“哦!当然。”我说。
“可是,等一下,”他说,“让我们假定反射光是以超前波(及时返回来的反作用力)的方式返回来的,因此它就会立刻返回。我们已经知道,这种效应与距离的平方成反比;但是,假定有许多电子,都在空间当中:其数量与距离的平方成正比。因此,也许我们能够把它整个都抵消了。”
我们发现我们的确能那么做。结果非常好,正如所料。这是一种也许正确的经典理论,尽管它和麦克斯韦或者洛伦兹的标准理论不同。它没有电子自作用论的那种无限性的麻烦,它很巧妙。它有作用和延迟,有时间上的向前和退后——我们把它叫作“半超前与半延迟势位”。
惠勒和我想,下一个问题将转到关于电动力学的量子论上,这个理论(我想)和电子的自作用有麻烦。我们盘算着,如果我们能够先把经典物理学中的这个麻烦消除掉,然后从中搞出一个量子论,我们也能同样把量子论弄妥当。
既然我们已经把经典理论搞妥帖了,惠勒说,“费曼,你是个年轻的伙计——你应该为此开一个讨论会。在讲话方面,你是需要经验的。我也会解决量子论的部分,晚些时候,我也开一个讨论会。”
那是我第一次发表专业讲话,惠勒和尤金·魏格纳做了安排,把这个讨论会加在了例行的讨论会计划中。
在讲话前的一两天,我在餐厅里见到了魏格纳。“费曼,”他说,“我想你和惠勒的工作很有意思,因此我已经邀请了罗素来参加讨论会。”亨利·诺里斯·罗素,当时著名的大天文学家,来参加讲座!
魏格纳继续说:“我想冯·诺伊曼教授,也有兴趣。”约翰·冯·诺伊曼在哪儿都是最伟大的数学家。“另外,泡利教授眼下从瑞士到这儿访问,事儿凑巧了,所以我也邀请了泡利教授过来。”——泡利是一位非常有名的物理学家——到了这个时候,我脸都黄了。最后,魏格纳说:“只是爱因斯坦教授难得光临我们每周一次的讨论会,但你的工作太有意思了,我也特别请了他,所以他也过来了。”
到了这个时候,我脸都绿了,因为魏格纳说:“别,别!别担心!但我只是想警告你:如果罗素教授睡着了——他肯定会睡着的——那不意味着这个讨论会很糟糕;他开什么讨论会都睡觉。另一方面,如果泡利教授不停地点头,好像从头到尾都对这个讨论会表示首肯似的,你也不必得意。泡利教授点头,是因为他有肌肉麻痹症。”
我回到惠勒教授那儿,一五一十地把这些有名的大人物数给他听,他们都来参加他让我弄的这个讲话,告诉他我六神无主了。
“没什么大不了的,”他说,“别担心。所有的问题,都由我来回答。”
于是我就准备着讲话,等那天来了的时候,我走进去,做了某种没有讲话经验的年轻人经常做的事儿——我在黑板上写了太多的方程式。你瞧,人年轻啊,话都不知道怎么说了:“当然,那个是反比,这个是这么搞的……”因为在座诸位都已经知道这些;他们一看就明白。但是,他却不明白。他实际上只能正儿八经地通过搞这些个代数计算来弄出结果——因此,就这么一片方程式。
正当我提前把这些方程式写得满黑板都是的时候,爱因斯坦进来了,兴味儿十足地说:“哈喽,我参加你们的讨论会来了。可首先,这茶在哪儿啊?”
我告诉他茶在哪儿,接着继续写方程式。
然后,讲话的时间到了,就在这里,这些魔鬼头脑就在我面前,等着呢!我的第一次技术性讲话,就有这么一帮子听众!我的意思是,他们会把我压到榨汁机里!我记得很清楚,当他们从牛皮纸信封里把我的稿子拿出来的时候,我看到我的双手在哆嗦呢。
可是,有个奇迹发生了;在我一生中,这种奇迹一而再地发生。对我来说,太幸运了:从我开始思考物理学的那一刻起,我不得不把精神集中在我正在解释的东西上面,我脑子里什么杂念也没有了——我完全对神经兮兮产生了免疫力。因此,在我发动起来之后,我简直不知道在这屋子里的都是谁。我只是在解释这个想法,没别的。
但是,在讨论会的末尾,提问的时候到了。泡利,他挨着爱因斯坦坐着,立刻站起来说:“我银为这嘎理论不可能对,银为这噶、这噶,还有这噶,”他转向爱因斯坦说,“你同意吗,爱因斯坦教授?”
