费曼

(1918-1988)美国理论物理学家,曼哈顿计划参与者。

理查德·菲利普斯·费曼(英语:Richard Phillips Feynman,/ˈfaɪnmən/;1918年5月11日—1988年2月15日),美国理论物理学家,以对量子力学的路径积分表述、量子电动力学、过冷液氦的超流性以及粒子物理学中部分子模型(英语:parton model)的研究闻名于世。因对量子电动力学的贡献,费曼于1965年与朱利安·施温格及朝永振一郎共同获得诺贝尔物理学奖。

费曼发展了得到广泛应用的亚原子粒子行为的图像化数学表述——费曼图。费曼在世时是世界上最有名的科学家之一。1999年,在英国学术期刊《物理世界(英语:Physics World)》举办的130位世界顶尖物理学家参与的票选活动中,费曼跻身十大有史以来最伟大物理学家之列。

费曼在二战期间曾参与协助原子弹的开发,而后在1980年代因参与调查挑战者号航天飞机灾难而为公众熟知。在理论物理学研究之外,他还是量子计算领域的先驱,并提出了纳米技术的概念。他曾担任加州理工学院的理查德·托尔曼理论物理学教授。

费曼热心参与物理学普及事业,为此写过大量书籍并举办讲座。这其中包括于1959年做的有关自上而下的纳米技术的讲座《底部有的是地方(英语:There's Plenty of Room at the Bottom)》以及三卷本本科物理学讲义《费曼物理学讲义》。费曼还因他的半自传《别闹了,费曼先生!》和《你管别人怎么想(英语:What Do You Care What Other People Think?)》,拉尔夫·赖顿(英语:Ralph Leighton)的《去图瓦还是被捕(英语:Tuva or Bust!)》以及詹姆斯·格雷克的传记《天才:理查德·费曼的一生与科学事业》(Genius: The Life and Science of Richard Feynman)而在公众中颇有名气。

生平经历

家庭背景

理查德·费曼是美国犹太人,1918年出生于美国纽约市。有说在曼哈顿区他父母公寓出生(最可信,他父母1917年结婚,搬过去,第二年他出生),有说在皇后区出生,还有说在布鲁克林区出生。9岁搬去皇后区的小镇法洛克卫(英语:Far Rockaway, Queens)。父亲是对科学有业余兴趣的商人,也是费曼的科学启蒙老师。亲妹妹乔安·费曼则受理查德的影响成为一名天体物理学家。

早年经历

费曼从小就有自觉超前学习的习惯,并抱怨传统的中学课程没有让他学到感兴趣的科学内容。在小学毕业后的假期里,他就开始了初等微积分的学习。他中学时就自学了狭义相对论。

费曼就读于法洛克卫高中(英语:Far Rockaway High School)。该校诺贝尔奖得主还有伯顿·里克特和巴鲁克·布隆伯格。师从名家伊西多·拉比的青年物理博士艾布拉姆·巴德(Abram Bader)因经济不济,被迫来到费曼所在的中学教书。巴德发现费曼因自学过初等微积分而沾沾自喜,而且上课时话太多,就给他一本麻省理工学院教授伍兹(Frederick Shenstone Woods)为大学二三年级学生写的《高等微积分》看。让费曼在完全吃透《高等微积分》前,不要在课堂上影响其他同学。当时的费曼花了不少心思研读这本书,从中掌握了傅立叶级数、贝塞尔函数、积分符号内取微分和椭圆函数等知识。巴德经常在课后与费曼讨论科学,是费曼的还原论思想的启蒙者。巴德向费曼介绍了引人入胜的“最小作用量原理”,说它没有办法得到解释或证明,却在物理学中无处不在。“最小作用量”这个话题巴德只与费曼讨论过一次,却深深地印在了费曼的脑海中。费曼说:“他只是解说,他并没有证明任何东西。没有任何复杂的事情,他只是说明有这样一个原理存在。我随即为之倾倒,能以这样不寻常的方式来表达一个法则,简直是个不可思议的奇迹。”除“最小作用量”外,还有一个事实也令费曼感到非常好奇,即各种电路公式中为什么经常会出现圆周率π(注意一般电路的形状并不是圆形的)。

在刚接触到立体几何时,费曼并没有弄明白三维的立体是可以用平面化的透视图形来表示的,因此学得稀里糊涂。虽然他模仿老师教授的计算步骤,能够算出答案,但他并不理解其中的缘由,处于似懂非懂的状态。他直到几个星期以后才想通了自己是哪里理解错了。这是他在学习上遇到的第一次打击,使他印象很深。他多年后感叹说:“那是我唯一一次体验普通人的(学习)感受。”

