靠演奏谋生的天才

埃里克·德梅因 (Erik Demaine) 即将达到投票年龄，但已经开始攻读计算机科学博士学位，他来到纽约参加一年一度的 OrigamiUSA 大会。他最近对这项爱好产生了兴趣，因为他认为它背后的数学知识可能会成为一个引人注目的论文主题。在大会的过道上，德梅因看到了常见的纸艺——精致的昆虫、蓬松的兔子——但他也了解到更复杂的形式，比如用一张纸制作的三节车厢模型火车头。这列火车和许多复杂的折纸作品一样，都是从一种称为箱形褶皱的基本折叠图案中衍生出来的。

箱形褶是在 20 世纪 60 年代中期发展起来的，它是一种由垂直和水平折痕组成的网格，并结合了一些位置合适的对角线。瑞士物理学家 Emmanuel Mooser 用这种褶子制作了现在的 Mooser 火车，这是折纸界最伟大的成就之一，从而使这种褶子广为人知。在折纸大会上，Demaine 开始思考箱形褶是否可以用于制作更大、更复杂的设计。它可以折叠成 Mooser 的喷气式客机、Mooser 的火箭飞船或 Mooser 的全尺寸核潜艇吗？

2001 年，20 岁的德梅恩加入麻省理工学院，担任计算机科学教授。他是这所大学有史以来最年轻的教授。2003 年，他获得了麦克阿瑟天才奖。那时，他已经将箱形褶皱放在一边，转而从事其他折叠研究。但几年后，穆瑟的火车又回到了他的脑海中。他开始与另一位麦克阿瑟奖获得者、机器人专家和计算机科学家丹尼拉·鲁斯合作设计“可编程物质”。他们想要创造一种由互锁面板制成的床单，只需按一下按钮，它就可以变成任何物体，从沙发床到电脑。要做到这一点，他们需要一个简单的折叠模板，该模板要足够灵活，可以处理许多不同的形状。德梅恩从箱形褶皱开始。

德梅因与两名学生以及他的父亲马蒂（麻省理工学院的技术讲师兼驻校艺术家）合作，从数学上证明了箱形褶皱是没有极限的。一张纸，如果足够大，可以折叠成不止一列火车模型。它可以变成宇宙中的任何东西。在此基础上，德梅因、罗斯和哈佛大学的一位合作者将这种图案应用到一组由玻璃纤维和聚合物树脂制成的面板上，并制造出一个可以从船形折叠成飞机形状的机器人。如果这项技术可以规模化，那么面板较小的类似设计有朝一日可以变成电子书阅读器、智能手机或任何其他从网上下载的设计。

Demaine 选择项目完全出于好奇心，不管这些项目会引向何方。对许多科学家来说，可编程材料方面的研究可能会成为漫长而迷人的职业生涯的核心，但对 Demaine 来说，这只占他研究组合的一小部分。他的折叠数学为汽车制造商设计安全气囊提供了信息。他勾勒出星际迷航式复制器如何利用 DNA 和 RNA 片段工作，与考古学家合作破译了印加密码，并与父亲一起制作了纸雕，这些雕塑现已成为纽约现代艺术博物馆的永久藏品。他的最新项目可以说是计算玻璃吹制。通过模拟玻璃在不同条件下的行为，他可以帮助玻璃吹制者改进他们的技术并开发新的设计。

31 岁的德梅因已经发表了近 300 篇论文，并获得了无数荣誉，包括 2003 年的《大众科学》十大杰出奖。人们很容易将他的成功归因于天才，但这样会忽略他工作中最重要的方面。德梅因不关心应用，甚至不定义专门的研究领域，而是纯粹根据自己的好奇心来选择项目，不管它们会引向何方。其他人寻找答案，而德梅因寻找问题。“我收集问题，”他说。“问题是一切的关键。”

Demaine 的办公室位于麻省理工学院 32 号楼的六楼，该楼由 Frank Gehry 设计，是计算机科学和人工智能实验室的所在地。我到达的那天，Demaine 穿着 T 恤和黑色牛仔裤坐在办公桌前。我们聊了 15 分钟，一个比他矮一些、年纪大一些的人走进来加入了谈话。Erik 的父亲 Marty 穿着同样的制服：T 恤和黑色牛仔裤。和他的儿子一样，他扎着马尾辫，戴着一副椭圆形的眼镜，脸上留着稀疏的胡须。