爱因斯坦说:“不——同——意。”和和气气的,德国味儿的“不同意”,很礼貌的。“我只是发现,要为引力相互作用搞出一种相应的理论,会是很困难的。”他说的引力相互作用,意思是他的广义相对论,那是他的小宝宝。他继续说:“因为,到目前为止,我们还没有太多的实验证据,我对正确的引力理论,还没有绝对的把握。”爱因斯坦坦然承认,事情或许会和他的理论所说的不同;他对别的观念很宽容。
我希望我能记得泡利说了什么,因为,若干年后,我发现,当这个理论用来建立量子论的时候,它不能令人满意。可能是这样:这个大腕儿立刻就注意到了麻烦所在,接着就为我解释成问题的东西,但我不必回答问题,这使我大大松了一口气,以至于我没有仔细听他们说什么。我确实记得我和泡利一起走上了帕尔默图书馆(palmerlibrary)的台阶,他对我说:“到惠勒演讲的时候,关于量子论,他会说些什么呢?”
我说:“我不知道。他没告诉我。他单打独斗。”
“哦?”他说,“这人干活儿却不告诉助手,他在为量子论搞些什么?”他走近一点儿,用低沉而神秘的声音说,“惠勒永远不会开那个讨论会的。”
他说准了。惠勒没开那个讨论会。他认为,把量子的部分搞出来,应该是容易的;他认为自己几乎把它搞出来了。但他没有。到讨论会该开了的时候,他意识到他不知道怎么弄了,因此没啥可说。
我也没解决这个问题——一种关于半超前与半延迟势位的量子论——我为此工作了好几年。
搅和油漆
为什么我说自己“没教养”或者“反知识分子”,其原因或许一直可以追溯到我上中学的时候。我一直担心自己娘娘腔,我不想让自己太娇气。在我看来,真正的男人不会在诗之类的东西上费心思。诗是怎么写成的——这个,从来没往我心里去!因此,我对那些研究“法国文学”的家伙,或者研究音乐和诗研究得过分了的家伙,起了一种消极的态度——那都是些“异想天开”的东西嘛。我更羡慕炼钢工人、焊工或者机修工。我总认为那些在机修厂里干活儿的,能造出东西来的家伙,他才是真正的家伙!那是我的态度。在我看来,做一个务实的人,不知怎么,总是一种正面的优点;“有教养”或者“知识分子”就不是了。前者是对的,当然对;但是,后者,都是些疯子。
我在普林斯顿读研究生时,还有这种感觉,等会儿你就会看到。我常常在一家叫“爸爸的地方”的漂亮的小饭馆吃饭。有一天,我正在那儿吃着饭,一个油漆工穿着工装,从楼上他干活儿的房间里下来,在我近旁坐下来。不知怎么,我们就谈了起来。他开始聊干油漆这行,“你有好些东西要学。比方说,”他说,“在这个饭店里,要是你来干这个活儿,你用什么颜色漆墙面?”
我说我不知道,他就说:“你得在这么高的地方,留出深色的墙围子,因为,你瞧,守着桌子坐在那儿的那些人,胳膊肘擦着墙,所以你不想那里的墙面白白净净的。那儿太容易脏了。可从那儿往上,你确实希望它是白的,给人一种饭店里干净的感觉。”
这家伙似乎懂行,我坐在那儿,琢磨着他的话,他说:“你还得知道颜色的事儿——当你把油漆搅和起来的时候,怎么得到不同的颜色?比方说,要得到黄色的,你需要把什么不同颜色的油漆搅和起来?”
把不同颜色的油漆搅和起来,得到黄色的,这个我不知道。要说光的话,你把绿光和红光混起来就成,但我知道他说的是油漆。所以我说,“要是不用黄的,我不知道你怎么搞出黄的。”
“是这样,”他说,“你把红的和白的搅和到一块儿,就是黄的。”
“拿得准你说的不是粉红的?”
“不是,”他说,“是黄的。”——我相信他会弄成黄的,因为他是个专业的油漆工,而我一贯佩服像他那样的家伙。但我还是纳闷他是怎么弄成的。
我有了个想法。“那一定是某种化学变化。你用过什么特别的能发生化学变化的色料吗?”
“没用过,”他说,“任何老式的色料都管用。你到杂货店去弄些油漆来——只要平常的一罐儿红油漆和平常的一罐儿白油漆——我会把它们搅和起来,我让你瞧瞧怎么得到黄油漆。”
到这节骨眼儿上,我就想了:“什么玩意儿发疯了。油漆,我知道得不少,知道弄不出黄的来,但他一定知道你一定会弄出黄的,因此有意思的事情来了。我一定得看个究竟!”于是我说:“得,我去弄油漆。”
油漆工上楼去了,好干完他的活儿。饭店老板过来对我说:“你憋着个什么心眼儿,要跟那人吵?那人是个油漆工;他干了一辈子的油漆工,他说他能弄成黄的。那你跟他吵吵个什么劲哪?”