费曼是阿里斯塔荣誉学会一员。他在考试中经常取得好成绩,但他并不喜欢学校和教育体制。

高中组织过智商测试,测出费曼智商125。后来门萨国际(智商最高的天才组织)邀请,他拒绝,自嘲自己智商太低。他妹妹测出126,在日后的访谈曾开玩笑地说我比哥哥聪明。后来有人给他写了本书叫“非一般的天才”。

在经济大萧条的日子里,身为中学生的费曼也常去打零工挣钱。1935年左右时,许多学生迫于经济压力,放弃报考大学,但费曼的父母仍然坚持要为聪明的儿子提供最好的教育条件。

高等教育经历

他申请哥伦比亚大学时,因为“犹太配额”(一种歧视性限制,仅提供有限名额给有犹太背景的学生)已满而不被接受,所以他转而申请麻省理工学院。除成绩要求外,入读当时的麻省理工学院还必须要求有校友推荐。为此,父亲找到一个不认识儿子理查德的熟人打通了关系。这个托关系读书的经历令费曼很不愉快。1935年末,费曼进入麻省理工学院就读。费曼本来想申请全额奖学金,但只得到了每年100美元的部分奖学金。1939年,被任命为普特南会员。在他大学二年级时,费曼得到物理课程补助,包括其毕业课程-理论物理。

当就读数学系的费曼发现数学的实用性不强时,产生了转到电机工程专业的想法。但后来他又觉得电机工程与数学差距过大,又决定选择折衷的物理学,这样既可以动手做实验,又可以学到很多高深的理论。在大学就读期间,他仍然努力要求自己学习比课程要求更广的知识。当时的麻省理工学院也不限制有兴趣的聪明学生选修任何高深的课程。在选修一门高级课程的过程中,自学完《量子力学原理》的费曼与另一名自学了广义相对论的神童泰德·维尔顿相识相知。他们是唯一选修此课的低年级学生。特拉斯顿(Julius Stratton)教授有时候备课不仔细,讲不下去时,就会问费曼下一步该怎么做。费曼和维尔顿,还选修了另一位名叫莫尔斯(Philip Morse)的教授的课,并在学完后请教他如何才能学透量子力学的本质。莫尔斯给他们出了一些贴近实际的计算问题,使他们体会抽象的量子力学知识在实际中是如何具体应用的。

费曼的科研能力在大二时就已得到认可。他在大学期间曾在《物理学评论》上发表过2篇论文。除物理学外,费曼还涉猎了化学和冶金学课程。他此前对在大学阶段被迫选修的文科课程一直只满足于低分掠过的要求。

斯莱特(John Slater)建议想留在麻省理工的费曼去普林斯顿大学读研究所,换一个环境,多见见世面。他在普林斯顿大学的数学和物理的研究生入学考试获得满分,这是前所未有的,但是历史和英语文学部分却相当差。因种族歧视的影响,普林斯顿大学物理系主任在考虑是否录取费曼时曾有所犹豫,并向麻省理工学院询问费曼的情况。斯莱特和莫尔斯极力推荐费曼,莫尔斯还说:“只要给他几个提示,他就能一直研究下去;他的能力足以使他在很短的时间内涉猎很多领域。”身患高血压的父亲麦维尔(Melville)曾拜访莫尔斯,询问儿子的表现是否足够好,还有犹太物理学家找工作时是否会受到歧视。莫尔斯安慰费曼的父亲,说为费曼的教育投资是绝对值得的。

1939年,费曼本科毕业,进入普林斯顿大学读研究所,成为青年学者约翰·惠勒的学生。在他读研期间,同学们就一直传说有一个很厉害的新生在专业方面上积累的知识已经多到完全不用参加任何课程。一位名叫H. H. Barschall的同学有一次碰到一道难题,问了几个教授后也还是算不明白,最后抱着试试看的心态去问了费曼,然后得到了费曼给出的又快又完整的解答。Barschall甚至为此一度自卑,怀疑自己是不是选错了专业。

1942年6月16日,费曼在普林斯顿获得了理论物理学博士学位,论文导师仍是惠勒。费曼的论文采用的原则是量子力学的稳定作用的问题,灵感是由对于电动力学的惠勒-费曼吸收体理论的量子化的渴望,奠定基础的“路径积分”方法和费曼图,并命名为“量子力学最小作用原则”。在不久后的6月29日,费曼与阿琳·格林堡(Arline Greenbaum)结婚。

