費曼創造的「費曼圖」,成為當代最傑出的理論物理學家之一

2020-12-05 百家號

百家原創作者:想想說歷史

今天小編帶大家一去了解,在歷史人物上理察·菲利普斯·費曼,他被譽為當代最傑出的理論物理學家之一。他所創造的「費曼圖」,被人們拿來和電子元件中的矽片相提並論,二者都大大提高了計算工作的速度,在效果上千百倍地延長了科技人員的壽命。諾貝爾獎獲得者漢斯·貝特曾轉述一位數學家的話:「天才有兩種:普通的天才完成偉大的工作,但是人們卻覺得那工作別人也能完成,只要下功夫就行;特殊的天才入於神化,他做的工作別人誰也不能做,而且完全無法設想。」貝特認為費曼就是這種特殊的天才。我們繼續往下看一看,了解一下吧

1918年5月11日,費曼出生於紐約市郊一個從俄國遷來的猶太移民家庭。父親麥爾維爾·費曼經營制服生意,母親是一位具有良好教養性格開朗的婦女,他還有一位比他小9歲的妹妹瓊。猶太人從來就有勤於鑽研的優良傳統。在猶太教中,勤奮好學不但僅次於敬神,而且也是敬神的一個組成部分。沒有一種宗教對學習和研究如此強調。猶太哲學家巴門尼德曾宣布:每一個以色列人,不管年輕還是年老,強健還是羸弱,都必須鑽研《託拉》甚至一個靠施捨度日和不得不沿街乞討的叫花子,一個要養家餬口的人,也必須擠出一段時間日夜鑽研。費曼就是在這樣的文化氛圍中長大的。他的父親非常注重培養他對科學的興趣。

在他很小時,就買來五顏六色的「馬賽克」給他玩,教他擺出各種花樣:兩個白的,一個藍的,又是兩個白的,等等,這樣來訓練他在數字概念和對規律的認識。還教育他不必崇拜任何大人物,不必害怕任何冠冕堂皇的事物。這種漠視權威的懷疑精神在他日後的科學研究中得到充分體現,正如他的摯友戴遜所說的那樣:「費曼是一位極有獨創性的科學家,他從不把任何人的話當真。這就意味著他得自己去重新發現幾乎全部物理學…他說他不能理解教科書裡所講的量子力學的正規解釋,所以他必須從頭開始。這實在是一個壯舉。」

費曼在中學讀書時就表現出非凡的數學才能,高中畢業前已經讀通了微積分課程。他的父母決心送他進最好的大學,但是因受「猶太學生名額」的限制,他沒能在紐約上大學,而於1935年進了麻省理工學院。1938年獲得該校的科學學士學位。他學習刻苦,成績優異,本科畢業論文發表在權威性的刊物《物理評論》上,其中就包含了後來的費曼海爾曼定理的量子力學公式。

本打算繼續在麻省理工學院做研究生,費曼的老師卻勸他到別的學校去開擴一下眼界。於是他於1939年以普羅克特基金會會員資格在普林斯頓大學當研究生,同時做為助手在惠勒教授的指導下從事研究工作,並於1942年獲得哲學博士學位。當時,第二次世界大戰酣戰未休,美國自從1941年日本偷襲珍珠港後,加緊推行「曼哈頓計劃」,在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯實驗室研製第一顆原子彈。費曼離開普林斯頓大學後在此實驗室擔任了研究小組的領導,從1942年起一直工作到1945年大戰結束,他是從事這一研製項目最年輕的科學家之一。

戰後,費曼經貝特推薦於1946年秋轉到康奈爾大學物理系任理論物理學教授。1949年,他到巴西短期訪問。1950年,加利福尼亞理工學院請他當教授,並允許他先休假一年,於1959年任託爾曼理論物理教授。由於在量子電動力學方面的基本工作給基本粒子物理帶來深遠的影響,費曼和施伯格及朝永振一郎合得了1965年度的諾貝爾物理學獎。除此之外他還在1954年獲愛因斯坦獎,1962年獲勞倫斯獎。不幸的是費曼從70年代起就身患癌症,先後動過4次手術。1988年2月15日終於在洛杉磯加利福尼亞大學醫療中心逝世。費曼和阿倫是在中學時相識的,他們相愛數年於1941年結婚,儘管此時阿倫已害了肺結核病併到了後期。1946年阿倫永遠地離開了費曼。費曼的第二位妻子叫瑪麗·勞,二人因性情不合,婚後不久就分手了。

