W公司当我开始研究动物如何游泳时，我觉得自己不像一个物理学家。我刚刚完成了物理学士学位，在这段时间里，我被告知物理学家致力于少数几个流行词汇之一：量子力学、宇宙学、规范理论等等。为了看看研究生院是否适合我，我跟随了加利福尼亚大学的一个友好的研究小组，圣地亚哥——但他们没有研究这些流行语。他们使用高性能的数学来理解蜗牛、蠕虫和微生物的运动。
我很感激有这个机会，我认为他们研究的问题既漂亮又有趣——只是不是基础物理。随着我越来越多地参与到这个团体中，这种区别发展成了一种身份危机。理论物理学家有点像艺术家或运动员：如果你觉得自己离克莱或佩顿·曼宁更远，那可能看起来像是一场灾难。我想我能感觉到爱因斯坦和费曼低头看着我，皱着眉头，因为我走错了路。
微生物需要一些令人印象深刻的壮举才能让我相信，它们就像粉碎原子一样性感，而且它们并没有失败。有些人能够射出小针头，甚至DNA片段，其加速速度约为航天飞机发射速度的1000倍；其他人与他们无关的邻居共享基因信息，形成了一个比我们古老数千年的互联网；许多人比我们活得长，尽管他们比我们小100万倍。更有趣的是，微生物不遵守牛顿定律，牛顿定律支配着基本运动，是经典物理学的支柱。
这些非凡的事实不仅改变了我对细菌的认识，也改变了我如何定义成为物理学家意味着什么。
M（M）微生物以与我们完全不同的方式体验其流体环境。我们体验水的方式仅仅是因为我们有一定的尺寸，并且以特有的速度游泳。物理学家和工程师用雷诺数描述了水的“感觉”，雷诺数比较了惯性和粘度（阻力）对以给定速度流动的给定液体的相对重要性。这个数字越大，惯性相对于阻力越重要。当雷诺数很大时，湍流（你在快艇周围看到的白色、波浪状、泡沫状的水）开始出现，至少有几百。
据此，你可以推断，人类游泳的特点是，对于像我这样懦弱的游泳运动员来说，这个数字不到几千，而对于奥运选手来说，这个数字则更多。对于细菌，雷诺数大约为0.001。这意味着惯性对他们的重要性几乎是对我们人类的10亿倍。
为了重现水中细菌的体验，一个中等大小的人需要浸入糖蜜中，以每分钟1厘米的速度游泳。如果他们突然停下来，他们会在停下来之前滑行不到一毫米；也就是说，滑行距离必须用显微镜测量。滑行所花费的时间也很短，大约为微秒，即闪光灯闪烁之间的时间。类似地，一种细菌以最高速度传播并突然停止，其速度将下降十分之一埃，约为单个原子的大小。在一个低雷诺数的世界里，一年中懒散地进行仰泳可以让你在一秒钟内完成泳姿。
当惯性不再重要时，质量、加速度和力等术语就失去了意义。像牛顿第二定律（力等于质量乘以加速度）这样的说法是没有实际意义的。牛顿细菌第二定律是零等于零。没有加速度这回事，因为细菌在开始游泳时几乎立刻就达到了稳定的游泳速度，而在停止游泳时却立即失去了这种速度。牛顿的第一定律，即运动中的物体在受到作用之前一直保持运动，变得荒谬；所有细菌都知道，如果你不游泳，你就是站着不动。没有微生物可以自由移动。牛顿的第三定律，即每一个动作都有一个相等且相反的反应，变成了一种同义反复，因为不再有任何动作。
在细菌世界中，亚里士多德更能描述物理学，他否认惯性的存在。
细菌的发现者范·列文虎克（van Leeuwenhoek）称之为“小动物的嬉戏”，这种细菌能够打破经典物理学的基石之一，我对此感到惊讶。看到这一点，我所跟踪的小组的负责人引导我阅读了20世纪90年代诺贝尔奖获得者物理学家写的一组文章。2,3这些文章证明，控制游动微生物的物理与控制某些亚原子粒子量子力学的物理是相同的。他们甚至描述了一些简单而具体的东西——一种藻类规范理论的速度和轨迹，这是我在大学时被灌输的流行语之一。事实上，细菌受规范理论的支配，正是这一事实使它们能够在没有外力的情况下运动，并绕过牛顿定律。
这对我来说是另一个重要的教训，不仅在物理和数学方面，而且在社会学和身份认同方面。我决定物理学家不必研究某些物体而是将某些工具和思维方式应用于任何感兴趣的领域中的任何类型的对象。规范理论不仅适用于量子力学，也可能适用于微生物和其他更接近我们自身大小的物体。
