在即將達到投票年齡、攻讀電腦科學博士學位之後，埃里克·德梅恩來到紐約參加一年一度的美國摺紙藝術大會（OrigamiUSA）。他最近對摺紙產生了興趣，因為他覺得摺紙背後的數學原理或許能成為一個引人入勝的博士論文選題。在大會的展覽廳裡，德梅恩看到了常見的紙藝作品——精緻的昆蟲、蓬鬆的兔子——但也了解到一些更為複雜的作品，例如用一張紙折成的三節車廂的火車模型。這列火車，如同許多精巧的摺紙作品一樣，都源自於一種名為「盒褶」的基本折疊方式。
箱形褶皺法發展於1960年代中期，它是由垂直和水平摺痕組成的網格，並巧妙地結合了一些對角線。一位名叫伊曼紐爾·穆澤的瑞士物理學家這種褶皺法創作瞭如今被稱為「穆澤火車」的作品，使之廣為人知，這堪稱摺紙藝術的偉大成就之一。在一次大會上，德梅恩開始思考，箱形褶皺法是否可以用來製作更大、更複雜的作品。它能否折疊成穆澤客機、穆澤火箭，甚至是穆澤全尺寸核潛艇？
2001年，年僅20歲的德梅恩加入麻省理工學院，擔任電腦科學教授。他是該校有史以來最年輕的教授。 2003年，他榮獲麥克阿瑟天才獎。那時，他暫時擱置了箱形褶皺的研究，轉而從事其他折疊方面的工作。但幾年後，穆瑟的火車模型再次浮現在他的腦海中。他開始與另一位麥克阿瑟獎得主、機器人學家兼電腦科學家丹妮拉·魯斯合作，設計「可程式物質」。他們希望創造一種由互鎖面板組成的薄片，只需按下一個按鈕，就能變成任何物體，從沙發床到電腦。為此，他們需要一個簡單的折疊模板，並且該模板要足夠通用，能夠處理多種不同的形狀。德梅恩首先著手研究箱形褶皺。
德梅恩與兩名學生以及他的父親馬蒂（麻省理工學院的技術講師兼駐校藝術家）合作，用數學方法證明了箱形褶皺的無限可能性。一張足夠大的紙，折疊後不僅可以變成火車模型，幾乎可以變成宇宙中任何東西。在此基礎上，德梅恩、魯斯和一位哈佛大學的合作者將這種折疊方式應用到一組由玻璃纖維和聚合物樹脂製成的面板上，並製造出一個可以從船形折疊成飛機形的機器人。如果這項技術能夠規模化，那麼未來有一天，使用更小的面板，類似的折疊設計或許可以演變成電子書閱讀器、智慧型手機，或任何其他可以從網路上下載的設計。
德梅恩選擇研究計畫完全出於好奇心，並不在乎最終結果如何。對許多科學家而言，可程式材料的研究或許能成為他們漫長而精彩職業生涯的核心，但對德梅恩來說，這只是他研究領域的一小部分。他的折疊數學理論已經應用於汽車製造商設計安全氣囊。他曾利用DNA和RNA片段繪製出類似《星際爭霸戰》中複製器的工作原理草圖，與考古學家合作破解印加語密碼，並與父親共同創作的紙雕作品如今已成為紐約現代藝術博物館的永久收藏。他最新的項目可以被描述為計算玻璃吹製。透過模擬玻璃在各種條件下的行為，他可以幫助玻璃吹製工匠改進技藝並開發新的設計。
31歲的德梅恩已發表近300篇論文，並榮獲多項榮譽，包括2003年《大眾科學》雜誌頒發的「十大傑出科學家」獎。人們很容易將他的成功歸功於天才，但這只是了他工作中最重要的方面。德梅恩不關注應用，甚至不去定義某個特定的研究領域，而是完全出於好奇心選擇研究主題，無論這些課題最終會走向何方。當其他人尋求答案時，德梅恩正在尋找問題。 “我收集問題，”他說，“問題是一切的關鍵。”
德梅恩的辦公室位於麻省理工學院32號樓六層，這座由法蘭克蓋瑞設計的大樓是電腦科學與人工智慧實驗室的所在地。我到達的那天，德梅恩穿著T恤和黑色牛仔褲坐在辦公桌前。我們還沒聊上15分鐘，一個個子稍矮、年紀稍長的他走了進來，加入了我們的對話。艾瑞克的父親馬蒂穿著同樣的製服：T恤和黑色牛仔褲。和兒子一樣，他也綁著馬尾辮，戴著一副橢圓形鏡框的眼鏡，臉上留著適量的鬍渣。
