費曼的永恆遺產——讓自然以本來的面目出現!

2020-12-06 老胡說科學

首要原則是你不能欺騙自己,你是最容易被欺騙的人——理察·p·費曼

費曼看到了大自然的本來面目,也看到了人類的本來面目。在他後來的生活中,當他對自己的生活有了更多的反思時,他進行了一系列的採訪,在這些採訪中,費曼分享了他對自己生活的看法,以及它如何適用於普通人,尤其是那些對科學或物理不感興趣的人。費曼是一個有趣和好奇的人,他的幽默與他獨特的智慧和對世界的理解緊密相連。他臨終前對世人說的最後一句話是:「我不想死兩次——太無聊了。」

智人的大腦進化來理解如何獵食動物,如何尋找漿果、水果和可食用的植物,根本不是設計來理解電子概率雲如何在原子中佔據各自的能級。這要了解真實的本質,我們必須去除人類的情感和塵世的聯繫,才能看到真實的面目。費曼在很小的時候就意識到了這一點,這可能是他被認為是自愛因斯坦以來最偉大的科學家的原因。人們忘記了他對物理學的偉大貢獻,忘記了我們對現實本質的理解,因為他並不是最好的丈夫。

費曼於1918年5月11日出生於紐約皇后學院,由梅爾維爾·阿瑟·費曼和露西爾·尼·菲利普斯撫養長大。梅爾維爾出生在白俄羅斯,靠當銷售經理謀生,而露西爾則照顧年幼的理察。費曼直到三歲左右才開口說話,但他與生俱來的好奇心和智慧開始顯現,他和妹妹的頭腦被父親的逆向哲學所鍛造,開始獨立思考,開始質疑我們在精神上困住自己的當前範式和正統現實;以人類的標準來看,這是很自然的。這就是費曼獨特的觀察大自然的能力:客觀地說,大自然是令人敬畏的、令人驚奇的,而人類的大腦卻無法同時處理如此多的信息。

費曼的父親經常為他的兩個孩子創造小遊戲和難題。費曼先生通過問一些關於我們所處的現實的問題來培養孩子們的好奇心,但這些問題很少引起他們的思考。費曼的父親會鼓勵他的孩子們就他們日常生活中的簡單現象提出簡單的問題,比如為什麼當你拉著一輛裝有球的馬車時,球會快速地移到後面去。費曼的父親讓他的孩子們發現了物質的特性,我們稱之為慣性:一種物體傾向於保原來的狀態,除非受到外力的作用。梅爾維爾在孩子們很小的時候就成功地把牛頓第一定律灌輸到他們的生活中。瓊·費曼講述了理察如何影響她的童年:

「一天晚上,我已經上床睡覺了。我本應該呆在床上的,但我哥哥進來叫醒我,因為在我家附近的高爾夫球場上空有極光。在我看來,它就像天空中奇妙的光來回移動。這給我留下了深刻的印象。我哥哥對我說,沒人知道那是什麼,這在1930年是真的。」

理察費曼和瓊·費曼,大約1928年瓊後來成為一名天體物理學家,為我們理解極光是如何形成的做出了巨大貢獻。

瓊是在她的哥哥亨利死後四年出生的,亨利出生後幾周就去世了。費曼的性格是由他父母自然塑造的,然而正是露西爾塑造了費曼的那些性格性格:機智、幽默,以及獨特的敏銳力。費曼從很小的時候就開始擅長數學和工程學,他拆解收音機,為自己和其他人解構和揭開收音機運作的神秘,在自己的小實驗室裡為鄰居和家人朋友修理壞了的收音機。

費曼就讀於在法爾洛克威高中,在那裡他的智力通過IQ測試進行評估。費曼的成績是125分,同學和老師都認為他還算不錯,但並不令人吃驚。在他後來的生活中,他的同齡人懷疑智商測試有缺陷,只是評估語言的敏銳度,而不是數學的敏銳度。在數學方面,費曼無疑很有天賦,後來在普林斯頓大學物理研究生入學考試中取得了最高分。

在15歲的時候,費曼開始自學微積分、三角函數、高等代數和解析幾何。他開始用自己的方法推導半導數,並在此過程中創造了自己的符號。17歲時,費曼申請了幾所常春藤盟校,但由於他的猶太血統,他被其中幾所拒絕了,他轉而去麻省理工學院攻讀物理學理學學士學位。在麻省理工學院,費曼在那裡的學術界越來越出名。最初的專業是數學,費曼很快就轉到了電氣工程,最後一次轉到了他知道自己會做得很好的領域:物理學。費曼於1939年獲得了物理學學士學位,並被任命為普特南研究員。費曼絕對鄙視榮譽,正如他自己所說:

當我上高中的時候,我得到的第一個榮譽是成為阿里斯塔的一員,這是一群取得好成績的孩子。每個人都想成為阿里斯塔的一員。我發現他們所做的就是坐在一起討論誰有資格加入這個美妙的團隊。好的,所以我們坐著試圖決定誰將被允許進入這個阿里斯塔。出於這樣或那樣的原因,這種事情在心理上困擾著我。我不了解我自己。」