我觉得尴尬了。我不知道说什么好,最后我说:“我一辈子,一直在研究光。我认为,用红的和白的,你弄不成黄的——你只能弄到粉红的。”
于是我去了杂货店,弄来了油漆,拿到饭店来。油漆工从楼上下来,饭店老板也凑过来。我把油漆罐儿放在一把旧椅子上,油漆工开始搅和油漆。他加一点儿红的,再加点儿白的——在我看来,还是粉红的——他又搅和了更多的。然后,他嘟嘟囔囔地说了这么一种意思,“我通常是加一小管儿黄油漆,为了把颜色提亮些——那样就会是黄的。”
“啊!”我说,“那当然!你加了黄的啊,所以你能搞成黄的;但是,没黄的,你就搞不来了。”
油漆工回到楼上,干活儿去了。
饭店老板说:“那小子真有胆子哈,敢跟一个研究了一辈子光的家伙吵吵!”
但是这件事儿,表明我是多么信任那些“真正的家伙”。那个油漆工跟我说了那么多,听来蛮有道理;我呢,很愿意逮着个机会看看我有所不知的一个怪现象。我指望看到的是粉红,但我的思想状态是:“这个只此一家的弄到黄油漆的办法,想必是个有意思的新鲜事儿,我必得看个究竟。”
我在我的物理学中,经常出错儿,那是因为我以为某个理论实际上不那么好,以为有许多复杂情况会毁了这个理论——什么事儿都可能发生,就是这么一种态度,尽管你蛮有把握什么事儿才是应该发生的。
别具一格的工具箱
普林斯顿的研究生院,物理系和数学系共用一个休息室,每天四点钟,我们都来喝茶。那是下午放松的一种方式,姑且不提这是模仿英国的大学。大家坐着下围棋,或者讨论定理。那时候,拓扑学闹得正欢。
我仍然记得有个家伙坐在沙发上,冥思苦想呢,另一个家伙站在他面前,说:“因此,这个这个是正确的。”
“为什么是那样?”沙发上的那家伙问。
“不足挂齿!不足挂齿!”站着的家伙说,奋笔疾书了一套逻辑推导步骤:“首先,你设如此这般,于是我们有基尔霍夫(kirchho)的这个那个,然后有沃芬斯多弗(waenstoer)定理,于是我们代入这个并建立那个。现在你把这个转动的矢量放在这儿,于是如此这般……”沙发上的那家伙苦苦挣扎着要理解所有这些东西,就这么高速折腾了差不多15分钟!
最后,站着的那家伙,从另一头儿推演了一遍,沙发上的那家伙说:“敢情,敢情,是不足挂齿啊!”
我们这些物理学家在笑,想猜出他们在搞什么名堂。我们断定“不足挂齿”意思是“已经得到了证明”。因此我们和数学家们开玩笑:“我们有了一个新定理——数学家只能证明那些不足挂齿的定理,因为每一个已经得到证明的定理都是不足挂齿的。”
数学家们不喜欢这个定理,而我就拿这个来逗他们。我说,没什么令人惊讶的——数学家只证明那些明摆着的事情。
对数学家而言,拓扑学完全不是明摆着的。有各种各样的奇异的可能性,是“反直觉的”。于是我有了一个念头。我向他们提出挑战:“我敢打赌,你连一个定理都说不出来——请用我能明白的措辞来说,你说的那些假定是什么,你说的那个定理是什么——而我却不能马上告诉你它是对的还是错的。”
事情经常弄成这样:他们想跟我解释什么,“你有了一个橘子,对吧?现在,你把这个橘子切成有限数量的许多块儿,你再把这些块儿摆回去凑在一起,它就跟太阳一样大。对还是错?”
“中间没空当儿?”
“没空当儿。”
“那就不可能了!纯粹异想天开嘛。”
“哈!我们可逮着他了!大伙儿都凑近来!那就是‘不可测量’定理啊!”
正当他们以为逮着我的时候,我提醒他们,“但是,你说的是橘子!你不可能把橘子片儿切得比原子还薄。”
“但是,我们有连续性这个前提条件啊:我们可以切个不停!”
