五、从不拘泥于教科书的费曼（1 / 2）

五、从不拘泥于教科书的费曼

理查德·菲利普·费曼———美国著名物理学家。1918年5月11日出生于美国纽约皇后区小镇的一个俄罗斯移民犹太裔家庭。1935年进入麻省理工学院，先学数学，后学物理。1939年本科毕业，毕业论文发表在《物理评论》(Phys.Rev.)上，还有一个后来以他的名字命名的量子力学公式。1939年9月在普林斯顿大学当惠勒的研究生，致力于研究量子力学的疑难问题：发散困难。1942年6月获得普林斯顿大学理论物理学博士学位。1943年进入洛斯阿拉莫斯国家实验室，参加了曼哈顿计划。1945年6月16日，费曼的第一个妻子阿琳去世。同年费曼开始在康奈尔大学任教。1951年转入加州理工学院。在加州理工学院期间，加州理工学院因其幽默生动、不拘一格的讲课风格深受学生欢迎。1965年费曼因在量子电动力学方面的贡献而与施温格朝永振一郎一、同获得诺贝尔物理奖。1986年，费曼受委托调查挑战者号航天飞机失事事件，在国会用一杯冰水和一只橡皮环证明出事原因。1988年2月15日，费曼因癌症逝世。主要著作有：《基本粒子和物理学法则:1986年Dirac回忆讲义》、《费曼物理学讲义》、《量子电动力学》、《QED:TheStrangeTheoryofLightandMatter》、《统计力学》、《过程理论基础》、《量子力学和路线积分》、《引力学讲义》、《计算讲义》、《费曼最后的讲座：太阳的行星》、《QuantumEntanglement和计算革命》、《物理之美》、《量子电动力学》、《你管别人怎么想》、《别闹了，费曼先生》、《这个不科学的年代》等。

1.《费曼物理学讲义》让学生和老师都爱不释手

费曼于20世纪40年代发展了用路径积分表达量子振幅的方法，并于1948年提出量子电动力学新的理论形式、计算方法和重正化方法，从而避免了量子电动力学中的发散困难。目前量子场论中的“费曼振幅”、“费曼传播子”、“费曼规则”等均以他的姓氏命名。

费曼图表是费曼在20世纪40年代末首先提出的，用于表述场与场间的相互作用，可以简明扼要地体现出过程的本质，费曼图表早已得到广泛运用，至今还是物理学中对电磁相互作用的基本表述形式。它改变了把物理过程概念化和数学化的处理方式。

费曼总是以自己独特的方式来研究物理学。他不受已有的薛定谔的波函数和海森堡的矩阵这两种方法的限制，独立地提出用跃迁振幅的空间—时间描述来处理几率问题。他以几率振幅叠加的基本假设为出发点，运用作用量的表达形式对从一个空间，—时间点到另一个空间一—时间点的所有可能路径的振幅求和。这方法简单明了，成了第三种量子力学的表述法。

1968年费曼根据电子深度非弹性散射实验和布约肯的标度无关性提出高能碰撞中的强子结构模型。这种模型认为强子是由许多点粒子构成，这些点粒子就叫部分子(parton)。部分子模型在解释高能实验现象上比较成功，它能较好地描述有关轻子对核子的深度非弹性散射、电子对湮灭、强子以及高能强子散射等高能过程，并在说明这些过程中逐步丰富了强子结构的物理图像。

除了量子电动力学方面的卓越贡献，费曼还建立了解决液态氦超流体现象的数学理论。之后，他和莫雷盖尔曼在弱相互作用领域，比如β衰变方面，做了一些奠基性工作。费曼通过提出高能质子碰撞过程的层子模型，在夸克理论的发展中，起了重要作用。

费曼有一种特殊能力，就是能把复杂的观点，用简单的语言把它表述出来，这使得他成为一位硕果累累的教育家。在获得的诸多奖项中，他特别感到自豪的是1972年获得的奥尔斯特教育奖章。最初出版于1962年的《费曼物理学讲义》被《科学美国人》这样赞誉：“尽管这套教材深奥难懂，但是它的内容丰富而且富有启发性。在它出版25年后，它已经成为讲师、教授和低年级优秀学生的学习指南。”费曼自己则在前言中写道：“我讲授的主要目的，不是帮助你们应付考试，也不是帮你们为工业或国防服务。我最希望做到的是，让你们欣赏这奇妙的世界以及物理学观察它的方法”。

