海洋之歌
文/陈梓钧
这是陆哲教授在“新科学系列讲座”的发言稿。这次重印，得到了出版商“学术出版公司”的许可。
1
各位，我没料到自己能站在这里——活着站在这里，向各位讲述我的故事。
命运真的很神奇。两个月前的这个时候，我身处北大西洋上空，漂浮在一百公里高的地方，蜷缩在一艘海洋深潜器里，目睹着天崩地裂的可怕景象：数百亿吨海水从太空落下，数百亿吨熔岩从地幔涌出。若救援来迟一点，我便不可能在这里与大家共同见证这令人战栗的时刻了——这个新一次科学革命的时刻，文明史转折的时刻。在这个时刻，我有幸与大家一起，迎来人类崭新的黎明。
为什么这么说呢？现在已有超过两亿人死于海啸、地震与火山爆发，上千座城市惨遭毁灭，近十亿人流离失所，人类文明遭遇前所未有的浩劫。为何我还会以这种乐观到狂妄的口气说，这是人类的黎明呢？请允许我先谈谈我的母亲。
我对母亲最早的记忆，来自我的一次哭泣——第一次上幼儿园时的哭泣。那时，我号啕大哭，老师怎么哄都没用，糖果、玩具，各种招数都用尽了，所有人都一筹莫展，但母亲却给我了一块拳头大小的黑石头。
“你听。”她说，把黑石头在桌上轻轻磕了一下。
黑石头发出一种不可思议的悠扬鸣声，如鸣佩环，经久不息。后来听老师说，那时我立刻停止了哭泣，瞪大眼睛看着那石头，仿佛那是一块闪闪发光的宝石。
我出生在一个单亲家庭——两岁那年，父亲离家而去，母亲独自抚养我长大。和现在的我一样，母亲也是一个海洋学家。每年冬天，她总会跟着考察船出海，回家时为我带来各种奇妙的玩具——贝壳、五颜六色的珊瑚、可以养在瓶子里的灯笼水母，还有那些黑石头。这样的石头，她每次考察归来都会带回几块，天长日久，在狭窄的屋里堆积如山。后来，母亲索性把它们按大小堆在一个木架子上，做成了“架子鼓”，又向学乐器的邻家孩子借来了鼓槌，和我一起敲着玩儿。
当然，因为音准不对，这“架子鼓”并不能演奏常见的乐曲。一般的乐曲中，音高差八度意味着频率差两倍，但这件乐器只能演奏频率差六倍的音乐。母亲是个很有才华的人，为此她专门自编了不少曲子，其中我最熟悉的便是《海洋之歌》。在这悠扬的音乐声中，我度过了无忧无虑的童年。那是多么美好的日子，我以为生活将这样永远继续下去，直到我六岁。
那是我第一次跟着母亲出海。在海洋考察船的一个船舱中，我坐在桌旁，准备过六岁生日。桌上摆着蛋糕，烛光跳跃着，为冰冷的船舱抹上温暖的橙红色。但我身边的叔叔们却面色凝重——母亲下潜考察，却突然失去了联系。
我望向大海，焦急地等待着，等待她回航时溅起的浪花。
铅灰色的大海沉默着，一天，两天，没有任何消息，她消失在两千米深的大西洋底，直到现在，也没有回来。
这是很大的悲痛。厄运降临后，我的世界天崩地裂。但我不再哭泣，有另一种东西让我从悲痛中走了出来。大概每个人到了某个年龄都会经历自我意识的“天启”，于我而言，这种“天启”是母亲的永别带来的。葬礼上，抚摸着她黑色的灵柩时，某种陌生、无边无际、黑色而冰冷的存在突然攫住了我，眼泪戛然而止。死亡，虽然当时我无法理解它，却也朦胧地感受到了它无所不在的羽翼与它扇起的寒风。我眼中的世界突然变成了另一种样子，我也不再是那个无忧无虑的小孩了，我开始思考，思考生命的奥秘：生命是什么？死亡是什么？生命存在于宇宙中，意义又是什么？
这些问题伴随着我长大，引领我走进实验室，走向那片海洋，最后，把我带到了这里。
对我个人而言，母亲的死是我人生的转折点，我相信对于人类文明而言，这场灾难也会成为文明史的转折点。就像我感受到的启迪一般，人类也将重新审视自我、文明与生命的意义，不是在地球的尺度上，而是在宇宙的庞大舞台上审视，从而点亮新纪元的崭新黎明。
而这一切，都来自于我母亲的“海洋之歌”。
2
故事不妨从头讲起。
五年前，在任讲师期间，我与北方矿业集团合作，参与研究深海锰结核。
众所周知，锰结核是一种储藏量很大的金属矿藏，早在十九世纪末就被发现，但直到现在都没有大规模开采。原因很简单：它们都沉积在几千米深的海底，勘探困难，成本高昂。为了解决这个难题，北矿集团希望能借助浮游生物来定位锰结核。
