“準晶”概念的提出者理論物理學(xué)家Paul J. Steinhardt，回憶了自己最初提出準晶概念時(shí)在加工理工學(xué)院的報告，費曼帶著(zhù)他習慣性的批評登場(chǎng)，正如他多年前一樣。Steinhardt在故事中也回憶了曾經(jīng)跟隨費曼學(xué)習的經(jīng)歷。如果你在費曼面前講完一件事，從他嘴中蹦出的是“不可能”、“荒謬”、“愚蠢”等詞語(yǔ)，這意味著(zhù)什么？至少，別被嚇到！
翻譯 | 任愚
不可能！
這話(huà)響徹了整個(gè)大報告廳。而我剛講完一個(gè)關(guān)于一種新型物態(tài)的革命性概念，這是由我和我的研究生Dov Levine共同發(fā)明的。
加州理工學(xué)院的這間報告廳里坐滿(mǎn)了來(lái)自各個(gè)院系的科學(xué)家。討論本來(lái)進(jìn)行得相當順利，但就在最后的人群魚(yú)貫而出的時(shí)候，響起了一個(gè)熟悉的、高調的聲音：“不可能！”
我閉著(zhù)眼也能認出這個(gè)另類(lèi)的、低沉沙啞的、帶著(zhù)明顯紐約腔的聲音。站在我面前的是我的科學(xué)偶像，傳奇的物理學(xué)家理查德·費曼（Richard Feynman），他頂著(zhù)灰白到肩的頭發(fā)，穿著(zhù)他一貫的白色襯衫，臉上帶著(zhù)讓人放松戒備的、狡黠的笑容。
此時(shí)費曼已經(jīng)因其發(fā)展了電磁現象的首個(gè)量子理論的開(kāi)創(chuàng )性工作而獲得了諾貝爾獎。在科學(xué)群體當中，他已經(jīng)被視為二十世紀最偉大的理論物理學(xué)家之一。而且，由于他在確認挑戰者號航天飛機事故原因中發(fā)揮的關(guān)鍵作用，以及他的兩本暢銷(xiāo)書(shū)——《別逗了，費曼先生》（Surely You’re Joking!）和《你不必在乎別人怎么想》（What Do You Care What Other People Think?），他最終在大眾心目中贏(yíng)得了偶像地位。
他有一種特別頑皮的幽默感，還因其精心設計的惡作劇而“臭名遠揚”。但當涉及科學(xué)的時(shí)候，費曼一直是毫不遷就地實(shí)在并總是嚴酷地評判，這使他成為科學(xué)研討會(huì )上特別唬人的存在。誰(shuí)都可以料到，一旦他聽(tīng)到什么在他看來(lái)是不明確或者錯誤的東西時(shí)，他就會(huì )直接打斷并公然向演講人發(fā)難。
所以，當費曼在我演講開(kāi)始之前進(jìn)入報告廳并坐在他習慣的前排位子上時(shí)，我就敏銳地意識到了他的存在。在演講整個(gè)過(guò)程中，我一直用眼角余光小心翼翼地瞥他，時(shí)刻等待著(zhù)任何可能的爆發(fā)。但是費曼一直沒(méi)有打斷我，也沒(méi)有提出質(zhì)疑。
“物理X”
演講結束后費曼上前與我對質(zhì)這個(gè)事兒，恐怕會(huì )嚇到許多科學(xué)家。但這不是我們第一次見(jiàn)。差不多十年前，我還是加州理工的本科生的時(shí)候就十分有幸跟費曼一起親密工作，我對他只有仰慕和愛(ài)戴。費曼通過(guò)他的文章、演講和躬身指導改變了我的一生。
在1970年當我作為新生第一次進(jìn)入校園的時(shí)候，我打算學(xué)習生物或數學(xué)。中學(xué)時(shí)我從未對物理產(chǎn)生什么興趣。但我知道每個(gè)加州理工的本科生都要求修兩年的物理課程。
我很快發(fā)現，很大程度上拜那個(gè)教科書(shū)，也就是《費曼物理學(xué)講義（卷一）》所賜，新生物理難得邪門(mén)兒。這本書(shū)不像是傳統教科書(shū)，而是基于費曼在1960年代做的一系列有名的針對大一新生的物理學(xué)報告而整合起來(lái)的精彩文章。
不像我曾經(jīng)接觸過(guò)的任何其他物理課本，《費曼物理學(xué)講義》從不拘泥于闡釋如何解題，這使得盡力完成繁難的課后作業(yè)既費時(shí)又費力。不過(guò)，那些文章提供了更有價(jià)值的東西——費曼本人思考科學(xué)的方式的深刻洞察。一代代人從費曼講義中獲益。對我而言，那段經(jīng)歷完全是一種啟蒙。
