第四章

我終于來到了自己的辦公室，并且發現它就在默里·蓋爾曼（系主任提到的那對孿生巨頭之一）的隔壁。幾天過后，我向他做了自我介紹，然后我們坐在擺著茶和餅干的桌旁聊了一會，那里是研討會結束后人們常去的地方。默里本人和我在照片上見到過的一模一樣——就連他那標志性的波洛領帶也如出一轍。我告訴他自己的名字。他沒有告訴我他的名字——既然那么出名，又何必多此一舉——但是，他重復了一遍我的名字。我沒有聽出來，但他告訴我，那才是“正確的”（俄語）發音。他還給出了詞源。我沒有問起他那個不同尋常名字的來歷；事實上，連字符是他父親的創意①。不管怎樣，幾乎人人都對他直呼其名。而稱呼費曼為“迪克”的人則要少得多。

二十多年來，默里的觀點一直占據物理學的主導地位，他最知名的成就，就是在20世紀60年代提出的一個簡單有效的數學體系，用于對幾十個已知亞核粒子的性質進行分類和解釋。除了相對傳統的原子核組成（質子和中子）以外，這些亞核粒子會在零點幾秒內發生衰變，而且是在近幾十年里才被發現的。例如，質子只有在相互撞擊的時候才會產生。為了解釋他從這群亞核粒子中尋找到的數學規律，默里隨后提出，質子、中子以及其他粒子具有一種內部結構，是由更基本要素的不同組合所構成的。它們就是“亞亞核粒子”——也就是構成原子核內粒子的粒子，默里稱之為夸克（quark）。雖然物理學家從未觀察到單個夸克，但他們最終還是接受了默里的理論。這使得他與元素周期表的發明者德米特里·門捷列夫（Dmitri Mendeleev）齊名。與默里的體系一樣，元素周期表也是根據共同的性質將化學元素進行分組，并且根據某種內部結構來解釋元素的排列順序——這里所說的原子內部粒子結構后來就被稱為電子。

默里因為這項研究成果贏得了諾貝爾獎，并且成為戰后最具影響力的科學家之一。然而，他似乎很自卑，總是迫不及待地想要展現自己的聰明才智。無論是粒子加速器還是化糞池，他都能說出它們的工作原理、關鍵技術參數，以及在最新模型中所探尋到的結果，而且一定會侃侃而談。他故意用“正確”發音念我的名字其實并不奇怪；他似乎只是為了找機會說點外來詞，比如城市的名字，以此來炫耀自己如同當地人一般的發音能力。某一刻你聽到的也許是還算正常的紐約本地口音，過一會兒他的臉就突然扭曲起來，用魁北克、俄羅斯或者中國口音講話。有一次，一個學生在假期里學了幾句瑪雅語，于是想試試默里是否真的如同他聲稱的那樣懂瑪雅語。那位學生說了一句話讓默里翻譯，結果卻遭到了他的斥責。默里說，學生說的那句話是南部瑪雅語，而他所學的則是北部瑪雅語。

費曼和默里是朋友，關系時好時壞。默里之所以選擇加州理工而拒絕其他大學的邀請，就是為了與費曼一起共事。在20世紀60年代末，正是費曼提出了一些關鍵性的理論證據，說明默里的夸克之所以沒有被孤立發現，可能是因為它們存在于每個中子和質子的內部。

