
“没有。军队就是这样规定的,按规矩办事吧。”
走到外面,我坐在公园里想这件事。我想了又想,觉得也许应该依他们的方式加入军队。但幸好我再多想了那么一下,最后决定:“管他呢!我要再等一下,也许出现什么转机,让我能更有贡献。”
圆了从军梦
于是我跑去普林斯顿念研究院,到了春季时我再去纽约,向贝尔实验室申请暑期工作。我很喜欢逛贝尔实验室。
发明半导体的萧克利带着我四处参观。我记得在一个房间内,有人在玻璃窗上做了许多记号。窗外,可以看到工人正在建造华盛顿大桥,而贝尔实验室的人一直在观看工程的进展。当工程人员把桥的主缆索架上时,他们就在窗上依缆索的形状描下曲线;而当桥梁陆续吊在缆索上、曲线慢慢变成抛物线时,他们记录下各种细微的差异。这正是我喜欢做的事情。我简直是崇拜这些家伙,希望有那么一天,能跟他们一块儿工作。
实验室的人带我去一家海鲜餐馆吃午饭。当他们发现,那天午餐可以吃到牡蛎时,都很高兴。住在海边的我,却连看也不想看海鲜类食物;我连鱼都不敢吃了,更不用说牡蛎。
但我又想:“我应该勇敢些,吃一个牡蛎看看。”
我吃了,那感觉真恐怖。但我又想:“那还不足以证明我是个男子汉大丈夫。吃第一个牡蛎之前,你还不知道感觉会有多恐怖,因为在一无所知的情况下吃,还算容易呢!”其他人不断谈论那些牡蛎的味道有多好,于是我再吃了一只,而这次的感觉,又比上一次恐怖。
这大概是我第四或第五次造访贝尔实验室吧?但这次他们接纳了我的申请,我高兴极了,在那个年代,要找到能跟其他科学家在一起的工作,并不容易。
另一方面,普林斯顿校园内突然风起云涌。来自陆军的楚拉彻将军跑来对我们大声疾呼:“我们一定要聘请物理学家!物理学家对我们军队太重要了!我们急需3名物理学家!”要知道在那些日子,一般人根本不知道物理学家是些什么东西。例如,连爱因斯坦也被归为数学家,很少听谁说需要聘请物理学家的。我想:“这是我报效国家的机会了。”随即报名替军队工作。
我问贝尔实验室,能不能让我在暑假时先替军队工作,他们说贝尔实验室也有很多跟战争相关的计划,我要的话可以加入。不过,当时我在发“爱国热”,因此而丧失了个大好机会。事实上,较为聪明的选择是留在贝尔实验室,但在那些年代,人很容易爱国爱昏了头。
第一件差事:研究“恐龙”
我被派到费城的法兰克福军火营,去研究一只“恐龙”——一部用来引导炮火发射的机械式计算机。当敌机飞过时,炮手利用望远镜锁定它,而这部机械式计算机就靠它的齿轮、凸轮等来预测飞机的航线。这部计算机设计得很巧妙,建造也很精美。它运用的一项重要技巧,是“非圆形齿轮”——也就是说,不是传统的圆形齿轮;但它们互相咬合,运作良好。由于转动时,齿轮的半径会不停地改变,因此这个齿轮的转动,就成为另一个齿轮的函数了。
不过,当时这种机械已经日渐没落了,不久,电子计算机便堂皇登常至于军方呢,在说了这么多关于物理学家的好话后,他们分派给我的第一份差使,却是按着设计图查看齿轮造的对不对!这样做了一段时间之后,负责这部门的家伙逐渐发现我会的远不只这些,在很多事情也可派上用场;因此他花在跟我讨论问题上的时间,也愈来愈多。
法兰克福有个机械工程师,不停地设计新东西,却没有一件成功。有一次,他设计了个箱子,里面满满都是齿轮,其中有一个直径达8英寸,有6根轮辐伸出来——像只八爪章鱼般的大齿轮。那家伙很兴奋:“老板,你看这怎么样?这设计好不好?”
“很好!”我们的上司说,“现在你只要给每条轮辐加一个‘过轴器’,让齿轮能转就好了!”原来这位仁兄设计的轴正好卡在两根轮辐之间!
