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科学家的养成

我有一位艺术家朋友,他的某些观点让我无法苟同。他会拿起一朵花说:“看,多美啊。”我也表示同意。可接着他就会说:“身为艺术家,我能看到这朵花的美丽之处。而你们这些科学家,只会拿去做解剖,多无趣。”我觉得这种看法很无知。

首先,他能看到的美所有人都能看到,当然也包括我。我不具备他那样的美学素养,但我还是能欣赏花朵之美的。但与此同时,我能看到更多他无法欣赏的美。我能想象花朵内部的细胞排列,那也是一种美。美不仅存在于厘米量级,也存在于更小的量级中。

细胞有着复杂的运动和排列方式。在植物的进化过程中,花朵的颜色起到吸引昆虫授粉的作用,这一点很有趣,意味着昆虫能分辨颜色。这就引出了另一个问题:我们看到的美对于低等生物是否成立?此类有趣的问题都是从科学角度引申出来的,这只会增加人们对花朵的好奇心、神秘感和敬畏之心。只是增加,根本无损于花朵其他方面的美。

我一直是个偏科的人,年轻的时候,我几乎将全部的精力倾注于科学。那时,我没有时间也没有太多的耐心学习所谓的人文学科。虽然大学里设了很多必修的人文课程,可我总是尽可能逃掉。直到后来,年岁渐长,心灵也更加从容之后,我才逐渐涉猎了一些。我学习过绘画,又多读了些书,但我仍是个严重偏科的人,知识面不广。我的智力有限,只能把它用在特定的方向。

在我出生之前,父亲曾对母亲说:“如果是个男孩,就让他当科学家吧。” 当我还是坐婴儿椅的小婴儿时,有一天,父亲带回一些浴室用的小瓷砖,不过是残次品,颜色花花绿绿。我们拿着玩,父亲把它们在小餐椅上排成一条直线,像多米诺骨牌一样,然后我从一端一推,它们就全倒了。

过了一会儿,我会帮着把它们立起来。很快,我们开始摆出更复杂的形式:两片白一片蓝,两片白一片蓝,依次排列。母亲看到后说:“你就随他去吧,如果他想摆蓝色的瓷砖,就由着他摆蓝色吧。”

可父亲说:“不行,我想让他知道什么是模式,以及模式的有趣之处,这也是初等数学的一部分。”就这样,他从我很小的时候就开始告诉我,世界是什么,世界有多奇妙。

我家里有一套《大英百科全书》。父亲常常让年幼的我坐在膝头,给我念《大英百科》。比如,我们正在读关于恐龙的内容。有可能正读到霸王龙,里面的内容大概是这样的:“这只恐龙有二十五英尺高,脑袋有六英尺宽。”

父亲会停下来说:“来,让我们看看这句话是什么意思。也就是说,如果它站在我们家的院子里,一伸脖子就能够到窗户。”(当时我们在二楼。)“但它的脑袋太大,没法从窗户探进来。”每念到一处,他都会想尽办法跟现实联系起来。

想象那样的庞然大物真是让人兴奋又深深着迷。而且这些巨兽都灭绝了,没人知道灭绝的原因,因此,我一点儿也不担心会有恐龙真的从窗户探进头来。我从父亲那里学会了转换:读到任何内容时都会想想其现实意义,即那到底在讲什么。

我们以前常常去凯茨基尔山——纽约人夏天经常光顾的避暑胜地。父亲们工作日都在纽约,只有周末才过来。到了周末,父亲会带我在树林里散步,给我讲森林里正在发生的趣事。其他孩子的母亲看到了,觉得很不错,便要求她们的丈夫也带孩子去散散步。她们试图做自己丈夫的工作,可是一点儿效果也没有,于是便请求我父亲带上所有的孩子。可父亲不愿意,因为他和我有着特殊的关系。最后,其他的父亲也只好周末带着孩子去散步。

等到周一,父亲们都回去工作了,我们这些小孩儿聚在一起玩。其中一个小孩儿对我说:“看到那只鸟了吗?那是什么鸟?”

