費曼和螞蟻的故事

2024-10-19 01:45:10

　　費曼被很多物理學家譽為20世紀愛因斯坦之後最偉大的實證物理學家。在他研究生剛畢業時，就參與了美國製造第一枚原子彈的曼哈頓計劃;後來，他又在美國加州理工學院任教約40年，並在1965年獲得了諾貝爾物理學獎。1986年他僅用一杯冰水及一隻橡皮墊圈就證明了「挑戰者號」出事的原因。

　　不過，令這位物理學家聲名遠揚的遠遠不止這些，他的邦戈鼓藝高超，甚至能頂替職業鼓手上場表演;他還可以像一位真正的畫家一樣賣掉自己的作品;他是開保險柜的專家;他喜歡在酒吧裡研究科學問題。總之，他的才華，他的幽默，他的率性而為的惡作劇，令他的一生多姿多彩。同時，他的成長和他的成就，也包含了許多發人深省的啟示。下面講述的一件小事就是費曼與螞蟻的故事。

　　人們常遭遇一些不請自來的昆蟲朋友，那成群結隊而又行色匆匆的螞蟻們，也算是人類家中的常客了。對於這些不怎麼怕你的小螞蟻們，你如何看待它們呢?是捏死呢，裝作沒看到呢?還是像物理大師費曼一樣的觀察它們?

　　理察·費曼，1918年生於美國，這樣一位看似遙不可及的風光大人物，卻有著孩童般的好奇與天真。當他在普林斯頓大學當研究生時，他用放大鏡觀看在常青藤上的螞蟻，看到螞蟻用腳在蚜蟲身上拍啊拍的，蚜蟲便分泌出蜜露，然後螞蟻將一滴蜜露舉起、咬破，「咕嘟」地吸了進去。此時，年輕的費曼由於印證了父親曾告訴過他的知識，並親眼見證到這有趣的現象而興奮地大叫。

　　費曼與螞蟻的交手不僅於此。有一天在宿舍，他又看著逛來逛去的螞蟻好奇了起來。他想知道螞蟻是如何找到食物並告知同伴的。於是他用小紙片和玻璃片(這是兩次不同的實驗)搬運螞蟻，設計實驗並觀察，然後證明後面的螞蟻會循著前面的螞蟻留下的「痕跡」確定去向。在離開那間似乎經常有螞蟻光臨的宿舍後多年，他已在加州理工學院教書了。某日他又看到這些螞蟻朋友們出現在浴盆周圍，當下便做起了實驗。他用糖來引誘螞蟻、用彩色筆來跟蹤螞蟻，一隻又一隻……從第一隻找到糖的螞蟻留下的曲折路線，第二隻找到糖的螞蟻也跟隨著先前那隻螞蟻的路線走回巢中，而不是沿著自己找到糖之前的路線往回走。於是費曼推論螞蟻在找到食物時會留下較為強烈的氣味來吸引同伴，即使它是一隻路痴。

　　幸好，往後的螞蟻並不是每隻都一步一個腳印地跟隨著原本那條彎曲的原始路線回家。有的螞蟻搬著糖急急忙忙往家走，免不了會偏離原始路徑，但在一陣亂闖後又會走上原始路徑，而且比第一隻螞蟻走得直多了。如此一隻只急性子的螞蟻，就會把路線走得越來越直。費曼在這次的實驗裡，總共用筆跟蹤了8到10隻螞蟻之後，所畫下的痕跡已變成直線。

　　費曼的實驗結果跟其他科學家的研究不謀而合。所謂的氣味，即為昆蟲自身分泌的一種化學物質「費洛蒙」;用氣味留下的行走痕跡可稱為「氣味走廊」。而另一種關於螞蟻會走直線的說法則是：在食物和巢穴這兩點間可以有各種路徑，但只有最近的那條路徑，因為可以最快到達，所以往返的次數多，留下的氣味也多，最後其它的螞蟻便被這氣味吸引而選擇這條「快捷路徑」。

　　這一條「快捷路徑」的產生方式似乎迷倒了不少科學家，進而發明了「蟻行算法」。時至今日，已有不少人將這一套算法用在電信、信息、水資源、運輸、工廠管理，甚至軍事戰略上，並且出現了「群體智慧」和「蟲群戰略」等名詞。