當時，這在物理學界是一個重大的爭議：如果不能分離出單個夸克，那么說它確實存在又有什么意義呢？這些粒子中的粒子難道只是為了便于計算才存在的概念嗎？這幾個問題其實都屬于一個更龐大的哲學問題：現代粒子加速器的實驗結果在多大程度上是可以被直接觀測到的，又能在多大程度上與數據的解釋相一致呢？畢竟，就連電子和質子這樣的普通粒子也被認為是“可以觀察到的”，即使我們只能通過間接方式來“看到”它們（例如，它們在底片上留下的軌跡，或者蓋革計數器發出的咔嗒聲）。對于更多奇特的粒子來說，痕跡就更不明顯，需要根據與其他粒子散射相關的數據圖上的統計點，才能推斷出它們的存在。如果火星上的一個文明做了相同觀測實驗，就不會對他們的“現實”產生一種完全不同的觀念嗎？有一個名為實證主義的哲學流派避免了這類爭議：他們認為，只有人們能夠直接感知到的才能被接納為現實，現代物理學已經敢于超越實證主義的觀點。但是對于很多人來說，相信夸克這種不可觀測的粒子真實存在，已經超出了他們所能接受的極限。面對這類問題時，費曼總是會說醫生禁止他討論形而上學。然而，在60年代后期，正是他發表研究成果，通過假設質子存在不可見的亞粒子內部結構——大多數物理學家將這種間接被“觀察”到的結果視為夸克存在的證明——來展示如何解釋質子行為的某些實驗觀察結果。出乎意料的是，一直以來都特立獨行的費曼并沒有站在默里一邊，夸克有許多與他所研究的物理過程毫不相干的特殊性質。因此，我們無法根據他的計算斷定理論中那些看不見的粒子具有這些性質，也就是說，無法確定它們就是夸克。說不定默里的理論是錯誤的，質子中存在的是其他尚待描述的不可見粒子。正因為如此，費曼拒絕將他理論中的內部粒子稱為夸克，而將其命名為“部分子”（parton）。這一做法激怒了默里，不僅因為這明擺著是拒絕支持他的工作，而且還因為“部分子”這個詞雜糅了拉丁語和希臘語的詞根。然而，費曼就是這樣的人：對于自然的描述十分嚴謹，卻對混淆了拉丁語和希臘語的語法滿不在乎。

雖然費曼對哲學研究不屑一顧，但正是由于這種觀念上的差異，才引起他們二人之間的不和。費曼過去常說世上有兩種物理學家，巴比倫人和希臘人。他所指的是這兩大古老文明中相互對立的哲學觀念。巴比倫人對于數字、方程式和幾何學方面的理解，讓西方文明獲得了長足的進步。然而我們卻認為，真正發明數學的是后來的希臘人——尤其是泰勒斯（Thales）、畢達哥拉斯（Pythagoras）和歐幾里得（Euclid）。這是因為巴比倫人只關心計算方法的有效性——也就是充分描述真實物理情景的能力——而不是它的準確與否，或者是否適用于任何更大的邏輯體系。另一方面，泰勒斯和他的希臘擁護者們提出了定理和證明的概念——并且要求，只有當命題是一個明確陳述的公理或者假設的確切邏輯結果時，才能被認為是真的。簡單說起來，巴比倫人注重的是現象，而希臘人注重潛在的規則。

這兩種方法都是非常強大的。希臘式的方法具有數學邏輯機制的全部力量，這種類型的物理學家經常將他們理論中的數學之美作為依據。這便促成了許多數學方面的美學應用——例如，默里對粒子的分類。巴比倫式的方法則給予想象一定的自由度，并且允許人們跟隨自己的本能或直覺，以及對自然的“第六感”，而不是拘泥于想法的嚴謹性和正確性。這種審美觀也取得了巨大成就——直覺加上“物理推導”的成就，也就是說，主要基于對物理過程的觀察和解釋進行推理，而不是用數學推導出結果。事實上，具有這種思維方式的物理學家有時會打破數學的規則，甚至會根據他們對實驗數據的理解，創造出奇特的（而且未經證實的）數學方法。在某些情況下，這就使得數學家們成了殿后的一方——要么證明物理學家自創方法的正確性，要么搞清楚為什么他們“毫無根據”的方法卻得出了相當準確的答案。

費曼認為自己屬于巴比倫人。他憑借對自然的理解前往它所引導的地方。而默里則更傾向于希臘風格——渴望對特性進行分類，將有效的數學規律強加給數據。

費曼拒絕認定質子的內部組成就是夸克，盡管這一事實激怒了默里，但這正是巴比倫式思想家意料之中的表現。費曼解釋了一些數據，指出似乎存在某種內部結構。他沒有從這些數據中找到任何令人信服的證據能夠進一步確定，這種內部結構與默里所提出的相同。在希臘式的思想家看來，這種認同會與一種巧妙的數學分類法聯系起來，而這就是要求認同的強有力的理由。

盡管費曼將這兩種方法界定為巴比倫式和希臘式，但是縱觀整個歷史，其他許多人物和運動也曾表現出類似的理念矛盾，例如，希臘人柏拉圖（Plato）和亞里士多德（Aristotle）。柏拉圖認為，在真實世界各種現象的背后存在永恒不變的規律。換作數學術語的話，這就是默里這類物理學家所追求的描述方式。亞里士多德覺得柏拉圖根本是在背道而馳。在他看來，對自然進行不切實際（也就是抽象）的描述是荒誕的，或者說就是與己方便而已，我們真正應該關注的是感官所感知到的現象。跟費曼一樣，他崇尚的是自然本身，而不是（可能）潛在的抽象概念。

