為什么“哈基米南北綠豆”比你想象的更接近量子論？| 科學八卦史（九）

如果說今天互聯網有什么梗最流行，“哈基米南北綠豆”可能要占據一席之地，這句來自日本動漫的空耳梗，以一種神奇的方式席卷了近期的互聯網。有意思的是，不論是懂的人還是不懂這句話含義的人，都很難理解為什么這句話能夠流行。它更像是大家在信息過載之后的一種無意義的表達方式：無需理解，只要拋出來，氣氛就到位了。

其實科學史上也有不少詞語，剛出現時的狀態跟這差不多。它們并不是一開始就像教科書那樣嚴肅、精確、定義清晰，很多只是科學家在一堆難以描述的現象中臨時造出來的說法。這當然不是說互聯網梗和物理理論有什么必然聯系，只是當我們回頭看科學史，會意識到：原來那些今天看似嚴肅的術語，在它們的誕生年代，也經歷過一種類似“哈基米南北綠豆”式的混亂階段。

物理學的“哈基米時刻”

一想到哈基米，大家就會想到貓貓。貓貓和物理學能有什么關系呢？這時大家就不得不提起量子力學中那只大名鼎鼎的貓。實際上，量子這個詞的概念一開始和“哈基米”就有些類似。

▲中國科大潘建偉、陸朝陽等人在原子世界畫的貓貓（視頻來源：https://physics.aps.org/articles/v18/148）

1900 年 12 月 14 日，普朗克在德國物理學會念了一篇報告，這個場面現在經常被寫成“物理革命的開端”。但如果你去讀當時的會議記錄，會發現它的現場氣氛跟“革命”完全搭不上邊。報告標題也不驚天動地，只是：“關于能量分布定律的改進建議”。普朗克本人也沒表現出特別興奮，他做的只是一件無奈之舉，前面幾十年理論搞不定黑體輻射的數據，他就搞了一個看似荒唐的假設：能量不是連著流，而是一份一份地發。就這樣，“量子”這個詞被發明出來了。

在隨后的幾年里，沒有人覺得這會威脅經典物理的根基。至于普朗克本人，他非常不喜歡自己的假設，甚至一度想要證明這是一種數學假說，是一種不涉及物質與輻射之間真實能量交換的偽物。普朗克認為自己應該是經典物理最忠實的信徒，怎么就成了革命者呢？所以在1901-1906年之間，他沒有發表任何關于黑體輻射或者量子理論的研究。直到1910年前后，普朗克才堅信量子理論標志著物理學史上新篇章的開始，而新量子理論，則是要到1925年的事情了。換句話說，“量子”這個詞誕生當天的真實狀態可能是：作者本人不信，同行聽不懂，會議沒反響。它距離我們今天理解的量子論，至少還隔著二十年實驗、爭論和混亂。

▲年輕時的普朗克基米

如果量子的故事有一種“概念先出現、意義慢慢長成”的感覺，那么電子的誕生也差不多。

時間回到1897年，湯姆遜在皇家學會做了一場關于陰極射線的報告。彼時陰極射線已經研究了幾十年，各種模型都有，大家主要關注點在于這是波還是粒子，而不是期待什么新理論。湯姆遜在演講里展示了他最新的實驗：陰極射線在電場和磁場里都會偏折，而且偏折方式表明它們攜帶電荷。他計算出這些帶電“東西”的比電荷遠高于已知離子，于是提出一個大膽但并不十分肯定的結論：陰極射線由某種比原子還小的帶電單位構成。這就是電子。

然而，湯姆遜最初用來描述電子的語言非常不確定。他沒有說這是原子的組成部分，更沒有說這是物質的基本粒子。相反，他在報告里多次強調：這可能是一種電荷的“微粒”，但我們不必急著給它下最終定義。在他看來，電子可以是粒子，也可以是“電的碎屑”，甚至可能是“帶電的渦旋結構”。其他人的反應也不一致，有人認為這只是給陰極射線添一個新名字，有人質疑這么小怎么可能有穩定結構，“數學哥”們同樣出現在這場討論中：這是數學想象，不是實物。

▲湯姆遜發現電子所用氣體放電管的復制品

湯姆遜自己的猶豫也能說明當時的處境。他提出電子，卻繼續探索電子是否可能是其他不同的模型，在那個年代，“電子”這個詞更多是實驗結果的一個臨時代稱，而不是完成形態的科學概念。所以在很長一段時間里，大家知道什么是電子，但又不知道電子是什么。通過盧瑟福、波爾、德布羅意等人的接力，電子才變成今天教科書中那個清晰的形象。