我说:“我可不知道那是什么鸟。”

他说:“那是棕颈鸫。你爸爸什么也没教你呀。”

事实正好相反。我父亲其实已经教过我:“看到那只鸟了吗?”他说,“那是斯氏莺。”(我很清楚,其实他并不知道正确的名字。)“哦,在意大利它叫‘查图拉皮提达’。在葡萄牙,它叫‘波姆达培达’。中文名字是‘春兰鸫’,日文名字则叫‘卡塔诺·塔凯达’。即便你知道它在世界各地的叫法,可对这种鸟本身还是一无所知。你只是知道世界上有很多不同的地方,这些不同地方的人是这么叫它的。所以我们还是来观察一下这只鸟吧,看看它在做什么……这才有意义。”(所以我很小就懂得,知道某个事物的名字与真正了解这一事物的区别。)

他说:“比方说,你看,这只鸟不时去啄自己的羽毛。看到了吗?它一边走一边啄羽毛。”

“嗯,是的。”

他说:“你觉得鸟儿为什么要啄自己的羽毛呢?”

我说:“可能它们飞的时候把羽毛弄乱了,所以要啄一啄,把羽毛理整齐。”

“好吧,”他说,“如果是那样,它们刚刚停下来的时候会啄得勤一些,而落地后过了一段时间就不会啄得那么勤了,你懂我的意思吗?”

“嗯。”

他说:“让我们来看看它们是不是刚落地时啄得比较勤。”

不难发现,鸟儿落地一段时间之后跟刚刚落地时啄羽毛的频率并没有太大区别。于是我说:“我想不出。为什么鸟儿老要啄羽毛呢?”

“因为有虱子在作怪,”他说,“虱子吃羽毛上掉下来的蛋白质皮屑。”

他接着解释:“虱子的腿上有某种蜡质,比它更小的螨虫就吃这个。螨虫不能充分消化这些蜡质,会用屁股排出一种类似糖的物质,这里面又繁殖了细菌。”

最后他说:“你懂了吧,凡是有食物的地方,就会有某种以它为食的生物。”

现在我知道,鸟儿腿上未必有虱子,虱子腿上也未必有螨虫。父亲所说的细节不一定正确,但他告诉我的原则是对的。

还有一次,那时我大了一点。父亲从树上摘了一片叶子,这片叶子上有个奇特的裂纹,我们之前没怎么见过。叶子基本坏死了,表面有个C形的棕色图案,C的一头位于叶子正中,一头位于叶子边缘。

“看看这条棕色的线,”他说,“它起始的一端比较细,越接近边缘就越粗。这是怎么回事呢?是一只苍蝇,一只黄眼睛、绿翅膀的绿头苍蝇在这儿产了一颗卵。然后卵又孵成了蛆(跟毛毛虫有点像),蛆就整天吃这片叶子。它咬过的地方会留下这种棕色的痕迹。蛆长得越大,斑痕就越宽,等吃到叶子边缘的时候它就完全长成了,变成了一只苍蝇——黄眼睛、绿翅膀的绿头苍蝇。然后它也飞到其他叶子上去产卵。”

同样,我知道其中的细节不一定全对,也可能是甲虫造成的,但他要告诉我的道理是生命的可笑之处:一切都是为了繁衍。无论过程多么复杂,主题只有一个:循环往复。

我没有接触过其他孩子的父亲,也不知道我父亲有多了不起。他是如何发现这些科学的深层法则并且热爱它、钻研它的?他这么做的意义何在?我从没正式问过他,因为我以为所有的父亲都知道这些事情。

父亲还教育我去观察事物。一天,我正在玩“马车快递”,就是一辆带车斗的玩具马车,里面有一个球。当我拉动马车的时候,我留意到了球的运动方式。我找到父亲,说:“爸爸,我发现了一件事。我拉动马车的时候,球会往后滚。而如果我拉着马车走着走着忽然停下,球会往前滚。为什么会这样?”

“哦,没人知道。”他说,“大体的规律是,运动中的物体趋向于保持运动,而静止的物体则趋向于保持静止,除非你用力推它们。这种趋向性叫作‘惯性’,但没人知道为什么会这样。”你要知道,这是更深层的理解。他不会仅仅告诉我一个名称。

他接着说:“如果你从旁边观察,会发现,拉动马车时,小球相对于车斗有保持静止的趋势。可事实上,马车刚动起来时,摩擦力使得它相对于地面向前运动了一点儿。而不是向后运动。”

我跑回玩具马车旁边,把球重新摆好,然后拉动马车。从旁边观察,我发现父亲说的果然是对的。相对于地面,球往前移动了一点儿。

父亲教育我的方式就是这样,给出各种各样的实例,并加以讨论——毫无压力,只是愉快、有趣的讨论。这激励了我的一生,让我对所有的科学领域都饶有兴趣。(只是恰好我在物理方面做得更出色些。)

我深深为之着迷,这么说吧,就像有人因为小时候尝过某种美妙的滋味,长大后便不断寻找那种东西。我一直像个孩子一样,寻找着前方未知的奇迹,尽管不是每次都能如愿,但也不时能够成功。

那时,比我大三岁的表哥正在读中学。他对代数很头疼,于是请了一个补习老师。补习老师教课的时候,允许我坐在一边旁听。我听到他说到了x。

我问表哥:“你要干什么?”

