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費(fèi)曼:說他天才可以,誰敢說他小丑?

 zyiy2017 2023-11-11 發(fā)布于上海

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    理查德·費(fèi)曼(Richard Feynman,1918-1988)。圖源:維基百科
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導(dǎo)讀:
      談到費(fèi)曼,可以使用“天才”這個(gè)詞。他占據(jù)了舞臺的中心,而且一占就是 40 年,主宰了戰(zhàn)后時(shí)代的科學(xué)——這 40 年讓物質(zhì)和能量的研究轉(zhuǎn)向了一條意想不到的黑暗之路。
      1948年春天,在玻爾、費(fèi)米、狄拉克等頂尖物理學(xué)家參加的一個(gè)會議中,即將30歲的費(fèi)曼在講解其最新想法時(shí)遭遇挫折。
      但是,就是這項(xiàng)在波科諾看似出丑的成果,最終將所有光、無線電、磁和電方面中的不同現(xiàn)象聯(lián)系在一起,形成一個(gè)實(shí)驗(yàn)上的完美組合。它為費(fèi)曼贏得了諾貝爾獎(jiǎng)。他后來至少有三項(xiàng)成就也可能會讓他獲得諾貝爾獎(jiǎng):超流理論,即液氦奇異、無摩擦的行為;弱相互作用理論,即在放射性衰變中起作用的力;以及部分子理論,即原子核內(nèi)假想的硬粒子,推動了對夸克的現(xiàn)代理解。

詹姆斯·格雷克 | 撰文

“沒有什么是確定的,我們總能逢兇化吉?!?/span>
這條充滿希望的信息從洛斯阿拉莫斯的秘密世界傳到了阿爾伯克基的一家療養(yǎng)院。
后來,惡魔折磨著原子彈制造者們的內(nèi)心。J. 羅伯特·奧本海默(J. Robert Oppenheimer)發(fā)表了演講,袒露了他被陰影籠罩的心靈,他因?yàn)樽晕覛绲臋?quán)力被交給人類而感到不安,其他物理學(xué)家也開始感受到這一點(diǎn)。
理查德·費(fèi)曼(Richard Feynman)比較年輕,責(zé)任也不大,他感到的悲傷更個(gè)人化。他覺得自己擁有的知識讓他變得孤獨(dú),與世隔絕。令他苦惱的是,普通人過著平凡的生活,對科學(xué)為他們備下的核災(zāi)難毫無察覺。為什么還要建造可以使用一個(gè)世紀(jì)的道路和橋梁?如果知道了費(fèi)曼所知道的事,人們肯定就不會這么做了。
戰(zhàn)爭結(jié)束了,一個(gè)新的科學(xué)時(shí)代開始了,而他并不安心。有一段時(shí)間,費(fèi)曼幾乎無法工作——每天白天,他是康奈爾大學(xué)一個(gè)大大咧咧、容易激動的教授,晚上則在愛情中狂歡,從新生聚會(女士們對這個(gè)動作笨拙、自稱原子彈科學(xué)家的舞者敬而遠(yuǎn)之)到酒吧和風(fēng)月場。同時(shí),當(dāng)新同事們(與他同齡的年輕物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家)初遇費(fèi)曼,很快就形成了對他的印象。
弗里曼·戴森(Freeman Dyson,也是一個(gè)正在嶄露頭角的奇才)給他在英國的父母的信中這樣描述費(fèi)曼:“一半是天才,一半是小丑?!辟M(fèi)曼給他的印象是狂熱的美國人——無拘無束,渾身充滿活力。戴森過了一段時(shí)間才意識到,他的新朋友多么癡迷于鉆研現(xiàn)代科學(xué)的基石。
1948年春天,27名物理學(xué)家仍處在他們制造的原子彈的陰影下,他們聚集在賓夕法尼亞州北部波科諾山的一家度假酒店,來面對原子彈的危機(jī)。在奧本海默的幫助下(他此刻比任何時(shí)候都更像他們的精神領(lǐng)袖),他們湊足了一千多美元,以支付他們的房間、火車票,以及少量酒水的費(fèi)用。
在科學(xué)史上,這些人是第一次也是唯一一次在這種情況下聚在一起,沒有任何儀式或宣傳。他們正沉浸在一種幻想中,即他們的工作可以保持為一項(xiàng)小型的、個(gè)人的、學(xué)術(shù)性的事業(yè),對大多數(shù)公眾來說是不可見的,就像十年前,丹麥哥本哈根的一座小樓曾是他們科學(xué)的中心。
他們還沒有意識到,自己是如何成功說服公眾和軍方,使物理學(xué)成為一項(xiàng)高技術(shù)和高費(fèi)用的任務(wù)的。

除了邀請少數(shù)物理界精英以外,這次會議不對外公開,亦沒有記錄在案[1]。次年,這些人中的大多數(shù)又聚了一次,用奧本海默的旅行車拖來兩塊黑板以及82個(gè)雞尾酒杯和白蘭地酒杯,但到那時(shí),物理學(xué)的“現(xiàn)代史”已經(jīng)真正開始了,科學(xué)有了前所未有的規(guī)模,而這些頂尖物理學(xué)家再也不會只為了工作而私下聚在一起。

