正文

前言

理查德·費(fèi)曼傳 作者:Lawrence M.Krauss


前言

我發(fā)現(xiàn)物理是一個(gè)絕妙的東西。我們將諸多已知約化為寥寥幾個(gè)方程,此外我們?nèi)灾跎佟?/p>

——理查德·費(fèi)曼,1947年

回憶兒時(shí),人們往往很難分辨某段記憶究竟是真實(shí)發(fā)生過,還是只是想象。但我十分清晰地記得第一次萌生這一念頭的情形:做一名物理學(xué)家或許真的會(huì)令人興奮。我自小對(duì)科學(xué)著迷,但彼時(shí)我所觸及的都是一些落后于當(dāng)時(shí)至少半個(gè)世紀(jì)的科學(xué)。與其說是科學(xué),倒不如說是歷史。那時(shí)的我還沒有意識(shí)到,神奇的自然界尚有很多未解之謎。

高中有一年參加暑期科學(xué)項(xiàng)目時(shí),我突然領(lǐng)悟了。不知是不是察覺到我當(dāng)時(shí)對(duì)課程有些不感興趣,我的老師在堅(jiān)持既定的課程安排的同時(shí),扔給我一本理查德·費(fèi)曼的《物理定律的本性》(The Character of Physical Law),讓我閱讀其中關(guān)于過去和未來區(qū)別的章節(jié)。這是我第一次接觸熵和無序度的概念。就像許多前輩一樣,這些概念令我感到迷惑甚至沮喪,而偉大的物理學(xué)家路德維?!げ柶澛↙udwig Boltzmann)和保羅·埃倫費(fèi)斯特(Paul Ehrenfest)甚至在耗費(fèi)畢生精力研究這一課題之后選擇了自殺。我無法理解世界是如何由簡(jiǎn)入繁地變化的:從簡(jiǎn)單的兩體問題(比如地球和月球),推廣至多體問題,比如此刻我在其中敲擊鍵盤的房間里那些氣體分子的運(yùn)動(dòng),這些問題既微妙又深刻。毫無疑問,對(duì)于當(dāng)時(shí)的我來說,這些問題過于微妙和深刻了。

但到了第二天,我的老師問我是否聽說過反物質(zhì),接著又告訴我那本書的作者費(fèi)曼,剛剛因?yàn)殛U釋了反粒子可以被看作正常粒子沿時(shí)間軸反向運(yùn)動(dòng)而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。這太吸引人了,盡管我并不了解個(gè)中細(xì)節(jié)(回想起來,好像我的老師也不是很了解),但這些激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)在我生活的時(shí)代產(chǎn)生,這激勵(lì)了我,讓我認(rèn)識(shí)到還有很多領(lǐng)域值得探索。(事實(shí)上,盡管我的結(jié)論是對(duì)的,但我得此結(jié)論所依據(jù)的信息卻并不準(zhǔn)確。大約在我出生的10年之前,費(fèi)曼就發(fā)表了與他獲獎(jiǎng)相關(guān)的量子電動(dòng)力學(xué)論文,而那個(gè)反粒子可以被看作正常粒子沿時(shí)間軸反向運(yùn)動(dòng)的想法甚至根本不是費(fèi)曼的。當(dāng)傳播到高中老師和教材里時(shí),這一物理思想已接近“中年”了,而且往往偏離了原貌。)

在我后來學(xué)習(xí)和研究物理的過程中,費(fèi)曼成了我,或者說成了一整代物理人心目中的英雄和傳奇。進(jìn)入大學(xué)的時(shí)候,我和其他許多有志于物理研究的青年學(xué)子一樣購(gòu)買了《費(fèi)曼物理學(xué)講義》(Feynman Lectures on Physics)這套書,雖然實(shí)際上它并非任何一門課程的指定教材。但是正像很多同齡人一樣,即使我們的水平早已超越了大學(xué)物理入門課程的難度,我們還是會(huì)不時(shí)地參閱此書。正是在閱讀這些講義的過程中,我吃驚地發(fā)現(xiàn),我在那次高中暑期項(xiàng)目中的體驗(yàn)與費(fèi)曼高中時(shí)的一段奇特經(jīng)歷何其相似。這一點(diǎn)我們稍后詳談?,F(xiàn)在我只想說,我真希望我的經(jīng)歷也能帶來和費(fèi)曼的少年往事一樣意義重大的結(jié)果。