参与曼哈顿计划

在普林斯顿,物理学家罗伯特·赖斯本·威尔逊鼓励费曼参与美军用于制造原子弹的曼哈顿计划。费曼本来对武器研究没有兴趣,但他也担心德国人比美国人先制造出威力巨大的炸弹,于是决定为己方技术阵营贡献自己的一份力量。当时他还是个青年科学家,被分配到汉斯·贝特手下。他给贝特留下了深刻的印象,并被授予小组长的职务。他和贝特共同开发的贝特-费曼公式(英语:Bethe–Feynman formula)用于计算收益率裂变弹,是建立在罗伯特先前研究的基础上。费曼在洛斯阿拉莫斯有幸见到了尼尔斯·玻尔、恩里科·费米、爱德华·泰勒等众多著名物理学家。玻尔是哥本哈根学派的领袖,影响了一整代量子论发展早期的物理学家,在当时的原子物理学界拥有无人能及的地位。与许多青年工作者不同,初出茅庐的费曼并不畏惧玻尔的名气,因而受到玻尔的注意和赏识。费曼在玻尔面前无所拘束,遇到听起来觉得差劲的想法就会当面指出。

费曼在洛斯阿拉莫斯国家实验室的其他工作包括计算中子方程的洛斯阿拉莫斯国家实验室“开水器”,一个小的核反应堆,以测量裂变材料的组装有多近会导致临界事故。在完成这项工作后,他被转移到橡树岭工厂,在那里,他在制定安全规程储料辅助工程,使临界事故(例如,由于不慎储存在邻近上的两侧裂变材料的亚临界量壁)可以被避免。他还做过关于拟议的理论工作和计算氢化铀弹,但后来的事实表明这并非可行。

原子弹首次试爆(即“三位一体试验”)时,费曼决定不戴护目镜,成为当时第一个用肉眼观察全过程的人。得知原子弹试验成功后,费曼和其他参与的科技人员们一样,非常地开心。事后,费曼才开始警觉发明原子弹的严重后果,并为此烦恼。

当时因为新旧观念冲突很多,不同学派的量子论专家在开会时经常会针锋相对地展开激烈争论。而费曼习惯用自己独特的方法解释事物,有自己的一套主见,而不会太在意别人是否习惯他的思考方式。当费曼在1948年的一场会议上提到自己发展出的新方法时,就曾遭到玻尔、爱德华·泰勒和狄拉克等人的严厉抨击。他在《物理评论》上陆续发表了一些带有这种“费曼图”的论文,但一开始并没有得到很多人的接受。当同行们发现用费曼图可以说明的问题越来越多时,大家的观念逐渐发生了改变。到了20世纪80年,这种已在《物理评论》中无处不在的图使他成为了物理圈内最有名的科学家。

1945年,费曼谢绝了当时名家云集的普林斯顿大学的邀请,转而随汉斯·贝特前往康奈尔大学任教。1951年转入加州理工学院,担任“理查德·托尔曼理论物理学教授”一职,并在此执教一生。

费曼曾加入到“θ-τ衰变之谜”的研究大潮中,并因相信宇称必定守恒而与一位朋友打赌,结果不得不服输,支付50美金的赌资。

成为名家

在1964年,他出版了《费曼物理学讲义》。

20世纪60年代至80年代中期,费曼成为当时美国影响力最大的理论物理学家之一,与苏联的列夫·朗道并称。此前,另一位知名青年物理学家默里·盖尔曼曾慕费曼之名前往加州理工学院与费曼共事,这2个风格迥异的学界超级明星的坐镇成了当时加州理工一道亮丽的风景线。盖尔曼是一位举世罕见的博学家,而且很喜欢显露自己的才华,尤其喜欢见缝插针、纠正费曼的失误。费曼着装朴素简约,也与讲究衣着得体的盖尔曼形成鲜明对比(此外,苏联的朗道也是不爱注意形象的人)。盖尔曼与费曼针锋相对、彼此抬杠的轶事流传很广。

1965年,费曼因在量子电动力学方面的贡献与施温格与朝永振一郎共同获得诺贝尔物理学奖。费曼的众多故友都给他写信发去了祝贺,其中包括老同行汉斯·贝特和爱德华·泰勒,费曼当年的中学物理老师巴德,甚至还有巴德以前的博士导师伊西多·拉比。巴德感谢费曼在《费曼物理学讲义》第2卷的专题讲座《最小作用量原理》中提到了师生两人当年的那一段对话。因重整化方法获奖后,费曼曾在CERN作过一次演讲。当时听众中有斯蒂克尔堡在座。斯蒂克尔堡也曾发展出过与重整化方法及费曼图相似的方法,但均未得到同行的普遍重视。Jagdish Mehra曾写道:

“讲座完毕后,斯蒂克尔堡一个人默默地离开了CERN剧场,而被崇拜者们围绕簇拥的费曼则作了如下一句评论:‘他(斯蒂克尔堡)做了这件工作而现在一个人孤零零地走向了夕阳!然而,我在这里,收获了所有的荣誉,但这本该属于他!”