費曼的高中筆記。大約在1930年代早期費曼在普林斯頓大學攻讀物理學博士學位,物理和數學的入學考試取得了滿分,而英語和歷史的分數卻很低,這是可以理解的。費曼的論文導師是美國理論物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒,他幫助重建了愛因斯坦的廣義相對論,並通過「曼哈頓計劃」研製出了第一顆原子彈。惠勒也是量子引力理論研究的先驅,他提出了非常著名的惠勒-德維特方程,試圖將量子力學和廣義相對論結合起來,這可以說是當今許多物理學家最重要的一個目標。惠勒和費曼的關係很親密,因為他知道費曼作為理論物理學家的潛力和天賦,在很多方面都超過了惠勒。

在23歲的時候,費曼幾乎立即被招募到曼哈頓項目工作,通過製造三位一體炸彈幫助盟軍贏得二戰。費曼和原子彈之父羅伯特·奧本海默一起,在德裔美國核物理學家漢斯·貝特的監督下,幫助進行各種計算,他的大腦被武器化了。貝特對我們理解量子場論做出了重要貢獻,尤其是量子色動力學(QED)。那時,費曼甚至還沒有完成他的研究生課程。

上圖:年輕的費曼與斯坦尼斯洛·烏拉姆和約翰·馮·諾伊曼聊天。下圖:費曼和他的論文指導老師約翰·惠勒,以及許多好奇的同行們一起研究費曼在物理學方面的獨特能力。費曼很喜歡女人,他的第一任妻子阿林·格林鮑姆是他高中時代的戀人。他在洛斯阿拉莫斯任職期間,他們一直在一起,通過寫信來鞏固他們的戀情。25歲的阿林患上了肺結核,在她和費曼結婚後不久就去世了。在阿林死亡16個月後,費曼給她寫了最後一封情書。從任何意義上講,理察和阿林都是靈魂伴侶,但同時,他們的性格和行為卻截然相反。費曼在信的結尾寫道:

我親愛的妻子,我真的很愛你。

我愛我的妻子。我的妻子死了。

在他的信中,你可以清楚地感受到失去所愛的人的痛苦。即使面對愛情的死亡,費曼的幽默在他的信中也很明顯:

請原諒我沒有寄出這封信——只是我不知道你的新地址。

作為一名傑出的物理學家,27歲的費曼在1945年之前一直在「三位一體炸彈」公司(Trinity bomb)擔任物理學家,並因此名聲大噪。之後,他獲得了康奈爾大學的一份教職,起薪為3900美元。正是在康奈爾大學,費曼開始了他真正的激情;在量子動力學的新興領域,他發展了一種新的量子場論計算技術,包括電子-光子相互作用,費曼圖。

顯示電子-電子反衝的費曼圖。兩個電子的碰撞和斥力是通過一個虛光子的交換而發生的。1965年,費曼與信一郎·友永和朱利安·施溫格一起,憑藉對量子電動力學的研究獲得了諾貝爾獎。再次,費曼對這份榮譽甚至感到厭惡,後來說:

獲獎沒有有任何意義……發現事物的樂趣才是真正的東西,榮譽是虛幻的

費曼經常談到他父親對他的影響,以及他對榮譽的世界觀,強調這分散了他對真正問題的注意力;不做任何預先決定,讓自然以其本來面目出現,從而發現事物的真正樂趣是:可怕但美麗,無限複雜但可理解,極其複雜但操作簡單。這些二分法折磨著費曼的心靈,但他的好奇心如此強烈,他在其中找到了幽默。這並不意味著費曼不與他的智慧鬥爭,也不意味著他一定是在目睹人類解開儲存在原子核裡的真實而巨大的力量。

費曼關於生命和宇宙的哲學具有世代性的影響,但似乎我們已經忘記了費曼的核心信息:通過不預先決定任何事情,讓自然以其本來面目出現,來發現事物的真正樂趣:美麗但可怕,可怕但無比強大。如果有人知道現實的真實本質和在某些情況下所經歷的末世論衝擊,那麼這個人就是理察·費曼。他的智力和能力,以一種連貫和人性化的方式傳達複雜的想法,這就是為什麼他被認為是自愛因斯坦以來最偉大的科學頭腦。

那麼,我們是否應該摒棄費曼關於生命、宇宙及其意義的世界觀和哲學?我認為不應該。雖然費曼清楚地表現出了一些嚴肅的、令人擔憂的厭惡女性的傾向,但這絕不意味著我們忽視了他向未來人類傳達的核心思想:以物理學為指導,如何在浩瀚、不可思議、冷漠的宇宙中感受自己的重要性。這是一種超越時空的信息,激勵了一代又一代的物理學家和科學家,包括女性和有色人種,鞏固了一個人的性格,而不管他們的外貌、性取向或社會經濟地位。

理察·費曼穿越了大自然的走廊,目睹了大自然母親的眾多錯綜複雜之處,並因此受到了創傷。與此同時,這一創傷使他的思想變得開明而謹慎。他留給我們的永恆遺產是,到2020年,我們人類將決定,他在物理學上的道德準則是否值得重新審視。這些道德準則將指導人們如何在我們所處的不可思議但有時又令人恐懼的現實中不感到失落和孤獨。

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