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電影《奧本海默》劇照

原子彈展現(xiàn)了物理學(xué)的優(yōu)越性??茖W(xué)家們在其筆下的抽象概念背后找到了足以改變歷史的關(guān)鍵。然而,在戰(zhàn)爭結(jié)束后的冷靜日子里,他們意識到了自己的理論有多么脆弱。他們認(rèn)為量子力學(xué)提供了一個(gè)粗糙的,也許是暫時(shí)的,但至少可行的方法來計(jì)算光和物質(zhì)。然而,當(dāng)被追問起來,理論卻給出了錯(cuò)誤的結(jié)果。它們不僅是錯(cuò)誤的,還是毫無意義的。誰會喜歡這樣一個(gè)理論:它一開始利落地得出近似值,但當(dāng)科學(xué)家試圖得出更精確的結(jié)果時(shí),卻莫名其妙地瓦解了?發(fā)明了量子物理學(xué)的歐洲人嘗試了他們所能想象的一切來支撐這個(gè)理論,但沒有成功。

這些人怎么會知道呢?電子的質(zhì)量?這有待商榷:匆匆一瞥,給出了一個(gè)合理的數(shù)字,仔細(xì)一看卻是無限大——簡直一派胡言。質(zhì)量的概念本身是不確定的:質(zhì)量不完全是物質(zhì),但也不完全是能量。費(fèi)曼想到了一個(gè)極端的觀點(diǎn)。他有一本廉價(jià)的橄欖綠色地址簿,主要記著女人們的電話號碼(注名“美麗的舞者”或“在她的鼻子不紅時(shí)打電話”),他在這本地址簿的最后一頁寫下了形似日本俳句的內(nèi)容:

原則,

你不能說A 是由 B 構(gòu)成的, 

反之亦然。

所有的質(zhì)量都是相互作用。

即使當(dāng)量子物理學(xué)發(fā)揮作用時(shí),它在預(yù)測自然界的行為的意義上,也留給科學(xué)家們一片令人不舒服的空白,而他們對現(xiàn)實(shí)的描述應(yīng)該是這樣的。其中一些人(雖然費(fèi)曼從未在此列)相信維爾納·海森堡(Werner Heisenberg)的俏皮話:“方程了解一切?!彼麄儧]有什么選擇。這些科學(xué)家甚至不知道如何去想象他們剛剛成功分裂的原子。他們創(chuàng)造了一種圖景,然后又拋棄了它:微小粒子圍繞原子核旋轉(zhuǎn),就像行星圍繞太陽運(yùn)行一樣?,F(xiàn)在,他們沒有任何東西可以取代這種圖景。他們可以在便箋本上寫數(shù)字和符號,但他們對符號背后的物質(zhì)的心理圖景已淪為一個(gè)模糊的未知數(shù)。

當(dāng)波科諾會議開始時(shí),奧本海默已經(jīng)達(dá)到了其榮譽(yù)的頂峰,他作為原子彈項(xiàng)目的英雄而崛起,尚未作為20 世紀(jì) 50 年代安全審查的反英雄而倒下。他是會議的名義主席,還有更多頗有成就的物理學(xué)家也參與了本次會議。

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1948年的波科諾會議。圖源:加州理工學(xué)院檔案館。

尼爾斯·玻爾(Niels Bohr),量子理論之父,從他在丹麥的研究所趕來;恩里科·費(fèi)米(Enrico Fermi),核鏈反應(yīng)的創(chuàng)造者,從他在芝加哥的實(shí)驗(yàn)室趕來;保羅·A. M. 狄拉克(Paul A. M. Dirac),英國理論家,其著名的關(guān)于電子的方程為目前的危機(jī)創(chuàng)造了條件。不言而喻,他們都是諾貝爾獎(jiǎng)獲得者;除了奧本海默,與會的每個(gè)人幾乎都已贏得或即將贏得這一榮譽(yù)。

幾名歐洲科學(xué)家缺席了,其中包括阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein),他正處于像政治家隱退一樣的狀態(tài)。即便如此,波科諾會議代表了現(xiàn)代物理學(xué)的全體“神職”人員。

夜幕降臨,費(fèi)曼開始發(fā)言。椅子換了位置?!吧衤殹比藛T很難跟上這個(gè)粗魯?shù)哪贻p人。他們花了大半天聽了費(fèi)曼的同齡人——哈佛大學(xué)的朱利安·施溫格(Julian Schwinger)的一場非凡的演講。他的演講也讓人很難跟上他的思路(施溫格的這項(xiàng)工作在發(fā)表時(shí),違反了《物理評論》關(guān)于方程在頁面中所占寬度的規(guī)定),但仍然令人信服。

費(fèi)曼給出的嚴(yán)密方程越來越少。無論如何,這些人知道費(fèi)曼來自洛斯阿拉莫斯。奧本海默本人曾私下指出,費(fèi)曼是原子彈項(xiàng)目中最杰出的年輕物理學(xué)家[2]。至于費(fèi)曼為什么會獲得這樣的聲譽(yù),他們都說不清楚。少數(shù)人知道他對核爆炸效率的關(guān)鍵方程的貢獻(xiàn)〔40 年后仍然是機(jī)密,不過間諜克勞斯·富克斯(Klaus Fuchs)已迅速轉(zhuǎn)達(dá)給起疑心的蘇聯(lián)雇主〕或他的預(yù)爆理論,即測量一塊鈾可能過早爆炸的概率。

即使不能描述費(fèi)曼的實(shí)際科學(xué)工作,但他們腦海中已經(jīng)產(chǎn)生了一個(gè)原始的強(qiáng)烈印象。他們記得費(fèi)曼組織了世界上第一個(gè)大規(guī)模的計(jì)算系統(tǒng),由新的電子機(jī)械商業(yè)計(jì)算器和拿著彩色編碼卡片的女性團(tuán)隊(duì)組成;或者僅針對初級算術(shù),發(fā)表了一場催眠式的演講;或者在一個(gè)游戲中瘋狂地扭動一個(gè)控制旋鈕[3],讓一對電動火車撞在一起;或者在一輛軍隊(duì)的武器運(yùn)輸車中,在爆炸的紫白色強(qiáng)光的照射下堅(jiān)定地筆直坐著,一動不動。 

