世界上有两种天才:普通的天才完成伟大的工作,但是让其他人觉得,如果自己足够努力的话,那样的工作他们也能完成;另一种天才则像魔术师,你完全无法想象他们所做的事情。费曼,就是一位魔术师。
——汉斯·贝特(1967年诺贝尔物理学奖得主)
理查德·费曼(Richard Feynman,1918年5月11日-1988年2月15日)就是一位魔术师般的天才。
费曼,出生于100年前。在1965年获得诺贝尔物理学奖的不久后,便在欧洲核子研究中心举行了一场讲座。| 图片来源:CERN
永无止境的好奇心
1918年5月11日,费曼出生于美国纽约的皇后区。从小就热爱科学的费曼很聪明,在孩童时并没有被贴上“天才”的标签。但是,小费曼与其他聪明的孩子的不同之处在于他对所有事物都非常好奇。费曼的好奇心使他一生在追求真理的途中,似乎被赋予了无穷无尽的精力。他总是乐此不彼地试图去理解身边的一切事物。
他的博士生导师约翰·惠勒曾回忆说:“费曼拥有着巨大的活力。他对各种问题都充满了兴趣。”费曼的好奇心让他不太在乎自己是否出错,而只是想要找到解决问题的办法。他当然知道自己有时也会犯错误。
敢于挑战权威
然而,纯粹的好奇心并不是使费曼成为传奇的唯一原因。他的身上还有一个非常难得的气质,就是无论面对物理学还是生活,都从不屈服于权威。他总是能够蔑视官僚主义、无视专家的意见,并敢于在最杰出的科学家面前提出不同见解。有次他读了一些专家的论文,结果发现它们是错的,这延缓了他对β衰变的放射性形式的理解。于是他发誓——之后再也不要因为“听信专家”而犯错了。
年轻的费曼就已经显露他在物理学上的非凡天赋,这使他在博士毕业之前便收到了“曼哈顿计划”的邀请。他的工作是帮助计算核爆炸的量级。(在曼哈顿计划期间,他与物理学家贝特共同推导出了“贝特-费曼效率公式”。)突然之间,费曼发现与自己同行的科学家是爱因斯坦、泡利等量子力学的先驱们。但即便当时只是一名初出茅庐的物理学家,费曼也毫不在乎与他打交道的是谁。
Ralph Leighton(左)与费曼(右)。| 图片来源:Caltech Archives
学术贡献
然而,在费曼玩世不恭的外表下,其实掩藏着的是一颗敏感善良的心。早期对原子弹的研发所作出的贡献让他深陷痛苦与自责中。这些内心的恶魔一直阻挠着他的研究进展。直到1947年,在纽约参加的一个研讨会上,物理学家兰姆(Willis Lamb)谈论了用狄拉克方程预测的氢原子的特定能级,与通过微波而激发的原子实验所得结果之间的差异。受到贝特对兰姆位移的快速计算,费曼发展了新的技巧来解决了这一问题,并将研究扩展到更广泛的带电粒子间的量子电动力学(QED)相互作用。
QED描述的是电子与光之间的相互作用。1965年,费曼因这项工作与另外两位分别独立提出QED的物理学家施温格(Julian Schwinger)和朝永振一郎,共同获得诺贝尔物理学奖。
费曼的QED是施温格发展出的令人望而生畏的数学理论的另一版本。在费曼的版本中,“费曼图”的发明让深奥晦涩的理论更加简洁易懂:在时空坐标上,线段代表电子和正电子的运动,波浪线代表光子的释放或吸收,环圈则表示一些更加神秘的相互作用。这些图形可以变得非常复杂,但与大量的数学相比,它们实在太简洁了。
费曼图:两个电子交换一个光子(左);右:引力子遇到量子涨落。| 图片来源:Olena Shmahalo/Quanta Magazine
从上世纪50年代开始,费曼开始探索许多其他理论物理学的领域,其中包括超流体、超导、引力、质子和中子的成分(他称之为部分子,parton)。在每项研究中,他都进行了各种变化和调试,直到得出明确的结论。
费曼在1962年做的笔记。| 图片来源:Caltech Archives
调查挑战者号
他是一个如此复杂的综合体,当你觉得他像个玩世不恭的坏小子时,却会发现他是最有气节、最正直、最诚实的科学家。1986年,费曼接受政府委派,调查载有7名宇航员的航天飞机挑战者号灾难性事件的起因。当他前往调查时,感受到了官僚和政治带来的阻力,也察觉出问题的所在。此外,他还展示了其他委员所欠缺的道德勇气,批评NASA的管理人员不接纳工程师的警告,并指出了造成系统故障的设计问题。
如果说真有什么权威机构是让费曼信服的,那就是真相。而他对这一神圣不容侵犯的标准的虔诚,为他与科学赢得了世人的尊敬。
1986年6月,费曼与阿姆斯特朗在《挑战者号航天飞机事故总统委员会的报告》的新闻发布会上。
教育家
除了以上提到的,费曼还是一名出色的解说家和教育家。那些有幸听过他的讲座的学生无一不对他敏捷的思维感到赞叹。他在加州理工学院教授大学一年级的一个课程——“物理X”,在课堂上学生可以会问他任何问题。费曼喜欢沿用自己的学习习惯,他常常拒绝向学生直接提供解决方案,而是启发学生让他们自己思考。
费曼的课堂笔记被仔细记录并作为书籍和文章出版,其中一个版本就是加州理工学院著名的三卷《费曼物理学讲义》(1964)。
在一次授课结束后,费曼与一位助教谈话。背景处的两人是 Robert Leighton 和 Matthew Sands。图片来源:California Institute of Technology.
费曼的伟大之处不仅仅体现在卓越的科学贡献上,他自由的思想、独特的人格魅力、不畏权威坚持质疑的精神、以及对科学简洁生动的解说,感染着所有的人。
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