看來，量子和電子都不是從一開始就閃閃發光的概念。它們出現得很低調，也很各自為政，卻一起推動了物理學從 19 世紀的連續世界，悄悄走向 20 世紀那個碎片化、離散化、越來越讓人頭疼的世界。

南北綠豆，也可以是孟德爾和豌豆

說完哈基米，我們再說南北綠豆。如果硬要問綠豆和科學史有什么關系，能想到的往往是“豌豆射手”—孟德爾。1865年，他的論文《植物雜交實驗》發表在布爾諾自然研究學會上。在論文中，他展示了豌豆在雜交實驗中所表現的遺傳規律。當然今天的人看起來這根本不是一篇關于遺傳的論文，因為孟德爾用數學關系對他發現的遺傳規律進行了描述，那些讓學生們頭疼的AaBb已經出現在他的論文中。

在受精過程中，每種花粉形式平均均勻地結合 通常與每個卵細胞形式一起，因此四個花粉細胞中的每一個都與卵細胞 AB 的其中一種形式結合一次，AbaBab。以完全相同的方式，其余的花粉細胞 AbaBab 的形式與所有其他卵細胞結合。我們因此獲得

▲你沒看錯，這真的是孟德爾的論文。

當時一種比較流行的理論是混合遺傳理論，也就是子代是上一代特征的平均值，這聽起來非常合理，因為大部分物質的混合就是這樣的。但是孟德爾的理論認為遺傳是由一種稱之為“遺傳因子”的顆粒來發揮作用的。不過孟德爾的論文只發表在一個地方性的刊物，影響力很小，當時的主流生物學界對這一理論沒有反應，至于驗證這些比例更是無從談起。后來連孟德爾都不怎么樣做實驗了，因為修道院的日常事務占據了大量的時間。

雖然孟德爾的理論暫時被埋沒了，但是對于遺傳載體的猜想卻一直在持續，這其中包括赫伯特·斯賓塞的“生理單位”說，達爾文的“微芽”說以及奧古斯特·魏斯曼的“種質”說等，但是實質上都是指向一種遺傳物質的載體。這些各式各樣的名詞，也為重新發現并接受孟德爾的理論鋪平了道路。到了19世紀末，三位研究者雨果·德弗里斯、卡爾·科倫斯以及埃里克·切爾馬克分別在不同地方、做著不同植物實驗，卻意外地得到了同樣的比例。孟德爾的研究就這樣被重新帶回了科學界。

▲孟德爾在修道院的研究花園（圖片來源：sciencephoto)

再往后才是遺傳學語言真正定型的關鍵時刻1905 年，英國學者貝特森在通信中提出了“genetics”這個詞，想用來描述這門新興的學科。這個命名非常實用：它讓原本散亂的各種名詞和思路有了一個共同的歸屬。而“gene”這個詞，則是在 1909 年由丹麥植物學家威廉·約翰遜（Wilhelm Johannsen）提出的。他引入 gene，也只是為了避免術語的混亂，指代一種抽象的單位，而不是生命的本質云云。就這樣，大家在迷霧中使用基因這個抽象的名詞探索生命的本質，直到1953年，沃森與克里克，才真正確定基因的本體是什么。

▲威廉·貝特森致艾倫·塞奇威克的信，1905年（圖片來源：約翰英納斯中心）

科學是一只巨大的哈基米

現在回到文章的標題。“哈基米南北綠豆”看似無意義的詞串，讓人第一反應是：這也能叫語言？ 但如果把視線從網絡語言挪回科學史，會發現一個簡單事實：科學術語并不是在第一天就擁有清晰邊界的。不僅是量子、電子或是基因，場、物種、模型等等甚至幾乎所有的科學名詞，在誕生的早期，都帶著寬泛模糊的意味。科學共同體使用這些詞匯，是為了先讓討論能夠進行，再在不斷的修正中讓意義變得穩定。

如果再把視線從術語本身拉遠一點，就會看到科學整體的發展方式其實也類似。我們今天熟悉的理論、方法、圖像在呈現于教科書時顯得整齊而嚴密，但它們在最初出現時并沒有這么從容。很多想法帶著嘗試的味道，很多框架是用補丁拼起來的，甚至連提出者本人都沒把握。所以，面對語言的隨意性不必緊張，面對科學的初期混亂也不必訝異。世界上很多事物在起步時都差不多：歪歪扭扭、不甚明晰，甚至顯得毫無意義。它們的清晰，是一點點生長出來的。