在波科諾莊園的會客室里,費(fèi)曼面對著他的前輩們,意識到自己在混亂中越陷越深。他一反常態(tài),很緊張。他一直無法入睡。他也聽到了施溫格的優(yōu)雅演講,擔(dān)心相比之下,自己的演講內(nèi)容顯得并不完整。他正試圖提出一個(gè)新的程序,用于進(jìn)行物理學(xué)現(xiàn)在所需要的更精確的計(jì)算——不僅僅是一個(gè)程序,而是一個(gè)愿景,一幅關(guān)于跳動、搖晃的粒子、符號、箭頭和場的圖景。

這些想法令人感到陌生,他略顯魯莽的風(fēng)格惹惱了一些歐洲科學(xué)家。他發(fā)出的元音就像一種刺耳的城市噪聲。他口中的輔音模糊不清,讓歐洲人覺得他特別像下等人。他來回晃動身體,在手指間快速旋轉(zhuǎn)粉筆,一圈又一圈。還差幾個(gè)星期就到他的30 歲生日了,論年齡,他已不再能稱得上“神童”。他想跳過一些看起來有爭議的細(xì)節(jié),但太晚了。

愛德華·特勒(Edward Teller,這位飽受爭議的匈牙利物理學(xué)家正準(zhǔn)備領(lǐng)導(dǎo)“二戰(zhàn)”后的“超級”氫彈項(xiàng)目)提出了一個(gè)關(guān)于基本量子物理的問題,打斷了費(fèi)曼:“那不相容原理呢?” 

費(fèi)曼本希望避開這個(gè)問題。不相容原理意味著,只有一個(gè)電子可以位于一個(gè)特定的量子態(tài)中;特勒認(rèn)為他抓住了“一頂帽子里的兩只兔子”。事實(shí)上,在費(fèi)曼的體系中,粒子似乎確實(shí)違反了這一人們深信不疑的原則,在虛幻的瞬間出現(xiàn)了。

他開始回答:“這并沒有什么不同——”

“你怎么知道?”

“我知道,我從一個(gè)——”

“怎么可能呢?!”特勒說。

費(fèi)曼在黑板上畫著陌生的圖示。他展示了一個(gè)反物質(zhì)的粒子在時(shí)間上往回走。這讓最先預(yù)測反物質(zhì)存在的狄拉克感到困惑不解。狄拉克此刻問了一個(gè)因果關(guān)系的問題?!八晴壅膯??”幺正!他到底是什么意思?

“我會向你解釋,”費(fèi)曼說道,“然后你可以看到它是如何運(yùn)作的,接下來你就可以告訴我它是否是幺正的?!彼^續(xù)講,感覺時(shí)不時(shí)仍然可以聽到狄拉克喃喃自語:“它是幺正的嗎?”

費(fèi)曼在計(jì)算方面具有令人訝異的才華,奇怪的是,他對文獻(xiàn)竟一無所知;對物理學(xué)充滿熱情,對證明卻非常輕率——他曾一度高估了自己吸引和說服這些偉大物理學(xué)家的能力。

然而事實(shí)上,他此時(shí)已經(jīng)找到了他的所有前輩都沒有找到的東西:一種將物理學(xué)帶入新時(shí)代的方法。他開創(chuàng)了一門個(gè)人的新科學(xué),將過去和未來結(jié)合在一起,形成一張鮮明而壯闊的掛毯。

他在康奈爾大學(xué)的新朋友戴森瞥見了這一點(diǎn)?!斑@個(gè)奇妙的世界觀是由空間和時(shí)間中的世界線編織而成的,一切都在自由移動,”戴森描述道,“這是一個(gè)統(tǒng)一的原則,要么解釋一切,要么什么都不解釋?!?/span>

20 世紀(jì)的物理學(xué)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)邊緣。年長的物理學(xué)家正在尋找一種能跨越他們所遇到的計(jì)算障礙的方法。費(fèi)曼的聽眾對年輕物理學(xué)家的新想法充滿了渴望,但他們對原子世界的某種看法(或者說是一系列不同的看法,每一種看法都帶有個(gè)人的困惑)已經(jīng)束手無策。

有些人主要是在思考波——將過去帶入現(xiàn)在的數(shù)學(xué)波。當(dāng)然,這些波往往表現(xiàn)為粒子,就像費(fèi)曼在黑板上勾畫并擦去的粒子軌跡。數(shù)學(xué)是一串串困難的計(jì)算,在穿越迷霧的圖中使用符號作為墊腳石,有些人只是在數(shù)學(xué)中尋求庇護(hù)。他們的方程系統(tǒng)代表了一個(gè)亞微觀世界,違背了棒球和水波等日常事物的邏輯,正如 W. H. 奧登(W. H. Auden)(在費(fèi)曼厭惡的一首詩中 [4])所說 [5]:

足夠的質(zhì)量,

全都在那里。

而不是不確定的稀粥,

部分在別的地方。

量子力學(xué)的對象總是有一部分在別的地方。費(fèi)曼在黑板上畫下的鐵絲網(wǎng)狀圖,相比之下似乎是相當(dāng)確定的。這些軌跡在精確性方面看起來是經(jīng)典的。尼爾斯·玻爾站了起來。他認(rèn)識這位來自洛斯阿拉莫斯的年輕物理學(xué)家——費(fèi)曼曾與玻爾毫無顧忌地激烈爭論過。玻爾看重他的坦率,曾在洛斯阿拉莫斯尋求費(fèi)曼的私人建議,但此時(shí)玻爾為那些清晰的線條的明顯含義所困擾。費(fèi)曼的粒子似乎在空間和時(shí)間上遵循整齊固定的路徑。粒子不可能這樣。不確定性原理就是這么說的。

