为什么“哈基米南北绿豆”比你想象的更接近量子论？| 科学八卦史（九）

如果说今天互联网有什么梗最流行，“哈基米南北绿豆”可能要占据一席之地，这句来自日本动漫的空耳梗，以一种神奇的方式席卷了近期的互联网。有意思的是，不论是懂的人还是不懂这句话含义的人，都很难理解为什么这句话能够流行。它更像是大家在信息过载之后的一种无意义的表达方式：无需理解，只要抛出来，气氛就到位了。

其实科学史上也有不少词语，刚出现时的状态跟这差不多。它们并不是一开始就像教科书那样严肃、精确、定义清晰，很多只是科学家在一堆难以描述的现象中临时造出来的说法。这当然不是说互联网梗和物理理论有什么必然联系，只是当我们回头看科学史，会意识到：原来那些今天看似严肃的术语，在它们的诞生年代，也经历过一种类似“哈基米南北绿豆”式的混乱阶段。

物理学的“哈基米时刻”

一想到哈基米，大家就会想到猫猫。猫猫和物理学能有什么关系呢？这时大家就不得不提起量子力学中那只大名鼎鼎的猫。实际上，量子这个词的概念一开始和“哈基米”就有些类似。

▲中国科大潘建伟、陆朝阳等人在原子世界画的猫猫（视频来源：https://physics.aps.org/articles/v18/148）

1900 年 12 月 14 日，普朗克在德国物理学会念了一篇报告，这个场面现在经常被写成“物理革命的开端”。但如果你去读当时的会议记录，会发现它的现场气氛跟“革命”完全搭不上边。报告标题也不惊天动地，只是：“关于能量分布定律的改进建议”。普朗克本人也没表现出特别兴奋，他做的只是一件无奈之举，前面几十年理论搞不定黑体辐射的数据，他就搞了一个看似荒唐的假设：能量不是连着流，而是一份一份地发。就这样，“量子”这个词被发明出来了。

在随后的几年里，没有人觉得这会威胁经典物理的根基。至于普朗克本人，他非常不喜欢自己的假设，甚至一度想要证明这是一种数学假说，是一种不涉及物质与辐射之间真实能量交换的伪物。普朗克认为自己应该是经典物理最忠实的信徒，怎么就成了革命者呢？所以在1901-1906年之间，他没有发表任何关于黑体辐射或者量子理论的研究。直到1910年前后，普朗克才坚信量子理论标志着物理学史上新篇章的开始，而新量子理论，则是要到1925年的事情了。换句话说，“量子”这个词诞生当天的真实状态可能是：作者本人不信，同行听不懂，会议没反响。它距离我们今天理解的量子论，至少还隔着二十年实验、争论和混乱。

▲年轻时的普朗克基米

如果量子的故事有一种“概念先出现、意义慢慢长成”的感觉，那么电子的诞生也差不多。

时间回到1897年，汤姆逊在皇家学会做了一场关于阴极射线的报告。彼时阴极射线已经研究了几十年，各种模型都有，大家主要关注点在于这是波还是粒子，而不是期待什么新理论。汤姆逊在演讲里展示了他最新的实验：阴极射线在电场和磁场里都会偏折，而且偏折方式表明它们携带电荷。他计算出这些带电“东西”的比电荷远高于已知离子，于是提出一个大胆但并不十分肯定的结论：阴极射线由某种比原子还小的带电单位构成。这就是电子。

然而，汤姆逊最初用来描述电子的语言非常不确定。他没有说这是原子的组成部分，更没有说这是物质的基本粒子。相反，他在报告里多次强调：这可能是一种电荷的“微粒”，但我们不必急着给它下最终定义。在他看来，电子可以是粒子，也可以是“电的碎屑”，甚至可能是“带电的涡旋结构”。其他人的反应也不一致，有人认为这只是给阴极射线添一个新名字，有人质疑这么小怎么可能有稳定结构，“数学哥”们同样出现在这场讨论中：这是数学想象，不是实物。

▲汤姆逊发现电子所用气体放电管的复制品

汤姆逊自己的犹豫也能说明当时的处境。他提出电子，却继续探索电子是否可能是其他不同的模型，在那个年代，“电子”这个词更多是实验结果的一个临时代称，而不是完成形态的科学概念。所以在很长一段时间里，大家知道什么是电子，但又不知道电子是什么。通过卢瑟福、波尔、德布罗意等人的接力，电子才变成今天教科书中那个清晰的形象。