老板接着告诉我们,过轴器是真有其事的;原先我还以为他在开玩笑呢。他说那是德国人发明的玩意,用来防止英国扫雷艇扫走他们布置在海底的水雷。这些水雷被缆索固定,悬浮在海底某个深度;有了过轴器,德国水雷的缆索就可以让英国扫雷艇的缆索通过,就像通过转门一样。
因此,给所有的轮辐安上过轴器是可能的。但其实我们老板并没有真的要那位机械工程师这样做,而是要他重新设计轴的位置。
别让中尉乱说话
每隔一段时间,陆军会派一位中尉来查看我们的情况。
老板说由于我们属民间单位,中尉的地位就比我们任何人都高;因此,“什么也别告诉中尉,”他说,“一旦他认为,他知道我们在做什么,他就会乱发号施令,把所有事情都搞砸。”
那时,我也在设计一些东西,但当这位中尉跑来看时,我装出一副不知道自己在做什么的样子,让他以为我只不过是依令行事。
“你在这里干什么,费曼先生?”
“哦,他们要我沿着各个角度画一组直线,然后按照这个表,从中心点量出不同距离,再把它们……”“这到底是什么东西?”
“我想这是个凸轮吧。”事实上,这个东西从头到尾都是我设计的,我却装出一副别人说什么,我就做什么的样子。
中尉从任何人口中都套不出什么来,我们就继续逍遥快活、相安无事地过下去,继续研究那具机械计算机,不受任何干扰。
有一天中尉跑来,问我们一个很简单的问题:“假如负责观察和追踪飞机的人,跟炮手不在同一位置,那会怎么样?”
大家都吓了一大跳,因为我们在设计这部东西时,想的都是极坐标——就是说,标示位置时,都是用角度及距离中心点有多远等。如果我们使用一般的X-Y坐标,中尉的问题便很好解决,计算机只须加加减减便好了。但是用极坐标来处理的话,便简直是一团糟了!因此,我们拼命防止这位中尉乱说话,要我们做这做那;可是到头来,他却说了很有用的话,提醒我们在设计这部机器时忽略的重点!后来我们费了很大的力气,才解决这个问题。
夏天快结束时,他们分派给我一件真正的设计工作。
那时英国发明了用来追踪飞机位置的仪器,就是“雷达”了。每15秒,雷达会在画面上出现一点;我要设计的仪器,就是能根据这些点而画出连续的曲线。这是我头一次设计这种机器,多少有点胆怯。
我跑去请教一位同事:“你是机械工程师,我对机械工程一窍不通,但我刚接下这份工作……”“这没什么啦,”他说,“来,让我教你。设计这些机器时,你只要记住两条规则便行了。首先,每个轴承的摩擦力是多少多少……齿轮咬合的摩擦力又是多少多少。根据这些,你便可以计算出需要多少力才能驱动它。第二,如果你知道齿轮比数,比方说2比1,而你在想是否应该采用10比5、24比12或是48比24,那么你怎么决定呢?你可以翻开‘波士顿齿轮目录’,选择列在表内中央部分、齿数不多也不少的齿轮便可以了。齿数太多的齿轮很难制造,齿数太少的又很容易断,中庸之道准没错。”
后来实际设计那部机器时,我觉得好玩极了——只要挑选列在表内中央部分的齿轮,再利用他给我的两个数据,我就可以当机械工程师了!
陆军方面并不希望我过完暑假就回去普林斯顿继续修学位,他们不断跟我灌输爱国思想,又说如果我愿意留下来的话,他们可以让我独力统筹计划,设计另一部称为“指挥家”的机器。不过,我觉得这个计划比较简单,因为在这个设计里,炮手同样坐在飞机里,跟敌机在同一高度飞行。炮手将飞行高度以及估计跟敌机之间的距离输进“指挥家”内,“指挥家”就自动将枪炮对准敌机,点燃引线。
作为计划主持人,我必须经常去另一个军营查阅发射资料;他们已有若干初步数据。而我注意到,在那些飞机经常巡行的高空中,却很少有发射纪录。当我追问原因时,才发现原来炮手使用的不是定时引线,而是火药条引线。
这种火药条引线在那种高度不能发挥作用——它们在稀薄空气中,“嘶”的一声就熄掉了。
原先,我以为只要依据不同高度的空气阻力,加以校正就行了;可是,后来我发现,我的任务是要设计一部让炮弹在正确时刻——换句话说,当引线熄灭时——爆炸的机器!