玻爾說,或者說費(fèi)曼理解的意思是:“我們已經(jīng)知道,路徑中的軌跡的經(jīng)典想法在量子力學(xué)中并不合理?!辈柸岷偷纳ひ襞c出了名的模糊的丹麥語調(diào)使聽眾很難理解。他走上前去,對不確定性原理發(fā)表了長達(dá)數(shù)分鐘的演講。

費(fèi)曼感到出了丑,不高興地站在一邊。他十分絕望。在波科諾,一代物理學(xué)正在融入下一代,而代際傳承既不徹底,也不像后來看起來那樣必然。

量子理論的設(shè)計(jì)師、原子彈項(xiàng)目的年輕組長、無處不在的費(fèi)曼圖的發(fā)明者、熱情洋溢的邦戈鼓手和講故事的人——理查德·菲利普斯·費(fèi)曼是現(xiàn)代最聰明的、最標(biāo)志性的、最有影響力的物理學(xué)家。他在 20 世紀(jì) 40 年代將未完成的波和粒子的概念,塑造成普通物理學(xué)家可以使用和理解的工具。他有敏銳的洞察力,能夠看到自然界所帶來的問題的核心。

在物理學(xué)家群體中,有組織的、受傳統(tǒng)約束的文化需要英雄,但有時(shí)又不信任英雄,于是,費(fèi)曼的名字有了特殊的光環(huán)。談到費(fèi)曼,可以使用“天才”這個(gè)詞。他占據(jù)了舞臺的中心,而且一占就是 40 年,主宰了戰(zhàn)后時(shí)代的科學(xué)——這 40 年讓物質(zhì)和能量的研究轉(zhuǎn)向了一條意想不到的黑暗之路。

這項(xiàng)在波科諾遭遇波折的成果,最終將所有光、無線電、磁和電方面中的不同現(xiàn)象聯(lián)系在一起,形成一個(gè)實(shí)驗(yàn)上的完美組合。它為費(fèi)曼贏得了諾貝爾獎(jiǎng)。他后來至少有三項(xiàng)成就也可能會讓他獲得諾貝爾獎(jiǎng):超流理論,即液氦奇異、無摩擦的行為;弱相互作用理論,即在放射性衰變中起作用的力;以及部分子理論,即原子核內(nèi)假想的硬粒子,這推動了對夸克的現(xiàn)代理解。

當(dāng)比他更年輕的科學(xué)家探索深奧的新領(lǐng)域時(shí),費(fèi)曼對粒子相互作用的看法不斷回到物理學(xué)的最前沿。他繼續(xù)尋找新的謎題。他不能,或不愿意區(qū)分著名的基本粒子物理學(xué)問題與較早時(shí)代明顯不起眼的日常問題。自愛因斯坦以來,還沒有其他物理學(xué)家能如此大公無私地接受所有自然界謎題的挑戰(zhàn)。費(fèi)曼研究了高度拋光表面的摩擦力,希望了解摩擦力是如何工作的(在大多數(shù)情況下失敗了)。他試圖建立一個(gè)關(guān)于風(fēng)如何使海浪增長的理論。

他后來說:“我們把腳放在沼澤地里,拉上來時(shí)它是泥濘的?!彼剿髁嗽恿εc它們所形成的晶體的 彈性特性之間的聯(lián)系。他將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論觀點(diǎn)結(jié)合起來,將紙條折疊成奇特的形狀,稱為“折變體”。他在愛因斯坦所忽視的量子引力理論方面取得了有影響力的進(jìn)展,但還不足以讓他自己滿意。他努力了好幾年,也沒能攻克氣體和液體中的湍流問題。

費(fèi)曼在物理學(xué)家中所樹立的地位,超越了他對該領(lǐng)域的實(shí)際貢獻(xiàn)的總和。在20 多歲的時(shí)候,他發(fā)表的成果不過是一篇博士論文(具有深刻的原創(chuàng)性,但鮮為人知)以及洛斯阿拉莫斯檔案館中的幾篇秘密論文,即便如此,他的傳奇已開始萌生。他是一個(gè)計(jì)算大師:在一群科學(xué)家中,他可以通過解決一個(gè)難題來給人留下深刻的印象。因此,科學(xué)家們(自認(rèn)為是不寬容的功利主義者)很快發(fā)現(xiàn)自己比不過費(fèi)曼。他的神秘感堪比角斗士或摔跤冠軍。他不追求莊重,不受禮節(jié)的約束,好像在向眾人宣布:這里有一個(gè)不守傳統(tǒng)的靈魂。

英國作家C. P. 斯諾(C. P. Snow)在觀察物理學(xué)家群體時(shí),認(rèn)為費(fèi)曼缺乏前輩們的“威嚴(yán)”?!坝悬c(diǎn)怪異……如果他做出了莊重的行為而感到不好意思,他就會對自己笑笑。他是個(gè)表演者,而且樂此不?!秃孟窀駝趩獭ゑR克斯(Groucho Marx)突然變成一位偉大的科學(xué)家一樣?!边@讓斯諾想到了愛因斯坦,而愛因斯坦后來是如此陰郁和莊重,以至于很少有人記得他在充滿創(chuàng)造力的時(shí)期是個(gè)“快樂的男孩”。也許,費(fèi)曼也會成長為一個(gè)莊重的人,也許不會。斯諾預(yù)言:“晚些年見過費(fèi)曼的年輕人,也一定覺得他很有趣?!?nbsp;