1961年費曼和他的第三位妻子格溫耐茲結了婚,他們生活得很好,生了一個兒子和一個女兒。費曼對科學的最大貢獻莫過於他的量子電動力學理論。初期的量子電動力學理論隱含一個困難,當試圖計算電子通過它與電磁場的相互作用而獲得的質量增量時,得到的卻是無限大。這種嚴重的困難以及以往理論與實驗出現的矛盾引起許多科學家的關注和研究。當費曼在普林斯頓大學學習時就已開始致力於解決這個問題。他想既然已有的理論很不成功,不如另起爐灶,按自己的想法去解決困難。他首先考慮了電子的自身能量。一個點電荷對它自己的作用力和作用能量,在經典理論中就已經是無限大了。

他認為電子對自己會有作用力,這種想法本身就是不對的,如果一個電子受到作用力,則那個力只能來自其它電子。這蘊藏了後來的所謂「重正化理論」的根源。這種想法引導費曼設想,根本不可能有什麼場,有的只是各電子之間的直接相互作用。因為,如果每一個電子都引起自己的電磁場,則在每一個電子所受到的總電磁作用力中必然有一部分來自它自己的場,從而電子對自身的作用也無法迴避。他認為自己的新觀點可以排除發散困難。因為,第一,不存在自身作用當然也就沒有自身能量和自身質量的發散問題;第二,不存在場也就沒有場的無限自由度,也就沒有零場能量的發散問題。但是,他的導師惠勒指出了他的錯誤。

費曼在放棄了「直接作用」的錯誤想法之後,仍然不想憑藉場的概念而把涉及的基本物理過程看成是一個電子從一個位置到另一個位置的傳播。他引入麥克斯韋的「超前波」和「半推遲波」的概念,在適當的輔助假設下,他的原始想法可以得到保持。他花了幾個月的時間來核對自己的理論,一個個地消除佯謬,終於證實了理論中不包含邏輯上的困難。他的原始計劃是直接用粒子的運動來描述一切現象,而完全不提到什麼場。結合這一目的,他求出了一個作用量的積分表示式,並引用了電荷系的最小作用原理。由於這個表示式中只包含各電荷的時空座標,這種理論就確實沒有涉及場的概念。在作用量表示式中略去和時空間隔的零值相對應的項,就可以從理論中把自身作用排除出去,從而無限大的自身能量就不復存在了。這樣,便得到了經典電動力學的全新表述。他的工作引起了包括愛因斯坦在內的幾位最著名理論物理學家1942年,費曼以論文《量子力學中的最小作用原理》獲得博士學位。今天小編給大家分享的內容就先告於段落啦!

以上圖片素材來源於網絡,侵權立刪!