我觉得那太困难了,于是打道回普林斯顿。
猎犬能,我也能
在罗沙拉摩斯(Los Alamos)工作期间,一有空,我便到阿布奎基(Albuquerque)去探望妻子;当时她已住在医院里。从罗沙拉摩斯开车到阿布奎基只要数小时。
有一次我去看她,但还不能立刻进她病房,我就到医院的图书馆去看书。
我在《科学》杂志上看到一篇讨论侦察猎犬的文章,提到它们的嗅觉是多么敏锐。作者叙述了他们做过的实验,像猎犬能够辨认曾经被人摸过的东西等等。我于是想:猎犬真厉害,不知道我们人类的嗅觉有多灵敏呢?
等探病时间到了,我进去探望妻子,对她说:“让我们来做个实验。那边的6个可乐瓶子(她留下半打可乐空瓶子,等清洁工来拿走),你这两天都没去碰它们了,对不对?”
“没错。”
我把空瓶子提到她身边,完全没有碰到它们,然后说:“好,现在我到外面去。等我出去之后,你拿个空瓶,握在手里两分钟左右再放回去。我回来后,看看能不能认出是哪一个。”
我走出去,她拿起一个瓶子,摸弄了好一会——这已算很久了,因为我不是猎犬!根据那篇文章所说,猎犬甚至能够辨认出你才刚碰过的东西。
我回去一看,这太明显了!我甚至闻也不用闻,因为它的温度跟其他瓶子不一样,而它的味道闻起来也明显的不同。
如果你把脸凑过去,就会感觉到它的湿气比其他瓶子重,也较暖。结果实在太明显了,使得这个实验失去了预期的功效。
然后我看到书架,说:“那些书你也很久没看了,对不对?这次,等我出去之后,从上面拿一本书,打开它——你只要打开一下便好——再把它合起来放回去。”
我出去之后,她就照我所说,拿一本书,打开、合起来、放回去。我回来时发现,这一点也不困难!你只要闻一闻那些书便可以了。这很难说得清楚,因为我们平常很少谈类似的事,但你只要将每本书放到鼻子上闻几下,就能够说得出是哪一本了——它跟其他书有点不一样。书架上放了很久的书有一种干干的、很单调的味道。但如果它被人手碰触过,它就有一股湿气,味道也不同。
如猎犬般的嗅觉
我们再做了几个实验,我发现猎犬固然是很了不起,但人类也不像他们自认的那样无能。事实上,这只不过人们的鼻子离地面太高而已!
在家里,我注意到我的狗能嗅出我的脚印,知道我走过的路,特别是当我光脚的时候。因此我也试着那样做:趴在地毯上用鼻子嗅,看看能不能分得出我走过、跟没走过的地方,有什么不一样?结果却发现一点也分不出来;因此在这方面,狗确是比我强多了。
许多年后,那时我刚到加州理工学院不久,有一次参加巴查(Robert Bacher)教授家里的聚会,学校里很多人也在那里。忘记是怎么开始的了,但我跟他们谈到闻空瓶子及闻书本的事情。他们当然一个字也不相信,因为我老是被认为是无中生有的专家。我只好当众表演一下。
我们从书架上拿下来八九本书,很小心地避免双手跟书本直接碰触,然后我走出去。有3个人分别碰过3本书:他们各自捡起其中一本书,打开、合上,再放回去。
之后我跑回来,闻遍所有人的手,也闻过了每本书——记不得是先闻手还是先闻书了。我把3本书都找出来,而只认错了一个人。
他们还是不相信我,以为这是什么魔术,拼命推敲我是如何把书和人认出来的。事实上,很多人都知道类似的把戏:你在人群中预先安插好同伙,按照他给你的暗号,便可以得知答案。因此他们拼命在猜谁是我的同谋者。
从那时候起,我就想到一个很好的扑克牌魔术。你可以给观众一副扑克牌,自己走到隔壁房间,让他从中抽出一张再放回去,然后你说:“我会把那张扑克牌找出来,因为我是头猎犬,我只要用鼻子嗅一嗅这些扑克牌,就可以告诉你,刚才你抽的是哪一张了。”当然,听了这套咒语似的声明,他们怎么也不会相信,实际上你正是要那样做!