一個(gè)為曼哈頓項(xiàng)目組建的物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)在芝加哥第一次見到了費(fèi)曼,在那里,他解決了一個(gè)讓團(tuán)隊(duì)困惑了一個(gè)月的問題。正如一位科學(xué)家后來所說,這是“評判一個(gè)優(yōu)秀頭腦的膚淺方式”,但他們還是被費(fèi)曼不像教授的舉止及其成就本身所打動?!百M(fèi)曼顯然不像大多數(shù)戰(zhàn)前風(fēng)格的年輕學(xué)者。他的姿態(tài)有如舞蹈家一般流暢而富有表現(xiàn)力,他有著百老匯風(fēng)格的快速講話方式、騙子般的口頭禪,說起話來像不停開合的'東南西北’折紙游戲一般有活力?!?/span>

物理學(xué)家們很快就看到了他那跳躍的戲劇風(fēng)格,以及他講課時(shí)來回抖腳的習(xí)慣。他們知道,他永遠(yuǎn)無法久坐,當(dāng)他真的坐下來時(shí),他會滑稽地斜倚著,再跳起來提出尖銳的問題。對于玻爾這樣的歐洲人來說,費(fèi)曼的聲音和他們聽到的所有美國人的聲音一樣,就像用砂紙演奏的音樂;對于美國人來說,這種聲音代表了原始、頑固的紐約。沒關(guān)系?!拔覀兛吹搅艘粋€(gè)不可磨滅的明星形象,”另一位年輕的物理學(xué)家指出,“他迸發(fā)出了光芒,也迸發(fā)了妙語?!谙ED語中,areté 不就是指“發(fā)光的魅力”嗎?他就有這個(gè)品質(zhì)?!?/span>

原創(chuàng)性是他的執(zhí)念。他必須從第一原理出發(fā)來創(chuàng)造,這是一種危險(xiǎn)的優(yōu)點(diǎn),有時(shí)會導(dǎo)致浪費(fèi)和失敗。他常常像個(gè)怪人,十分不合群。他愿意,甚至熱衷于考慮愚蠢的想法,在錯(cuò)誤的小道上跌倒。如果不是一次又一次地被強(qiáng)大的智慧挽回,這種力量可能會成為一個(gè)弱點(diǎn)?!暗峡?A 可以逃脫很多事情,因?yàn)樗斆鞯靡币晃焕碚摷艺f,“他真的可以赤腳攀登勃朗峰?!卑_克·牛頓說他曾站在巨人的肩上。費(fèi)曼試圖通過各種扭曲的行為,站在自己的肩上。

在康奈爾大學(xué),一直觀察費(fèi)曼的數(shù)學(xué)家馬克·卡茨(Mark Kac)是這樣看的:

天才有兩種,“普通的天才”和“魔術(shù)師”?!捌胀ǖ奶觳拧笔且粋€(gè)你我都會和他一樣好的家伙,他頂多比我們好很多倍。他的思想是如何運(yùn)作的,這并不神秘。我們一旦理解了他所做的事情,就會確信自己也能做到。“魔術(shù)師”的情況則不同。用數(shù)學(xué)術(shù)語來說,他們處于我們所處的“正交補(bǔ)”中,他們思想運(yùn)轉(zhuǎn)的意圖和目的都是不可理解的。即使在理解了他們所做的事情之后,其過程對我們來說也是神秘的。他們(確實(shí))很少收學(xué)生,因?yàn)樗麄儾荒鼙荒7隆τ谝粋€(gè)聰明的年輕人來說,要應(yīng)付魔術(shù)師頭腦中的神秘工作方式,一定是非常令人沮喪的。理查德·費(fèi)曼是一位最高水準(zhǔn)的魔術(shù)師。

費(fèi)曼憎恨大多數(shù)科學(xué)史上粉飾過的神話,這些故事將錯(cuò)誤的步驟和停滯的不確定因素合并在有序的知識進(jìn)步的表面之下,但他創(chuàng)造了一個(gè)屬于自己的神話。當(dāng)他登上物理學(xué)家心目中“英雄殿堂”的頂峰時(shí),關(guān)于他的天才和冒險(xiǎn)的故事,在物理學(xué)界成了一種藝術(shù)。費(fèi)曼的故事透著聰明,又很滑稽。這些故事逐漸締造了一個(gè)傳奇,其真實(shí)的主題(和故事的主旨)很少出現(xiàn)。其中許多故事在 20 世紀(jì) 80 年代被轉(zhuǎn)寫并出版成兩本書,書名別具一格——《別逗了,費(fèi)曼先生!》(Surely You’re Joking, Mr. Feynman!)和《你干嗎在乎別人怎么想?》(What Do You Care What Other People Think?)。令出版社驚訝的是,這兩本書成了流行的暢銷書。

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1988 年,在費(fèi)曼去世時(shí),他的朋友、合作者、辦公室鄰居、陪襯者、競爭者和反對者——尖刻的默里·蓋爾曼(Murray Gell-Mann)在追悼會上激怒了費(fèi)曼的家人,蓋爾曼斷言:“他用一團(tuán)神話包圍著自己,花了大量時(shí)間和精力來創(chuàng)造關(guān)于自己的逸事?!鄙w爾曼補(bǔ)充說,在這些故事中,“他必須登場,如果可能,還要看起來比其他人更出色”。