“我要解出2x+7=15中的x等于多少。”

我说:“是四呀。”

“答案没错。不过你是用算术算的,得用代数。”

幸好我学过代数,学校里没教,但我在姨妈家阁楼里的旧课本上读到过,并且明白,最终目的就是得出x的值,用什么方法其实无所谓。对我来说,没有什么必须“用算术”或“用代数”的想法。“代数方法”仅仅是一套让人盲目效仿就能得出答案的规则,类似于“方程的两边各减去七,然后同时除以x前面的系数”。这一系列的步骤能够帮你得到答案,即使你根本不理解这么做的目的。而发明这些规则只是为了让不爱学习代数的学生通过考试而已。所以我表哥从来没有真正弄懂代数是什么。

本地的图书馆里有一套数学丛书,第一本就是《实用算术学》,然后是《实用代数学》和《实用三角学》。(我从书里学到了三角学,但很快就忘记了,因为我并没有真正理解。)大概在我十三岁的时候,图书馆打算购入《实用微积分》。我从《大百科》中知道微积分是一门重要也很有趣的学科,所以那时我觉得,我应该学会它。

终于在图书馆看到微积分的书时,我非常兴奋。我去跟图书管理员借书,她看着我说:“你这么小,借这本书干什么?”

这是我人生当中为数不多的几次因为尴尬而撒谎,我说是给我父亲借的。

我带着那本书回到家,开始学习微积分。在我看来,里面的内容简单明了。父亲看到了,也开始读,但却觉得很复杂、很难懂。于是我试着解释给他听。在这之前,我从没想过他的智力也是有限的,这让我有点不开心。那是我第一次意识到,我在某些方面的知识已经超过他了。

父亲还教给我一样物理以外的东西,那就是对大人物的不敬之心,虽然不知道是对是错。在我很小的时候,父亲让我坐在他膝头,给我读《纽约时报》,那时候报纸还是凹版印刷的,上面刚刚开始刊登照片。

有一次我们看到一张所有人向教皇行礼的照片。父亲说:“你看,这里站着一个人,其他的人都在向他鞠躬,他们有什么区别呢?这个是教皇。”父亲讨厌教皇。他说:“区别只在于他戴的帽子。”(如果是个将军,他会说区别只是肩章。总之就是装扮、制服和职务的不同。)“可是,”他又说,“这个人跟其他人一样,也要吃饭,也要上厕所。他也是个人。”(顺便说一句,我父亲做制服方面的生意,所以他知道,一个人穿着制服跟脱去制服后其实是同一个人。)

我想,他对我挺满意的。有一次,我从麻省理工回来(我已经在那里上了好几年学了),父亲说:“你现在学了不少这方面的知识了,有个问题我想了很久,却一直没弄明白。”

我问他是什么问题。

他说:“我知道,当原子从一种状态跃迁到另一种状态时,会发散出一种叫光子的粒子。”

“是的。”我说。

他又说:“那光子是早就存在于原子中的吗?”

“不,光子不是预先存在的。”

“那么,它从哪儿来?是怎么跑出来的?”他说。

我努力向他解释:光子数是不固定的,它们因电子的运动而产生。但我解释得不是很好。我说:“就像我现在说话发出的声音,在这之前,它们并不存在于我的身体中。”(这就好比我儿子小时候忽然说他不能用某个词了,后来我们知道那个词是“猫”,因为他的“词语口袋”里没有这个词了。人们说的话并不从“词语口袋”里来,同理,原子中也没有“光子口袋”。)

他对我的解释不太满意。我也从来没能解释清楚他不懂的问题。所以这方面他没有成功:他送我上大学去寻找那些问题的答案,可他自己从来也没能找到。

虽然母亲对科学一窍不通,可她对我的影响很深。特别是她有很强的幽默感,我从她那儿懂得,理解的最高层次就是欢笑和人类的同情之心。 c1kDkZsrD5SHzLcX9J+Dw5Qg/M9e7YRokKxPuLG0LbDV75oUU6FzBFzmcCPP6+/m

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