“切不得的,你说的是橘子嘛,因此我还当你说的是真正的橘子呢。”
因此,赢家总是我。如果我猜对了,伟大。如果我猜错了,我也总能找到他们忽略了的简单化处理方法。
实际上,我的那些猜测,是有一定量的货真价实的东西的。我有个方法,我至今还在用,当有人跟我解释某个我想理解的东西的时候,我就不停地提出例子。比方说,数学家们将要把一个棒极了的定理弄出来了,大家都很兴奋。当他们告诉我这定理的条件时,我就构想出一个符合所有这些条件的什么玩意儿来。你知道,他们说一个集合的时候(我就想到一个球儿)——他们说两个不相交的集合的时候(我就想到两个球儿)。在他们提出更多的附加条件的时候,球儿就出来颜色了,就长毛了,就怎么怎么的了。最后,他们开始发布那个定理了,我说:“不对啊!”因为这个定理不适用于我那个长毛的绿球儿。
如果是对的,他们就欢呼雀跃,我就让他们先高兴一阵子。然后呢,我就提出我的反例。
“哦,我们忘了告诉你,那是豪斯多夫第二类同态。”
“哦,那样的话,”我说,“它就不足挂齿!不足挂齿!”到那个时候,我知道了那是怎么回事,尽管我不知道豪斯多夫同态是个什么意思。
大多数时候,我猜得对;因为,尽管数学家们认为他们的拓扑学定理是反直觉的,但那些定理不像他们以为的那样难。对于这种超细致的切割营生的那些好玩儿的属性,你是会习惯的;它的结果会是怎样的,你也能猜个八九不离十。
尽管我找了数学家许多麻烦,他们对我还是很和气的。他们是一群在一起搞东西的男孩儿,而且对自己搞的玩意儿兴奋不已。如果你问他们个简单的问题,他们就会讨论起他们那些“不足挂齿”的定理,也总是想为你解释清楚。
保罗·奥拉姆(paulolum)和我共用一个洗澡间。我们成了好朋友,他想教我数学。他教我“同伦群”,到那份儿上我就作罢了。但在那个水平之下的东西,我都学得相当好。
有一个东西,我怎么也没学会,就是路径积分法。我中学的老师贝德(bader)先生给过我一本书,我从这书上学会了用各种不同方法来计算积分。
有一天下课后,他让我等一下。“费曼,”他说,“你话也太多了,聒噪个没完。我知道为什么。你觉得乏味。因此,我会给你一本书,你到后边那儿去,待在角落里,研究这书,等你把这书里的全部东西都吃透了,你还可以说话。”
因此,在每一堂物理课上,对帕斯卡定律是怎么个事情,或者无论他们在干什么,我一概漠不关心。我在后头捧着这本《高等微积分学》,伍德斯(woods)写的。贝德知道我多少研究过《实干家的微积分》这本书,所以他把真正的著作给了我——那是大学低年级或高年级上课用的。里头有傅立叶级数、贝塞耳函数、行列式、椭圆函数——都是我不知道的一些好玩儿的东西。
这书也让我明白,怎么对积分符号内的参数求微分。后来我知道,大学里教这个东西教得不多;他们不重视这个。但我明白怎么用这个方法,而且我是翻来覆去地用这该死的方法。因此,因为我是自己学会了使用那本书,我也有自己独特的方法来解决积分问题。
结果是,麻省理工学院或者普林斯顿大学的那帮家伙在做某个积分题遇到了麻烦,那是因为他们不会用在中学学到的标准方法来解决问题。如果那应该用路径积分法,他们本该看得出来;如果那是一个简单的级数展开,他们本该看得出来。然后,我过来了,打算在积分符号内取微分,而这经常管用。因此,我做积分出了名,这仅仅是因为我的工具箱跟别人的不同;他们在试过了自己的全部工具之后,把问题给了我。
测心术
我爸爸一直对魔术和狂欢节上演的那些把戏感兴趣,想知道那是怎么弄的。他知道的一件事,是测心术。在他还是小孩的时候,是在长岛(longisland)中间的一个叫帕查崮(patchogue)的小镇子上长大的。到处都是海报,说下个星期三,有个测心术的要来。海报上说,几个有名望的市民——市长、一个法官,还有一个银行家——要把一张五块的票子藏在个什么地方。等那个测心术的一来,就能找到它。
他来的时候,大家都围拢过来,看他显本事。他一只手拉着法官,一只手拉着银行家,票子就是他俩藏的,开始沿着街道走下来。他到了一个十字路口,转过街角,走到了另一条街上,然后又走到另一条街上,进了该进的那个房子里。他是跟他俩一道儿走的,总拉着他俩的手,进了房子,上了二楼,进了那个该进的房间,走到一张办公桌前,撒开那两位的手,拉开该开的抽屉,五块的票子果然在此。神哈!
