《别闹了,费曼先生》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!“你们觉得我听得懂吗?教授会让我旁听吗?”我问。

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(DetlevBronk)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。它不停地提到伸肌、屈肌或腓肠肌等等。这个肌、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(FrancisCrick)发现去氧核糖核酸 (DNA)之后不久,而由于戴尔布鲁克 (MaxDelbruck ,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(GustaveFlaubert)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!