在這些故事中,費(fèi)曼是一只牛虻,一個(gè)浪子,一個(gè)小丑,一個(gè)天真的人;在原子彈項(xiàng)目中,他是軍方審查人員的眼中釘,肉中刺;在調(diào)查 1986 年航天飛機(jī)爆炸的委員會中,他是對官僚風(fēng)氣置之不理,揭露真正原因的局外人。他與排場、傳統(tǒng)、騙術(shù)和虛偽為敵。他是看到皇帝沒穿衣服的男孩,他在生活中也是如此。然而,蓋爾曼說的也是實(shí)話。在傳說中,人們對費(fèi)曼的成就、工作風(fēng)格及其最深的信仰都有誤解。他對自己的看法,與其說是展現(xiàn),不如說是掩蓋了他天才的本質(zhì)。

不光是他這個(gè)人,費(fèi)曼的聲望也成為一座紀(jì)念碑,矗立在現(xiàn)代科學(xué)的風(fēng)景中。在物理學(xué)家的語言中,費(fèi)曼圖、費(fèi)曼積分和費(fèi)曼規(guī)則加入了費(fèi)曼的故事。當(dāng)他們談到一個(gè)大有前途的年輕同事,他們會說:“他不是費(fèi)曼,但……”當(dāng)費(fèi)曼進(jìn)入一個(gè)物理學(xué)家聚集的房間,比如加州理工學(xué)院的學(xué)生食堂,或任何科學(xué)會議的禮堂時(shí),噪聲水平也隨之提高,現(xiàn)場的騷亂似乎從他端著托盤出現(xiàn)或在前排就座的地方開始。連比他資深的同事也試圖悄悄地觀察他。年輕的物理學(xué)家則被費(fèi)曼不拘小節(jié)的魅力吸引住了。他們模仿費(fèi)曼的筆跡和他把方程“扔”到黑板上的方式。一個(gè)小組就“費(fèi)曼是人嗎?”這個(gè)問題進(jìn)行了半開玩笑的辯論。他們羨慕費(fèi)曼的靈感乍現(xiàn)(在他們看來是這樣的)。他們也欽佩費(fèi)曼的其他品質(zhì):對大自然簡單真理的信仰、對權(quán)威智慧的懷疑,以及對平庸的不耐煩。

費(fèi)曼被眾人視為一位偉大的教育家。事實(shí)上,即使是中等水平的物理學(xué)家也很少像費(fèi)曼一樣,留下如此少的骨干學(xué)生,或者如此“勤奮”地推卸平常的教學(xué)職責(zé)。雖然科學(xué)仍是少數(shù)幾個(gè)真正保留“學(xué)徒制”(學(xué)生在師傅身邊學(xué)習(xí)技藝)的領(lǐng)域之一,但很少有人以這種方式跟隨費(fèi)曼學(xué)習(xí)。他沒有耐心指導(dǎo)學(xué)生解決研究問題,而且他給那些懇求他擔(dān)任論文導(dǎo)師的學(xué)生設(shè)置了很高的門檻。盡管如此,當(dāng)費(fèi)曼教書時(shí),他在這個(gè)領(lǐng)域也留下了深刻的印記。雖然他從未真正寫過一本書,但從 20 世紀(jì) 60 年代開始出現(xiàn)了以他的名字署名的書——《基本過程理論》(Theory of Fundamental Processes)和《量子電動力學(xué)講義》(Quantum Electrodynamics),這是由他的學(xué)生和同事轉(zhuǎn)寫、編輯的講座的初步版本。這些書逐漸變得具有影響力。

多年間,他在地下室的一個(gè)小房間里開設(shè)了一門神秘的無學(xué)分課程,名為“物理學(xué) X”,只為本科生開設(shè)。一些物理學(xué)家在多年后回憶起這個(gè)不可預(yù)知的自由的研討會,認(rèn)為這是他們受到的教育中最強(qiáng)烈的智力體驗(yàn)。最重要的是在 1961 年,費(fèi)曼承擔(dān)了在加州理工學(xué)院重組和教授物理學(xué)入門課程的任務(wù)。兩年間,大一新生、大二學(xué)生與研究生助教團(tuán)隊(duì)一起,努力追隨一項(xiàng)杰作,即費(fèi)曼所說的宇宙。結(jié)果,著名的“紅皮書”——《費(fèi)曼物理學(xué)講義》(The Feynman Lectures on Physics)應(yīng)運(yùn)而生。他們徹徹底底重新認(rèn)識了課程主題。使用“紅皮書”的大學(xué)卻在幾年后放棄了它:事實(shí)證明,這對他們的目標(biāo)讀者來說太難了。相反,教授和在職物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)費(fèi)曼的這三卷書重新塑造了他們的學(xué)科概念。這些書已超越了權(quán)威性。一位物理學(xué)家在引用著名的段落之一時(shí),會不動聲色地對“第二卷,第 41 章,第 6 節(jié)”表示敬意。

費(fèi)曼對量子力學(xué)、科學(xué)方法、科學(xué)與宗教的關(guān)系、美和不確定性在知識創(chuàng)造中的作用等主題的看法,也很有權(quán)威性。他對這些主題的評論大多是在技術(shù)背景下隨口表達(dá)的,并寫成了兩本薄薄的科學(xué)范本——《物理定律的本性》(The Character of Physical Law)和《QED:光和物質(zhì)的奇妙理論》(QED: The Strange Theory of Light and Matter),書中內(nèi)容也是從講座中提煉出來的。費(fèi)曼被科學(xué)家和科普作家廣泛引用(盡管他很少接受采訪)。他鄙視哲學(xué),認(rèn)為它是軟性的、不可驗(yàn)證的。他說,哲學(xué)家們“總是在外面發(fā)表愚蠢的言論”,

他口中的philozawfigal 一詞,是為嘲笑哲學(xué)而給它起的綽號。但無論如何,他的影響是哲學(xué)性的,特別是對年輕的物理學(xué)家來說。例如,他們記得費(fèi)曼關(guān)于量子力學(xué)有一種持續(xù)不安的格特魯?shù)隆に固┮蚴窖哉摚蛘吒鼫?zhǔn)確地說,“量子力學(xué)所代表的世界觀”。 