英文:“He [Stueckelberg] did the work and walks alone toward the sunset; and, here I [Feynman] am, covered in all the glory, which rightfully should be his!”。

他之后跟盖尔曼一起研究弱相互作用。费曼提出了部分子的理论,但不承认自己的部分子和盖尔曼提出的夸克是同一种东西,这让希望夸克理论得到同行支持的盖尔曼非常郁闷。

晚年

费曼于1984年在罗伯特·特里特·潘恩庄园(英语:Robert Treat Paine Estate)树林中

80年代时,每一期的《物理评论》杂志上都能见到许多的“费曼图”。晚年的费曼逐渐改变了对弦理论的成见,并师从老对手盖尔曼,学习弦理论。

1986年,费曼受委托加入了调查挑战者号航天飞机失事事件的罗杰斯委员会。费曼讨厌官方为调查环节设置的繁复手续,于是决定一个人单独调查,最后在电视镜头前只用了一个简单的橡胶圈零件做冰水冷却实验,就给出了自己对事故原因的调查结果,由此扬名国际。在《你管别人怎么想?》中提到了这一次的调查。

费曼因机缘巧合,对位于苏联境内的东亚蒙古族小国图瓦共和国以及流行于图瓦的喉音唱法“呼麦”(英语:xoomei)产生了很大的兴趣,晚年曾多次希望能和好友拉夫·莱顿(Ralph Leighton,《费曼物理学讲义》合著者罗伯·莱顿之子)一同前往图瓦游玩和考察。但是因为当时美、苏之间政治关系不够融洽的原因,费曼在生前一直未能如愿。莱顿获得前往图瓦的批准后,费曼已经去世了。莱顿帮费曼完成了前往图瓦的遗愿。

费曼晚年罹患两种罕见的癌症,分别是脂肪肉瘤和巨球蛋白血症。1988年2月15日,费曼与癌症搏斗十年后于加州洛杉矶与世长辞,享年69岁。他留下的最后一句话为“我讨厌死去两次。这太无聊了。”费曼先生是美国家喻户晓的人物,更是20世纪最杰出、也最具影响力的科学家之一。费曼是继爱因斯坦和玻以尔之后,在全球学术界影响力最大的理论物理学家。费曼过世后,其影响力地位由爱德华·威滕取代。而加州理工学院物理学研究实力全球排名第一的辉煌一直延续至今。(偶尔也会被麻省理工学院超过。)

学术成就

量子场论

纳米技术

在1959年的一次名为《底部还有大量空间》("There's Plenty of Room at the Bottom")的演讲中,费曼提出了纳米技术,并乐观地分析了其技术实现的可行性。他向学生们悬赏攻克相关技术难题,并在几年后向完成挑战的学生们兑现了奖励。在这次演讲中,他还预言了纳米医学的前景。在另一次于日本召开的仁科芳雄纪念会上,费曼在题为《未来的计算机》的演讲中讨论了并行计算和量子计算机的可行性。

广义相对论

费曼对广义相对论兴趣不大,觉得量子场论在当时比广义相对论实验基础更多,从而也更有研究价值。但是费曼的老师约翰·惠勒是美国相对论领域的学派宗师,费曼的师弟基普·索恩也是研究相对论的领军人物。费曼曾在一次随同惠勒参加的广义相对论研讨会上提出了获得相对论研究者们认同的“粘珠思想实验(英语:sticky bead argument)”(简称“粘珠论”)。费曼因对广义相对论没有兴趣,特意使用化名“斯密斯先生”参加了会议。

起初,爱因斯坦提出引力波后,人们一直怀疑引力波能否通过技术手段被有效地检测到。有的人倾向于认为引力波虽然存在但是无法被直接察觉,并因此感到遗憾。直到后来化名成无名小卒的费曼在会议上很不以为意地提出了粘珠思想实验,逐渐打消了学者们的疑虑。他的想法是通过巧妙的设计实验,可以证明引力波的传播会引起热量的变化,这样就可以通过检测热量感知引力波的存在。经过一番争论后,研究者们又重新拾起探测引力波的信心。

他曾给妻子写信时抱怨广义相对论的会议非常空洞和无聊,以后都不想去了。他坚持引力必须像电磁力那样进行量子化处理之后才会有意义,但他也没能解决实现引力的量子化这个大难题。