那年头,要受到好的教育,难了;因此,这个测心术士就被雇来当我爸爸的私塾先生。有一次下课的时候,我爸爸就问他,没人告诉他钱在哪儿,他是怎么把钱找到的。
测心术士是这么解释的:你拉着他们两人的手,松松垮垮地拉着,你走的时候,轻轻摇晃着。你到了个十字路口,你往哪儿去,往左,还是往右。你往左稍微那么一摇晃,如果不对,你能感觉出那么一点儿抵触,因为他们没想到你会去那边儿。但是,当你往正确的方向上走的时候,因为他们认为你或许真能知道该往哪儿走,他们比较会顺水推舟,没什么抵触。因此,你必须总是稍微那么摇晃着点儿,试探着往哪边儿走看来最少抵触。
我爸爸把这故事讲给我听了,他说那还是需要不少的练习。他自己从来也没试过。
后来,我在普林斯顿大学读研究生,有个伙计名叫比尔·伍德沃德(billwoodward),我决定拿他来试试。我突然宣布我会测心术,能猜透他的心思。我告诉他到那个“实验室”里——一大间房子,里头有好几排桌子,桌子上满是各种各样的设备、电路、工具,到处都是垃圾——在什么地方,挑出一件什么东西,再出来。我跟他解释为什么让他干这个,“现在我测你的心,把你带到那物件那儿”。
他进了实验室,记下了一个特别的东西,然后出来了。我拉着他的手,开始摇晃。我们走过这条走道,再走过另一条,果真就走到了那东西那儿。我们试了三次。其中有一次,我找到了那个东西——它混在一大堆东西中间。另一次,地方我是去对了,但错过那东西才几寸——东西找错了。第三次,不知哪儿出毛病了。但是,总的说来,结果比我原来想的好。很容易的。
那次之后,当时我大约26岁,我爸爸和我去了亚特兰大市。那儿狂欢节在室外变戏法的,五花八门。我爸爸去办什么事儿了,我就去看一个玩测心术的。他坐在台子上,背对观众,穿着长袍,扎着穆斯林的那种大头巾。他有个助手,一个小个子家伙在观众中间跑来跑去,喊着类似这么一些话,“哦,大师,这个笔记本是什么颜色?”
“蓝色的!”大师说。
“啊,了不起啊先生,那么这位妇女叫什么名字啊?”
“玛丽!”
有个家伙站起来:“我叫什么名字?”
“亨利。”
我站起来说:“我叫什么名字?”
他没回答。那个家伙显然是个托儿,但我琢磨不透这个测心术士是怎么玩的另外一些把戏,像说出笔记本的颜色。他在大头巾下面戴着耳机吗?
在我和我爸爸见面的时候,我把这个告诉了他。他说:“他们设计了一些暗号,但我不知道是什么暗号。咱们回去看个究竟。”
我们回到了那个地方,我爸爸对我说:“这里是五毛钱,你到那边算命摊子上算算命吧,半小时以后见面。”
我知道他要干什么。他要去给那个人讲个故事,要是他儿子不在那儿不停地“嚯!嚯!”,那会顺利些。他不得不把我打发到一边儿去。
他回来的时候,把暗号整个告诉了我:“蓝色是‘哦,大师’,绿色是‘哦,无所不知的人’,如此等等。”他解释说,“我到了他那儿,后来呢,告诉他我以前在帕查崮摆摊儿卖艺,我们也有一套暗号,但算不了那么大的数,能说的颜色也没那么多,我问他,‘你怎么能记得住这么多东西啊?’”