幾周過(guò)后，我感覺(jué)我被洗腦了一樣。我開(kāi)始像物理學(xué)家一樣思考，并且熱衷于此。就像我這代人里的許多科學(xué)家一樣，我很自豪地將費曼視為我的英雄。我打消了我原本學(xué)習生物和數學(xué)的計劃，而決定加倍努力地專(zhuān)攻物理。
我還記得在我大一階段，有幾次我鼓足勇氣在報告會(huì )前向費曼打了招呼。在當時(shí)要再有其他舉動(dòng)是完全不可想象的。但是到了我大三的時(shí)候，我室友和我不知怎的就鼓起勇氣去敲他辦公室門(mén)，詢(xún)問(wèn)他能否考慮教一門(mén)非正式課程，每周一次和像我們這樣的本科生見(jiàn)面，并回答我們可能提出的任何問(wèn)題。我們跟他說(shuō)整個(gè)課程都是非正式的，沒(méi)有作業(yè)，沒(méi)有測驗，沒(méi)有打分，也沒(méi)有課程績(jì)點(diǎn)。我們知道他是對行政事務(wù)毫無(wú)耐性的離經(jīng)叛道之人，也希望這種隨性能吸引到他。
十年前或更早些，費曼開(kāi)過(guò)類(lèi)似課程，但只是針對大一新生并且每年只開(kāi)一個(gè)季度?，F在我們請求他做一整年同樣的事情，而且對所有的本科生都開(kāi)放，特別是像我們這樣的可能追問(wèn)更多深入問(wèn)題的三年級和四年級學(xué)生。我們建議這門(mén)新課程名為“物理X”，就像他之前的課程一樣，讓所有人都清楚它是完全脫離書(shū)本的。
費曼想了片刻，出乎我們意料，他回答：“Yes!”。所以后面兩年里，我和室友連同其他一些幸運的學(xué)生一道，每周和費曼一起度過(guò)一個(gè)美妙而難忘的下午。
物理X一直這樣開(kāi)場(chǎng)：他進(jìn)入報告廳，詢(xún)問(wèn)誰(shuí)有問(wèn)題。偶爾，有人想問(wèn)一個(gè)費曼剛好是專(zhuān)家的話(huà)題。自然而然地，他對于這些問(wèn)題的回答是駕輕就熟的。然而在其他時(shí)候，很明顯費曼之前從未想過(guò)這些問(wèn)題。我一直覺(jué)得這些時(shí)候特別有意思，因為我有機會(huì )目睹他頭回面對一個(gè)問(wèn)題的時(shí)候是如何思考和解決的。
我清楚記得問(wèn)過(guò)一些我覺(jué)得有趣的問(wèn)題，即使也擔心在他看來(lái)這些東西是很無(wú)聊的。我想知道：“影子是什么顏色？”
在報告廳前頭來(lái)回走了一會(huì )兒后，費曼開(kāi)始興致勃勃地對這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行抽絲剝繭。他發(fā)起了一場(chǎng)討論，關(guān)于影子中的微妙層次變化，關(guān)于光的屬性，關(guān)于顏色的感知，關(guān)于月球上的影子，關(guān)于月球上的地球反照光，關(guān)于月球的形成的，等等。我聽(tīng)入了迷。
在我大四的時(shí)候，迪克同意作為我的研究課題的導師?，F在我能更近距離地目睹他處理問(wèn)題的方法了。我也體驗了沒(méi)有達到他的期待時(shí)他的尖刻口吻。他常用諸如“瘋了（crazy）”、“笨（nuts）”、“荒謬（ridiculous）”、“愚蠢（stupid）”這樣的詞語(yǔ)來(lái)批評我的失誤。
這些刺耳的話(huà)一開(kāi)始很扎心，使我一度懷疑自己是否適合學(xué)習理論物理。但我發(fā)現迪克并不像我一樣把這些嚴厲的批評看得那么重。往往緊接著(zhù)，他就會(huì )鼓勵我嘗試不同的方法，并邀請我在取得進(jìn)展的時(shí)候再來(lái)。