哲学观

在洛斯阿拉莫斯工作期间,费曼周末常与汉斯·贝特及冯·诺依曼等人在峡谷中散步。冯·诺依曼教会了费曼做一个“无社会责任感”的人。

个人生活

感情与婚姻

费曼在约13岁时认识了亚琳。亚琳也和其他男学生约会过。费曼比较腼腆,虽然经常与亚琳见面,但也担心其他竞争者。直到亚琳在高中毕业之际,公开承认自己喜欢费曼时,费曼才松了一口气。父亲麦维尔担心恋爱会使儿子学习分心,因此曾在某年暑假限制了儿子与亚琳的见面次数。

费曼后来不顾父母和朋友们的反对,坚持与当时已患有肺结核的亚琳结婚。费曼回忆说:“我把自己的观点和理性跟她分享,因而改变了她。她也改变了我,对我帮助很大。她教我,人有时也要不理性。这并不代表愚蠢,而是说在一些场合或情况中,你要思考,但有时你不应该思考。女人向来对我有很大的影响,是她们让我成为今天这个比较好的人。她们代表生活中的情感层面,我知道情感层面也非常重要... 我娶她的时候,就已经知道她有肺结核。我的朋友都说既然她有肺结核,我就不该娶她。但我娶她不是出于责任感,而是因为我爱她。他们真正担心的是我会被传染,但我没有。我们一直很小心,我们知道那些细菌是从哪里来的,所以我们非常小心。那是真实的危险,但我没有被感染... 人都会死,只是时间早晚的问题。但是跟亚琳在一起的时候,我真的很快乐,这就够了。在亚琳过世后,我的余生不必那么好,因为我已经尝过那种滋味了。”亚琳在费曼从事原子弹研究期间去世。费曼为避免影响工作,极力压制了自己的悲伤。几个月后,当费曼路过一家百货公司的橱窗,看到一件漂亮的洋装。费曼想到如果亚琳穿上一定会很漂亮时,顿时再也按耐不住自己的悲伤。费曼与亚琳的爱情故事后被拍成电影《情深我心(英语:Infinity (film))》。

因为忙于工作的关系,他的第2段婚姻并不长久。

业余爱好

离费曼家一英里半的地方有一家提供色情舞蹈表演(topless dancing show)的餐厅,费曼经常会光顾那个地方,他的第二任妻子也很能接受他光顾这家餐厅。当时热衷于作画的费曼赠送了老板吉安努尼(Gianonni)一副画,给餐厅带来了许多好处,于是餐厅老板对费曼变得十分友善,每次费曼光顾的时候都赠送免费的七喜饮料。后来警察突击检查吉安努尼的餐厅,还逮捕了几个跳舞女郎。酒吧里的不少其它常客都碍于面子,不愿意在法庭上为酒吧老板辩护。费曼则以物理学教授的身份坦然出庭,帮餐厅老板吉安努尼辩护,讲述了各个阶层都有人来看色情舞蹈表演,这应该是能被大众接受的,还自曝一周要去五六次。虽然吉安努尼暂时输掉了这场官司,但是他的案子后来上诉到最高法院。在这期间他的餐厅照常营业,而费曼依旧有免费的七喜汽水喝。

逸闻

费曼曾常在酒吧里与一个当地的老大谈笑风生,还体验过被人催眠与“灵魂出窍”的感觉(或者说是幻觉),并把经历记录在《别闹了,费曼先生!》一书中。

虽然费曼对语文没什么兴趣,但是这不影响他对其它语言和文字的兴趣。例如他研究过玛雅文字,向日本同行学习过日语。在生命的最后几年,他还自学了冷门的图瓦语。

费曼拥有联觉,自称所看到的某些方程中的字母和符号会是彩色的。“我教很艰深的诸如巴塞尔积分方程时,我会看见方程的数字、符号是五彩的——我也不知为什么。我会在脑海中看见方程就像杰克和艾曼德教科书里的一样,但是‘J ’是棕色的,‘N’是紫色的,‘X’是黑色的,到处飘浮着。”

费曼曾在研究2个特殊状态的氢原子能量差(今称“兰姆位移”)时发生了错误,算出来等于0,并发表了出去。碰巧的是,以计算能力过硬而闻名的朱利安·施温格也算出了同样的错误答案,和费曼错到一块儿去了。这使得本来得到了正确结果的维克托·魏斯科普夫在发表论文时(约在1947年)一度望而却步。魏斯科普夫得到的结果是一个很小的但又不等于零的值。费曼事后声明说是自己弄错了。值得一提的是,魏斯科普夫正是费曼老同事盖尔曼的博士论文导师。