这位测心术士对自己的暗号很是自豪,坐下来,把他的那一整套对我爸爸一五一十地讲了个透彻。我爸爸就有这个本事,我可不行。
业余科学家
小时候我有一个“实验室”。我说那是个实验室,意思不是说我用它测定什么。我倒拿它来玩儿:我造了一台发电机,造了一个小机器,在什么东西走过光电池的时候,它能转起来。我还拿着硒到处玩儿:我一天到晚东游西荡。我为那个电灯排做了点儿计算,这个电灯排是一串开关和灯泡,我用来当作电阻,好控制电压。但那都是为了某种用处。我从来没做过实验室的那种实验。
我有一架显微镜,爱观察显微镜底下的东西。那是需要耐心的:我会把什么东西放在显微镜下,然后隔一阵子去看一次。跟别人一样,我看到过许多有意思的东西——一个硅藻慢慢地走过玻璃片儿,等等。
有一天我在观察一个草履虫,我看到了我学校里的课本上没讲到的东西——甚至大学的课本也没讲到。那些书总是把事情简化了,好让这个世界更像它们希望的那样:当那些书讲动物的行为时,开头总是这样,“草履虫极其简单;它的行为很简单。当它拖鞋似的在水里动起来的时候,它就转,直到它碰上个什么东西,那时它就蜷缩起来,转开一个角度,然后又开始动”。
这实际上是不对的。首先,人人都知道,草履虫有时互相交配——它们凑在一块儿,交换细胞核。它们怎么决定什么时候做这个?(没关系:那不是我观察到的东西。)
我观察到这些草履虫碰到个什么东西,蜷缩,转过一个角度,然后又走。说它是机械的,像个计算机程序,这想法不对——它看起来不是那样。它们走的距离不同,它们蜷缩的距离不同,它们在各种情况下转过的角度不同;它们不是总朝右转;它们很不规律。它看起来是随机的,那是因为你不知道它碰上了什么东西;你不知道它们闻到了什么化学物质,或者别的什么。
我想观察的事情当中,有一件是在水干掉的时候,它们会怎样。有人声称,草履虫会干得像一粒变硬的种子。我在我的显微镜的载玻片上滴了一滴水,在这滴水中是一个草履虫,还有一些“草”——就与草履虫的比例而言,看起来好像是一堆挑棍儿游戏。随着这滴水的蒸发,这需要15~20分钟,草履虫的处境越来越紧巴:前前后后的动作越来越多,直到它几乎动不得。它被卡在那些“棍儿”中间,几乎黏住了。
接着,我看到了某种以前没看到也没听说的事儿:草履虫失去了它的形状。它能自己伸缩,像个阿米巴虫。它开始把自己朝一根棍儿推去,开始像叉子那样裂开,一直裂到自己身体中间,那个时候它断定那不是个很好的主意,就又撤了回来。
因此,这些动物给我的印象,是它们的行为在书里被简化得过分了。书上说,它们完全是机械的,或者单一的。那些书应该正确描述这些动物的行为。直到我们看到甚至一个单细胞动物的行为有那么多方面,我们是不可能完全理解更复杂的动物的行为的。
我还喜欢观察虫子。大约十三岁的时候,我有一本昆虫书。书上说,蜻蜓无害,不叮人。在我们的邻居中,大家都知道那些“缝衣针儿”,他们都这么叫蜻蜓,叮起人来是很危险的。因此,如果我们在外边什么地方玩棒球什么的,一只这种东西转着圈儿地飞,大家都会跑着藏起来,挥舞着胳膊,大喊大叫:“一个缝衣针儿!一个缝衣针儿!”所以,有一天,我在海滩上,看的正是那本说蜻蜓不叮人的书。一个缝衣针儿过来了,大家叫着喊着,到处乱跑;我呢,就坐在那儿。“别担心!”我说,“缝衣针儿不叮人!”
这玩意儿落在我脚上。大家都在尖叫,乱成一团,因为这个缝衣针儿坐在我脚上。而我却坐在那儿,这个科学奇观,说它不会叮我。
你拿得准,这故事,到头来会说它叮了我——但它没叮。书上说得对。但我确实出了一点儿汗。
我还有一个小小的便携式显微镜。那是个玩具显微镜,我把目镜摘下来,拿在手里,跟拿着放大镜似的,尽管那是个40或50倍的放大镜。仔细点儿,你就能对准焦距。因此,我能在街上闲逛,一边还看东西。
我在普林斯顿研究生院的时候,有一次我把它从口袋里掏出来,看在常春藤上乱爬的蚂蚁。我不得不叫出声儿来,我太兴奋了。我看到的是一只蚂蚁和一个蚜虫。蚂蚁照顾着蚜虫——如果蚜虫待的那个植物死了,蚂蚁就把它们搬到别的植物上。作为回报,蚂蚁得到了被部分消化过的蚜虫汁儿,叫“蜜露”。我知道这个;我爸爸告诉过我,但我从来没看见过。
因此,这就是那个蚜虫了,而且再真实不过的是,一只蚂蚁过来了,用脚拍拍它——绕着蚜虫转着圈儿地拍、拍、拍、拍、拍。这可是太令人兴奋了!接着,那汁儿就从蚜虫后窍出来了。因为那是放大了的,那汁儿看起来像是一个好大、好漂亮的、闪闪发光的球,跟气球似的,那是因为它表面有张力。因为这个显微镜不怎么好,由于镜片的色差而带上了一点儿颜色——那真是个漂亮的东西啊!