看来，量子和电子都不是从一开始就闪闪发光的概念。它们出现得很低调，也很各自为政，却一起推动了物理学从 19 世纪的连续世界，悄悄走向 20 世纪那个碎片化、离散化、越来越让人头疼的世界。

南北绿豆，也可以是孟德尔和豌豆

说完哈基米，我们再说南北绿豆。如果硬要问绿豆和科学史有什么关系，能想到的往往是“豌豆射手”—孟德尔。1865年，他的论文《植物杂交实验》发表在布尔诺自然研究学会上。在论文中，他展示了豌豆在杂交实验中所表现的遗传规律。当然今天的人看起来这根本不是一篇关于遗传的论文，因为孟德尔用数学关系对他发现的遗传规律进行了描述，那些让学生们头疼的AaBb已经出现在他的论文中。

在受精过程中，每种花粉形式平均均匀地结合 通常与每个卵细胞形式一起，因此四个花粉细胞中的每一个都与卵细胞 AB 的其中一种形式结合一次，AbaBab。以完全相同的方式，其余的花粉细胞 AbaBab 的形式与所有其他卵细胞结合。我们因此获得

▲你没看错，这真的是孟德尔的论文。

当时一种比较流行的理论是混合遗传理论，也就是子代是上一代特征的平均值，这听起来非常合理，因为大部分物质的混合就是这样的。但是孟德尔的理论认为遗传是由一种称之为“遗传因子”的颗粒来发挥作用的。不过孟德尔的论文只发表在一个地方性的刊物，影响力很小，当时的主流生物学界对这一理论没有反应，至于验证这些比例更是无从谈起。后来连孟德尔都不怎么样做实验了，因为修道院的日常事务占据了大量的时间。

虽然孟德尔的理论暂时被埋没了，但是对于遗传载体的猜想却一直在持续，这其中包括赫伯特·斯宾塞的“生理单位”说，达尔文的“微芽”说以及奥古斯特·魏斯曼的“种质”说等，但是实质上都是指向一种遗传物质的载体。这些各式各样的名词，也为重新发现并接受孟德尔的理论铺平了道路。到了19世纪末，三位研究者雨果·德弗里斯、卡尔·科伦斯以及埃里克·切尔马克分别在不同地方、做着不同植物实验，却意外地得到了同样的比例。孟德尔的研究就这样被重新带回了科学界。

▲孟德尔在修道院的研究花园（图片来源：sciencephoto)

再往后才是遗传学语言真正定型的关键时刻1905 年，英国学者贝特森在通信中提出了“genetics”这个词，想用来描述这门新兴的学科。这个命名非常实用：它让原本散乱的各种名词和思路有了一个共同的归属。而“gene”这个词，则是在 1909 年由丹麦植物学家威廉·约翰逊（Wilhelm Johannsen）提出的。他引入 gene，也只是为了避免术语的混乱，指代一种抽象的单位，而不是生命的本质云云。就这样，大家在迷雾中使用基因这个抽象的名词探索生命的本质，直到1953年，沃森与克里克，才真正确定基因的本体是什么。

▲威廉·贝特森致艾伦·塞奇威克的信，1905年（图片来源：约翰英纳斯中心）

科学是一只巨大的哈基米

现在回到文章的标题。“哈基米南北绿豆”看似无意义的词串，让人第一反应是：这也能叫语言？ 但如果把视线从网络语言挪回科学史，会发现一个简单事实：科学术语并不是在第一天就拥有清晰边界的。不仅是量子、电子或是基因，场、物种、模型等等甚至几乎所有的科学名词，在诞生的早期，都带着宽泛模糊的意味。科学共同体使用这些词汇，是为了先让讨论能够进行，再在不断的修正中让意义变得稳定。

如果再把视线从术语本身拉远一点，就会看到科学整体的发展方式其实也类似。我们今天熟悉的理论、方法、图像在呈现于教科书时显得整齐而严密，但它们在最初出现时并没有这么从容。很多想法带着尝试的味道，很多框架是用补丁拼起来的，甚至连提出者本人都没把握。所以，面对语言的随意性不必紧张，面对科学的初期混乱也不必讶异。世界上很多事物在起步时都差不多：歪歪扭扭、不甚明晰，甚至显得毫无意义。它们的清晰，是一点点生长出来的。