費曼教給我的最重要的一件事是，一些最激動(dòng)人心的科學(xué)意外可以從日?，F象中發(fā)現。所有你要做的就是花時(shí)間仔細觀(guān)察事物，并問(wèn)自己好的問(wèn)題。他還影響了我的信念，就是沒(méi)有必要像許多科學(xué)家那樣，迫于外部壓力而局限在科學(xué)的某一領(lǐng)域。費曼的言傳身教告訴我，但凡有好奇心指引，那么摸索各個(gè)不同領(lǐng)域也都是可以的。
軌跡
我在加州理工的最后一學(xué)期，我們的一次交流是特別值得回憶的。我在解釋一個(gè)我提出的數學(xué)方法——可用來(lái)預測超級球（Super Ball）運動(dòng)行為。這是一種彈性超強的橡膠球，當年風(fēng)靡一時(shí)。
這是一個(gè)很有挑戰性的問(wèn)題，因為超級球每次反彈都會(huì )改變方向。我想要預測超級球在一系列放置成不同角度的平面上的彈跳行為，這又增加了一層難度。例如，我計算了它從地面彈到桌子底下，再到一個(gè)傾斜平面，然后到墻上的軌跡。這些看似隨機的運動(dòng)根據物理定律是完全可以預測的。
我給費曼看了我的一個(gè)計算。它預測我扔出超級球后，經(jīng)過(guò)一系列復雜的彈跳，它會(huì )正好回到我的手中。我遞給他論文，他掃了一眼我的公式。
“這不可能！”他說(shuō)。
不可能？我被這個(gè)詞嚇了一跳。這是從他嘴里蹦出的新詞兒。不再是“瘋了”或者“愚蠢”這些我有時(shí)已有預期的評價(jià)。
“為什么你覺(jué)得它不可能？”我緊張地問(wèn)。
費曼指出了他的考慮。根據我的公式，如果有人從某一高度釋放超級球且讓其帶轉兒的話(huà)，這球是會(huì )回彈，并且是以一個(gè)與地面很小的角度彈向一邊。
“這很明顯不可能，保羅”，他說(shuō)。
我瞧著(zhù)我的方程，發(fā)現我的預測確實(shí)表明這球會(huì )回彈，并取一個(gè)很小的角度。但是我不那么肯定這是不可能的，盡管它看起來(lái)是反直覺(jué)的。
我現在已經(jīng)身經(jīng)百戰，敢于反駁了?！昂冒?，”我說(shuō)，“我之前從來(lái)沒(méi)有試過(guò)這個(gè)實(shí)驗，就讓我們就在你的辦公室試一把吧?！?/span>
我從口袋里掏出一個(gè)超級球，費曼盯著(zhù)我給它一個(gè)轉兒并丟出手。十分確定，這個(gè)球精確地以我的方程預測的方向彈射出去了，以一個(gè)與地面非常小的角度彈到一邊，這正是費曼覺(jué)得不可能的方式。
一念之間，他知道了自己的錯誤。他沒(méi)有考慮到超級球表面非常高的粘性，而這會(huì )改變旋轉對球軌跡的影響。
“好蠢！”費曼大聲說(shuō)，用他有時(shí)拿來(lái)批評我的一模一樣的語(yǔ)氣。
經(jīng)過(guò)兩年的合作，我終于確切知道我一直懷疑的了：“愚蠢”只是費曼的一種表達，用于任何人也包括他自己，是作為盯住一個(gè)失誤從而不會(huì )再犯的一種方式。
我也意識到，當費曼用“不可能”的時(shí)候，不必然意味著(zhù)“不可實(shí)現（unachievable）”或者“荒謬（ridiculous）”。有時(shí)候它意味著(zhù)，“哇！這有一些神奇的東西，與我們通常認為是正確的東西相矛盾啊。這值得去搞搞清楚！”
準晶
所以11年后，當報告之后費曼以一種詭笑走近我，并開(kāi)玩笑地聲稱(chēng)我的理論“不可能”的時(shí)候，我十分清楚我知道他指的是什么。我報告的主題，一種被稱(chēng)為“準晶（quasicrystals）”的全新的物質(zhì)形態(tài)，與他認為是正確的原理相沖突。所以它是有趣的，也值得搞搞清楚。
我在桌上設置了一個(gè)實(shí)驗來(lái)驗證該想法，費曼走上前來(lái)，他指著(zhù)它們并要求，“再給我演示一遍！”
我撥動(dòng)開(kāi)關(guān)開(kāi)始演示，費曼一動(dòng)不動(dòng)站著(zhù)。他親眼目睹，見(jiàn)證了科學(xué)上一個(gè)最廣為人知的原理被明確地違背了。這一原理是如此基本，他在費曼講義中也講述了它。事實(shí)上，這些原理近200年來(lái)一直被傳授給每一個(gè)年輕的科學(xué)家。
