細(xì)菌都是太極大師

麥迪遜·克里格

當(dāng)我開(kāi)始研究動(dòng)物是如何游泳的時(shí)候，我覺(jué)得自己不是那么像一個(gè)物理學(xué)家。當(dāng)時(shí)我剛剛獲得了物理學(xué)學(xué)士學(xué)位。在完成學(xué)位期間，我經(jīng)常被這樣教導(dǎo)：物理學(xué)家都是在少數(shù)流行詞上下功夫的，比如量子力學(xué)、宇宙論、規(guī)范場(chǎng)論，以及諸如此類(lèi)的領(lǐng)域。為了看一下研究所是否適合我，我加入了利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，開(kāi)始實(shí)習(xí)，但是他們的研究與這些流行詞毫不沾邊。他們使用強(qiáng)大的數(shù)學(xué)工具，來(lái)了解諸如蝸牛、蠕蟲(chóng)以及微生物的運(yùn)動(dòng)。

我十分感激他們給予我這次機(jī)會(huì)，而且我認(rèn)為，他們研究的問(wèn)題既迷人又有趣——只不過(guò)他們研究的不是基礎(chǔ)物理學(xué)罷了。隨著我越來(lái)越深入地融入這個(gè)團(tuán)體，這種差別逐漸發(fā)展成了一種身份認(rèn)同危機(jī)。理論物理學(xué)家有點(diǎn)像某些藝術(shù)家或運(yùn)動(dòng)員：如果你覺(jué)得自己已經(jīng)離克利（譯者注：指保羅·克利，歷史上最富詩(shī)意的造型大師）或佩頓·曼寧（譯者注：美國(guó)橄欖球運(yùn)動(dòng)員，歷史上最著名的四分衛(wèi)之一）這些大師級(jí)的人物越來(lái)越遠(yuǎn)了，那么對(duì)你的職業(yè)生涯來(lái)說(shuō)，似乎就要大禍臨頭了。我想我能感覺(jué)到愛(ài)因斯坦和費(fèi)曼（譯者注：美國(guó)著名物理學(xué)家，1965年諾貝爾物理獎(jiǎng)得主）在天上注視著我，以及在看到我轉(zhuǎn)身走上一條“錯(cuò)誤”的道路時(shí)皺眉的樣子。

要想讓我堅(jiān)定自己選擇的道路，微生物需要做出一些令人印象深刻的壯舉，證明它們能夠和原子發(fā)生猛烈的核聚變一樣令人著迷——它們果然沒(méi)有辜負(fù)我的期望。有些微生物能夠?qū)⑺鼈兊腄NA以小段甚至是大段的形式發(fā)射出去，并且這一過(guò)程中的加速度是航天飛機(jī)發(fā)射時(shí)的加速度的大約1000倍；另外一些微生物，則可以與跟它們完全不相干的鄰居分享遺傳信息，從而形成一個(gè)“互聯(lián)網(wǎng)”。更有趣的是，微生物不服從牛頓定律，而牛頓定律在經(jīng)典物理學(xué)中支配著基本運(yùn)動(dòng)，是經(jīng)典物理學(xué)的支柱之一。

這些不同凡響的事實(shí)不僅改變了我對(duì)細(xì)菌的認(rèn)識(shí)，而且改變了我。我開(kāi)始深思，作為一個(gè)物理學(xué)家，究竟意味著什么。

微生物在流體環(huán)境的體驗(yàn)，與我們?cè)诹黧w環(huán)境的體驗(yàn)是完全不同的。我們能夠以我們的方式體驗(yàn)到水，是因?yàn)槲覀冇兄欢ǖ膫€(gè)頭，能以特有的速度來(lái)游泳。物理學(xué)家和工程師是以雷諾數(shù)來(lái)描述水的“感覺(jué)”的，對(duì)于一個(gè)給定的液體，當(dāng)它以一個(gè)給定的速度流動(dòng)時(shí)，雷諾數(shù)是慣性力與黏性力（也就是向后拖的那個(gè)力）的相對(duì)比值。這個(gè)數(shù)字越大，說(shuō)明相對(duì)于向后拖的黏性力而