这不是什么新奇的想法。当时人们普遍认为，锰结核起源于一种特殊的浮游生物。海水中的锰元素会富集在它表面，层层堆积生长，最终形成结核，就好像水汽凝结成露珠。
显然，这个理论有很多漏洞——比如著名的“同心圆疑题”。锰结核都沉积在海底，如果它真是由锰元素沉积而成，那它应该只在与海水接触的上表面生长，剖面的生长纹应该下密上疏，是严重偏心的，但事实上，这些“年轮”都是均匀对称的同心圆。难道石块会悬浮在海中生长吗？然而北矿集团并不在意这个，他们关心的是收益——这种浮游生物带来的生物探矿法，将为集团节省一大笔开支。
无疑，这个课题是纯应用的，和探索生命奥秘八竿子打不着，但却成为我研究的转折点。我此前一直在海洋浮游生物领域，从未研究过锰结核，更没有见过锰结核的样本，所以当我第一次见到那些从海底捞上来的黑疙瘩时，我的震惊溢于言表。
那就是母亲带回来的黑石头！
这就是命运的神奇。时隔二十年，我竟然阴差阳错地与母亲走上了同一条路，来到了同一片海。在这里，我接下了母亲未竟的事业，并且解开了一个巨大的谜团。
这个谜团的线头，来自一串神秘的数列。
那时，为了研究需要，我们采集了数十吨的锰结核样本。经过粗略统计后，我们惊奇地发现，这片海域里采集的样本格外蹊跷——在两万多个样本中，锰结核的大小呈现出奇特的等比数列形式的分布规律，我们称之为“直径量子”。这些锰结核的直径均取了若干分立的值，而这些值间近似呈以“六”为倍数的等比数列关系，如三点三厘米、十九点八厘米、一百一十九厘米等。在打捞的样本中，我们只发现了这些尺寸的结核块。而如果锰结核是由浮游生物吸附形成，那应该各种尺寸都有，不可能只出现这种离散化的值，何况是等比数列！
这是我研究生涯的转折点。从那时起，我的全部精力都放在了锰结核上。
必须承认，转行并不容易。锰结核的成因研究属于海洋地质学，后来我发现还必须联系上电化学和流体力学，那都是数学背景相当复杂的东西。但那串神秘等比数列的诱惑足以让一切困难都变得可以克服。经过三年的研究，在冯坎博士、乔羽高工等人的帮助下，一个新的锰结核形成理论渐渐成形。
理论的出发点，来自那个等比数列中的比例因子“六”。
这是一个很有趣的过程，现在回忆起来，仍趣味盎然。我们就好像破解凶杀案的侦探，死者留下了一个神秘数字，而我们要靠它推断出凶手的身份。为何恰好是六倍？刚开始思考时，没有任何理论能解释，我们只能天马行空地想象，寻找一切若隐若现的联系，同时还要避免陷入玄学的陷阱——雪花的六角、米粒组织[1]的六边形、巨人之路的六棱柱[2]，但肯定不是大卫的六芒星（笑）。这不是胡思乱想，我们知道，自然界的一切都遵循能量最低原理，如果我们承认锰结核的这种比例关系是自然形成的话，那“六”这个比例一定来自于某种能量最低的几何形状。
于是，我们想到了“瑞利-本纳德对流”。
这并不是什么玄奥的事物，我们每天都有机会见到它。我今天早上在宾馆厨房做的实验：找个平底锅，加半锅水，打一到两个鸡蛋，让水具有一定的黏度，接着均匀、平缓地加热锅底，注意一定要非常均匀，然后等待。你会发现，在某个时刻，水面会突然涌现出规则的六边形涡胞，原来混乱翻腾的水流被约束在了六边形涡胞内，以对称的方式上浮和下沉。
在大洋深处，类似的过程也在进行着，只不过规模要大得多。洋中脊裂谷底部，来自地幔的炽热熔岩涌出地壳，与冰冷的海水接触，形成热对流，与被炉灶加热的锅中水如出一辙。
让我们继续实验。请看这段视频，在平底锅中，水涡呈六边形对称翻滚，大概有二三十个涡胞，每个涡胞直径大概是一厘米。现在，我把炉灶火焰开到最大，同时向锅中的水面均匀地喷洒液氮，以加大水底和水面的温差，可以看到，当温差增大到下一个临界值时，涡胞突然分裂，每一个大涡胞分裂成三十六个新的小涡胞，小涡胞的直径恰好为原来的六分之一！
