夸克与美洲豹 作者:[美]盖尔曼-第3章
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突然，我的思路被打断了，我看见小道上离我约100 码远处出现了一个黑影。我立即停下脚步，小心翼翼地举起双目望远镜，想要看个仔细。这是只中等大小的野生猫科动物，一只细腰猫。它横站在小道上，头转向我，使我能够看到它那特有的平顶头，长长的躯体和短短的前腿（有人根据这些特征称之为獭猫）。根据眼前这一动物的长度——约三英尺——和它那一身灰黑色的毛，可以看出这是只成年的猫，并且是暗色种类，而非微红色种类。依我看来，这只细腰猫已经在那里站了一段时间了，它那浅褐色的眼睛一直盯着正为量子力学的神秘所困惑、而不断向它走近的我。尽管它显然保持着警觉，但它仍然是一付自由自在的神态。我们都站在原地，彼此对看着，约有几分钟光景。甚至在我走到离它只有30 码远的距离，它仍然呆着不动。然后，在终于将我看清了以后，它掉转脸去，埋下头，慢慢地消失在树林中。
这样的景观并不常见：细腰猫是一种胆小的动物。由于栖息地墨西哥及中南美洲环境的破坏，细腰猫的数量近年来已经越来越少，现在已被收进濒危动物的红色清单中。可雪上加霜的是，细腰猫在处于关押状态时难以繁殖。与这一特殊的细腰猫相遇，使我又想起个体性的概念。我的记忆被拉回到早些时候一次与大自然中的个体相遇的情形。
1956 年，我还是加州理工学院的一位极年轻的教授。一次，我在加利福尼亚大学伯克利分校作了几堂理论物理方面的演讲之后，和我的第一个妻子玛格丽特一起乘车赶回帕沙第纳（Pasadena）。我们驾驶着一辆希尔曼闵克斯车，它的顶篷可以自由装卸。那时候，大学教师的着装要比我们如今正式一些——我当时穿着一身灰色法兰绒西装，玛格丽特穿着毛衣、裙子，长统袜和高跟鞋。我们行驶在贝克斯菲尔德（Bakersfield）和洛杉矶之间，特姜隘口（TejonPass）附近的99 路（当时尚未改建成高速公路）。以往每次经过这个地区时，我总喜欢仰望天空，希望看到加利福尼亚兀鹰。这次，我看到一只庞大的鸟在低空飞翔，然后很快就消失在路右边的小山后。我拿不准这是什么，但我决定弄明白。我把车开到路边，拿上小型双目望远镜，下了车，然后往山上跑去。路上大部分地段都有很深的红泥。走了一段后，我回头一看，见玛格丽特也跟了上来，就在后面不远的地方。她那漂亮的衣裙跟我的一样沾满了泥浆。我们一起来到了山脊，往下一看，只见11 只加利福尼亚兀鹰正在山下的田野里啄食着一头死了的小牛。那时它们组成了加州兀鹰这一种族家庭中的一个大的团体。我们观察了很久，看着它们吃食，然后飞开一会，着地，在四周来回地走动，又继续啄食死牛。我早就听说过这种兀鹰有着巨大的身躯（它们的双翅展开时约有10英尺长），色彩鲜艳的光头，以及黑白两色的羽毛。现在一见，果然如此。使我感到惊奇的是，我们可以通过它们各自掉落的羽毛，非常容易将它们分辨开来。比如，一只鹰的左翅膀上失去了两根硬杆羽毛。另一只的尾巴上有个楔形缺口。没有哪只兀鹰的羽毛是完完整整的。这就产生了戏剧性的结果。每只鸟都是一个容易分辨出来的个体，这种显而易见的个性是一些历史事件的直接结果。我不知道兀鹰羽毛的掉落是一年一度的换羽，还是掉了以后就再也长不出来了（后来我得知兀鹰的羽毛每年都要全部更换一次）。我们平时都习惯于将人（和宠物）看作个体，而那些可分辨的兀鹰则大大地加强了我这样一个判断：即我们所观察到的世界，在很大程度上是由有着各自特殊历史的个体（有生命的或无生命的）所组成。