言，慣性力占據(jù)著主導(dǎo)地位。當(dāng)雷諾數(shù)較大時(shí)（至少達(dá)到幾百），湍流（就是當(dāng)快艇快速駛過(guò)時(shí)，你看到的白色的湍急泡沫）開(kāi)始起作用。

通過(guò)這些你可以推算出人類(lèi)游泳時(shí)的雷諾數(shù)，對(duì)像我這樣笨拙的游泳者來(lái)說(shuō)也就是不到幾千，對(duì)奧運(yùn)會(huì)選手來(lái)說(shuō)要大一些。而對(duì)細(xì)菌來(lái)說(shuō)，它們的雷諾數(shù)只有大約0.001。這意味著，慣性力對(duì)細(xì)菌的影響只有對(duì)人類(lèi)影響的1/109。

要想重現(xiàn)細(xì)菌在水中的體驗(yàn)，對(duì)一個(gè)普通身材的人類(lèi)來(lái)說(shuō)，需要沉浸在糖蜜中以每分鐘約1厘米的速度游泳。在停止的時(shí)候，慣性力只能讓他們向前滑行不到1毫米就停下來(lái)；也就是說(shuō)，向前滑行的距離必須用顯微鏡才能測(cè)量出來(lái)。向前滑行的時(shí)間也是微乎其微的，可以以微秒計(jì)，也就是閃光燈一閃的時(shí)間。同樣，一個(gè)以最高速度行進(jìn)的細(xì)菌在突然停止時(shí)，將向前滑行1/10埃，也就是大約一個(gè)原子的大小。在低雷諾數(shù)的世界里，慢吞吞地游上一年游過(guò)的距離，和你在正

常世界中1秒內(nèi)游過(guò)的距離是一樣的。

當(dāng)慣性力不再重要時(shí)，諸如質(zhì)量、加速度以及力，也就失去了它們的意義，牛頓第二定律（力等于質(zhì)量乘以加速度）也就沒(méi)有什么實(shí)際意義了。對(duì)一個(gè)細(xì)菌來(lái)說(shuō)，牛頓第二定律就是“零等于零”。對(duì)細(xì)菌來(lái)說(shuō)，沒(méi)有所謂的加速度，細(xì)菌一旦開(kāi)始游泳，幾乎在頃刻之間就能達(dá)到穩(wěn)定的游泳速度；而一旦它們停止游泳，這一速度又會(huì)立刻歸零。對(duì)細(xì)菌來(lái)說(shuō)，牛頓的物理世界顯得十分荒謬。

在細(xì)菌的世界里，亞里士多德描述的物理學(xué)能夠更好地解釋一切，因?yàn)樗裾J(rèn)慣性的存在。

我驚訝于細(xì)菌——那些被它們的發(fā)現(xiàn)者范·列文虎克稱(chēng)為“一群歡呼雀躍的小家伙”的生物——竟然打破了經(jīng)典物理學(xué)的基石之一?？吹竭@個(gè)，當(dāng)時(shí)我追隨的那個(gè)團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人，指導(dǎo)我翻閱了由20世紀(jì)90年代的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主寫(xiě)的一系列文章。這些文章證明了，支配微生物游泳的物理學(xué)原理與支配某些亞原子粒子的量子力學(xué)行為的物理學(xué)原理是相同的。他們甚至對(duì)某些現(xiàn)象進(jìn)行了簡(jiǎn)單且具體的描述——也就是用規(guī)范場(chǎng)論對(duì)某種藻類(lèi)的運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行了描述，而規(guī)范場(chǎng)論是我在接受本科教育時(shí)被灌輸?shù)摹⒆屛覀冇X(jué)得高深莫測(cè)的流行專(zhuān)業(yè)用語(yǔ)之一。正是由于細(xì)菌受規(guī)范場(chǎng)論支配的事實(shí)，才能精確地解釋是什么讓它們?cè)诓皇芰Φ那闆r下移動(dòng)，并規(guī)避牛頓定律。