费曼曾在打鼓时认识了作派疯狂的艺术家左赐恩(Jirayr Zorthian)。费曼后来跟左赐恩学画画。费曼也想让不了解科学的左赐恩学一点物理,于是向他演示了一个电磁铁实验,但结果是对牛弹琴。

费曼很欣赏量子电动力学的先驱狄拉克,费曼有一部分工作也是建立在狄拉克早年成果之上的。费曼一直很想找狄拉克专门讨教问题,但是狄拉克是一个沉默寡言出了名的人,很难打开话匣子。为此,费曼不止一次找话题和狄拉克套近乎,但多数情况都吃了闭门羹。平时口若悬河的费曼对惜字如金的狄拉克几乎无计可施。据说狄拉克有一次见到费曼时,直接用了一句“我有一个方程(指狄拉克方程),你有吗?”打发了他。

费曼本人对费曼图非常得意,曾把它画在自家的汽车上。盖尔曼则把“夸克”一词写在自己车上,和费曼对着干。

罗伯特·奥本海默曾在听完斯洛特尼克(Slotnick)的博士毕业论文讲解后,认为其计算结果肯定有错误,因为它违背了凯斯定理(Case's theorem)。同样在场的费曼则对此很有兴趣,并只花了1个晚上就完整地重做了斯洛特尼克花费6个月才完成的博士论文研究(当然,费曼已从斯洛特尼克的讲解中得到了研究思路),证明了凯斯定理中存在漏洞,还得到了适用于更广泛情形的结论,这令次日得知此事的斯洛特尼克非常惊讶。当天没有到场的凯斯在事后也感谢费曼指出了自己的错漏。费曼还在诺贝尔演讲中提到了这件事。

风格与评价

“从前我随兴之所至——我不会忧虑这究竟对核子物理的发展是否重要,只会想这是否有趣,好不好玩。还在念高中时,看到水龙头流出来的水流逐渐变少,我很好奇能不能研究出它的曲线,而我发现那并不难。事实上,我根本没必要去研究它,它对科学发展也无关重要,何况那问题早有人研究过了。但对我来说毫无分别:我还是会发明些什么,为了觉得好玩而做物理。这就是我的新人生观。好吧,我筋疲力尽,我永远不会有多么伟大的成就。而目前在大学这份教职很不错,我颇能自得其乐。那么就像读《天方夜谭》一样,让我来玩玩“物理游戏”。什么时候想玩就什么时候玩,不再担心这样做有什么意义。——《别闹了,费曼先生!》”

费曼以惊人的物理直觉而闻名,常能避免复杂的计算而洞察问题本质。杨振宁认为费曼确实有不同于常人的物理直觉,而费曼图与费曼路径积分的提出也少不了其物理直觉的帮助。。Mathematica的发明者斯蒂芬·沃尔夫勒姆曾点评说与包括自己在内的许多科学家不同,费曼的科研动机最纯粹,完全是出于发现奥妙的乐趣。而费曼的物理直觉也不完全是靠天才,可能他随口说的一个看似奇妙而有效的方法,往往都是自己曾经通过大量思考和复杂计算才得出的实用经验。

“我的目的不是叫你们如何应付考试,甚至不是让你们掌握这些知识,以便更好地为今后的你们面临的工业或军事工作服务。我最希望的是,你们能够像真正的物理学家们一样,欣赏到这个世界的美妙。物理学家看待这个世界的方式,我相信,是这个现代化时代真正文化内涵的主要部分。(也许有一些别的学科的科学家会反对我的说法,但我相信他们绝对是错误的。)也许你们学会的不仅仅是如何来欣赏这种文化,甚至也愿意参加到这个人类思想诞生以来最伟大的探索中来...科学是一种方法,他教导人们,一些事物是如何被了解的,不了解的还有些什么,对于了解的现在又了解到什么程度(因为没有绝对了解的),如何对待疑问和不确定性,依据的法则是什么,如何思考并作出判断,如何区别真相和欺骗……在对科学的学习中,你学会通过试验和误差来处理问题,养成一种独创精神和自由探索精神,这比科学本身的价值更大。——《费曼物理学讲义》”

费曼是一位杰出的教育家,主张教育应注重兴趣与方法的引导,而非直接罗列和灌输实用的知识。他认为平庸而沉闷的传统课程难以使学生真正接触到物理的引人入胜之处,他为此雄心勃勃地筹划了《费曼物理学讲义》,决心用全新、有趣而统一的观点展现出整个物理学基础。加州理工学院后来专门设立了一个“理查德·费曼杰出教育奖”(Richard P. Feynman Prize For Excellence In Teaching)。