为了促进普通公众对物理学的理解，费曼撰写了《物理定律的特征》和《量子电动力学：光和物质的奇特理论》等。同时还发表了许多高深的专业论文和著作，这些论文和著作已成为研究者和学生的经典文献和教科书。

费曼还是一位富有建设性的公众人物。1986年，挑战者号失事后，费曼做了著名的O形环演示实验，只用一杯冰水和一只橡皮环，就在国会向公众揭示了挑战者失事的根本原因———低温下橡胶失去弹性。20世纪60年代，费曼还在加州课程设计委员会上，为反对教科书的平庸，作出了努力。

除了作为一名物理学家以外，在他一生中的不同时期，他还是无线电修理者、保险柜密码破解高手、艺术家、舞蹈爱好者、手鼓演奏者和玛雅象形文字的破译者。在广为流传的逸闻中，他常与拉斯维加斯的脱衣舞女和赌徒聊天最为有趣。他的世界充满好奇，是一个典型的经验主义者。

2.中学老师说他“早熟”

费曼的父亲梅尔维尔·费曼是服装商人，母亲露西尔·菲利普斯。关于费曼的出生有这样一段传奇：当露西尔初次怀孕时，梅尔维尔曾预言说：“如果是男孩子，他会成为科学家。”梅尔维尔也一直以这种科学的方式引导费曼的成长———迷信和信念有时候很难划清界限。

在费曼童年时，有一次他在玩手推车，偶然注意到当把车子突然向前一推时，车子里的皮球会向后滚。他问父亲梅尔为什么会发生这种事，得到的是这样的答案：“没人知道这是为什么。普遍的原理是运动的东西有保持运动的趋势，静止的东西有保持静止的趋势除非你用力去推它们。这种趋势被称为‘惯性’，但没人知道为什么会如此。”这代表了对物理学的本质和对世界的本质的一种深刻的观念，正是这种观念，一直激励着费曼在他的一生中都保持着对一切人们习以为常的事物的怀疑，不断地探寻最基本的真理，他从不认为某个过程已经赋予了名称，人们就理解了过程本身。

费曼从小就表现出了惊人的数学才能，他总是能用一些意想不到的方法解答数学题目。升入中学后，他已经是著名的“数学天才”，高年级的同学总是拿一些棘手的数学作业来找费曼，而他总是迎刃而解。费曼这样做并非是为了讨好那些大男生，而是他实在无法抗拒这种挑战。倒是这些大男生总是想帮费曼做点事情，因为费曼对他们来说太有用了。

那时的费曼只对两件事感兴趣：数学和女孩。而费曼偏偏在女孩子面前总是显得很腼腆，他自己也常被视为“女人气的男人”。在这方面，其他人可是帮了不少忙。有一次在海滩，大多数男孩都在和女孩们说笑，而贯曼却单独在一旁嘀咕着：“哎,要是芭菠拉和我去看电影就好了……”这么一句话，旁边的一个胆子大的男孩兴奋起来，他跑上石堆，找到芭菠拉，一边推她过来，一边大声嚷嚷：“费曼有话对你说！”一下子周围所有男孩女孩都围了过来———这是费曼的第一次约会。费曼在女孩这方面确实是比较薄弱，然而他后来的妻子艾莲却是当时学校里的公主，这可能要归结为费曼不拘一格的数学才能的吸引力。

费曼在中学里第一次上代数课的时候，他对所要学的东西厌烦得简直要哭出来。他沉默了一段时间，然后告诉老师他已经知道老师将要给这个班学生讲的东西。作为测试，数学部的负责人出了一道题让他解答，对他来说这道题的确很难，但是他触及了问题的核心，这使老师明白他的确懂得代数学的一些知识。因此他被安排到这门课的一个特别班里，班里的学生是有过不及格而重修这门课的，这样就不用从头讲起。该班的教师莉莲·穆尔是个非常灵活的人，足以应付费曼的早熟。在这里，他遇到了一类新问题。穆尔小姐让班里的学生解2supiX/i/sup=32这个方程，没人知道从何入手，他们没有解这类问题的一套法则。可是费曼并不需要一套法则，他直接得出方程的解是iX/i=5,因为5个2相乘等于32。这种事对费曼来讲是不言自明的，可对班里的其他人并非如此，这个事实证明他和班里其他学生的确不同的一个最初迹象。