這對(duì)我來(lái)說(shuō)是另一個(gè)巨大的教訓(xùn)，不僅是在物理學(xué)和數(shù)學(xué)上的教訓(xùn)，也是在社會(huì)學(xué)和身份認(rèn)同方面的教訓(xùn)。我認(rèn)識(shí)到，物理學(xué)家并不一定非要被限制在特定的研究對(duì)象上，而應(yīng)該運(yùn)用某些工具和思維方式，在任何感興趣的領(lǐng)域，對(duì)任何類(lèi)型的對(duì)象進(jìn)行研究。規(guī)范場(chǎng)論不僅可被用于研究量子力學(xué)，也可以用于研究微生物以及與我們大小相近的其他對(duì)象。

我的研究不需要使用筆和紙來(lái)進(jìn)行思考，而需要用我的胳膊、手、手指頭和腳來(lái)感受。

在加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校，在團(tuán)隊(duì)的幫助下，我進(jìn)入布朗大學(xué)攻讀博士學(xué)位。我的新同事挪用了那些理論物理學(xué)中最棒的工具，來(lái)對(duì)諸如游泳、窗簾的皺紋、樹(shù)木和骨頭的形成這類(lèi)宏觀課題進(jìn)行研究。在認(rèn)識(shí)到了這些不尋常地方的理論物理學(xué)結(jié)構(gòu)以后，我為我的發(fā)現(xiàn)做好了準(zhǔn)備——像微生物一樣，人類(lèi)也能超越牛頓定律。

在布朗大學(xué)的第一年里，我開(kāi)始學(xué)習(xí)太極拳，以排解研究生課程的壓力。當(dāng)時(shí)，我沉迷于我的課題，已經(jīng)變得像漫畫(huà)中表現(xiàn)的科學(xué)家一樣，眼睛盯著一塊巨大的、寫(xiě)滿了公式的黑板，狂躁地抓著自己的頭發(fā)。在人們的印象中，太極拳具有讓人放松的能力，還帶著一些神秘主義，并且給人以不太適合競(jìng)技的感覺(jué)。

在最初的訓(xùn)練中，我確實(shí)學(xué)會(huì)了放松，并且忘記了我的工作。但是，當(dāng)我練習(xí)到一般由兩人對(duì)練的推手時(shí)，我收到了一種完全不同的效果。推手既可以以放松為目的，也可以以對(duì)抗為目的，由兩個(gè)人進(jìn)行協(xié)作練習(xí)。對(duì)抗性推手練習(xí)的目的很簡(jiǎn)單：與對(duì)手面對(duì)面站立，在不使用打、抓這些手段，并且不推對(duì)方腰部以下或鎖骨以上的身體部位的前提下，努力使對(duì)方失去平衡。這種對(duì)練的動(dòng)作應(yīng)該是平滑且連續(xù)的，沒(méi)有其他格斗中的那種肌肉對(duì)決。

推手訓(xùn)練的關(guān)鍵是學(xué)習(xí)發(fā)力時(shí)如何才能不失去平衡，而且要放松，并將對(duì)手引入“空”中：操縱對(duì)方的重心，這樣他們沖你而來(lái)的推力或拉力將被你重新定向，從而安全地遠(yuǎn)離你的重心。在開(kāi)始階段，我很難確定身體的哪些部位緊了，哪些部位松了，即使是自己?jiǎn)为?dú)練習(xí)——要經(jīng)過(guò)多年練習(xí)太極套路，你才能明白這一點(diǎn)。太極套路，絕對(duì)是練習(xí)中一個(gè)必不可少的組成部分，因?yàn)槿魏螐埩Χ紩?huì)暴露出一條直線，直指一個(gè)人的重心，就像是一根鋼棍（繃緊的肢體或關(guān)節(jié)）不牢靠地連著一個(gè)傾斜的結(jié)構(gòu)（軀干）。因?yàn)檫@根“鋼棍”既不能拉伸，也不能彎曲，任何人都可以通過(guò)推或拉這根“鋼棍”，把這個(gè)傾斜的“結(jié)構(gòu)”推倒。