但是現在，我在這兒，站在理查德·費曼前頭，解釋這些長(cháng)期存在的準則是錯誤的。
晶體不是唯一可能的具有有序原子排布和點(diǎn)狀衍射圖案的物質(zhì)形態(tài)?，F在存在一個(gè)大量可能性的新世界，它們有著(zhù)其自身的準則，我們稱(chēng)之為準晶。
我們選擇這一名稱(chēng)是為了擺明這些新材料與通常的晶體有何不同。兩類(lèi)材料都包含一組在整個(gè)結構中重復的原子。
在晶體中的一組原子以規則的間隔重復，就像五種已知的圖案一樣。然而，在準晶中，不同原子組以不同的間隔重復。我們的靈感來(lái)自一種被稱(chēng)為彭羅斯拼圖（Penrose tiling）的二維圖案.這類(lèi)圖案非同尋常，它們包含了兩種不同類(lèi)型的拼塊，并且以?xún)煞N不可公度的間隔重復而形成。數學(xué)家稱(chēng)這樣的圖案為準周期的（quasiperdiodic）。因此，我們把我們的理論發(fā)現命名為“準周期晶體（quasiperiodic crystals）”，或者簡(jiǎn)稱(chēng)為“準晶（quasicrystals）”。
我為費曼做的那個(gè)小演示可以證明我的觀(guān)點(diǎn)，僅用一束激光和一張準周期圖案的照相投影片。我按費曼的指令打開(kāi)激光，將光束對準，這樣它通過(guò)投影片投到遠處墻上。激光產(chǎn)生了如x射線(xiàn)穿過(guò)原子間的通道一樣的效果：它產(chǎn)生了一個(gè)衍射圖案，就像下面照片中展示的那樣。
我關(guān)上頂燈，這樣費曼可以更清楚地看到墻上那些雪花樣的點(diǎn)狀圖案。它不像任何其他費曼曾見(jiàn)過(guò)的衍射圖案。
正如我在報告當中做的那樣，我向他指出，最亮的點(diǎn)形成了同心的十元環(huán)。這聞所未聞。我們也可以看到一些斑點(diǎn)形成了五邊形，這揭示了一種被認為是在自然界中被絕對禁止的對稱(chēng)性。更仔細的觀(guān)察揭示了斑點(diǎn)間的更多亮斑，以及越來(lái)越多的亮斑。
費曼要求更仔細地看那個(gè)投影片。我打開(kāi)燈，把它從托板上取下遞給他。投影片上的圖像縮得如此之小以至于很難看清細節，所以我也遞給他一張拼圖的放大版，他可以把它放在桌子上在激光前頭看。
接著(zhù)的一段時(shí)間在靜默中過(guò)去。我開(kāi)始感覺(jué)自己又像是一個(gè)學(xué)生了，等待著(zhù)費曼對我想到的最新荒誕想法作出反應。他盯著(zhù)桌子上的放大版，將投影片重新塞進(jìn)托板，自己打開(kāi)激光。他看來(lái)看去，一會(huì )兒盯著(zhù)桌子上的放大印版，一會(huì )兒抬頭瞧瞧墻上的激光圖案，重又低頭看放大版。
“不可能！”費曼最后說(shuō)。我點(diǎn)頭同意并笑了，因為我知道這是他的一種最高贊許。
他回望向墻壁，搖著(zhù)他的腦袋?！敖^對不可能！這是我見(jiàn)過(guò)的最驚奇的一件事兒?！?/span>
然后，不再說(shuō)什么，費曼興奮地盯著(zhù)我，臉上堆著(zhù)狡黠的笑。
Paul J. Steinhardt是普林斯頓大學(xué)阿爾伯特·愛(ài)因斯坦科學(xué)教授、普林斯頓理論科學(xué)中心主任，研究方向涵蓋粒子物理學(xué)、天體物理、宇宙學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。Steinhardt是著(zhù)名的宇宙暴脹模型提出者之一，后來(lái)合作提出了“循環(huán)宇宙模型”。1983年他與學(xué)生Dov Levine提出了準晶理論，隨后闡明了這項新物質(zhì)結構的諸多數學(xué)和物理性質(zhì)。2009年他帶領(lǐng)團隊發(fā)現了第一個(gè)天然準晶。
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