30 多年以后，再次站在中美洲的森林里，瞧着细腰猫曾经消失的地方，想着那些掉落了羽毛的兀鹰，并回忆起当时我一直在思考着量子力学中关于历史和个体性的问题，蓦地，我觉得我的两个世界——一个是关于基本粒子物理，一个是关于兀鹰、细腰猫和玛雅废墟的——最终统一到了一起。
几十年以来，我一直保持着这样两种爱好：其一是，我喜欢我的科学研究，试图找到所有物质的最基本的组成要素所服从的普遍规律；其二是，我又喜欢在业余时间里探讨地球上生命与人类文化的演变。我总觉得两者以某种方式密切地联系在一起，但在很长一段时间内我不清楚它们究竟是如何联系起来的（除自然之美这一共同主题以外）。表面上看来，基本物理与这些其他的业余爱好之间有着很大的差别。在基本粒子理论中，我们研究的是电子和光子这样的物质，这些物质无论在宇宙的何处都具有相同的行为方式。事实上，所有电子都是严格地可与其他电子交换的，光子也一样。基本粒子没有个性。基本粒子物理的规律被认为是严格的、普遍的和不变的（除了可能的宇宙论之外），尽管如此，我们科学家还是可以通过一连串的近似而不断接近这些规律。相反，像考古学、语言学和博物学这样一些学科研究的是有个性的帝国、语言和物种，更详细地说是有个性的古代人工制品、单词和包括我们人在内的生物。在这些学科中，规律是近似的；而且，它们研究的是历史和生物种类或人类语言、文化所经历的演化类型。
但是，基本的量子力学物理规律确实可以引起个性。在这些规律支配下的宇宙因自然进化，产生了散布于宇宙之中的特殊物体，比如地球。然后通过地球上的一些过程，比如生物进化，同样的规律又导致了诸如细腰猫和兀鹰之类的特定个体的产生，这些特定的个体具有适应环境和学习的能力。最后，这些规律又导致了另一些有自己的语言和文化，并能够发现那些基本物理规律的特殊个体，比如人的产生。
曾经有几年的时间，我不但在研究那些规律本身，也在考虑那些规律之间的连锁关系。例如，我一直在想，经历了学习和生物进化过程的复杂适应系统，与非适应性的进化系统（如类银河系和恒星系）不同的特征在哪里。复杂的适应系统包括正在学习母语的儿童；正形成对抗抗生素的耐药性的一群细菌；检验新理论的科学团体；一个获得创造性思想的艺术家；一个形成新习俗或接受新迷信活动的社团；被设计用于发展赢棋新策略的计算机；发展各种方法来使本种族和谐地生活在一起，并和地球上其他生物和平共存的人类。
与量子力学的现代诠释及复杂性与简单性的意义方面的研究一样，关于复杂适应系统与它们的共同性质的研究也取得了稳定的进展。为了促进关于这类问题的学科间研究，我曾经帮助在新墨西哥的圣菲建立了圣菲研究所。在伯利兹（Belize）与细腰猫的相遇，使我更强烈地认识到我和我的同事在更好地理解简单与复杂，宇宙与个体，自然的基本规律与我一直所喜爱的、关于地球方面的特殊学科等等之间的关系上所取得的进展。对这种关系的性质了解得越多，我就越想把自己的想法与感受告之于众，一吐为快。我平生第一次产生了想写一本书的强烈愿望。第二章 早期的思想
这本书的题目来源于我的朋友亚瑟·斯策（Arthur Sze）所写的一首诗中的一行。亚瑟·斯策是一位伟大的美籍华裔诗人，住在圣菲。我是通过他的妻子，多才多艺的霍皮（Hopi）编织工拉玛娜·萨吉斯特娃（RamonaSakiestewa）结识他的。那行诗是这样写的：“夜晚徘徊的美洲豹，与夸克的世界息息相关。”