接下來(lái)，一個(gè)有眼光的推手選手，必須學(xué)會(huì)通過(guò)觸覺(jué)和視覺(jué)識(shí)別出對(duì)手身上繃緊的部位，并通過(guò)身體的接觸來(lái)解讀對(duì)手的意圖，以及他的身體下一步將如何調(diào)整。推手挑戰(zhàn)的是你的移動(dòng)能力和身體的變化能力，以此化解沖你而來(lái)的力道。沒(méi)有力量意味著沒(méi)有慣性。在沒(méi)有慣性的情況下，要想定義與質(zhì)量有關(guān)的術(shù)語(yǔ)，就會(huì)變得含混不清了，諸如“重心”一類(lèi)的概念將變得模糊。如果你不能感覺(jué)出與對(duì)手重心相連的機(jī)械連接的話，就無(wú)法判斷對(duì)方的重心在哪里——可能是頭

部、左手小指，也可能是其他任何地方。

所有這一切，讓我被一種似曾相識(shí)的感覺(jué)淹沒(méi)。對(duì)我來(lái)說(shuō)，這是第一次，我的研究不需要使用筆和紙來(lái)進(jìn)行思考，而需要用我的胳膊、手、手指頭和腳來(lái)感受。最終我意識(shí)到，細(xì)菌都是太極大師。

像一個(gè)太極高手，細(xì)菌實(shí)際上也缺乏一個(gè)重心。如果一個(gè)細(xì)菌撞到另一個(gè)細(xì)菌，無(wú)論你認(rèn)為它的重心是在頭上還是鞭毛上，發(fā)生的運(yùn)動(dòng)都是一樣的：它們只會(huì)黏附在一起，而且它們不用向?qū)Ψ绞┘尤魏瘟?，就能一起到處移?dòng)。有時(shí)為了中和這些力量，它們需要保持這一狀態(tài)很長(zhǎng)時(shí)間，幾乎是無(wú)限期的。也不知道為什么，這些細(xì)菌就是知道該如何移動(dòng)才能化解它們之間的力——它們是深諳中和之道的大師。

它們也像是推手的練習(xí)者，做著看似不可能的事情：中和掉每一個(gè)力，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)某種形式的運(yùn)動(dòng)。它們會(huì)加快或放慢速度，也會(huì)突然改變方向。牛頓認(rèn)為，沒(méi)有力的作用，這些都是不可能發(fā)生的。

力和運(yùn)動(dòng)之間的對(duì)話，也讓我看到了細(xì)菌“游泳”和推手之間的一個(gè)區(qū)別。推手時(shí)，在我們獲得了一個(gè)十分有利的位置之后，最終將使出很大的力。類(lèi)似的策略在太極拳以外也可以看到，比如拳王穆罕默德·阿里的伺機(jī)反擊技巧，就是堅(jiān)持頂住對(duì)手的重?fù)?，并使用拳擊臺(tái)圍繩的彈性化解掉這些重?fù)舻哪芰?，同時(shí)為自己隨后的反擊拳帶來(lái)巨大的力量。簡(jiǎn)言之，太極拳練習(xí)者的細(xì)菌樣運(yùn)動(dòng)，就是在能夠?qū)⒆约旱膬?yōu)勢(shì)最大化的時(shí)候精準(zhǔn)地放棄。

對(duì)于一個(gè)細(xì)菌，根本就沒(méi)有加速這回事。

這讓我不禁心生好奇。難道發(fā)生在微生物身上的這一切，都是微生物從太極大師那里學(xué)到的嗎？如果它們突然被允許以一種適時(shí)的和戰(zhàn)略性的方式來(lái)發(fā)力的話，它們將如何表現(xiàn)？要理解這一點(diǎn)，我不得不將一些新的物理學(xué)引入它們，比如游泳的“規(guī)范場(chǎng)論”。這么做起初使我激動(dòng)萬(wàn)分，現(xiàn)在卻成了我讓這些小動(dòng)物相互使用武力的主要障礙。