这蚂蚁用两只前脚捧着这个球,从蚜虫那儿举起来,然后抱着它。你可以把水举起来抱着,在这个尺度下看,这世界是如此不同!蚂蚁腿上多半有油性的物质,那样在它抱着水的时候,才不会把水表面戳破。然后,蚂蚁用嘴把这液滴的表面弄破,表面的张力塌陷了,那水珠儿就进了它肚子里。看到这整个事情这样发生,真是有意思啊!
在普林斯顿我的房间里,我有一个凸窗,窗台是u形的。一天,一些蚂蚁在窗台上,在那里转悠着。我发生了好奇心:它们怎么发现东西?我不明白,它们怎么知道往哪儿去?它们能跟蜜蜂似的相互转告食物在哪儿吗?它们有没有几何感?
这纯属业余:大家都知道这个答案,但我当时不知道这个答案,因此,我做的头一件事儿,是通过凸窗的u形窗台垂下一根线,线上系着一片折叠起来的硬纸板儿,硬纸板儿上有糖。这主意是把糖从蚂蚁那里隔离开,所以它们不会碰巧发现糖。我希望把一切都置于控制之下。
接着,我弄了许多小纸条儿,并且把纸条儿折一下,这样我就能把蚂蚁撮起来,把它们从一个地方摆渡到另一个地方。我把那些带折痕的纸条儿放在了两个地方:一些放在放了糖的纸板儿上(吊在线上呢),另一些纸条放在一个有蚂蚁的地方附近。我在那里坐了一下午,一边看书,一边观察,直到一只蚂蚁碰巧走上了那些小纸渡轮中的一个。然后,我把它送到糖那儿。在几只蚂蚁被摆渡到了糖那儿之后,其中的一只碰巧走到了附近的一个渡轮上,我就把它摆渡回原来的地方。
我想看看,其他的蚂蚁需要多长时间,才能得到去“终点渡口”的信息。开始的时候很慢,但越来越快,最后我发了疯似地来回摆渡这些蚂蚁。
一切都按部就班地进行。正在这个时候,我突然不把蚂蚁摆渡到糖那儿,而是把它们发配到一个不同的地点。现在的问题是:蚂蚁学得会从哪儿来、回哪儿去吗?或者说,它能到它在以前的时间里到过的地方吗?
过了一阵子,实际上没有蚂蚁再到第一个地方了(有糖的那个地方),然而第二个地方那儿有许多蚂蚁,在那儿乱转,想找到糖。因此,到目前我琢磨出了它们确实是从哪儿来,还到哪儿去。
在另外一个实验里,我摆了许许多多显微镜的载玻片,让蚂蚁踩着这些载玻片,熙来攘往地朝我放在窗台上的糖那儿奔。然后,用一个新的载玻片替换一个旧的载玻片,或者把原来那些载玻片重新摆一下,我能以此表明,蚂蚁是没有什么几何感的:它们琢磨不透东西都有个地方。如果它们沿着一条路走到糖那儿,回来的时候有一条更短的路,它们总也琢磨不出有这么一条近便路。
通过重新摆放载玻片,另外一件事儿同样清楚:蚂蚁留下了某种痕迹。因此,我就做了许多容易做的实验,来发现那些痕迹需要多长时间干掉,能不能一擦就擦个干净,等等。我还发现,那些痕迹不能指示方向。如果我把一个蚂蚁撮到一张纸上,然后转啊转啊,再把它放回那痕迹上,它是不会知道自己正在背道而驰的,直到它遇到了另一只蚂蚁才恍然大悟。(后来,在巴西,我注意到某种切叶蚁,就拿它们做同样的实验。走不几步,它们就说得上来自己是朝着食物走,还是南辕北辙——这想必是根据痕迹判断出来的,这个痕迹或许是一个气味儿序列:a,b,空格儿;a,b,空格儿,如此等等。)
我一度想让蚂蚁走圈儿,但我没有足够的耐心来设计这事儿。除了缺乏耐心之外,我看不出这事儿办不到。
有一件事儿确实能把实验弄麻烦了,就是,你喘气喷在蚂蚁身上,会让它们慌不择路。那一定是个本能的事儿,好防着那些吃它们、骚扰它们的动物。是我呼吸的温度、湿度,还是气味儿打扰它们,这个我不知道;但我在摆渡蚂蚁的时候,总是憋着气,把头转到一边儿看,免得把实验搞乱了。
我迷惑不解的一个问题是,为什么蚂蚁痕迹看起来那么直、那么整齐。蚂蚁好像知道自己在干什么似的,好像有很好的几何感似的。然而,我做的实验,却意在表明它们的几何感是不管用的。