无论有意无意，他们相貌相配都表明他们一生都密切合作。马蒂和妻子分手后，他带着当时只有七岁的埃里克从他们位于新斯科舍省哈利法克斯的家出发，进行了为期四年的北美之旅，一路在家教育他。当埃里克上大学时（达尔豪西大学的管理人员为了接受一名 12 岁的孩子而违反了规定），他的父亲就在他旁边上课。然后马蒂跟随儿子去了安大略省的滑铁卢大学，埃里克在那里完成了博士学位，然后进入麻省理工学院。

儿子和父亲每天都在一起工作。不在校园时，他们经常一起去参加科学会议，进行联合演讲和演示。（在其中一次演讲中，马蒂扮成一个愤怒的捣乱者，但中途摘下假发，揭露了这个恶作剧。）他们曾并肩参加即兴表演，现在也住在一起。在埃里克所做的所有工作中，与父亲一起做的项目往往最具感染力，因为它们会反馈到他的其他兴趣中。埃里克和马蒂经常说他们在研究“娱乐算法”，埃里克说，“这是一种我们为了好玩而做的一切事情的总称。”

近年来，埃里克和马蒂撰写了关于魔方、骰子脑筋急转弯和挂相框的巧妙方案的论文。即使是埃里克更严肃的工作，例如模拟蛋白质折叠的动态或开发提高计算机效率的算法，也源于同样的冲动：“这一定很酷，”他说。“最终，我把我所做的一切都视为一种娱乐，因为我这样做是因为我喜欢它。”

他办公室的书架上摆满了玩具、小玩意和他与 Marty 一起折的纸。“我觉得自己像个游戏鉴赏家，”他坐在一台连接着任天堂 Wii 的 52 英寸电视机旁说道。“我几乎会玩每款游戏至少一小会儿，只是为了了解不同的游戏类型。”最近，他和 Marty 正在进行的一些项目看起来不像游戏，更像是荒诞研究。首先，他们在公园里把面包屑围成一圈，看看鸟儿会有什么反应。其次，他们将研究意大利面形状的几何形状。他们还计划把一只鸽子关在面包笼子里，让它啄出一条路飞向自由。这些项目现在看起来可能毫无意义，但很难说玩耍会带来什么。

他们还计划把一只鸽子关在面包笼子里。现在看来，这个项目似乎毫无意义，但很难说玩耍会带来什么结果。
才华横溢和爱玩的头脑的巧合在科学界由来已久。其中最著名的典范是 19 世纪苏格兰物理学家和神童詹姆斯克拉克麦克斯韦。14 岁时，麦克斯韦撰写了他的第一篇科学论文，介绍了他设计的使用大头针和线描绘曲线的方法。二十出头时，作为三一学院的研究员，他对陀螺产生了兴趣。他将彩色纸贴在陀螺的顶部，然后像旋转的饼图一样旋转它们。他会记录下颜色在运动中如何融合。麦克斯韦发现红色、绿色和蓝色可以混合成任何颜色，这一发现最终促使他发明了彩色照片。

“你能够取得突破性研究的唯一方法就是不断地探索各种现象，”生理学家、麦克阿瑟奖获得者罗伯特·鲁特伯恩斯坦 (Robert Root-Bernstein) 说。鲁特伯恩斯坦和他的妻子米歇尔 (Michele)（密歇根州立大学历史学家兼兼职教授）一直在研究创造力以及科学天才的表现方式。（他们写了一本关于创造过程的书，名为《天才的火花》 。）“如果你没有那种玩乐精神，”鲁特伯恩斯坦说，“你就永远不会拥有足够的经验，从某种意义上说，你会偶然遇到一些事情。”