相關焦點

  • 科學頑童費曼:愛因斯坦之後最「好玩」的理論物理學家
    >理察·費曼是第二次世界大戰之後最受愛戴、最卓越、最具影響力的理論物理學家之一,他的名字之於量子電動力學,就像愛因斯坦的名字之於相對論、霍金的名字之於黑洞理論般如雷貫耳。二戰期間,費曼參與了美國原子彈的研發,為世界反法西斯戰爭的勝利作出了貢獻,並於1965年榮獲諾貝爾物理學獎。費曼不僅是一名物理學家,他還是熱情奔放的鼓手,實用的惡作劇者,出色的教育家和不懈的樂觀主義者,成為這樣的「多面手」,費曼父親對他的言傳身教功不可沒。
  • 20世紀最偉大的物理學家之一——費曼,30歲就達到人生巔峰
    最聰明的頭腦通常是平庸的老師,這是一個眾所周知的悖論。幾十年來,專家們一直在構造先進的心智模型,他們通常發現很難簡化他們的知識。因此,很少有著名的專家能成功地跨越鴻溝,成為非常成功的教師,更別說是博學多才的科學家了。亞里斯多德無疑是歷史上最偉大的博學家,他的成就和學說同樣聞名於世。
  • 費曼:魔術師般的物理學家—新聞—科學網
    一是因為他發現的量子電動力學非常複雜,很難講得通俗易懂,其中發現的過程又反反覆覆,難於梳理出頭緒;二是他是一位最受到人們歡迎的大科學家,在20世紀除了愛因斯坦、霍金,費曼就是大眾最熟悉和最喜愛的科學家,在我國出版費曼寫的很有趣的書籍,不說多如牛毛,也至少有十好幾本,例如僅僅費曼寫的《別開玩笑了,費曼!》和《幹嘛在乎別人怎麼想?》這兩本書,在國內恐怕有三四個版本。
  • 為何說費曼是愛因斯坦之後最偉大的物理學家?
    在整個物理學界,都公認理察·費曼是繼愛因斯坦以來最偉大的物理學家(之一)。可能很多人對史蒂芬·霍金聽說得比較多,但同時他們卻並不清楚理察·費曼對物理學的貢獻。說起理察·費曼,他對物理學最大的貢獻之一就是他的費曼圖。那麼費曼圖到底是什麼呢?
  • 費曼誕辰100周年紀念:傳奇而又平淡、深邃而又簡直的物理學家
    100年前,傳奇人物、最傑出的物理學家之一、理察·費曼(Richard Feynman)誕生。費曼以對量子力學的路徑積分表述、量子電動力學、過冷液氦的超流性以及粒子物理學中部分子模型的研究聞名於世。《物理學世界》雜誌對全球130位頂尖物理學家進行的調查統計中,他被評為有史以來最偉大的十位物理學家之一。
  • 史上最逗比的物理學家!來看看費曼的《發現的樂趣》
    也許各位還依稀記得課本裡物理學家的畫像,大家眼中的物理學家都是什麼樣子呢?是的,他是一個出色的幫哥鼓手,同時也是量子力學理論的奠基人之一,同時也是曼哈頓計劃(美國原子彈研製計劃)的主要參與者,同時也是1965年諾貝爾物理學獎得主,並揭開了挑戰者號太空梭失事的真相。他一生善於惡搞,熱衷賣萌,思想天馬行空,求知慾極強,是物理界有名的大逗比(這肯定是誇他)。
  • 費曼:物理學史上最偉大的魔術師
    沒錯,這就是費曼。一位能夠從一朵花、或一杯葡萄酒中讀出整個宇宙的理論物理學家。○ 費曼,出生於100年前。在1965年獲得諾貝爾物理學獎的不久後,便在歐洲核子研究中心舉行了一場講座。他總是能夠蔑視官僚主義、無視專家的意見,並敢於在最傑出的科學家面前提出不同見解。有次他讀了一些專家的論文,結果發現它們是錯的,這延緩了他對β衰變的放射性形式的理解。於是他發誓——之後再也不要因為「聽信專家」而犯錯了。年輕的費曼就已經顯露他在物理學上的非凡天賦,這使他在博士畢業之前便收到了「曼哈頓計劃」的邀請。他的工作是幫助計算核爆炸的量級。
  • 「大神」費曼的神奇與可愛
    費曼在演講中對納米技術的許多預言都成為了事實,納米技術應用材料如今已如他所預測的那樣,變得超強、超輕,具有超乎想像的奇異電磁性能。類似事跡在費曼的科學生涯裡隨手可拾,費曼對世界充滿好奇心,他有一句廣為人知的名言:「發現的樂趣就是獎賞。」  費曼大約是愛因斯坦之外最被人樂道的20世紀科學家了。
  • 為什麼費曼、玻爾、潘建偉等物理學家都說自己不懂量子力學?
    費曼是上個世紀愛因斯坦之後最傑出的幾位物理學家之一,他在量子力學方面的貢獻就是開創了量子力學的路徑積分方法,這是和海森堡的矩陣力學以及薛丁格的波動力學等價的量子力學的第三種形式。費曼能夠給出量子力學的一種新形式,按理說他應該非常懂量子力學,可是費曼用自己的一句名言道出了他對量子力學的認識——我確信沒有人能夠懂量子力學(Iamconvincedthatnoonecanunderstandquantummechanics)。其他物理學家也有過類似的表述,量子力學的旗手玻爾就曾經說過:「如果誰不對量子力學感到困惑,說明他不懂量子力學」。