在我看來，費曼的這一特質也反映了斯佩里的兩個大腦半球理論。左半球，尋求秩序和條理，也就是默里、希臘人和柏拉圖；而右半球，感知模式并強調直覺，也就是費曼、巴比倫人和亞里士多德。考慮到大腦本身的生理差異，也就難怪他們態度上的差異超越了物理學范疇，深入到各自的生活方式當中。當時的我還沒有意識到，很快我也將面臨這種生活方式的選擇。

從很多方面來說，費曼與默里在才智上可謂旗鼓相當。雖然費曼在1981年還沒有受到大眾媒體的關注，但是在物理學界，他的形象幾十年來一直遠勝過默里。費曼的傳奇開始于1949年，年僅三十歲的他就為《物理評論》寫過一系列的論文。自艾薩克·牛頓的時代以來，人們創建物理學理論都要先寫下一個或者一組微分方程，然后再通過求解方程計算出理論的結果。量子理論也并無二致。例如，為了找到量子電動力學（帶電粒子的量子理論）對電子未來行為的預測結果，20世紀40年代的物理學家首先要描述其當前狀態或者說“始態”。這個數學函數包含了一些描述物理量的信息，例如電子在過程當中或者實驗開始時的動量和能量。理論家的目標是在過程當中或者實驗結束時描述同樣的物理量（即計算出所謂的“終態”），或者至少計算出它達到指定終態的概率。為了實現這一目標，物理學家要求解微分方程，而費曼的量子理論公式則不需這一過程。

在費曼的方法中，為了獲得給定初始狀態的電子最終實現某特定終態的概率，你可以利用一定的規則，將電子由始態到終態所有可能的路徑或者變化歷程疊加起來。對于費曼來說，這就是量子世界與現實，或者說與經典世界的區別。在經典理論中，粒子遵循的是確定的路徑，就像我們日常生活中的物體一樣。之所以會出現神奇的量子世界，就是因為你必須將額外的路徑考慮進去。對于大型物體來說，疊加所有路徑只會得到其中一條重要路徑，也就是我們所熟悉的經典路徑，所以你不會注意到任何量子效應。但是對于亞原子粒子（例如電子），你既不能忽視它向宇宙遙遠區域傳播的路徑，也不能忘記它在時間上的往復曲折。量子理論下的電子跳著宇宙之舞向太空四處發射，從現在到未來再到過去，從這里到宇宙中的任意角落，再返回來。在循著這些路徑游走時，它無視正統的運動規則，就好像萬事萬物全都失去了控制一般。正如費曼所說，甚至就連“事件的時間順序……都變得無關緊要”。然而不知為何，就像樂器和聲演奏出的音樂一樣，所有疊加在一起的路徑就構成了實驗者觀察到的最終量子狀態。

費曼的方法屬于另辟蹊徑，乍一看不太合理。我們以科學為主導的文化期待看到的是秩序和規則。我們已經形成了根深蒂固的時間和空間觀念，時間只能從過去流向現在，再流向未來。但是根據費曼的說法，深藏在這一秩序之下的是不遵守這些規則的過程。和往常一樣，費曼從不討論自己理論形而上學的一面。后來，當我逐漸了解他以后，便發現自己能夠理解他想出這一理論的原因：他自己的行事風格就跟電子一樣。

當時，物理學家很難理解和接納費曼的方法。他發明用來對路徑求和的“路徑積分”不但沒有得到數學驗證，有時還會出現定義不清的狀況。他用于從理論中得出答案的圖示法——如今被稱作費曼圖（Feynman diagrams）——顛覆了物理學家以往的認知。物理學家需要的是證據。他們讓他從量子理論的基本公式出發，給出他公式的數學推導過程。可是，他卻憑借直覺和物理推導，以及大量反復的試驗，才最終形成一套自己的方法。他無法對它進行證明。當他在1948年某次會議上提出這一方法時，遭到了尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）、愛德華·泰勒（Edward Teller）和保羅·狄拉克（Paul Dirac）等多位著名物理學家的圍攻。他們所尋求的是希臘式的方法，而他卻是巴比倫式。不過，到頭來他們依舊不能無視他：他可以在半小時內完成耗費他們幾個月的理論計算。