当费曼成为学校数学代表队的明星出现在“校际代数联盟”，与其他学校竞赛时，他与众不同之处就明显地表现了出来。参加竞赛的两方学校各有5个队员，每个队员都独立完成题目。他们可以在纸上写任何东西，只要每个队员最后把自己认为正确的答案用笔画上一个圈，时间是45秒，最后的评判以圈中的数字为准。实际上如果用书上的法则来解答问题，在有限的时间里几乎不可能做完，必须找到更简便的方法。这正是费曼的强项，他总是第一个在数字上画好圈，然后悠扬地等待下一个题目，这种训练对他后来的科学生涯很有用，他始终保持着迅速简洁地解答数学问题的能力，从不拘泥教科书中的方法。他后来对朋友说：“我想找到公式，我并不在乎希腊人甚至是巴比伦人是否已经得到了，那些事我没有兴趣。这是我的难题，从中我得到了乐趣。”

当费曼在中学接触到研究三维形体的立体几何时，他才第一次瞥见了自己在数学上的失败。他被彻底击倒了，尽管他能用老师所教的一些法则做适当的运算，但他一点也不明白老师所讲的东西。他一度和那些只能用代数法则解方程，却根本不知其所以然的同学们一样了。不过，事情终于有了转机。几个星期以后，他了解到画在黑板上的那团线条其实代表的是三维的物体，而并不是两维的古怪图形，于是一切都变得一目了然，对这门课他再也不感到困难了。直到从事科学研究之后他还说：“那是我唯一一次体验普通人的感受。”

费曼表面上看来好像经历了整个传统体制的教育，实际上，他对科学知识的学习是脱离课堂教学而自学获得的，学校教的简单知识根本不能满足费曼的学习欲望，老套的陈旧思路尤其使他厌恶。可他却总能轻松地通过考试———从应试这点来说，他倒是个模范生。

1935年，费曼考入麻省理工学院。他在那里读到了不少物理学的新书，不久他的理想就由做数学家变成为做物理学家，而他的数学基础无疑为他在物理学中取得成就奠定了坚实的基础。

3.费曼：《教授的尊严》

我相信，如果不是教书，我不会真正成功。因为，这样，我在做某种事情，而又没有任何想法没有任何进展的时候，可以对自己说：“至少我存在着；至少我做了些事情；我已经做了某些贡献。”———这仅是心理上的。

20世纪40年代，在普林斯顿的时候，我有幸能够看到这个高级研究所中那些聪慧卓绝的人做了些什么，由于他们具有惊人的才智，就被特别选拔进来，荣获跻身于这座高尚的木质板房的机会。不教课，也不负任何责任。这些可怜的家伙现在可以坐下并自己思考一切了，是吗？但事实上，他们不可能用一段时间就产生一个新思想：他们似乎有各种机会去做某些事情，但是不可能经常产生新思想。我相信在这样的情形下，一种自疚和压抑会折磨你，使你开始为自己的思想没有任何新意而焦急。你感到什么事情也没做，什么也想不出来。

由于没有足够实在的推动力和紧迫感，事情就会很平淡：不和搞实验的人接触，不必考虑如何回答学生的问题，什么也没有！

在任何思考过程中，都存在着进展顺利，出现好的思想苗头的阶段，这时教书就是一个妨碍，并成为世界上最令人生厌的累赘了。然后又是一个思维贫乏的较长时期。如果你没有教书，什么也没干，会使你神经质的！你甚至不能说：“我在教课。”

如果你正在教一门课，你可以思考你已很清楚的一些基本东西。这些东西是有趣的，令人愉快的。重新接触它们不会有任何坏处。有更好的方法去描述它们吗？是否存在与之相联系的新问题？你可以给它们以什么新观念吗？基本东西考虑起来要容易些：即使没有新的看法也无妨，你以前所掌握的知识，对于上课已足够了。如果你想到了某些新意，那就会非常高兴。

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