夸克是基本粒子，是原子核的组成单元。我和另外一位理论物理学家分别预言了它们的存在，并由我给它们取名为夸克。在本书的书名中，夸克象征着支配宇宙及其中的物质之发展变化的简单而基本的物理规律。可能在许多人看来，“简单”一词并不适用于现代物理学。这是一种错误的想法，事实上，本书的目的之一，就是要说明“简单”怎样适用于现代物理学。
美洲豹代表我们周围世界的复杂性，尤其是复杂适应系统所显示出来的那种复杂性。在我看来，亚瑟塑造的夸克和美洲豹的形象完全表达了我所称之为简单与复杂的自然界的两个方面：一方面，是关于物质和宇宙的基本物理规律；另一方面，是我们直接观察到的包括我们自身在内的世界之纷繁的结构。而且，正如夸克象征着那些一经发现，即受到人们全面审视的物理规律一样，美洲豹是那些难以捉摸的复杂适应系统的一个暗喻，至少我觉得是这样。只是它始终拒绝让我们仔细观察，尽管它那刺鼻的气味在灌木丛中远远地就能闻到。
那么，我小时候是怎样迷上博物学这样的科目呢？后来为何又成为了一个物理学家呢？
一个好奇的孩子
我的启蒙教育得归功于我的哥哥本（Ben），他比我大9 岁。我3 岁的时候，他就教我认阳光饼干盒上的字。他还引导我进行鸟类、哺乳动物的观察和昆虫、植物的采集。我们住在纽约市，主要是在曼哈顿。但即便是这样的地方，也还是有可能进行自然现象研究的。我觉得纽约是一片被严重砍伐的铁杉森林。我们大部分时间都呆在布隆克斯（Bronx）动物园北边一片未被破坏的小树林里。其他幸存的动植物栖息地分别在这样一些地方：比如里面有淡水沼泽的范康特兰德公园；拥有沙滩和盐沼的斯塔顿岛的新村地区；甚至包括我们附近的中央公园，那里有许多有趣的鸟类，特别是在春秋两季的迁徙期间。
我开始意识到自然的多姿多彩，及这种多样的自然得以组织成一个整体的惊人的方式。如果你沿着沼泽的四周散步，看见一只北黄喉莺或听到它们啼叫“维契托，维契托，维契托”，你就知道，有可能还会发现另一只。如果你挖出一块化石古物，你就可能在附近再碰到另一块同样的化石。成为物理学家之后，曾经有一段时间我在思考，物理学的基本规律如何为这些现象的解释奠定基础？结果表明，答案与量子力学中处理历史的方式有关，而最后的解释依赖于宇宙的早期状态。但是，撇开这些深奥的物理问题不说，不那么深奥的物种形成问题作为生物学现象，的确值得好好地思考。
物种的存在绝非一件平常的事情；而且它们并不像人们有时声称的那样，只是生物学家头脑里的加工品。伟大的鸟类学家、生物地理学家恩斯特·梅伊尔（Ernst Mayr），作为一位新几内亚的年轻研究人员，他喜欢描述栖息在他工作的那个山谷中的127 种鸟，但当地部落里的人们只能数出126 种。他和他们数目不同的唯一差别在于，他们将两种极相似的吵刺莺混在了一起，而恩斯特接受过科学训练，能将两者分辨开来。比这种不同人们之间的一致性更有趣的是，鸟类自己也能识辨出它们是否属于同一种类。不同种类的动物通常不会进行交配，如果万一发生了交配，当然这是极罕见的事，产生的杂种将可能没有繁殖能力。事实上，关于物种构成的成功定义之一就是，不同物种的成员之间没有普通方法能使基因进行有效交换。