麦克斯韦的例子只是游戏如何促进科学发现的一个例子。亚历山大·弗莱明对青霉素的鉴定可能受到他对在琼脂平板上涂上色彩鲜艳的微生物的热情的启发。（青霉菌恰好是一种深蓝绿色。）量子理论家理查德·费曼在康奈尔大学食堂看到一个盘子在空中摇晃后，开始研究电子轨道的进动。“这就是游戏给你带来的效果，”鲁特伯恩斯坦说。“你学会了游戏的所有规则，然后你就知道什么时候发生了意想不到的或有趣的事情。”

天普大学的心理学家凯西·赫什-帕塞克测试了儿童玩耍和创造力之间的联系。在一项实验中，她给 4 至 6 岁儿童一组，一组是一根管道清洁器、一个回形针和一些铝箔。她让一组儿童自由玩耍；让另一组儿童思考这些物品可能有什么用途；让第三组儿童使用这些物品搭建特定的工具，如桥梁或梯子。然后，她让孩子们想办法让熊过河。赫什-帕塞克发现，第二组儿童（即参与她所谓的引导式玩耍的儿童）想出了最具创意的解决方案。她说，同样的想法也适用于科学家：当他们可以自由地解决一组已知问题时，他们的工作效率最高。

“并不是说孩子是小科学家，而是科学家是大孩子。”加州大学伯克利分校的心理学家艾莉森·戈普尼克 (Alison Gopnik) 认为幼儿和科学家之间存在着明显的联系。她做过的研究表明，孩子们通过玩耍周围的世界来进行自己的实验。“我们总是说，并不是说孩子是小科学家，而是科学家是大孩子，”她告诉一位采访者。“科学家实际上是少数几个成年后能拥有这种受保护时间的人，他们可以探索、玩耍，弄清楚世界是什么样的。”

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周四晚上，埃里克的班级会开会研究几何折叠领域的未解问题。研究生们一列列走进教室，埃里克在黑板上写下了一组问题。其中一个问题与他留在桌子上的一盒名片有关。学生们能想出办法把它们变成互锁的八面体吗？另一个问题与一张方形纸有关。他们能用它折出最大的正四面体是多少？

学生们很快就从座位上站起来，开始在黑板上乱涂乱画。很快他们就分成了小组，勾勒出想法或将想法输入笔记本电脑。每个小组都有自己的方法。有些使用尺子和透明胶带；有些则用手画。埃里克拿着手写笔站在旁边，在平板电脑上记笔记，给出建议并开玩笑。这些自由的会议通常会发表论文，四面体问题甚至可能有一些有用的应用：它可以教制造商如何更有效地使用金属板。

和往常一样，埃里克的父亲马蒂也在房间里，在一张纸上画着他的想法。有一次，他向学生们展示了他正在做的事情，学生们围了过来观看。他想出了一个奇怪的方法，用一堆较小的形状折叠一组三角形——四面体的四个面。这是其他人没有想到的计划，但埃里克一边看着草图一边摇了摇头。他和马蒂有时看起来更像兄弟，而不是父子。

“嗯，这是另一种可以尝试的方法，”Marty 说。“它非常概念化，但我认为它有潜力。”稍后，他会尝试在工作室中构建一个工作模型，Erik 会去查看。当 Marty 不在的时候，Erik 甚至可能会做出一些自己的改变——这都是他们流程的一部分。

“我们彼此非常了解，所以这是一个非常有效的组合，”埃里克说。“他总是试图给我严肃的工作注入一些乐趣。这让我们可以做我们俩都做不到的事情。”这也让他们可以做其他学者永远不会尝试的事情。

在他们众多伟大的想法中，游戏是科学的基础这一概念可能是最深刻的。这也可能成为埃里克对其领域做出最大贡献的基础。当学生们花两个小时涂鸦、折纸、做数学题，玩得不亦乐乎后，他们鱼贯走出教室，他把黑板擦得干干净净。后来我问他为什么选择这种方式教学，他简单地回答道：“我认为这是一种很酷的工作方式，应该有更多的人这样做。可惜不是每个人都这样做，所以我试图把它传承下去。”

_Daniel Engber 是特约编辑，每月撰写 FYI 专栏。本文最初发表于 2013 年 2 月的《大众科学》杂志。