那是两年前的一个清晨，在煮鸡蛋时，我偶然观察到了涡胞的六分裂，从而解开了困扰我数年的谜团。多亏了我家乡的凛冽寒冬，让温差达到了涡胞分裂的临界点。
当然，如果温差继续增大，涡胞还将继续分裂下去，形成一系列更小的涡胞，六、三十六、两百一十六，那是以“六”为倍数的无穷无尽的分形……
是的，这就是“直径量子”的成因——在火山与海洋接触的表面，冰与火的交织中，熔岩形成了具有六倍比关系的对流涡胞。接下来就是复杂的化学过程了。我们猜想，在两相界面上，熔融的酸性玄武岩萃取了海水中的二价锰离子。熔岩中的锰含量不断提高，当达到饱和后，将在旋涡的核心析出、凝聚、结晶，形成锰结核。去年五月，我们用格子玻尔兹曼方法对这个模型进行了仿真，并在国家海洋地质中心进行了缩比实验，首次获得了人工锰结核。结果是令人惊喜的。那天下午，在实验车间里，我戴着石棉手套捧起那个还在冒烟的黑石块，然后小心地用电锯剖开。在剖面上，生长纹果真呈现出同心圆状！
我们连夜撰写论文，给出了描述这一过程的数学模型，题目叫《本纳德对流倍周期分岔在海底扩张过程中的电化学作用》。全文在Science杂志2022年第37期刊发。
至此，我们揭开了锰结核的“直径量子”倍数之谜。鲜花与掌声接踵而至。一夜之间，学校就将我从讲师直接提拔为教授。各种委任函如雪片般飞来。十几所大学邀请我去做访问学者。但我全都拒绝了。我知道，那些头衔意味着我将不得不把大量时间花在讲座和会议上，而这个成果只不过是一个更大谜团的发端——乐曲才刚奏完序章，海洋底部还隐藏着更深刻的东西等待揭晓。我必须轻装上阵。
还有什么深刻的东西呢？没错，生命，一种新形态的生命！
让我们重新回顾一下本纳德对流。这是流体力学中的经典问题，非常简单，却能体现出生命的本质——低熵体。在那层薄薄的液体中，随着温差的增加，熵不断降低，有序度不断升高，六边形涡胞突然涌现、分岔，结构从混沌中浮现，如同受精卵分裂为胚胎，秩序的磷火，从黑暗的海面上升腾。
多么神奇而美妙的演化！我不由想起从前看过的一篇有趣的文章，阿西莫夫写的，里面描述了一种硅基生命，它呼吸氧气，一面走，一面吐出石块般的二氧化硅。我们所见到的那铺满海底的锰结核，是不是某种硅基生命的排泄物呢？
这个图景实在太惊人。要知道，世界各大洋的洋底都广泛分布着锰结核，数量在百亿亿吨量级。如果那真是某种生物的产物，那它得有多庞大？！
思虑再三，我最终还是没敢把这个狂想写进论文。毕竟，古往今来，还没任何人见过这种新生命的迹象。况且我心里很清楚，这些单调的旋涡绝非生命——它会繁殖吗？会遗传吗？会对我们的呼唤作出反应吗？显然不会。要跨越这道隔绝非生命与生命的鸿沟，还需要更多的条件。
在命运的眷顾下，我们有幸成为这种新生命的见证者。
那是在两个月前，我和乔羽高工一起，乘坐“达尔文号”深潜器潜入了我母亲葬身的大西洋中央海岭，实地考察锰结核的形成过程。在那里，我们看到了比梦境更加疯狂的东西。
3
今年3月20号，我们来到了亚速尔群岛以南二百二十海里的海域。天气湿冷，灰色的冬云低垂，那是北大西洋冬季一个寻常的早晨。“达尔文号”深潜器悬挂在考察船的龙门绞车上，修长的艇首指着海面，犹如一柄准备劈开波浪的白色钝剑。
因为兴奋，我起得很早。吃过早饭后，我与乔羽等人道别，坐进了深潜器的驾驶舱里。那是一个直径一百二十厘米的钢球，异常狭小，我坐进去后像是胡桃壳里的胡桃。所幸，深潜器外安装了二十四只全景摄像头，配上虚拟现实眼镜后，舱壁就在我眼中消失了，海底的壮丽景观一览无余。
正因为有了这些摄像头，我们才能捕捉到那些惊人的画面。
当天上午八点二十分，技师锁死了深潜器重达一百六十公斤的舱门。探险开始了。
释放指令发出，短暂的失重，然后我砰然落水，像石块一样坠向海底。考察船的船底迅速变小，很快变成了微光闪烁的海面上一个黯淡的小点。不久，连光线也消失了。只有灯光下无数的浮游生物粒子在飞速上移，宛如开车穿过暴风雪。四周变得一片漆黑。所幸，仪表还是可靠的，它告诉我深潜器正以每秒三米的速度向着海底靠近。