直到進(jìn)入研究生院學(xué)習(xí),我才明白當(dāng)初暑期科學(xué)項(xiàng)目里的科學(xué)老師試圖介紹給我的是怎樣的一個(gè)科學(xué)分支,但在很大程度上,我對(duì)基本粒子世界的興致,以及對(duì)為基本粒子著書立說的這位“妙人”費(fèi)曼的癡迷,都始于高中暑校的那個(gè)早晨,且從未停止。寫到這里,我突然意識(shí)到,我撰寫的畢業(yè)論文是關(guān)于路徑積分的,而這一領(lǐng)域正是由費(fèi)曼開辟的。

神奇的命運(yùn)使我有幸在本科學(xué)習(xí)階段遇到了理查德·費(fèi)曼,并與他共度了一段時(shí)光。那時(shí)我加入了一個(gè)叫作“加拿大本科生物理協(xié)會(huì)”的組織,這個(gè)組織的唯一目標(biāo)就是組織一次全國(guó)性質(zhì)的會(huì)議,請(qǐng)一些杰出的物理學(xué)家在會(huì)上做學(xué)術(shù)報(bào)告,同時(shí)與會(huì)的本科生將展示他們?cè)谑钇谘芯恐械某晒?。如果我沒記錯(cuò)的話,那應(yīng)該是1974年,費(fèi)曼被極富個(gè)人魅力的協(xié)會(huì)主席說服(也可能是被引誘,總之我說不清楚,也不該妄加揣度),作為大會(huì)主講人參加了在溫哥華舉行的會(huì)議。在他做完大會(huì)報(bào)告后,我斗膽向他提了一個(gè)問題,這一切被一名國(guó)家級(jí)雜志的攝影記者拍了下來,并刊登了出去。然而更為重要的是,我是帶著女友一塊兒去的,并且在隨后那個(gè)周末的大部分時(shí)間里,費(fèi)曼都和我們倆一起混跡于溫哥華當(dāng)?shù)氐囊恍┚瓢伞?/p>

本科畢業(yè)后,我去了麻省理工學(xué)院的研究生院并聆聽了幾次費(fèi)曼的學(xué)術(shù)報(bào)告。又過了幾年,我獲得了博士學(xué)位,而后到了哈佛大學(xué)。在加州理工學(xué)院舉行的一次學(xué)術(shù)討論會(huì)上做報(bào)告時(shí),我又遇到了費(fèi)曼,他坐在聽眾席里,讓我略感緊張。他很有禮貌地問了一兩個(gè)問題,并且在討論會(huì)正式結(jié)束后還繼續(xù)與我交流。我想他已經(jīng)忘記了我們?cè)跍馗缛A的會(huì)面,而沒能跟他本人確認(rèn)他是否還記得那件事則成了我的一樁終生憾事。沒辦法,就在他很耐心地等待著跟我交談的時(shí)候,一名執(zhí)著且討厭的年輕助理教授霸占了討論,直到費(fèi)曼終于離開了會(huì)場(chǎng)。自此以后,我再未見過費(fèi)曼,而過了幾年,他就離開了人世。

早在進(jìn)入公眾視野之前,理查德·費(fèi)曼就已經(jīng)成為整整一代物理學(xué)家心目中的傳奇人物。獲得諾貝爾獎(jiǎng)或許讓費(fèi)曼登上了世界各地的報(bào)紙頭條,但是第二天,同樣的位置就會(huì)被更具時(shí)效性的內(nèi)容取代,每一天的頭條并不會(huì)在人們的記憶中留存很久,正如每天的報(bào)紙一樣。費(fèi)曼的聲名鵲起并非源于他的科學(xué)貢獻(xiàn)本身,而是源于一系列回溯他個(gè)人生平的書籍。透過這些回憶錄,我們可以看到這位天才物理學(xué)家同時(shí)還是一位才華橫溢、妙語連珠的講故事的高手。那些哪怕只是與費(fèi)曼有過一面之緣的人,也一定會(huì)被他超凡的個(gè)人魅力所征服。他有著深邃的目光、頑皮的淺笑,說話一口紐約腔,這一切與刻板的科學(xué)家形象格格不入。而他對(duì)諸如邦戈鼓[1]和脫衣舞酒吧之類事物的癡迷,更為他本已超脫的人生增添了神秘色彩。

然而,真正使費(fèi)曼成為公眾人物的是一次令人始料不及的悲劇性事故:挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)在升空不久后發(fā)生了爆炸,遇難者中包括美國(guó)首名參加太空飛行的“普通公民”——一名公立學(xué)校的老師。按照原本的計(jì)劃,她將在太空中為學(xué)生授課。在隨后展開的事故調(diào)查中,美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)邀請(qǐng)費(fèi)曼加入了調(diào)查委員會(huì)。以往他刻意回避任何委員會(huì),以及會(huì)妨礙他展開科學(xué)工作的其他人或事情,但這次一反常態(tài)的是,他接受了邀請(qǐng)。