人手的气味差异很大,那是为什么狗能辨认出不同的人;你真的应该自己试试!所有的手都有种潮湿的气味,吸烟的和不吸烟的手所散发的气味差异最大;女士的手又往往有化妆品的味道。甚至,如果某人的口袋里有些硬币,而他又曾经捏着那些硬币把玩,你也可以从他的手上闻得出来!
原子弹外传(1)
常常,当我说“大人物不知道罗沙拉摩斯的另一面”时,我是实话实说。虽然在我的本行来说,今天我算是小有名气;但在当时,我只是个无名小卒。事实上,刚加入曼哈顿计划时,我甚至连博士学位都还没拿到呢。
那时候,我还在普林斯顿念书。有一天,我在房间里工作,威尔逊(Bob Wilson)跑进来,说他拿到一笔经费,要进行一项秘密研究,他又说,本来他是不应该跟任何人透露此事,但他还是要告诉我,因为他知道,一旦我听到他要进行的计划,必定会同意加入。接着他告诉我,他要研究的是,如何将铀的同位素分离出来,最终目的是制造一颗炸弹。那时候,他已经有一套分离铀同位素的方法(但这和后来正式采用的方法不同),想要进一步发展。然后他说:“有一个会议……”我说我不想参加。
他说:“好,好,会议在3点钟举行,我在那里等你。”
我说:“你把这机密告诉我没问题,我不会告诉别人,但是我不要参加你的工作。”
我回头继续研究我的论文——大概做了3分钟,然后我就开始来回踱方步,想这件事:德国有个希特勒,而他们极有可能正在发展原子弹。如果他们赶在我们之前研制成功,那真是一件恐怖至极的事情。最后,我决定3点钟时还是去参加会议。
到了4点钟,我已经在一个小房间内,坐在他们替我安排的办公桌前进行计算,研究这个或那个方法会不会由于离子的电流不够而行不通。细节不用谈了,总之我坐在桌前拼命计算,好让那些建造仪器的人能当场做实验,进行测试。
当时的情形很像电影,还有套机器“波、波、波”地变大一般。每次我抬头一看,眼前的景象又不一样了,那时,大伙都搁下手边的研究工作,全心投入原子弹的制作。
战争期间,除了在罗沙拉摩斯之外,其他地方的科学研究全都停顿下来了;可是那根本也谈不上什么科学研究,大部分只能算是工程建设罢了。
从各个研究小组运来的仪器全都组装在一起,成为一部崭新仪器——用以分离铀同位素的装置。我也把手头上的工作搁置下来;虽然不久之后,我请了6星期的假,刚好在往罗沙拉摩斯之前拿到博士学位——因此实际上,我在罗沙拉摩斯的地位,也不全然像我刚刚说的那般低。
刚加入这个计划时,有不少好玩的经历,其中之一是跟大人物接触。之前,我从来没有见过几个有名的人物。
当时有一个评估委员会从旁指导,最终目的在协助我们挑选分离铀同位素的方法。委员会中有康普顿(Arthur HollyCompton)、托尔曼(Richard Tolman)、史迈斯(H. D.Smyth)、尤里(Harold Urey)、拉比(I.I.Rabi)和奥本海默(J.RobertOppenheimer)这等人物。由于我很清楚分离同位素的相关理论,因此他们开会时我也经常列席,偶尔他们会问我问题,一起讨论。一般的讨论方式,是有人提出一个观点以后,另一人——比方说康普顿——提出另一种看法,说应该如何如何,听来也很合理。然后又有人说:“唔,也许吧,但我们还是应该把这些、这些可能性纳入考虑才对。”
因此在会议桌上往往各有各的意见,互相分歧。最使我惊讶和纳闷的,是康普顿不会回过头去强调他刚刚提出的观点。最后,会议的主席托尔曼会说:“好,我们都听到了这许多意见,我想还是康普顿提出来的方法最好,让我们照着进行吧。”