對我來說,還沒有明顯的跡象表明,沒有真正的問題。我無法界定真正的問題,因此我懷疑沒有真正的問題,但我不確定是否沒有真正的問題。

類似地,這可能是文獻(xiàn)中引用最多的混合隱喻。

如果可能避免的話,盡量不要一直對自己說:“但它怎么會是那樣的呢?” 因?yàn)槟銜刂跋滤馈边M(jìn)入一個(gè)無人能逃出的死胡同。沒有人知道怎么會是那樣的。

私下里,他用鉛筆在草稿紙上寫下了一些格言,這些格言看似是他在演講中的即興發(fā)揮。

大自然只用最長的線來編織它的圖案,所以織物的每一小塊都揭示了整段織錦的組織。

為什么世界是這樣的?為什么科學(xué)是這樣的?我們?nèi)绾螢橹車萦业膹?fù)雜性找到新規(guī)則?我們是在向自然界的簡單核心邁進(jìn),還是僅僅在剝開一個(gè)無限深的洋蔥的層層外皮?盡管費(fèi)曼有時(shí)會退回到純粹實(shí)用的立場上,但他還是對這些問題給出了答案,盡管他知道這些問題是哲學(xué)性的、不科學(xué)的。很少有人注意到,對費(fèi)曼來說,科學(xué)中最嚴(yán)峻的形而上學(xué)問題——事物的核心是否存在意義、簡單性和可理解性——的答案,在他的一生中發(fā)生了深刻的變化。

費(fèi)曼重塑了量子力學(xué):與其說,量子力學(xué)解釋了世界是怎樣的,或者為什么是這樣的,不如說,它是在告訴人們?nèi)绾蚊鎸@個(gè)世界。這是關(guān)于“如何”的知識:如何計(jì)算受激原子發(fā)射的光,如何判斷實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),如何進(jìn)行預(yù)測,如何為即將在物理學(xué)中大量涌現(xiàn)的新粒子家族構(gòu)建新的工具箱。

科學(xué)知識有很多類,但實(shí)用的知識是費(fèi)曼的專長。對他來說,知識不是描述,它是行動和成就。與他的許多同事——那些受歐洲傳統(tǒng)教育的科學(xué)家——不同,費(fèi)曼不看畫,不聽音樂,不看書,甚至不看科學(xué)書籍。他拒絕讓其他科學(xué)家向他詳細(xì)解釋任何東西,這常常讓他們感到非常沮喪。不管怎樣,他還是會學(xué)習(xí)。他毫無偏見地追求知識。在一次休假期間,他學(xué)習(xí)了足夠的生物學(xué)知識,為遺傳學(xué)家對脫氧核糖核酸(DNA)突變的理解做出了微小但真實(shí)的貢獻(xiàn)。費(fèi)曼曾為發(fā)明第一個(gè)長度小于六十四分之一英寸的電動發(fā)動機(jī)提供了一千美元的獎(jiǎng)金,他對微小機(jī)械的可能性的思考,使他在一代人之后成為一大批自稱納米技術(shù)專家的人的“知識之父”。在青年時(shí)代,他曾連續(xù)數(shù)月嘗試觀察自己在睡著時(shí)的意識流。在中年時(shí)期,他在一個(gè)感覺剝奪箱中進(jìn)行了誘發(fā)體外幻覺的實(shí)驗(yàn),包括使用和不使用大麻的情景。他的一生見證了被稱為“物理學(xué)”的知識分支的分層。那些專門研究基本粒子的人開始控制該領(lǐng)域的大部分資金和大部分公共言論。他們聲稱粒子物理學(xué)是最基本的科學(xué),甚至蔑視像固體物理學(xué)(solid state physics)這樣的亞學(xué)科——“骯臟的狀態(tài)”(squalid-state)就是蓋爾曼的輕蔑之詞。費(fèi)曼既不接受大統(tǒng)一理論自我膨脹的言論,也不接受對其他科學(xué)的蔑視。