早年在大自然中散步的经历给我留下深刻印象的是，我们看到的蝴蝶、鸟和哺乳动物确实有着严格的分类。如果你出去散步，你会看到歌雀、泽雀、田雀和白喉雀等各种各样的麻雀，但你不可能看到任何介于某两个种类之间的麻雀。关于某两个群体是否属于同一种类的争执主要在如下的情况下发生，即当它们在不同的地方被发现，或它们属于不同的时期，并且至少其中一种是以化石的形式存在。本和我喜欢谈论物种如何通过进化而全部联系在一起，如同进化“树”上的叶子，上面有东西可以表示树的结构诸如属、科、目等分类。两个不同物种之间的关系到底有多近，取决于它们须沿着进化树向下搜寻，看在什么地方才能找到一个共同的祖先。我和本并不是只局限于户外的活动。我们还去参观艺术博物馆，包括那些陈列着大量考古文物的博物馆（比如大都会艺术博物馆），和那些陈列着中世纪时期欧洲一些物件的博物馆（如修道院）。我们也读历史书。我们学会了认读用埃及象形文字写的碑文。我们出于好玩而学会了拉丁语、法语和西班牙语的语法。我们注意到法语和西班牙语쒵词汇（及英语中许多外来词）是如何由拉丁语演化而来。我们阅悉了印欧语系，并得知拉丁语、希腊语和本土英语中的许多单词有着共同的词源，并具有相当规则的变换规律。例如，英语中的“salt”对应于拉丁语中的“sal”和古希腊语中的“hals”，而英语中的“six”对应于拉丁语中的“sex”和古希腊语中的“hex”；英语和拉丁语中的起首字母s 与我们用“h”表示的古希腊语中的重鼻音相当。这是又一种进化树，语言进化树。
历史过程，进化树，有组织的多样性和个体变异共存于我们的四周。在探讨多样性的过程中，我还得知，人类的活动在很多情况下正对这种多样性构成威胁。本和我是早期的自然风景保护主义者。我们痛心地看到纽约周围为数不多的、还算得上的自然区正变得越来越少，比如，一些沼泽就被人们排干填平。
本世纪30 年代的时候，我们就已经深刻地意识到地球的有限性，人类活动对动植物群体的侵犯性，以及人口限制、水土保持和森林保护等等的重要性。自然，当时无论从态度上还是实际应用中，我都还没有将所有这些改革的必要性，同人类社会在全球范围内的进化联系在一起，尽管这正是我当今看待这一问题的方式。但即便是那时，我也确实有过一些关于人类将来的想法，尤其是在教科书与韦尔斯（H．G．Wells）的科学探险故事的影响下，这种想法越来越引起我们的关注。
我喜欢读韦尔斯的小说，也常常贪看短篇小说集，而且我和本还经常朗诵诗集中的英语诗。我们有时去听音乐会，甚至到大都会歌剧院去看歌剧。但我们很穷，大部分时间里我们只得满足于参加一些免费活动。我们尝试着弹钢琴，哼唱吉尔伯特（Gilbert）和苏利文（Sullivan）所作的歌曲及一些歌剧调子，但均是浅尝辄止。我们听收音机，试着收听很远处的电台，包括长波的和短波的，当我们成功地收听到了以后，就写信给他们，索要“证明卡”。我清楚地记得澳大利亚寄来的那些卡片，上面有笑鴗的图。
本和我想要了解这个世界并欣赏它，而不随心所欲地将它分割成若干部分。我们觉得自然科学、社会行为科学、古典语言与文学及艺术等领域并无显著的差异。事实上，我从不相信这些区分有什么重要意义。人类文化的统一性一直深深地打动着我。在这种人类文化中，科学担当着一个重要的角色。即便是自然与人类文化之间的差别，也并不那么明显。我们人类必须记住，我们是自然的一部分。虽然专业化是我们的文化发展的一个必然的特征，但它仍需以各学科思想之间的统合作为其补充。这种统合的一个突出的障碍是，横亘在那些能自如地应用数学的人和那些不太懂数学的人之间的一条分界线。幸运的是，我在很小的时候就受到了定量思考这样一种习惯的熏陶。
虽然本也对物理学�
