費曼，一個真性情的“挑戰(zhàn)者”

史曉雷

如果你也愛看美國情景喜劇《生活大爆炸》，那么你對下圖中謝耳朵與佩妮討論粒子物理學的場景一定不陌生。在畫面的白板上，有3個“奇怪”的圖像，那便是大名鼎鼎的費曼圖?！渡畲蟊ā愤@部電視劇多次以著名物理學家理查德·費曼為話題，一方面是因為費曼在物理學界的影響，另一方面因為該劇的背景地設在加州理工學院，這所大學是費曼1951年之后的執(zhí)教地。理查德·費曼是20世紀一位極具才華、極富個性的科學家，他的一生充滿傳奇色彩，就讓我們從他晚年參與調查的“挑戰(zhàn)者”號事故開始，一起走近他的傳奇人生吧！

“挑戰(zhàn)者”號事故調查

1986年1月28日上午11時39分，在美國佛羅里達州肯尼迪航天中心騰空而起的“挑戰(zhàn)者”號航天飛機升空73秒后，突然發(fā)生爆炸，機上7名宇航員全部遇難。事發(fā)之后，美國航空航天局（NASA）成立了一個事故調查委員會，當時在加州理工學院任教的費曼被邀成為調查委員會的一員。在調查過程中，費曼發(fā)現(xiàn)助推火箭上的一個O形環(huán)有燒焦痕跡，因此懷疑火箭燃料燃燒時從那里發(fā)生了燃料泄漏，從而引發(fā)了整個事故。同時，費曼了解到，航天飛機發(fā)射當天，地面溫度是-3℃～-4℃，遠低于通常的12℃。費曼認為事故的罪魁禍首就是這個O形環(huán)。

隨后，在一次面向公眾的電視直播會議上，費曼以他一貫簡潔、清晰展示科學原理的風格說明了O形環(huán)的問題所在。他在現(xiàn)場只用了3件簡單的道具：同樣的O形橡膠密封環(huán)，一把尖嘴鉗，一杯冰水。他用尖嘴鉗把O形環(huán)夾變形了一些，之后置于冰水杯中，一會兒他又取出來向公眾展示，O形環(huán)沒有恢復變形?？茖W家都崇尚簡單，厭惡繁文縟節(jié)，但是像費曼這樣身體力行，一生致力于簡潔化的科學思想、方法，并傾注大量心血于科學教育的，絕無僅有。他卓越的科學成就，獨特的科學教育方式以及迷人的個性使得他成為家喻戶曉的明星科學家。

愛唱反調的青年科學家

費曼1918年出生于美國紐約市皇后區(qū)的小鎮(zhèn)法洛克衛(wèi)，1939年畢業(yè)于麻省理工學院，進入普林斯頓大學念研究生，成為著名物理學家約翰·惠勒的學生。

1943年，在洛斯阿拉莫斯，剛剛研究生畢業(yè)的費曼獲得了一個難得的機會，同一批最偉大的物理學家和數(shù)學家一起工作，他們包括：奧本海默、漢斯·貝特、恩里科·費米、愛德華·泰勒，還有約翰·馮·諾伊曼，而這個機會就是制造出世界上第一顆原子彈的“曼哈頓計劃”，這也是費曼研究生涯的起點。在這個團體中，年輕的費曼得到了眾多科學前輩的認同。他能運用邏輯來分析一切復雜問題，找出主要因素，并簡單明了地說明需要解答的關鍵問題。令前輩們同樣滿意的是這位年輕的科學家對物理學全身心投入的熱情。當時，年輕的費曼常常與已經(jīng)小有名氣物理學家貝特唱反調，但貝特一點也不生氣，相反，費曼深入的思考給他留下了很好的印象，因此他對費曼產(chǎn)生了一種尊敬。貝特還將費曼收入麾下，讓他做了計算組的組長。貝特后來還自豪地宣稱：“費曼能做任何事情，所有的事情。”“曼哈頓計劃”的領導者奧本海默也稱他為“這里最才華橫溢的年輕物理學家”。

最善于抓住本質的大腦

要善于抓住事物的本質，這是費曼小時候從父親那里得到的教誨。一次，在林中散步，父子一起觀察鳥雀，父親告訴他，如果你知道了這種鳥雀的名字，哪怕是許多種語言的名字，都無助于加深對鳥的理解，只有通過觀察鳥的行為才能去認識它。這些話影響了費曼一生，他對哲學家在概念上的糾纏很不屑，認為自然界不會滿足哲學家那些先入為主的見解。有人問他，如何用一句話概括出現(xiàn)代科學最基本的觀點，費曼回答說：“一切物質都是由原子構成的?！?/p>