在他看來,任何技能都是平等的,沒有優(yōu)劣之分。他自學(xué)了打鼓、按摩、講故事、在酒吧與女孩們打情罵俏,他認(rèn)為這些都是有學(xué)習(xí)規(guī)則的技藝。在洛斯阿拉莫斯的導(dǎo)師漢斯·貝特(Hans Bethe)逗趣的刺激下(“你難道不知道如何取 50 左右的數(shù)的平方嗎?”),費(fèi)曼自學(xué)了心算的技巧,早已掌握了心智分化和整合的神秘技巧。他自學(xué)了如何使電鍍金屬粘在像收音機(jī)旋鈕這樣的塑料物體上,如何在頭腦中記錄時(shí)間,以及如何使一列列螞蟻聽從他的命令前進(jìn)。他毫不費(fèi)力地學(xué)會了用裝了水的水杯來制作“水杯琴”,而且他毫不羞澀,在一場晚宴上為驚訝的尼爾斯·玻爾演奏了整晚。當(dāng)他全神貫注于物理學(xué)家們的終極努力——制造原子彈——時(shí),卻能同時(shí)離題萬里,學(xué)習(xí)破解汽水機(jī)的鐵質(zhì)卡箍,撬開耶魯大學(xué)的鎖,打開保險(xiǎn)箱——這是一種依賴精神而非身體的技能,盡管同事們誤以為他能在指尖感受到滾珠墜落的振動(在看到費(fèi)曼日復(fù)一日地在辦公室的保險(xiǎn)箱上練習(xí)旋轉(zhuǎn)動作后,他們很可能也跟著這么做)。同時(shí),他一直夢想著將原子能用于火箭,他研究出了一個(gè)核反應(yīng)堆推力發(fā)動機(jī),雖然不是很實(shí)用,但仍然足夠可信,被政府列為專利,并立即因官方保密令被“埋藏”。
很久以后,當(dāng)他安頓好家庭生活,有了花園和門廊后,他仍不知疲倦,自學(xué)訓(xùn)練狗做一些反直覺的技巧,例如,不是直接撿起附近的襪子,而是繞遠(yuǎn)路,繞過花園,進(jìn)入門廊,再回到外面……(他分階段對狗進(jìn)行訓(xùn)練,把問題分解開來,直到過了一段時(shí)間,狗清楚地意識到,人不會直接去拿襪子。)然后他自學(xué)以獵犬的方式找人,感知他們的體溫和氣味的軌跡。他自學(xué)模仿外語,他認(rèn)為這主要是一個(gè)有關(guān)自信的問題,只需放松并讓嘴唇和舌頭發(fā)出愚蠢的聲音。(他的朋友們想知道,為什么他從來沒有學(xué)會弱化自己的法洛克威口音。)他在剩下的個(gè)人情感的海洋中建造了一些實(shí)用知識的島嶼。在對繪畫一無所知的情況下,他自學(xué)在黑板上徒手畫出完美的圓圈;在對音樂一無所知的情況下,他和女友打賭,說他能自學(xué)演奏一首《野蜂飛舞》,但這一次他慘遭失??;后來,他終于勉強(qiáng)學(xué)會了畫畫,他擅長畫甜美浪漫的女性裸體畫。他告訴朋友們,隨之而來的一項(xiàng)技能讓他更加興奮:如何說服一個(gè)年輕女人脫下衣服。
在他的一生中,他從來沒有學(xué)會區(qū)分左和右,最后他的母親指出了他左手背上的一顆痣,甚至在成年后,在想?yún)^(qū)分左和右的時(shí)候,他就會根據(jù)這顆痣判斷。他自學(xué)用非爵士、非民族風(fēng)的即興打鼓來吸引觀眾;自學(xué)維持雙手的多聲部節(jié)奏,不僅是常見的三對二和四對三,還有七對六和十三對十二——這令受過古典音樂訓(xùn)練的音樂家感到驚訝。他自學(xué)了寫中文,這項(xiàng)技能是專門為了惹惱他的妹妹而學(xué)的,因此他所學(xué)僅限于“哥哥也會說”的字樣。在高能粒子加速器主導(dǎo)理論物理學(xué)的時(shí)代,他自學(xué)閱讀最現(xiàn)代的象形文字,即云室和氣泡室中粒子碰撞的花邊星暴照片——閱讀它們,不是為了尋找新粒子,而是為了尋找實(shí)驗(yàn)偏差和自我欺騙的微妙痕跡。他自學(xué)勸退索要簽名的人,以及拒絕演講的邀請;通過行政規(guī)定來躲避同事;將一切從他的視野中清除,除了他當(dāng)下的研究問題;抵御科學(xué)家對衰老的特殊恐懼;與癌癥共存,以及向它投降。

他死后,有幾位同事試圖為他寫墓志銘。其中一位是施溫格,在某一時(shí)期,他不僅是費(fèi)曼的同事,也是其最杰出的對手。施溫格斟酌后寫下了這些話:“一個(gè)誠實(shí)的人,我們這個(gè)時(shí)代杰出的直覺主義者,也是敢于追隨不同鼓點(diǎn)的人可能遇到的最佳楷模。”

費(fèi)曼所創(chuàng)建的科學(xué)是前無古人的,它的崛起代表著其理念的最大成就,盡管有時(shí),它將物理學(xué)家送入一個(gè)越來越模糊的隧道的狹窄分支。費(fèi)曼離開了,他留下了一個(gè)教訓(xùn),這也許是他最重要的遺產(chǎn):在這個(gè)最不確定的世紀(jì)里,了解一些事,意味著什么。圖片

本文摘自《費(fèi)曼傳》,[美] 詹姆斯·格雷克(James Gleick)著,高爽/趙曉蕊 譯,人民郵電出版社2023年10月出版,《賽先生》獲授權(quán)發(fā)表。

作者簡介:

詹姆斯·格雷克(James Gleick),享譽(yù)全球的美國作家,曾任美國作家協(xié)會主席。憑借《牛頓傳》《費(fèi)曼傳》《混沌》三次入圍普利策獎(jiǎng),《信息簡史》榮獲英國皇家學(xué)會圖書獎(jiǎng)和中國文津圖書獎(jiǎng)。各類作品已被譯為30多種語言。物理學(xué)家默里·蓋爾曼曾說:“格雷克的書描述了費(fèi)曼的天才一生,證明他自己也是一位天才?!?/span>
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費(fèi)曼,好奇的大男孩、多情的愛人、諾貝爾獎(jiǎng)得主、原子彈制造者、“挑戰(zhàn)者號”事故調(diào)查委員、邦戈鼓手、開鎖大師……他為20世紀(jì)的物理學(xué)開辟了一條非凡的道路。從頂級科學(xué)家到滿懷好奇的大眾,在他參與的每一件事和接觸過的每一個(gè)人身上,費(fèi)曼都留下了非凡的印記。

在格雷克的筆下,費(fèi)曼的思想世界與他的人生一樣精彩。這位天才留給世人的璀璨遺產(chǎn)不僅是知識的,更是思想的:在這個(gè)不確定的世界里,我們真正需要了解什么?我們該如何去了解?了解世界的意義何在?

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