知道搞怪的費曼,但你知道費曼圖嗎? | 量子群英傳

2021-03-03 賽先生

這是1948年4月在美國賓夕法尼亞州波科諾山的一個莊園度假酒店舉行的會議,有28位精英物理學家參加,對比謝爾特島會議,有增有減,增加的比較重要的人物是玻爾(Niels Henrik David Bohr,1885-1962)和狄拉克(Paul Adrien Maurice Dirac,1902 -1984),其餘人中,無與倫比的費曼(Richard Feynman ,1918-1988)和天才的施溫格(Julian Schwinger,1918-1994)仍然在場,應該是這次會議的主角。

歷史地看,此次會議見證了一個量子物理領域開創性的時刻——著名的「費曼圖」(Feynman Diagram)首次公開亮相。但實際上,當時的費曼遠不如施溫格風光,費曼圖並沒有受到熱烈歡迎。

那天,從哈佛來的施溫格堪稱年輕的英雄,會上表現引人入勝:他用幾乎一整天的時間詳細解釋了他的正則量子場論及重整化數學方法。儘管不是人人都喜歡繁瑣的數學計算,但那是與會的大多數物理學家們熟悉的拿手好戲。不僅如此,施溫格高超的數學技巧和雄辯的口才也讓在場人士心服口服。

等到費曼的演講真正開始時,就人們的心理狀態而言:一天已經結束了!所以,費曼的演講顯得匆匆忙忙。他畫圖解釋QED(量子電動力學)的一個簡單實例,卻經常被打擾:玻爾以為它們違反了泡利的不相容原理(Pauli's exclusion principle),起身走近黑板,發表了有關泡利原理的長篇演講;狄拉克則反覆提出他所謂的歸一化問題,即根據費曼系統計算出的概率是否加起來等於1。總之,聽眾中似乎沒有人弄懂了這些看上去莫名其妙的線條圖。

雖然這次會議之後不到一年的時間內,大家就認識到了費曼圖的優越性,但當時費曼會上的演講的確沒有得到應有的關注。即使是費曼在康奈爾的好朋友貝特(Hans Bethe,1906-2005),也不明白費曼的演講。

在費曼那些奇怪的圖形中,甚至包括在時間上往回走的電子路線。費曼在1964年他的諾貝爾演說中也提到這個貌似「瘋狂」的想法,說是從他的老師惠勒(John Archibald Wheeler,1911 -2008)那兒「偷來」的。

1965年的諾貝爾物理學獎,頒發給了費曼、施溫格以及日本的朝永振一郎(Sinitiro Tomonaga,1906-1979)三人。三人中除了費曼外,其餘兩人解決問題的思路大同小異,實際上可說是前輩物理學家們思路的延續。而費曼的想法獨一無二、別具一格,對其稍加探索,可以給後人做學問以啟迪。

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    而費曼的想法獨一無二、別具一格,對其稍加探索,可以給後人做學問以啟迪。單電子宇宙1940年秋的一天,費曼在普林斯頓大學研究生宿舍裡,接到他的博士導師約翰·惠勒打來的電話:惠勒:「費曼,我知道為什麼所有的電子都有相同的電荷和相同的質量。」費曼:「為什麼?」惠勒:「原因是它們都是同一個電子!」
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