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费曼图的“传染性”有多强?

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  本文经授权摘编自《传染》(文末有赠书活动)

  撰文:亚当·库哈尔斯基

  译文:谷晓阳 李瞳 王兴伟 王雪萍

  那是1977年,物理学家约翰·埃利斯和同事们一起在酒吧里玩飞镖比赛。赌约很简单:如果他输了,就得把“企鹅”一词写进他的下一篇科学论文里。

  酒吧位于日内瓦郊外CERN的粒子物理实验室附近。埃利斯的对手是访问学生梅利莎·富兰克林。她因故要提前离开,因此另一名研究人员接替她的位置,并赢得了比赛。埃利斯后来说:“无论如何,我得认赌服输。”

  问题是,如何把“企鹅”一词塞到一篇物理学论文中呢?当时,埃利斯正在写一份论文草稿,描述一种亚原子粒子——底夸克——的特性。他使用物理学中的一种常用方法,用箭头和圆圈画了一张示意图,展示粒子如何从一种状态转变为另一种状态。这种图示方法叫做“费曼图”,最早由理查德·费曼于1948年提出,现在已成为物理学家的常用工具。

  费曼图为埃利斯提供了灵感。他回忆说:“有天晚上,我从欧洲核子研究组织下班后,去梅兰拜访了几个朋友,在他们那儿抽了几口不合法的玩意。之后,我回到公寓继续写论文,脑子里忽然灵光一闪,发现我画的那些费曼图看起来很像企鹅。”

  埃利斯的企鹅后来成了一种潮流。自那篇论文发表后,他的“企鹅图”已经被其他物理学家引用了数千次。即便如此,企鹅图还是远不及它们的基础模板费曼图流传得广泛。

  

  

  约翰·埃利斯(右)与企鹅图。埃利斯后来获得了理论物理学界的最高荣誉狄拉克奖。| 图片来源:出版方提供

  费曼图在1948年问世后得以迅速传播,改变了整个物理学。它变得如此风靡的推手之一是位于新泽西州的普林斯顿高等研究院。该院院长是曾领导过美国原子弹研发项目的罗伯特·奥本海默。奥本海默将研究院称作自己的“智识旅馆”,他引进了一大批年轻研究者,为他们提供为期两年的研究职位。来自全球的青年才俊们聚集于此,奥本海默希望通过这样的方式,促进全球的思想交流。如他所说:“思想载于人,方能更好地流传。”

  科学概念的传播启发了最早一批对思想传播的研究。20世纪60年代初,美国数学家威廉·戈夫曼提出,科学家之间的信息传递和疾病的传染很相似。疟疾等疾病通过蚊子进行人际传播,科学研究则通常依靠学术论文在科学家之间流传。从达尔文的进化论到牛顿的运动定律,再到弗洛伊德的精神分析运动,新概念会“传染”那些接触到它们的“易感”科学家。

  然而,并不是每个人都对费曼图“易感”。莫斯科物理问题研究所(现为朗道理论物理研究所)的列夫·朗道就是费曼图的质疑者。作为一位备受尊敬的物理学家,朗道会精确地计量自己对他人的尊重度。众所周知,他会给学界同人打分,并记录下来。朗道把物理学家分为从0到5的多个等级。0分代表最伟大的物理学家,这一席位被牛顿独占,而5分则表示“资质平平”。朗道给自己打了2.5分,在1962年获得诺贝尔物理学奖之后,他将自己升到了2分。

  尽管朗道将费曼放在1分的高位,但他对费曼图却不感兴趣,认为比起更重要的问题,它们只算是“不务正业”。朗道当时在物理问题研究所主持着一个研讨会,每周一次,颇受欢迎。曾经两度有演讲者试图讲述费曼图,结果都是还没来得及讲完就被赶下了讲台。当一名博士生表示想跟进费曼的研究时,朗道斥责他“跟风媚俗”。朗道最终在1954年的一篇论文中使用了费曼图。面对这样微妙的处境,朗道把分析工作交给了两名学生。他对一位同事坦承:“这是我第一次无法在研究中亲自完成计算。”

  像朗道这样的名人会对费曼图的传播产生什么影响?2005年,物理学家路易·贝当古、历史学家大卫·凯泽和同事们决定找出这个问题的答案。在费曼图问世之后的几年里,凯泽收集了世界各地出版的学术期刊。然后,他一页一页地浏览了每一本杂志,寻找引用了费曼图的著述,并统计随着时间的推移,有多少作者使用了这种方法。研究团队将数据绘制成图,发现使用费曼图的作者数量遵循著名的S曲线,也就是说,在最终趋于平稳之前数量呈指数级增长。

  下一步是量化费曼图的传播性。它虽然源于美国,但甫一传入日本学界,就迅速流行开来。费曼图在苏联的传播则没那么顺利,流行速度比美国和日本缓慢得多。这与当时的历史背景相符合:日本的大学在“二战”后迅速扩张,形成了强大的粒子物理学界;相形之下,冷战的出现,再加上朗道等学界大咖对费曼图的质疑,抑制了费曼图在苏联的传播。

  基于现有的数据,贝当古和同事还估算了费曼图的“再生数”R。R值反映的是,每一个接受了费曼图方法的物理学家,最终又把这种方法传给了多少人。研究结果很有意义:作为一种观念,费曼图具有很强的“传染性”。在美国,R值最初约为15,而在日本,则可能高达75。这是研究人员第一次尝试量化一种观念的“再生数”,为之前只是一个模糊概念的“传染性”赋值。

  那么,费曼图又为何具有如此高的“传染性”呢?会不会是因为物理学家在这段时间里交流甚多?事实并非如此:R值高似乎是因为科学家一旦接受了费曼图,就会在很长一段时间内持续传播它。这些研究人员指出:“费曼图的扩散模式类似于一种传播速度很慢的疾病。”它之所以会被广泛接纳,“不是因为人们接触它的概率极高,而是因为它的生命周期特别长”。

  追踪引文网络不仅可以揭示新思想是如何传播的,还可以让我们了解它们是如何出现的。如果知名科学家在某个领域占据了话语权,就可能会阻碍具有竞争性的理论的发展。因此,只有在占主导地位的科学家光芒暗去后,新理论才可能获得关注。

  正如物理学家马克斯·普朗克曾经说过的那样:“每埋葬一名权威,科学就会前进一步。”麻省理工学院的研究人员后来对这一著名论断进行了检验。他们分析了顶尖科学家英年早逝后的情况,发现确实如此:竞争团队随后会发表更多论文,获得更多引用;而那位早逝的 “明星”科学家的合作者们往往会逐渐淡出,不复享有盛名。

  本文摘编自《传染》(亚当·库哈尔斯基/著,谷晓阳 李瞳 王兴伟 王雪萍/译,中信出版·新思文化出版,2020年10月),经出版方授权使用。文中图片由出版方提供。

  

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