這個(gè)源自武術(shù)的意外動(dòng)機(jī)，成了我博士研究的主要推動(dòng)力，我著手研究新環(huán)境中的細(xì)菌在物理表現(xiàn)上的細(xì)微差別。在這些環(huán)境中（比如，異常幾何形狀中的簡(jiǎn)單液體，或者是在簡(jiǎn)單幾何形狀中的異常液體），細(xì)菌可以為人類(lèi)做很多有益的工作，包括裝配和拖引小批量的藥物，或者為微引擎提供動(dòng)力。當(dāng)我們以一種事先計(jì)劃好的方式打破傳統(tǒng)物理學(xué)的時(shí)候，這一切都將成為可能。這很像推手的練習(xí)者在已經(jīng)贏得優(yōu)勢(shì)的時(shí)候打破中和的規(guī)則一樣。

現(xiàn)在，這類(lèi)思想正在向許多方向滲透，并將最終引導(dǎo)人們制造出十分有用的微觀裝置。這種觸發(fā)發(fā)力的能力，將使細(xì)菌在與其目標(biāo)黏附在一起后，能夠在合適的時(shí)間分離開(kāi)，從而使細(xì)菌能夠擔(dān)負(fù)起貨運(yùn)拖車(chē)的角色。比如，細(xì)菌可以搭載化療分子為有效載荷，直接將化療分子運(yùn)向腫瘤，而在此運(yùn)送過(guò)程中不會(huì)損害健康組織。（在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下，細(xì)菌自身也能夠分離，但是其機(jī)制有些不明朗，并且涉及很多種不同化學(xué)物質(zhì)的分泌。）而這些小小的“游泳者”（自然的或者人造的）可以以復(fù)雜的模式操縱和組裝藥物粒子。通過(guò)這種方式，細(xì)菌不僅可以用一些基本組分組裝出抗癌藥物，還可以將這些藥物攜帶至腫瘤，然后釋放，并且重復(fù)上述過(guò)程，直到治療完成。

學(xué)習(xí)太極拳不僅指導(dǎo)了我的研究，還轉(zhuǎn)變了我做研究的方式。西方哲學(xué)傾向于將整個(gè)大千世界分為觀察者與被觀察者，而且在這兩者之間幾乎沒(méi)有互動(dòng)?？吹郊?xì)菌和太極拳之間交相輝映，給了我一種新的視角，那就是通過(guò)聚焦于事物之間的聯(lián)系，以一種更加平等的方式來(lái)進(jìn)行物理學(xué)研究。

在發(fā)現(xiàn)細(xì)菌和中國(guó)武術(shù)之間的聯(lián)系的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)有大量質(zhì)樸的東西在里面，并且在一時(shí)的情不自禁中，我觸及了更深層次的東西。而這種質(zhì)樸的東西，正是理論物理該如何去做的核心。我開(kāi)始一遍又一遍地寫(xiě)草稿，想把我的一些想法表達(dá)出來(lái)。這是一些瘋狂的想法，那就是使用身體技法來(lái)進(jìn)行物理教學(xué)。我開(kāi)始向我的朋友和同事大肆宣揚(yáng)“源自身體的物理學(xué)”， 對(duì)我來(lái)說(shuō)，太極拳、細(xì)菌和規(guī)范場(chǎng)論的數(shù)學(xué)思想之間的聯(lián)系，似乎比使我的研究出現(xiàn)大問(wèn)題的我的興趣，或者暗示性的小想法之間的隨機(jī)聯(lián)系更深。