無論是否出於本意，他們相似的外表都體現了他們一生的緊密合作。馬蒂和妻子分居後，他帶著當時年僅七歲的埃里克，從位於新斯科舍省哈利法克斯的家出發，開始了為期四年的橫跨北美之旅，並在旅途中對埃里克進行家庭教育。艾瑞克進入大學後（達爾豪斯大學的校方破例錄取了一位12歲的學生），他的父親馬蒂就陪同他一起上課。之後，馬蒂追隨兒子的腳步，來到安大略省的滑鐵盧大學，艾瑞克在那裡完成了博士學位，隨後又前往麻省理工學院深造。
父子倆每天都會一起工作。不在校園的時候，他們經常結伴參加各種科學會議，共同進行講座和示範。 （有一次，馬蒂假扮成憤怒的搗亂者，結果講到一半就摘下假髮，揭穿了他的惡作劇。）他們還一起參加過即興表演，現在也住在一起。在艾瑞克的所有工作中，和父親一起做的計畫往往最具感染力，因為這些計畫反過來又促進了他的其他興趣。艾瑞克和馬蒂經常說他們在研究“娛樂演算法”，埃里克解釋說，這“算是我們所有娛樂活動的統稱”。
近年來，艾瑞克和馬蒂撰寫了關於魔術方塊、骰子謎題以及巧妙的相框懸掛方案的論文。即使是艾瑞克那些更嚴肅的工作，例如模擬蛋白質折疊動力學或開發提高電腦效率的演算法，也源自於同樣的動力：「它必須很酷，」他說。 “歸根結底，我所做的一切都帶有娛樂性質，因為我樂在其中。”
他辦公室的書架上擺滿了玩具、小擺飾和他與馬蒂一起折疊的紙藝作品。 「我覺得自己像個遊戲鑑賞家，」他坐在連接著任天堂Wii的52吋電視機旁說道，「我幾乎每款遊戲都想玩一會兒，至少體驗一下不同的遊戲類型。」最近，他和馬蒂進行的一些項目與其說是遊戲，不如說是對荒誕現象的研究。例如，他們在公園裡用麵包屑圍成一個圓圈，觀察鳥類的反應。他們還計劃研究義大利麵形狀的幾何結構。他們甚至打算把鴿子關進麵包籠子裡，讓它啄出一條出路逃出去。這些項目現在看來或許毫無意義，但誰能預料到玩耍會把我們引向何方呢？
他們還打算把一隻鴿子關進裝滿麵包的籠子裡。這個計畫現在看來或許毫無意義，但誰也說不準這種嘗試最終會走向何方。
在科學領域，才華洋溢與天馬行空的想像力並存的例子不勝枚舉。其中最著名的例子之一是19世紀蘇格蘭物理學家、神童詹姆斯·克拉克·麥克斯韋。 14歲時，麥克斯韋發表了他的第一篇科學論文，介紹了一種用大頭針和細線描繪曲線的方法。二十出頭時，身為三一學院的研究員，他對陀螺產生了濃厚的興趣。他將彩色紙片貼在陀螺的頂部，讓它們像旋轉的餅圖一樣飛舞。他會記錄下顏色在運動中融合的景象。麥克斯韋發現，紅色、綠色和藍色可以混合成任何顏色，這項發現最終促使他發明了彩色照片。
「要想取得突破性研究，唯一的方法就是不斷地探索各種現象，」生理學家、麥克阿瑟獎得主羅伯特·魯特-伯恩斯坦說道。魯特-伯恩斯坦和他的妻子米歇爾（一位歷史學家，也是密西根州立大學的兼職教授）一直致力於研究創造力以及科學天才的展現方式。 （他們合著了一本關於創造過程的書，名為《天才的火花》。）魯特-伯恩斯坦說：“如果你缺乏這種探索精神，你就永遠無法積累足夠的經驗，也就無法在某種意義上偶然發現某些東西。”
麥克斯韋的例子只是遊戲如何促進科學發現的一個例子。亞歷山大·弗萊明發現青黴素的靈感可能源自於他對用色彩鮮豔的微生物在瓊脂培養皿上作畫的熱愛。 （青黴菌恰好是一種鮮豔的藍綠色真菌。）量子理論家理查德·費曼在康奈爾大學食堂觀察一個被拋出的盤子在空中搖擺後，開始研究電子軌道的進動。 “這就是遊戲的作用，”魯特-伯恩斯坦說，“你學會了遊戲的所有規則，然後你就能知道什麼時候發生了意想不到或有趣的事情。”