  • 《別逗了,費曼先生》-科學老頑童的故事
    他就是參與原子彈研發的著名物理學家理察·費曼。費曼是1965年諾貝爾物理學獎得主,被認為是愛因斯坦之後最睿智的理論物理學家,也是微軟創始人比爾·蓋茨、谷歌創始人謝爾蓋·布林、商業大亨埃隆·馬斯克共同的偶像。作為知名的物理學家,費曼在科研和教學方面成果頗豐,像量子引力理論、超流理論、費曼圖等等,都是他的傑作。
  • 理察·費曼是如何革命量子理論的,量子力學的時空方法
    美國理論物理學家理察·費曼是世界上最著名的科學家之一。費曼對理論物理學做出了巨大的貢獻。包括量子力學路徑積分、量子電動力學理論的發展(包括他著名的費曼圖)、冷液氦超流態、量子計算和納米技術等方面。1965年,他是諾貝爾物理學獎的獲得者之一。圖1:美國理論物理學家、諾貝爾獎得主理察·費曼。
  • 費曼學習法,讓你的孩子成為「學霸」
    費曼學習法,被世界公認為是最有效的學習方法,其核心思想是提倡學習要採取主動方式,而不是被動方式去學習,即讓別人來教你知識。理察·費曼(1918-1988年),1965年獲得諾貝爾物理學獎,美籍猶太人。
  • 永遠的費曼:走近費曼叢書合集(套裝共8冊)
    比爾·蓋茨稱他為:此生未遇之良師,物理學講義風靡全球;謝耳朵的「原型」;《全知》雜誌曾推崇他是當代「全世界最聰明的人」;諾貝爾物理學獎獲得者;製造原子彈;保險柜殺手;用情至深,愛情故事被拍成電影;邦戈鼓手、畫家、瑪雅文字專家……桀驁不馴、挑戰權威、風趣幽默……當你走近一所大學,問:哪位科學家是他們最熱衷的榜樣。答案是:費曼,愛因斯坦也許緊隨其後。
  • 費曼圖徹底改變了物理學家對粒子物理學的看法,數學家也在模仿!
    費曼的天才之處在於用圖形格式的簡單線條表示這些系列,使科學家能夠以新的、令人興奮的方式思考粒子物理學。費曼和其他人立即開始使用這種圖形化速記擴展他們的想法。事實上,美國物理學家弗蘭克·威爾切克曾寫道:「如果沒有費曼圖,最終讓我獲得2004年諾貝爾獎的計算簡直是不可想像的。」
  • 費曼的永恆遺產——讓自然以本來的面目出現!
    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。」
  • 天體物理學家瓊·費曼逝世,她發現了極光的形成原理
    作為作者或共同作者發表了超過185篇論文,費曼的研究成就包括發現地球磁層的形狀和確定極光的起源,以及創建統計模型來預測隨時間推移而與太空飛行器相撞的高能粒子的數量。1974年,她將成為美國地球物理學會有史以來第一位當選的女性官員,2000年,她被授予NASA傑出科學成就獎章。
  • 理察·費曼:大學生最崇拜的科學家,愛因斯坦緊隨其後
    費曼語錄》 【編者按】美國物理學家理察·費曼,是20世紀偉大的科學家之一。
  • 費曼教你如何成為全民明星
    "1965年,朝永振一郎、朱利安·施溫格和理察·費曼因在量子電動力學和基本粒子物理方面做出的傑出貢獻而獲得諾貝爾物理學獎。"理察·費曼憑藉對QED理論的貢獻獲得了諾貝爾獎,他在他的著作《QED:光和物質的奇妙理論》中解釋了這一令人眼界大開的理論。這本書從在日常生活光的行為引入,進而介紹實驗室中物理學家觀測到的結果,但他們並不知道這些行為出現的原因。
  • 真實的費曼,永遠的費曼|展卷
    最近,湖南科技出版社出版了一套8本的費曼作品合集《永遠的費曼》,希望能有更多的人更深入地了解這位特立獨行的物理學家,了解他對科學和世界的看法。這套書包括了費曼的自傳《別逗了,費曼先生!》,他的書信集《費曼手札:不休止的鼓聲》,一些科普與高級科普的報告《物理定律的本性》和《費曼講演錄:一個平民科學家的思想》,一些真正的物理教學課《費曼講物理:入門》、《費曼講物理:相對論》和《QED:光和物質的奇妙理論》,還有一本《費曼語錄》匯總了他的各種金句。湖南科技出版社的李蓓老師知道我是費曼的粉絲,希望我談談對這套書的看法。
  • 《發現的樂趣》:聽有史以來最有趣的物理學家費曼講述傳奇人生
    而男神名字的由來,源自於一位傑出的「科學怪人」——理察·菲利普·費曼。他以惡搞為己任,但又嚴謹深刻,他玩世不恭,卻總能保持從心所欲不逾矩;他愛看漂亮姑娘,但他的愛情故事比瓊瑤片還要催人淚下。為了尋找一個問題的答案,他們常常要通宵達旦地工作;為了更深入理解一個問題,哪怕是增加一點點的認識,他們也要翻越最險峻的高峰;而最終有所發現時的歡欣愉悅,僅僅是探究世界的樂趣的一部分而已。 費曼留給我們的寶貴財富是他全身心投入科學研究以及忠實踐行科學的精神——這包括科學的邏輯架構和研究方法、拒絕教條主義,還有對質疑精神的無限包容。