除了能夠讀書(shū)的眼睛，以及能夠聽(tīng)講座的耳朵之外，我已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，身體也可以作為一種知識(shí)的載體和來(lái)源。在這個(gè)意義上，身體是我們擁有的最容易接近的知識(shí)載體，因?yàn)槊總€(gè)人都擁有身體，但并不是每個(gè)人都有機(jī)會(huì)閱讀書(shū)籍，或者傾聽(tīng)講座。我堅(jiān)信，此類(lèi)模糊的想法，雖然現(xiàn)在被看作數(shù)學(xué)家的專(zhuān)屬地，但終將變得被大眾普遍接受，至少通過(guò)類(lèi)推可以做到這一步。如果你能夠?qū)⒁粋€(gè)亞原子粒子以某種特定的方式行動(dòng)，與你和你的身體也相應(yīng)地以某種特定的方式行動(dòng)之間聯(lián)系起來(lái)的話，就能更好地了解你生活的這個(gè)世界，哪怕這些微小的細(xì)節(jié)被掃到地毯之下?；蛘吒M(jìn)一步，也許這會(huì)讓你想要更好地了解這個(gè)世界。

認(rèn)識(shí)到這種聯(lián)系，我覺(jué)得我有了特定的立足之地，或者說(shuō)我已經(jīng)有了自己的角色，而這一角色并不一定非要用“物理學(xué)家”來(lái)描述?！拔锢韺W(xué)家”這個(gè)詞，是一個(gè)已經(jīng)扎根在社會(huì)學(xué)和民意中的、既牢固又脆弱的定義，而且它使我對(duì)自己產(chǎn)生了懷疑?，F(xiàn)在，令科學(xué)家感興趣的各種各樣的事物，早已使“物理學(xué)家”這樣的術(shù)語(yǔ)變得黯然失色。今天，對(duì)這些領(lǐng)域而言，該是人們?cè)谒季S模式和術(shù)語(yǔ)上做出改變的時(shí)候了。這種新的思維模式，應(yīng)該有一個(gè)新的名字，我選擇“聯(lián)結(jié)者”。

“聯(lián)結(jié)者”是那些注意到事物之間聯(lián)系的人。對(duì)物理學(xué)而言，“聯(lián)結(jié)”也許是最寶貴的技能了，而許多物理學(xué)界的杰出人物都擁有這一技能——在民間文學(xué)中，充斥著各種關(guān)于費(fèi)曼在康奈爾大學(xué)食堂通過(guò)旋轉(zhuǎn)盤(pán)子發(fā)現(xiàn)了量子電動(dòng)力學(xué)原理，以及愛(ài)因斯坦通過(guò)玩弄菜湯發(fā)現(xiàn)了布朗運(yùn)動(dòng)理論等各種各樣的傳說(shuō)。在這里，科學(xué)發(fā)現(xiàn)被包裝進(jìn)了個(gè)人故事。有時(shí)候，故事是這樣的：在科學(xué)家已經(jīng)盯了黑板數(shù)百個(gè)小時(shí)、搜腸刮肚而百思不得其解時(shí)，突然之間，就在他們沐浴時(shí)、打保齡球時(shí)、看到鳥(niǎo)兒飛翔的形態(tài)時(shí)，突破發(fā)生了。

這些小小的瓜葛很少被寫(xiě)進(jìn)公開(kāi)發(fā)表的出版物中，也很少在諾貝爾獲獎(jiǎng)演說(shuō)中加以討論。但從某種意義上說(shuō)，這是故事中最重要的組成部分，不僅因?yàn)樗鼈兪亲钊诵曰暮妥钊菀鬃屓私邮艿?，還因?yàn)樗鼈兎从沉丝茖W(xué)發(fā)展的本質(zhì)。如果事實(shí)真是如此，就像我們可以從原子發(fā)生猛烈的核聚變來(lái)猜測(cè)第一批恒星是怎么誕生的一樣，那我們司空見(jiàn)慣的活動(dòng)也就沒(méi)有什么太大的不同了。如同太極中的陰和陽(yáng)一樣，它們通常同時(shí)出現(xiàn)，無(wú)論我們注意到與否。