在坦普大學，心理學家凱西‧赫許-帕塞克（Kathy Hirsh-Pasek）研究了兒童遊戲與創造力之間的關聯。在一項實驗中，她給四到六歲的孩子們每人一根毛根、一個迴紋針和一些鋁箔紙。她讓一組孩子自由玩耍；讓另一組孩子思考這些物品的用途；並讓第三組孩子用這些物品建造特定的工具，例如橋樑或梯子。之後，她讓孩子們想辦法幫助一隻熊過河。赫什-帕塞克發現，第二組——也就是她所說的「引導式遊戲」組——想出了最具創意的解決方案。她說，同樣的道理也適用於科學家：當他們能夠自由地探索一系列已知的問題時，往往能做出最好的研究成果。
「不是說孩子是小科學家，而是科學家是長大的孩子。」加州大學柏克萊分校的心理學家艾莉森‧戈普尼克（Alison Gopnik）認為幼兒和科學家之間存在著明顯的關聯。她的研究表明，孩子們會透過與周圍世界玩耍來進行自己的實驗。 「我們常說的一點是，不是說孩子是小科學家，而是科學家是長大的孩子，」她曾對一位採訪者說。 “事實上，科學家是少數幾類成年人，他們成年後還能擁有不受干擾的時光，可以自由地探索、玩耍，弄清楚這個世界究竟是什麼樣子。”
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每週四晚上，艾瑞克的班級都會聚在一起研究幾何折疊領域的未解難題。研究生們陸續走進教室，他會在黑板上寫下一系列問題。其中一個問題與他放在桌上的一盒名片有關。學生能否想辦法將這些名片折疊成相互連結的八面體？另一個問題與一張正方形紙有關。他們能用這張紙折出的最大正四面體是什麼形狀？
沒多久，學生們就從座位上站起來，開始在黑板上塗畫。很快，他們就分成小組，有的畫草圖，有的在筆記型電腦上敲擊鍵盤。每個小組都有自己的方法。有的用尺和透明膠帶；有的則直接手繪。艾瑞克拿著觸控筆站在一旁，在平板電腦上記筆記，不時給建議，還講些笑話。這些自由發揮的討論往往會催生發表的論文，而四面體問題甚至可能有一些實際應用：它可以教導製造商如何更有效地利用金屬板。
艾瑞克的父親馬蒂也像往常一樣待在房間裡，在一張紙片上畫著他的想法。有一次，他向學生們展示了他正在做的事情，學生們都圍了過來觀看。他想出了一個奇特的方法，用許多小形狀折疊出一組三角形──四面體的四個面。這是其他人都沒有想到的方案，但艾瑞克看著草圖搖了搖頭。他和馬蒂有時看起來更像是兄弟，而不是父子。
「嗯，這是另一種可以嘗試的方法，」馬蒂說。 「它非常概念化，但我認為它很有潛力。」之後他會在工作室裡嘗試製作一個工作模型，艾瑞克會去看一下。馬蒂不在的時候，艾瑞克甚至可能會做一些自己的修改——這都是他們創作過程的一部分。
「我們彼此非常了解，這使我們成為非常高效的搭檔，」艾瑞克說。 「他總是試圖為我嚴肅的研究工作注入一些趣味性。這讓我們能夠做一些我們倆都做不到的事情。」這也讓他們能夠做一些其他學者永遠不會嘗試的事情。
在他們眾多偉大的構想中，遊戲是科學的基石概念或許最為深刻。它也可能構成埃里克對其領域最偉大貢獻的基礎。學生們在教室裡塗鴉、摺紙、做數學題，盡情享受了兩個小時的快樂時光後，魚貫走出教室，埃里克擦乾淨了黑板。後來我問他為什麼選擇這種教學方式，他簡單地回答說：“我覺得這種工作方式很棒，應該有更多的人這樣工作。可惜的是，並非每個人都這麼想，所以我努力把它傳播出去。”
丹尼爾·恩格伯是特約編輯，負責撰寫每月一期的「FYI」專欄。本文原刊於2013年2月刊的《大眾科學》雜誌。
