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费曼:魔术师般的物理学家
来源:     作者:      2016-10-08 13:21       

《费曼传》,杨建邺著,金城出版社2016年7月出版

■彭英

费曼的传记是不容易写的。一是因为他发现的量子电动力学非常复杂,很难讲得通俗易懂,其中发现的过程又反反复复,难于梳理出头绪;二是他是一位最受到人们欢迎的大科学家,在20世纪除了爱因斯坦、霍金,费曼就是大众最熟悉和最喜爱的科学家,在我国出版费曼写的很有趣的书籍,不说多如牛毛,也至少有十好几本,例如仅仅费曼写的《别开玩笑了,费曼!》和《干嘛在乎别人怎么想?》这两本书,在国内恐怕有三四个版本。湖南科学技术出版社几乎出版了费曼写的或与他人合作写的所有的书籍。在这种众人十分熟悉传主的情形下写一本费曼传记,其难度可想而知。

作者杨建邺先生说,他开始想用的书名是《魔术师费曼传奇》。为什么会用这样一个书名呢?作者说这是因为美国著名物理学家马克·卡克(Mark Kac)写过一段很著名的话:

天才分两种:普通天才和魔术师天才。

普通天才和一般人也没有什么不一样,只是比一般人聪明好几倍。他们的思考方式并没有任何奇特之处。一旦我们了解他们的研究,便会觉得自己也能做得到。魔术师就不同了。……他们自有一套思维方式,一般人根本无从捉摸。就算我们能够明白他们的研究结果,对他们的推论过程仍是一无所知。他们很少有门生,因为没有人能学得他们的真传。如果有位聪明的年轻人拜他们为师,他一定会觉得力不从心,跟不上魔术师令人仰之弥高的思维。费曼是最高明的魔术师。

费曼就是一位魔术师般的天才。再加之费曼特别喜欢开玩笑,喜欢穿一些奇装异服搞笑。作者在书中给出了好几幅费曼的照片,从这些照片上看,费曼的的确确像是一个巫师或者魔术师。为什么费曼喜欢这样装扮自己呢?费曼的好友和合作者戴森对此有自己的看法。在他写的《我的偶像崇拜》一文中,用莎士比亚来做比较:

除了对科学有着异乎寻常的热爱,费曼还对开玩笑乐此不疲,对各种常人的乐趣也兴致盎然。在为理解自然规律而英勇奋斗的余暇,他喜欢与朋友们一起放松,喜欢打他的邦戈鼓,喜欢通过耍花招或讲故事来与大家逗乐。在这方面,他与莎士比亚也有些类似。从威尔逊的书中,我抄摘了琼生下面这段记述:“他专心写作时,会夜以继日;一直给自己施压,不到精疲力竭,绝不放松;而一旦从工作中脱开身,他又会全身心地投入各种运动和娱乐之中;这时想将他拉回书桌边基本上是没希望的;但是一旦重新开写,他会因为得到了放松,而变得更强悍更认真。”这就是莎士比亚,也是我熟知和热爱的费曼——我崇拜的偶像。

最令人惊讶的是,量子力学这么难于为人们接受,连被称为“上帝的鞭子”的泡利(W. Paoli)都被量子力学弄得灰心丧气,却没有引起人们重新审视量子力学的源头,以便对它的基础做一番彻底的改革。当时还是量子力学新手的费曼,却非常不满意这种现状,立意要重新改写量子力学的基础。这可真是“初生牛犊不怕虎”啊!

经过一年多的努力,费曼居然真的独自闯出了一条新路——路径积分(path integral)!这是一种完全不同于以往进入量子力学的路线。一位原来嘲笑费曼自不量力的同事惊呼道:“怎么也没有想到会有另外一种方法来建立和理解量子力学!”

在建立量子电动力学的时候,几乎所有的物理学高手都陷入极其复杂的计算而且不得要领,这时费曼却再次像变魔术一样,向物理学家们展示一种“费曼图”(Feynman diagram)。当时几乎没有一个人认真对待这种魔术一般的图样,而且还受到许多人的嘲弄。哥本哈根学派首领玻尔(N. Bohr)气得吹胡子瞪眼睛地说:“这位年轻人以为量子力学就那么容易让人乱七八糟地摆弄着玩的?他忘记了粒子是没有轨迹可循的?!”

幸好在他的朋友戴森的努力下,物理学家们终于理解了这种魔术般的图形的巨大威力:它甩开了繁复困难的计算,使得量子电动力学变得非常简单易懂,连初学的人也立即可以深入讨论其中的种种机制和预见后果。难怪戴森说:“费曼发明了一种描述量子过程的新方法——使用示意图代替方程来表示相互作用的粒子。他为进行这个特定的计算而发明的‘费曼图’,在物理学上引起了一场革命。这些图不仅是一种有用的计算工具,而且是理解大自然的一条新途径。费曼的基本思想简单而通用。如果我们要计算一个量子过程,我们只需画出所有可能发生的相互作用的示意图,遵照某些简单的规则,计算与每幅图对应的一个数字,然后将这些数字加在一起。因此,一个量子过程不过是一组图,每一幅描述该过程可能发生的一种方式。”

费曼图为我们提供了量子过程的一种可视化表示,这种简单的表示不仅适用于氢原子,而且适用于宇宙中的所有东西。这些图被发明20年以来,已成为全世界粒子物理学家的工作语言。

当大家弄懂了费曼图以后,没有人不对费曼表示惊讶和敬佩!戴森还引用英国著名诗人本·琼生(Ben Jonson)写的一首诗《缅怀我的敬爱的大师——威廉·莎士比亚》中的一段话:“他不属于一个时代,而属于所有的世纪!……”表示自己对费曼的敬仰。

此前对费曼图嗤之以鼻的普林斯顿高等学术研究院院长罗伯特·奥本海默(R. Oppenheimer),也立即放下手上的工作虚心地听费曼给他“细说端详”。费曼还洋洋得意地把费曼图画上了他的汽车招摇过市。

费曼不仅在一般人心目中,而且在物理学家心目中也成为一位魔术大师了!

更让人佩服得五股投地的是费曼处理《挑战号》(Challenge)航天飞机发射后几秒就爆炸的事故分析。那么多航天技术专家都不能分析,却偏偏找到这位理论物理学家进入事故分析小组!外界理所当然地会一片哗然:“这简直是‘乔老爷乱点鸳鸯谱’嘛!”没有人相信一个专门从事理论研究的物理学家,能够分析如此复杂的技术问题。但是,没有多久,全美国人都在1986年2月12日的《纽约时报》上看到,这么复杂的技术问题居然真的被费曼解决了!《纽约时报》上还刊登了费曼的一幅照片,显示他如何在听证会上说明他对事故分析的结果。

这一次,全美国的人甚至于全世界的人,都领教了这位魔术大师的风采和本领。

我想,读者看完杨建邺先生写的这本《费曼传》,一定会进一步理解理查德·费曼何以是一位伟大而又可爱的物理学家。

《中国科学报》 (2016-09-23 第6版 读书)