许多年后,我在加州理工学院,住在林阴街(alamedastreet)的一所小房子里,一些蚂蚁在澡盆上乱爬。我想:“机会难得。”我把糖放在澡盆的另一边儿,在那儿坐了一下午,才有一只蚂蚁终于发现了糖。这仅仅是一个有没有耐心的问题。
蚂蚁一发现糖,我就拿起早就准备好的彩色铅笔(我以前做过的实验,表明蚂蚁对铅笔画的道道儿并不反感——它们就在铅笔道道儿上走——所以我知道我没弄乱任何东西),蚂蚁在前头走,我就在它后头画线,这样我就说得上来它的痕迹在哪儿。这蚂蚁走了一些冤枉路,这才回到洞里,因此我画的线就七扭八拐的,不像常见的蚂蚁痕迹。
当第二只蚂蚁找到糖并且开始往回奔的时候,我用另一种颜色的铅笔画它的痕迹。(顺便说一句,它是循着第一只蚂蚁的返程痕迹走的,而不是循着它自己的来路。我的理论是,当一只蚂蚁发现了食物的时候,它留下的痕迹,要比它仅仅是瞎转悠时留下的痕迹强烈得多。)
这第二只蚂蚁急匆匆的,在很大程度上循着本来的痕迹。因为它走得太快,走得很率直,好像是顺坡儿下路似的,哪管早先的痕迹七扭八拐。经常地,在这只蚂蚁“顺坡下路”的时候,它是会再次发现痕迹的。已经清楚的是,这第二只蚂蚁的返程稍微直一些。更多的蚂蚁,急匆匆地,漫不经心地“循路前进”,对这痕迹的同样的“改进”就发生了。
我在8~10只蚂蚁的后头用铅笔画线,最后沿着澡盆边儿画成了一条整齐的线。这跟画素描似的:你先画一条毛毛糙糙的线;然后你描啊描啊,过一阵子,它就成了一条整整齐齐的线。
我记得小时候我爸爸就告诉我,蚂蚁是多么神妙,它们是怎么合作的。我仔细观察过三四只蚂蚁把一小块巧克力往窝里搬。乍一看,那种合作好像颇为高效、奇妙而令人称道。但是,如果看得仔细些,你会看到全然不是这么回事儿:它们那做派,就好像巧克力不在自己人手里似的。它们朝这边儿拉,向那边儿拽。晃荡,踌躇,方向全乱了套。巧克力呢,并没沿着一条近便的路向窝那边儿移动。
巴西的切叶蚁却非常不可思议,它们有一种怪有意思的蠢劲儿,我很惊讶这种蠢劲儿为什么没进化好。这种蚂蚁要花费相当的工夫,才能切一道圆弧,为的是切下一块叶子。切割工作完成之后,蚂蚁有五成机会去拖没被切掉的一边,无可奈何地看着刚刚切好的叶块掉在了地上。有一半的时间,蚂蚁是在叶子没被切掉的一边拽啊拉啊拽啊拉啊,最后作罢了,开始去另外切一块。没有一只蚂蚁打算去拿早先切好的叶块,别的蚂蚁也不去拣别人切掉的叶块。因此,事情很明显,如果你看得仔细的话,切割,然后把叶块搬走,这活儿做得不地道;它们走到叶子那儿去,切一个弧线,一半时候是拖错误的一边,本该拖的叶块,掉下去了。
在普林斯顿大学,蚂蚁发现了我的食品柜。里头放着我的果酱、面包和菜什么的。这柜子离窗户距离相当远。一长串儿蚂蚁,横穿客厅的地板,兼程行军。那时我正在做关于蚂蚁的这些实验,因此我心里想:“我怎么才能阻止它们到我的柜子那儿去,却不杀死任何蚂蚁?不准放毒;你对蚂蚁也得讲人道不是!”
我的搞法是这样:在准备阶段,我把一丁点儿糖放在它们进入这房间后六七寸的地方,这个它们不知道。然后呢,我又干起了摆渡的营生,每当有一只蚂蚁带着吃的往回赶却误上了我的渡船的时候,我就带它一程,把它放到糖上。任何往我的柜子那儿去却误上了渡船的蚂蚁,我也把它带到糖那儿。最后,蚂蚁们发现了从糖到窝的道儿,因此这条新痕迹得到了双倍的强化;老痕迹呢,越来越没人用了。我知道,半小时之后,老痕迹就干了,一小时之内,它们就离开我的食品柜。我没洗地板;除了摆渡蚂蚁,我什么也没做。