費(fèi)曼用他自己的方式進(jìn)行了調(diào)查,其調(diào)查方式同樣獨(dú)樹一幟。他并沒有在辦公室里研究卷帙浩繁的事故報(bào)告和未來如何避免事故的那些官僚文牘,而是直接與NASA的工程師和科學(xué)家對(duì)話。在一次非常著名的電視聽證會(huì)上,費(fèi)曼做了一個(gè)實(shí)驗(yàn),將一個(gè)小的O型橡膠密封圈放進(jìn)一杯冰水里,從而證明了挑戰(zhàn)者號(hào)所采用的橡膠密封圈處于事故當(dāng)天的低溫條件下會(huì)失去本該有的密封功能。

那場(chǎng)聽證會(huì)之后,關(guān)于費(fèi)曼舊聞逸事的書籍、個(gè)人書信匯編和一些“失而復(fù)得”的演講錄音紛紛涌現(xiàn),甚至直到他去世,類似的資料依然層出不窮。傳記類暢銷書也相繼付梓,其中最出名的就是詹姆斯·格雷克(James Gleick)所著的《費(fèi)曼傳》(Genius)。

費(fèi)曼其人其事將會(huì)持續(xù)散發(fā)其魅力,當(dāng)有人約請(qǐng)我從其科學(xué)貢獻(xiàn)的視角來撰寫一本反映費(fèi)曼一生的簡(jiǎn)短、親切的作品時(shí),我感到義不容辭。這一創(chuàng)作讓我干勁兒十足,因?yàn)槲矣袡C(jī)會(huì)閱讀他留下的原始文獻(xiàn)了。(很多人可能意識(shí)不到,科學(xué)家其實(shí)很少去挖掘自己所在領(lǐng)域的早期文獻(xiàn),尤其是那些幾十年前的老文獻(xiàn)。這是因?yàn)榭茖W(xué)思想幾經(jīng)提煉和升華,最新的物理表述往往已遠(yuǎn)遠(yuǎn)脫離了它們最初的形態(tài),即使它們描述的是同樣的物理過程。)但更重要的是,我意識(shí)到,費(fèi)曼的物理學(xué)為20世紀(jì)后半葉微觀世界物理問題的關(guān)鍵進(jìn)展提供了理論視角,而他留下的許多謎題至今仍然懸而未決。

在本書接下來的部分,我將盡量站在費(fèi)曼的立場(chǎng),忠實(shí)而客觀地呈現(xiàn)他的觀點(diǎn)及其思想內(nèi)涵。而正因如此,本書的首要目的是在個(gè)人科學(xué)傳記的背景下,講述費(fèi)曼如何影響了我們對(duì)客觀物質(zhì)世界的理解。我將不會(huì)花太多筆墨描寫物理學(xué)家在探索科學(xué)的過程中走過的彎路和死胡同,雖然哪怕最成功的科學(xué)家都曾被這些歧路吸引,費(fèi)曼也不例外。對(duì)于非專業(yè)人士來說,要正確理解物理學(xué)家對(duì)自然世界的了解已屬不易,因此,我們不必再去整理更多花哨卻錯(cuò)誤的提法而使讀者們誤入歧途。盡管其中不乏巧妙而機(jī)智的觀點(diǎn),但歸根結(jié)底,我們的重點(diǎn)在于那些經(jīng)歷了時(shí)間檢驗(yàn)而被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的理論。

我的小小的目標(biāo)是聚焦于費(fèi)曼給我們留下的科學(xué)財(cái)富,這些財(cái)富影響了20世紀(jì)物理學(xué)的革命性發(fā)展,并將繼續(xù)對(duì)21世紀(jì)一些物理學(xué)謎題的解開造成影響。我真正想要向非物理學(xué)從業(yè)者揭示的是,為何費(fèi)曼能夠被大多數(shù)當(dāng)世物理學(xué)家奉為神壇之上的英雄。如果我能夠做到這一點(diǎn),將有助于讀者理解現(xiàn)代物理學(xué)的一些核心內(nèi)容,以及費(fèi)曼在改變我們的世界圖景中所起到的作用。于我而言,這些是我能為理查德·費(fèi)曼這位天才所做的最佳證明。

[1] 邦戈鼓(bongo drum)是一種用手指敲擊的古巴黑人小型鼓,主要用于拉丁美洲的舞蹈音樂中。——譯者注


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