费曼从不迷信权威,是个典型的经验主义者。费曼反对“人文科学”的称呼,认为人文科学根本不是科学。费曼在很长一段时间内都不认可完全缺乏实验基础的弦理论,对研究弦论的同事约翰·施瓦茨也很不待见。虽然在生活中爱出风头,但是费曼在治学时是一个低调务实的人,不喜欢当研究团队的领导者,更愿意让自己的研究来说明一切;而老对手盖尔曼则很崇尚秩序和领导能力,但影响力没有走出学术圈以外,这与费曼刚好相反。

费曼个性鲜明,是一个一反传统的特立独行的科学顽童。理论物理学家杨振宁评价费曼是一个“一个几乎任何事情都与众不同的人”。杨振宁除充分肯定费曼的天赋和成就外,也认为过于忽视传统学习方法是费曼的短处。里昂纳德·曼罗迪诺在《费曼的彩虹》一书中认为“对费曼而言,物理学和生活都是由本能与灵感主宰,因此他对规则和社会惯例才会不屑一顾。他忽视物理学的传统方法,发明自己的方法、自己的路径积分、以及自己的费曼图。他也忽视学术文化,发明自己的文化,和学生在“油腻”用餐,或在脱衣舞俱乐部研究他的物理学,他之所以做研究是出于热爱、而非抱负。如果他的行为不受认可,他根本也不会在乎别人怎么想。”理论物理学家李奥纳特·苏士侃也曾在一次题为《我的好友理查德·费曼》的TED演讲上评价费曼是一个非常非常伟大的科学家、很棒的演员和超群的教师。苏士侃认为费曼善于引人注目、性情急躁、无礼、不服输、爱攀比智力、自负但又有趣,还厌恶在学术研究中故弄玄虚、卖弄术语、做作和假大空的行为。美国认知心理学家史迪芬·平克在致《Quantum Man: Richard Feynman's Life in Science》一书的推荐辞中说费曼是上世纪最伟大的科学家;理论物理学家布莱恩·葛林也在同一本书的推荐辞中称赞费曼的成就是“具有穿透力的突破”(“突破”一词用的是复数)。微软创始人比尔·盖茨认为,费曼的生动讲解使科学充满了趣味,而且绝无其他人能够比他做得更好。Google创始人谢尔盖·布林从青年时代起就一直喜欢费曼,认为费曼对自己的人生轨迹影响很大,对他赞不绝口。实验物理学家朱棣文受邀并见到自己的崇拜对象费曼时,费曼想借助了解朱棣文的研究方向的机会,趁机跟他比一下谁更聪明。朱棣文感叹很少有科学家在获得大奖后还能拥有费曼一样轻松和爱玩的生活态度。大数学家迈克尔·阿蒂亚晚年在其“论证”黎曼猜想的发布会上引用费曼对精细结构常数的评论时,顺便称赞了费曼的杰出。数学家陶哲轩把费曼的名言“事实证明真相总比你想的简单。”(The truth always turns out to be simpler than you thought.)放在自己的主页名言栏中。

实验物理学家埃米利奥·塞格雷曾在1980年出版的《从X射线到夸克》(From X-rays to Quarks: Modern Physicists and Their Discoveries)一书中,把朗道与费曼以及杨振宁三人并列为近一二十年来少数能在许多不同领域都有杰出成就的全才物理学家。数学专业出身的理论物理学家弗里曼·戴森评价说:“在遇到费曼之前,我已经发表过许多数学论文,这些论文充满了小聪明,但总的来说缺乏重要性。当我遇到费曼时,我立即知道我已经进入另一个世界。他对发表漂亮的论文毫无兴趣。他在为理解大自然的作品而奋斗,试图彻底重建物理学,我还从未见谁有过如此高昂的奋斗热情... 施温格和朝永振一郎已经各自独立地取得了成功,在计算相同的物理量时,他们使用了更为费力、更为复杂的方法,而费曼则可以从他的图表直接得出那些量。施温格和朝永振一郎没有重建物理学,他们在撞见物理学时也拿它来用,但是他们仅仅是介绍新的数学方法从物理学中析取数字... 我写了一篇为《朝永振一郎、施温格和费曼的放射理论》的论文,阐释为什么说这三个理论看起来不同而实质上一样。在我的文章中,我谨慎地待三个主角,给予他们同等的尊严和崇敬;但我心里知道,费曼是这三人中最伟大的一个... 这些重要的东西是诚实,独立,承认自己的无知。他憎恶等级制度,一生享受着人们的友谊。他像莎士比亚一样,是个有喜剧天赋的演员。”费曼的老对手盖尔曼在费曼葬礼的讣闻中写了一些不服气的话;“在理查德的风格中,我向来喜欢他不浮夸的表达方式。有些理论学家以华丽的数学语言或刻意虚饰的结构,装饰有时其实相当平庸的作品,令人生厌。但理查德总是以直接的方式,表达强而有力、富有巧思与原创性的构想,令人激赏。但我对理查德广为人知的另一个风格则不是那么欣赏。他总是把自己围在神话色彩中,花许多时间与精力创造有关自己的逸事……当然,许多逸事是经由理查德自己所说的故事构成,在这些故事中他通常是英雄,而且只要有机会,他总是显得比其他人聪明。我得坦陈这些年来,身为他一直想超越的竞争对手,我一直感到不自在;而且我发现和他共事并不那么意气相投,因为他似乎比较喜欢把我们视为‘你’和‘我’,而不是‘我们’。或许对他来说,要跟一个不只是衬托他那些构想的人合作很难……”据苏联理论物理学家和核武器专家维塔利·金兹堡回忆,在朗道的物理学家实力排名中,费曼被排在了“1.0”级(高于朗道本人,且和玻尔、维尔纳·海森堡和保罗·狄拉克等人齐平)。金兹堡对于朗道把费曼列入“1.0”级比较意外。金兹堡虽然称赞费曼是无可争议的拥有过人智慧的物理学家,但他还是认为费曼相比之下逊于被列入同一级别的其他人。金兹堡猜测朗道可能是特别钟爱费曼图,而且觉得自己(朗道)没有能力创造出这样直观易懂的表示方法。