这种场面太令我震惊了:这群人——提出一大堆想法,各自考虑不同的层面,却同时记得其他人说过些什么,到了最后,又能就哪个想法最佳,作出决定,并综合全体意见,不必什么都重复三遍!这些人实在很了不起。
最后的决定,却是不采用我们所提出的方法来分离铀同位素。我们获得通知暂停一切,因为他们要在新墨西哥州的罗沙拉摩斯,实际展开原子弹的建造。我们全都要到那里参与工作,那里将会有许多实验或理论研究。我分到理论的部分,其他的人则被编派到实验部分。
奉命到芝加哥
问题是,现在该做什么呢?当时,罗沙拉摩斯还没有准备好让我们过去。为了充分利用这个空档,威尔逊想出了许多主意,其中之一是派我去芝加哥,搜集一切有关原子弹原理或问题的资料。另一方面,在我们自己的实验室里,可以开始装配某些设备或各种计量仪器,一到罗沙拉摩斯便可以立刻派上用常因此我们没有浪费一点时间。
我在芝加哥的任务,是跑到各个研究小组那里,跟他们一起工作一段时间,让他们告诉我正在研究的题目,直到我充分了解相关的细节,能够独立研究下去为止,弄清楚一个题目之后,我便可以跑到另一个小组重新学习,那样我便会明白所有的细节。
这个主意很好,但我有点内疚;因为他们花了那么多力气为我说明问题,我却在明白以后转身而去,没帮上什么忙。不过我的运气往往很好,当他们向我解释碰到的困难时,我会冲口说出:“为什么不试试积分符号内取微分的方法?”在半小时后,他们忙了3个月的问题居然就这样解决了。因此,靠着我那与众不同的数学工具,我也作出小小的贡献。从芝加哥回来以后,我向大家报告:实验中释放出多少能量,原子弹将会是什么样子等等。
随后,跟我搭档研究的奥伦跑来跟我说:“如果以后他们拍关于制造原子弹的电影时,里面会有个小子从芝加哥回来,向普林斯顿的人报告原子弹的事情。但他肯定是西装革履、拿着公事包,神气十足。看看你这副模样,衣服袖口脏兮兮的、随随便便的,就在谈论这件惊天动地的大事情!”
移师罗沙拉摩斯
罗沙拉摩斯的进度仍然落后,威尔逊干脆跑去那边,看看问题到底卡在哪里。抵达之后,他发现建筑公司很费力地把戏院以及其他几个他们懂得如何盖的建筑先盖好,可是一直没有接到指示要怎么盖实验室,像需要多少煤气管、多少水管等等。威尔逊当机立断,决定应该怎样盖,好让他们立刻开始施工。
他回来时,我们早已万事俱备,随时可以动身,而且等得有点不耐烦了。最后,大家会商之后,决定不管罗沙拉摩斯准备好了没有,我们先过去再说。
顺便提一下,我们都是由奥本海默等人网罗来参加这项工作的,而奥本海默是个很有耐性的人,又很关心大家的个别问题。他很关心我那患了肺病的太太,担心罗沙拉摩斯附近有没有医院等等。这是我第一次跟他作私人接触;他确实是个很难得的好人。
我们奉命事事都要格外谨慎,比方说,不要在普林斯顿买火车票。因为普林斯顿是个小车站,如果每个人都在这里买车票去新墨西哥州的阿布奎基,就很容易引起别人注意,大家会猜想发生了什么重大事情了。因此大伙都跑到别的地方买车票,除了我;因为我想:如果大家都去别的地方买车票,那么我就……我跑到火车站,说:“一张到新墨西哥州阿布奎基的车票。”售票员说:“噢,那么这些东西全都是你的啰!”
原来我们将一箱箱的仪器从普林斯顿托运到阿布奎基,已经连续好几个星期了,还希望不要惹人注意呢!因此误打误撞的,我的出现反而替这些仪器找到一个合理解释。
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