從牛頓、特斯拉到愛因斯坦,大物理學家為何鍾情於貓?

2021-07-30     愛貓生活

原標題:從牛頓、特斯拉到愛因斯坦,大物理學家為何鍾情於貓?

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縱觀歷史,許多物理學家與他們的貓的關係要友好得多,貓成為他們的實驗室助手、靈感繆斯、夥伴,甚至是科學論文的共同作者。

艾薩克· 牛頓不僅在運動和引力方面做出了改變世界的發現,而且還發明了貓洞。

牛頓本人的性格可能有點兒像貓,他聰明又淘氣,孤獨地追尋著自己的目標,有時又很兇猛。牛頓在19歲時寫下了一系列自承自己犯下的罪過,其中包括「威脅我的父母史密斯把他們連同房子一起燒掉」。牛頓和他的繼父巴納巴斯· 史密斯( Barnabas Smith)牧師關係不好,顯然對他母親再婚很生氣。

19世紀牛頓發明貓洞的故事經常被提起。

牛頓爵士有一隻大貓和一隻小貓,他把它們養在書房裡。但是他懶得一次次地為它們開門讓它們進出,於是他想出了下面這個辦法。「他在門上開了一個大洞讓大貓進出,在大洞旁邊又開了一個小洞給小貓進出。他連最笨的鄉巴佬都會記得的事也忘了,小貓也可以從大貓的大洞進出。挖好洞後,他驕傲地等著貓第一次鑽過洞去。當它們從壁爐前的地毯上站起來時,智慧的牛頓停止了崇高的計算,放下了筆,什麼都不幹,就聚精會神地注視著它們。它們走近貓洞,發現那是專門為它們準備的。大貓從為它準備的那個大洞裡走了過去,小貓立刻跟著大貓從同一個洞裡走了出去。」

這個牛頓貓洞的故事被用來教導人們要謙遜。「沒錯,你可以預測行星的運動,但是如果沒有一些常識,這些知識是沒有用的!」

當然,像牛頓這樣的科學家,在實驗室里獨自工作幾個小時,需要一隻貓做伴也很容易想像。事實上,關於運動的物理學的另一位關鍵人物在研究中就有貓的陪伴。

威廉· 羅恩· 哈密頓( William Rowan Hamilton,1805—1865)是愛爾蘭天文學家、物理學家和數學家,他最著名的工作是用複雜的數學公式重新表述了牛頓運動定律。哈密頓運動定律被證明非常適用於量子粒子的分析,哈密頓函數在經典力學和量子力學中都有應用。

哈密頓以他對人類和動物(尤其是貓)的仁慈而聞名,他的妹妹也證明了這一點。

他一直很喜歡貓,經常有人看到他在寫數學論文,一隻小貓或他最喜歡的大貓趴在他的肩膀上,調皮地想抓住筆。

他的禮貌幾乎是對別人的一種責備。一位曾經和我一起住在都柏林的年輕女士說:「我從來沒有看到過像你哥哥這樣有禮貌的紳士,我想他甚至會向一隻貓鞠躬。」有一天,我想起了這件事,正和哥哥開玩笑將她的話學給他聽,這時他不小心踩到了貓爪子,轉過身來,微笑著說:「我正想說,請原諒。」

但正如他妹妹所說,哈密頓會如此耐心的對象不只是他的動物夥伴。

除了把貓作為夥伴之外,其他科學家如羅伯特· 威廉士· 伍德( Robert Williams Wood,1868—1955),也發現了一些巧妙的方法讓貓在實驗中發揮作用。伍德是研究紫外線的先驅,並在一個名叫光譜學的領域做了大量工作,光譜學的研究內容是通過測量光譜(顏色)來研究物質的結構。他是一名專注的研究人員,甚至和家人一起度假時仍在工作,這在他的傳記性回憶錄中也有所提及。

伍德和他的家人在長島的舊農場過暑假。他在穀倉里臨時搭了一個實驗室,它的一大特色是一台40英尺的光柵攝譜儀,這可能是當時最大的攝譜儀,而且肯定能得到前所未有的精確結果。它是在當地石匠鋪設的下水道的基礎上建造的。兩個暑假之間漫長的時光中沒有人使用儀器,各種各樣的野生動物都把它當作庇護所,光路也被蜘蛛網弄得亂七八糟。伍德清洗腔管的方法極為經典:他把家裡的貓放在一端,然後把這一端關上,這樣貓為了逃跑,就必須跑完整個管子,有效地清除了所有蜘蛛網。

這隻貓可能並不願意充當一位實驗室助手,但它似乎也沒有受到任何傷害。

一些物理學家在與貓的互動中找到了靈感,甚至找到了畢生的志向。其中最著名的例子是發明家、物理學家、未來學家尼古拉· 特斯拉( Nikola Tesla, 1856—1943)。

特斯拉因其在發電方面的工作而被稱為「閃電大師」,我們至今仍在使用的交流電系統就是他發展並主持推廣的。這項工作由西屋電工製造公司(後改名為西屋電氣公司)贊助,導致特斯拉、西屋電氣與倡導美國採用直流電系統的托馬斯· 愛迪生進行了一場商業戰。特斯拉同樣觀測到了X射線,那是在1894年,比威廉· 倫琴還要早一年,但他的研究記錄在1895年3月的一場火災中丟失了。特斯拉試驗了無線電和電力的無線傳輸,發明了特斯拉線圈,這是一種能發出大量電火花的裝置,可以使螢光燈泡在不接通電源的情況下發光。

圖1 尼古拉·特斯拉在他科羅拉多斯普林斯的實驗室里,當閃電在周圍轟擊時,他在平靜地工作(約 1899 年)。這張著名的照片是經過兩次曝光形成的,由狄金森·V. 阿利(Dickensen V. Alley)拍攝。