我没有想着用笔和纸做研究，而是用胳膊、手、手指和脚来感觉。
在UCSD团队的大力帮助下，我进入了布朗大学的博士课程。我的新同事从理论物理学中运用了一些漂亮的工具来研究宏观课题，比如游泳、窗帘的褶皱以及树木和骨骼的形成。在不寻常的地方学习认识理论物理的结构，使我为自己的发现做好了准备，这一发现与微生物一样，人类也有能力超越牛顿定律。
在布朗大学的第一年，我开始学习太极，以缓解研究生院的压力。我对自己正在研究的问题着迷，就像一个卡通科学家，一边疯狂地拔头发，一边盯着一块写满潦草文字的巨大黑板。太极拳宣传了放手的能力，以及某种神秘主义，并吸引了运动上的无能者。
在最初的训练中，我确实学会了放松，忘记了我的工作。但当我被介绍到常见的两人太极练习时，我得到了完全不同的益处推寿，翻译为“推手”（或“推手”）。它可以合作进行，以放松，也可以竞争。竞争性推手的目的很简单：参赛者面对面，试图在不使用击打、抓握以及不推到腰部以下或锁骨以上的情况下使彼此不平衡。预计这两名选手的重新安排将是平稳和持续的，缺乏其他格斗项目的肌肉优势。
推手训练的关键是学习如何在肌肉发达时不被抓住，而是放松并引导对手“进入空虚状态”：操纵对手的阵型，使他们的推拉动作安全地偏离练习者的重心。在开始阶段，很难确定身体的哪些部位是紧的，哪些部位是松的，即使在一个人身上，也可能需要多年的学习和练习太极套路。这是训练的一个绝对必要的组成部分，因为任何张力都会直接指向重心：就像一根钢杆（紧绷的肢体或关节）不稳定地固定在一个倾斜的结构（躯干）上一样。由于杆不会拉伸或弯曲，任何人都可以通过推或拉杆将结构物拉下。
接下来，一个潜在的推手选手必须学会通过触摸和视觉识别他人的紧身程度。这通常通过预先安排的、合作的推手练习来实现，该练习训练叮叮声，这意味着听-学习通过相互接触点触觉地解释对手的意图和身体对齐。这项技能的价值是如此之大，以至于参与者都不愿意与人断绝联系。
推手挑战你移动和变形你的身体，以驱散外来的力量。没有力意味着没有惯性。当没有惯性时，定义与质量有关的术语会有歧义。诸如“质心”之类的概念会变得不明确。如果你感觉不到与对手中锋的机械连接，你就无法确定他们的中锋在哪里——可能在他们的头部、左小指或其他任何地方。
所有这一切都让我有一种似曾相识的感觉。我很快就能识别出从面具后面向外窥视的熟悉的东西，但我花了一段时间来处理，因为我第一次没有考虑用笔和纸进行研究，而是用我的手臂、手、手指和脚来感受。最后，我意识到：细菌是太极的大师。
L（左）就像太极拳专家一样，细菌实际上也缺乏质心。如果你是一个细菌，与另一个细菌相撞，无论你认为质心在你的头部还是鞭毛中，运动都是一样的。当两种细菌接触时，它们会粘附在一起，并在不相互施加力的情况下四处移动。有时为了压制这些力量，他们需要在一起呆很长时间，几乎是无限期的。不知怎的，细菌“只知道如何移动”，以避免相互施加力。他们是中立的大师。
他们也像推手练习者一样，做着看似不可能的事情：中和每一种力量，同时还能实现某种运动。他们加速和减速，并迅速改变方向。牛顿禁止在没有力的情况下发生这种情况。
这种力量和运动之间的对话教会了我细菌游泳和推手之间的一个区别。在推手中，我们在获得有利位置后最终会施加很大的力。在太极拳之外也可以看到类似的策略，比如穆罕默德·阿里的“绳子-兴奋剂”技术，即利用环绳的弹性来消散进入的能量，从而在随后的反击中产生巨大的力量。用一句话来说，从业者的细菌运动正是在最大限度地发挥优势的时候被放弃的。
对于细菌来说，没有加速度这回事。
这让我来到神奇微生物站，向太极拳练习者学习什么？如果他们也突然被允许以及时和战略性的方式使用武力，他们会怎么做？为了理解这一点，我必须向他们介绍一些新的物理学；起初让我兴奋不已的游泳规范理论现在成为了我教小动物相互用力的主要障碍。
这种来自武术的出乎意料的动机成为我博士研究的主要方向。我开始研究物理性质略有不同的细菌的新环境。在这些环境中——比如具有不寻常几何形状的简单流体，或具有简单几何形状的不寻常流体——细菌可以为人类做有用的工作，包括组装和拖曳小批量药物或为微型发动机提供动力。当我们以预先编程的方式打破传统物理时，这就成为可能，就像“推手”练习者在赢得优势时打破中和规则一样。