最終，另一位年輕的物理學家，弗里曼·戴森（Free-man Dyson），證明了費曼的方法與傳統方法之間的相互聯系，慢慢地人們開始接受它。有些人（比如默里自己）則揣測，比起牛頓的微分方程，費曼的方法（路徑積分和費曼圖）并非所有物理理論的真正基礎。

盡管對于物理學家來說，費曼是個傳奇人物，而默里則是徹頭徹尾的普通人，但是在某種程度上，默里在引領這一專業的方向上更具有影響力。這是因為一向尋求秩序和控制的默里，也總是設法充當領導的角色。費曼則回避了這一點，他更喜歡用自己的研究成果來說話。

我又該如何融入其中呢？

我的成就源自我的博士論文和幾篇我與伯克利的希臘博士后尼克斯·帕帕尼古勞（Nikos Papanicolaou）一起寫的論文。和費曼一樣，尼克斯與我研究的是將量子世界與經典世界聯系起來的方法：我們發現，只要世界的維度超出我們所熟悉的三維空間，那么量子世界看起來就會同經典世界類似。接著，我們證明了在世界有無窮多個維度的前提下，如何輕松解決原子物理學中的某些問題。最后，我們展示了如何抵消無限維度的錯誤假設，并找到與三維世界相關而準確的答案。撥開迷霧之后，我為我們方法的準確性而感到驚訝。最重要的是，我為我們的獨創性而感到自豪。

大約一年前，普林斯頓的一位年輕教授愛德華·威頓（Edward Witten）在略微偏向技術性的專業期刊《今日物理》（Physics Today）的一篇文章中引用了我們的研究，這位教授十年后取代了已故費曼教授的位置，成為物理學界的頭號尤達大師②（后來還占有了默里曾經的辦公室）。自從那篇文章發表之后，便開始有人引用我們的研究成果，引用次數增至幾十次。不過，當這個數字超過一百以后，我就沒再追著去數了。同時，我發現自己得到了新的認同和尊重。我的博士生導師突然對我研究的細節頗感興趣。我本科時期的一位老教授竟然出乎意料地寫信問候我。教授們開始把我當作一言九鼎的人。等到該考慮接下來如何做的時候，我心中便生出許多負面的想法、顧慮。我還能再次有所成就嗎？接著，我便收到了加州理工的工作邀請。

無論是希臘、巴比倫，還是土生土長的芝加哥風格，我知道我必須找到自己的方式和態度去研究物理——還要好好生活。然而，我必須首先拋開這樣的想法：把自己的發現當作一次偶然，把自己的成功看作某種騙局，或者是再也不會降臨到我頭上的好運。幾周以來，我一直沉浸在這樣的思想狀態中，長時間盯著各種雜志，卻幾乎沒怎么翻頁，也完全沒有看進去。參加研討會的時候，我也無法集中注意力在會議主題上。在走廊上和其他博士后交談時，我幾乎連最簡單的思路都跟不上。

晚上回到家，我便和幾位鄰居一起打發時間，他們在大麻中找到了自己在世間的位置。愛德華（Edward），一位身材瘦小的加州理工物理系畢業生，抽大麻是為了解悶，同時也為了消除研制武器工作所帶來的道德上的不安；雷蒙（Ramon）——大家都叫他雷——是一個清潔工，抽大麻可以讓他忘記白天難忍的氣味。坐在他們身旁的我，二十七歲，曾經紅極一時，緊張地保守著事實上我從未取得成功的秘密。我們一起看《神探可倫坡》（Columbo）和《洛克福德檔案》（The Rockford Files）的重播，自在安心，反正不管我們有沒有認真看，那些笨手笨腳的偵探總能抓到壞人。

與此同時，冬天來了，隨之而來的便是新的學期和新的一年。我見到剛做完手術的費曼從他的辦公室進進出出。我想，如果說有誰能幫助我擺脫創造力的枯竭，那么這個人只能是我的偶像費曼。他的著作喚起了我對物理學最初的熱情，現在，命運又將我送進了跟他只有幾扇門之隔的院系。我只需要邁開雙腿，敲響他的房門。雖然我既單純稚嫩又缺乏自信，但幸好我膽量十足，或者就如父母所說的無所顧忌。就算是傳奇人物，我也一樣能接近他。就這樣，輕視哲學更瞧不起心理學的費曼，不久就成為指引我了解科學家人生觀和思想的重要導師。