著作列表

《费曼物理学讲义》

《费曼物理学讲义》是费曼最有意思的一部物理学作品。这些讲义是1962年费曼为大学生讲授的。原是费曼的课堂即兴演讲集,录音后又整理成册出版。罗伯·雷顿负责编辑成册。这套书观点现代,内容循序渐进,用统一的思路梳理了基础物理学的方方面面。因费曼是前沿科学家中的佼佼者,所以他可以把许多看似平淡无奇的知识点与许多惊人的最新成果联系起来,向学生展示基础课中介绍的物理学原理并没有陈旧过时,其中的许多原理也在高深的研究中体现出令人赞叹的魅力与威力。书中许多有趣的类比都是作者信手拈来的。在第三卷量子力学部分,他独辟蹊径地将容易吓退初学者的薛定谔方程放在最后再讲,而把通常教材中视为高阶知识的“自旋”等新奇有趣的内容反而放到前面讲。在全部3卷书中,他一直在重复构建着这样的教学理念,即学习物理并不需要先急着讨论怎么求解方程或者知道如何套公式,而是先在头脑里构建一个整体性的框架,把大方向摸清楚,再慢慢补全各个技术细节。在讲到能量守恒定律时,他还引用卡通人物淘气阿丹作主角来举例,拉近与学生的距离。在讲到“叠加原理”和“张量”等抽象名词时,其讲解紧扣其由来和物理背景,故比其它直接给出一堆形式化定义的教材更加直观易懂。在提到为什么不能用浅显的知识解释不同类型的微观粒子服从不同的统计分布规律时,他直白地向学生承认是自己对这个知识点的理解还不够透彻。曼罗迪诺认为“书中呈现的世界观不是任何物理学家看世界的方式,而是他这位物理学家的独特方式”。这套教材经过时间的考验,直到今天还十分适用。

与所有理论物理学家一样,费曼也是还原论者,而且非常推崇最小作用量原理。但因为《费曼物理学讲义》是为本科生写的基础读物,所以费曼没有系统介绍晦涩而深刻的变分原理(第2卷中有名为《最小作用量原理》的专题讲座,虽然浅显易懂,但篇幅很少,讲得不够系统),但在书中总是不时地提到用变分原理能得到更简洁漂亮的结果。与他人不同的是,费曼并不满足于从数学角度了解和发展这个原理,他还试图找出它的直观解释。费曼曾办了4场大众专题讲座,并将讲座内容写成《QED:光和物质的奇妙理论》一书,另有讲座现场视频保存至今。这本书也是少见的专门介绍量子电动力学的通俗读物,其中就介绍了由路径积分的视角给出的对最小作用量原理的新理解。

数学家陶哲轩曾在自己的博客上发文截取1段出自《费曼物理学讲义》第1章“引论”中的话,评价费曼的言语极富诗意(surprisingly poetic)。

《六个简单的事物》和《六个不那么容易的事物》也都截取自《费曼物理学讲义》第一卷。

其它物理学著作

科普

文集

其它作品

音频录音

传记&他人回忆

文化影响

电影和戏剧

科技圈

纪念

大众影响

位于CERN的“费曼路”。

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