本文较全面地回顾并评述费曼的科学和人生。费曼幼时受到的父亲的引导,他后来特立独行的行为特点和科学风格都起源于此,而正是他的原创风格导致了他一生最大的成就——量子力学的路径积分表述,并以此解决了量子电动力学重正化以及其他很多问题。他对V-A理论的重视反映了他对自然基本定律的崇拜。他对若干领域都作出贡献,并在教学和科普上树立起独特的丰碑。他的言行和风格反映出一种少年心态,对科学怀抱着纯粹的热情。
2018年5月11日是伟大的美国理论物理学家理查德·费曼的百岁诞辰,今年也是费曼去世三十周年(逝世日是2月15日),引起大量关注。费曼已然成为当代文化的一部分,随着互联网的兴起,他的著作、演讲、采访得以更广泛流传。在去世多年的20世纪科学家中,他的公众影响大概仅次于爱因斯坦。
费曼生于纽约,父亲是从白俄罗斯移民到美国的犹太人,高中毕业。他小时候,父亲引导他区分事物的名字和真正的知识,比如,了解一只鸟,并不在于知道它叫什么名字;观察一件事物要看它在做什么,为什么这么做。费曼发现,突然推动玩具车,车上的小球向后滚动;突然停止玩具车,车上的小球向前滚动。他父亲没有告诉他“惯性”这个名词,而是告诉他,运动的物体倾向于保持运动,静止的物体倾向于保持静止。
费曼本人认为对他影响最大的人是父亲,然后是他在远洛克威高中的物理老师巴德,再然后是在麻省理工学院读本科时的老师莫尔斯和斯莱特,以及在普林斯顿大学的博士导师惠勒。从小学到大学,正常的课程对于费曼来说都太容易,所以因人施教、为他指出方向的老师就对他产生较大的影响,这值得我们借鉴。
1939年,费曼去了普林斯顿,成了惠勒的研究生。费曼读本科时就从狄拉克和海特勒的书中了解到量子电动力学中的无穷大问题,这也成了他读研究生时思考的问题。量子电动力学是关于电磁场以及带电粒子相互作用的量子理论。电荷与电磁场的耦合比较小,所以被当作微扰。狄拉克1927年提出电磁场的量子理论,解释了原子吸收和辐射电磁波的问题。1928年他又提出电子的相对论量子理论,创立了量子电动力学。
1941年12月,费曼在普林斯顿大学开始参加原子弹研制,在威尔逊领导下从事同位素分离方面的工作。次年4月,曼哈顿计划在普林斯顿大学正式开始。6月,费曼获得博士学位,与中学同学艾琳结婚。在此之前,她已经被诊断出结核病,费曼也开始照顾她。1943年春天,参加曼哈顿计划的科学家开始搬到洛斯阿拉莫斯。在曼哈顿计划的领袖奥本海默帮助下,费曼将艾琳安排在附近的阿尔布凯克的医院,周末去探视。
二战结束了。1945年10月31日,费曼来到康奈尔。他经历了一段低沉期。后来他意识到不再需要做博士论文,不再需要做战时工作,也不需要达到他在普林斯顿和洛斯阿拉莫斯的声望,终于放松下来,以一种玩的心态研究物理。
有一天费曼在餐厅看到有人向空中甩盘子,盘子在空中旋转,于是开始研究它的运动,后来又推广到量子力学,研究电子自旋以及量子电动力学,并且回到了博士论文工作。费曼说过:“使我获得诺贝尔奖的图来自那些摇晃的盘子。”这是指费曼图和量子电动力学的重正化。
巴彻去加州理工学院担任物理方面的领导,也希望费曼加入。1951-1952年,在加州理工学院的资助下,费曼在巴西度过了10个月,然后去了加州理工学院。1951年,博士没毕业的戴森成了康奈尔的教授,费曼曾经写信鼓励戴森接受这个职位。但是没有费曼,这地方让戴森觉得悲哀和空荡,两年后回到了普林斯顿。
1954年4月,费曼被选为美国科学院院士。他对本校的院士爱泼斯坦说:“我不想当院士,据我所知,他们什么也不干。”爱泼斯坦说:“他们出版《美国科学院通讯》,他们开会。”费曼说:“我不读这个《通讯》,物理方面的文章不咋样,我从来不引用,也没听说什么发表在那里,从来没听说美国科学院做了什么,这只是一个荣誉性协会。”
费曼认为奥本海默、泡利、贝特、费米都是伟大的物理学家,不给他们排序,因为每个人有其特色。他认为费米的特点是物理推理清晰,他很喜欢与费米讨论。费米去世后,芝加哥大学派人到费曼家里请他接受费米的职位,并说如果想知道薪水,尽管问。费曼没有接受,说他已经决定留在加州理工,不要告诉他薪水,如果他夫人知道,他们会吵架的。