大家都說,特斯拉在很小的時候就顯示出了才華。但是,據他自己說,激發他研究電學現象的是一隻貓。

1939年,特斯拉給南斯拉夫駐美國大使的小女兒波拉· 福蒂奇( Pola Fotich)寫了一封信。信中,他講述了自己在南斯拉夫的童年,並提及了他的貓。

但我是最快樂的,我快樂的源泉是我們美麗的馬查克,它是世界上最好的貓。我希望我能讓你充分了解我們之間的感情。我們為彼此而活。無論我去哪兒,馬查克都跟著,因為我們彼此相愛,它也想保護我。當它覺得需要保護我的時候,它就會聳起背,身體看起來有原來兩倍大,尾巴硬得像根鐵條,鬍鬚像鐵絲一樣,它會急速地喘息:噗!噗!這是一幅可怕的景象,不管是誰,是人還是動物,只要招惹了它只能倉皇而逃。

每天晚上,我們都會沿著教堂的牆從家裡跑出來,它會追上我,抓住我的褲子。它努力讓我相信它會咬人,但當它尖利的牙齒刺穿衣服的那一刻,緊張的氣氛就消失了,它們與我皮膚的接觸就像落在花瓣上的蝴蝶一樣溫柔。它最喜歡和我一起在草地上打滾,一起打滾的時候,它又咬又抓,高興得發出咕嚕咕嚕的聲音。它完全把我迷住了,我也學著它又咬又抓,發出咕嚕咕嚕的聲音。我們停不下來,在狂喜中不停地翻滾。除了雨天,我們每天都沉浸在這項迷人的運動中。

馬查克對水特別挑剔,它會跳起6英尺高以避免弄濕爪子。在雨天,我們會走進房子,選擇一個舒適的地方玩。馬查克特別愛乾淨,身上從來沒有跳蚤或蟲子,而且沒有表現出任何令人反感的特徵。晚上它想出去玩時會溫柔地請求你的同意,回來時會輕輕地一遍又一遍地撓門。

到此為止,故事很簡單,一個孩子很愛他的寵物。但接下來,這個故事卻有了一個科學的轉折。

現在我必須告訴你一個我終生難忘的奇怪經歷。我的家鄉海拔大約1800英尺,通常冬天天氣乾燥。但有時,從亞得里亞海吹來的暖風會持續很長時間,融化積雪,形成洪水淹沒土地,造成巨大的財產和生命損失。我們會看到這樣可怕的景象:一條洶湧澎湃的河流攜帶著殘骸,把一切能移動的東西都撕成碎片。我常常想像年輕時經歷的這一情景,當我想到這一情景時,水聲仿佛灌進我的耳朵,我依然清晰地看到洶湧的水流和殘骸瘋狂的舞蹈。但我對冬天的記憶是乾冷的空氣、無瑕的白雪,總是令人愉快。

碰巧有一天,天氣同樣寒冷,但好像比以往都更乾燥。走在雪地上的人們在他們身後留下了一條發光的路,扔出去的雪球碰到障礙物,撞擊面會發光,就像被刀子切過的一塊糖。黃昏時分,我撫摸著馬查克的背時,看到了一個奇蹟,我驚訝得說不出話來。馬查克的背上籠罩著一層光,我的手經過的地方發出一陣火花,「噼啪」聲大得整座房子都能聽到。

年輕的特斯拉第一次注意到了靜電現象。包括我在內的許多孩子,都是通過靜電第一次接觸到物理世界的奇特之處的。

我父親是個很有學問的人,問他所有問題他都能回答出來,但這種現象他也從未見過。「好吧,」他最後說,「這只不過是電,就像暴風雨中樹林裡的閃電一樣。」

母親似乎嚇住了。「別跟這隻貓玩了,」她說,「可能會引起火災。」但我想得很抽象。大自然是一隻巨大的貓嗎?如果是,誰來撫摸它的背?只能是上帝,我總結道。我當時才三歲,就已經在進行哲學思考了。

第一次觀察已經夠令人吃驚了,但隨後發生的事情更加奇妙。天越來越黑了,所以家人很快就點燃了蠟燭。馬查克在房間裡走了幾步。它搖著爪子,好像踩在濕地上。我聚精會神地看著它。我是看到了什麼還是出現了幻覺?我睜大眼睛,清楚地看到它的身體被一個光環包圍著,就像聖人的光環!

這個奇妙的夜晚對我孩童時期的想像力產生了無與倫比的影響。我每天都在問自己:「電是什麼?」卻找不到答案。80年過去了,我仍然問著同樣的問題,卻無法回答。不計其數的偽科學家聲稱自己知道答案,但他們的答案並不可信。如果他們當中的任何一個人知道電是什麼,我肯定早就知道了。

愛因斯坦也很喜歡貓,有段時間他養了一隻名叫「老虎」的貓,它一到下雨天就很沮喪。據說,愛因斯坦會對貓說:「我知道你為什麼不開心,親愛的老夥計,但我不知道怎麼把它關掉。」 1924年,愛因斯坦給朋友們寫了一封信,也提到了同一隻貓:「我有一種衝動,想從我的隱居地直接向你們問候,僅此一次。這裡太好了,我幾乎都要羨慕自己了。我一個人住一整層樓。除了我,這裡沒有其他人,除了有時會有一隻大個兒的公貓,它也主要決定了我房間裡的氣味,因為我無法在這方面成功地與它競爭。」

貓能獲得物理學學位嗎?不少養過貓的頂尖物理學家都認為,貓對這一學科的了解比我們遠比我們人類認為的要多。

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