像这样的想法现在正在向多个方向渗透，最终将导致制造有用的微观器件。触发力的能力使细菌在粘附和粘附后能够从物体上分离出来，这可以让它们拖曳货物，例如将化疗分子的有效载荷直接输送到肿瘤上，而不会轰炸健康组织。（细菌可以在没有我们帮助的情况下自行分离，但其机制有点模糊，需要分泌许多不同的化学物质。）或者小游泳者（天然的或人工制造的）可以以复杂的模式操纵和组装药物颗粒或其他小分子，即使是在远处，由于施加力时产生的流动。通过这种方式，细菌不仅可以从一些基本成分中组装抗癌药物，还可以将其携带到肿瘤中，释放出来，然后重复这个过程，直到治疗完成。
学习太极不仅仅是指导我的研究，它改变了我的研究方式。西方哲学倾向于将宇宙分为观察者和被观察者，两者之间几乎没有相互作用。看到细菌和太极相互交流，让我看到了一种更平等的做物理的方式，专注于连接.
吨在发现细菌和中国武术之间的联系方面，有相当多的天真。但这种天真无邪的态度是理论物理学发展的核心，让我暂时屈服于它让我有了更深层次的认识。我开始写草稿某物，一些使用身体技术的物理教育学的疯狂想法。我开始向我的朋友和同事咆哮“物理学从身体。”在我看来，太极、细菌和计量理论的数学思想之间的联系似乎比我的兴趣之间的随机联系或指导我研究大问题的启发性小想法更为深刻。
我开始欣赏身体矢量知识的来源与读书的眼睛和听讲座的耳朵是分开的。从这个意义上说，它是我们拥有的最容易获得的向量；每个人都有一个身体，但不是每个人都能接触到书籍或讲座。我真的相信，现在被认为是数学家起源的晦涩思想可以被普遍接受，至少可以通过类比。如果你能将亚原子粒子的行为方式与你和你的身体的行为方式联系起来，那么也许它会帮助你更好地了解你生活的世界，即使这些微小的细节被掩盖了。或者，更好的是，也许它会让你希望更好地了解这个世界。
认识到这种联系也让我觉得自己有了某种地位或角色，这不一定是用“物理学家”这个词来描述的。这个词有一个根植于社会学和流行观点的不稳定而模糊的定义，这让我怀疑自己。科学家们现在感兴趣的事情早就让这些术语黯然失色了，今天这个领域应该改变思维方式和术语。这种新的思维方式应该有一个新的名字：“思考者”太自命不凡了，所以我会选择“连接器”
连接器是注意事物之间联系的人。连接也许是物理学最有价值的技能，也是许多英雄所拥有的技能之一——民间文学中充满了这样的格言：费曼通过在康奈尔餐厅旋转盘子来发现量子电动力学原理，爱因斯坦通过喝汤来发现布朗运动理论的各个方面。科学发现被包裹在一个个人的故事中——有时，这就像盯着黑板看几百个小时一样无聊，但更常见的是，在淋浴、保龄球、观看鸟儿飞行时形成的图案时，会有一些小突破。
这些微小的联系很少被发表，也很少在诺贝尔获奖演讲中讨论。但从某种意义上说，这是故事最重要的部分，不仅因为它们最人性化、最容易接近，而且因为它们反映了科学发展的本质。如果这是真的，那么我们日常的活动并没有我们想象的那么不同，从粉碎原子到猜测第一颗恒星是如何诞生的。就像阴阳一样，无论我们注意到与否，它们通常是携手并进的。
麦迪逊·克里格（Madison Krieger）最近获得了布朗大学（Brown University）工程学博士学位，目前是哈佛大学进化动力学项目（Harvard’s Program for Evolutionary Dynamics）的博士后研究员。
工具书类
1.Purcell，E.M.低雷诺数下的寿命。美国物理杂志 45, 3-11 (1977).
2.Shapere，A.和Wilczek，F.低雷诺数下的自推进几何结构。流体力学杂志 198, 557-585 (1989).
3.Shapere，A.&Wilczek，F.低雷诺数下的自脉动效率。流体力学杂志 198, 587-599 (1989).
获取Nautilus时事通讯
尖端科学，由最聪明的在世思想家揭开。