費曼由于在量子電動力學上的貢獻和施溫格、朝永振一郎分享了1965年諾貝爾物理學獎。他們三人其實是用不同的方法創(chuàng)建了量子電動力學。這種現(xiàn)象在科學史上倒不罕見，17世紀時牛頓和萊布尼茨就各自獨立發(fā)明了微積分;20世紀20年代海森堡和薛定諤也各自創(chuàng)建了量子力學。但是在他們三人中，費曼的方法最直觀、最形象，這也是他一貫簡潔風格的體現(xiàn)。

其中用到的費曼圖，就是一種符號化的物理語言，比如反映物理學中康普頓效應（光子和電子相互作用）的費曼圖。

費曼圖中的實線代表電子，波紋線代表光子，費曼圖不僅有鮮明的物理含義，而且具有嚴格的數(shù)學含義，可以說每一幅費曼圖就是一個數(shù)學表達式。上述費曼圖表示的物理含義是，光子與原子中的電子發(fā)生彈性碰撞，碰撞后光子損失能量，改變其運動方向，而電子獲得能量從原子中飛出。

費曼的好友、物理學家戴森回憶說：“當費曼看不懂正統(tǒng)教科書中的量子力學時，他只好從頭開始發(fā)明了一套自己能看得懂的量子力學……我用正統(tǒng)方法所做的計算，花了我?guī)讉€月的時間，寫了幾百張紙;費曼卻可以在黑板上，花半個小時就得到幾乎相同的答案?！边@從側面也反映了費曼創(chuàng)造簡潔科學理論的天賦。

送給教育界的寶貴禮物

費曼對科學教育界產(chǎn)生了難以估量的影響，其中最寶貴的禮物應當是著名的三卷本《費曼物理學講義》，有人認為它是迄今為止最好的大學物理學教材。費曼早年參加了制造原子彈的“曼哈頓計劃”，第二次世界大戰(zhàn)結束后，他前往康奈爾大學任教。1949年到1951年，他應邀到巴西給大學生講授了10個月（非連續(xù)的）的物理課。費曼發(fā)現(xiàn)，那里的學生都喜歡背誦，卻不知道自己在背什么。返回美國后，費曼開始在加州理工學院任教，但他一直沒有給低年級的大學生講過物理課。直到1961年秋季，學校有一項物理教育改革項目，他在同事的推薦下答應給低年級大學生講授兩年物理課?！顿M曼物理學講義》就是根據(jù)那些授課筆記整理的。在這本講義中，費曼還結合了他對巴西教學生涯的反思，認為大學物理課講授的目的不應該是為考試做準備，甚至不是為學生服務于工業(yè)或者軍事做準備。他說：“我最想做的是與你們分享我對于這個奇妙世界的一些欣賞，以及物理學家們看待這個世界的方式，我相信，這是現(xiàn)今時代里真正文化的主要部分（或許有其他學科的許多教授會反對這一點，但我相信他們是完全錯誤的）?！卑雮€世紀前費曼的教育思想，現(xiàn)在聽來依然振聾發(fā)聵。

除了他的講義之外，以他的演講或訪談為基礎整理出版的《物理定律的本性》《發(fā)現(xiàn)的樂趣》《費曼講演錄：一個平民科學家的思想》等都是絕好的科學文化讀物，從中能體會到作為一名物理學家的費曼是如何闡釋科學定律、如何看待科學與社會之間的關系，等等。

真性情的魅力人生

當然，費曼之所以成為費曼，很大程度上歸于他獨特的個人魅力。不錯，他是20世紀一流的物理學家，但若論物理學成就，他要遜色于英國的狄拉克，不過他又是邦戈鼓手、繪畫愛好者、開保險柜專家、科學教育專家……而狄拉克僅是一個“標準”、正統(tǒng)的科學家，因此就知名度而言，狄拉克顯然遜色費曼。

費曼是卓爾不群的“反叛者”，他曾直接致信美國科學院請辭院士的稱號，而且他不止一次請辭，結果每一次都驚擾到科學院院長親自過問。請看一封1969年6月費曼給當時科學院院長塞茲的回信，你就能清楚了解費曼的個性。

親愛的塞茲院長：

……我想離開國家科學院這個團體，完全是私人原因，與國家科學院或政府的作為無關，也不是你個人行政風格的問題。多年以來，我就一直很想安安靜靜地、不驚動任何人而退出這個團體，也不要引發(fā)任何的政治聯(lián)想。這純粹是我個人的因素，有點孩子氣，就是喜歡什么、不喜歡什么而已。請接收我的辭職。

誠摯的祝福

費曼

費曼不喜歡矯揉造作，生活中處處流露出他的真性情。費曼可以在正式的晚會場合，隱去自己諾貝爾獎得主的身份，加入到樂隊中盡情演奏。在與第一任妻子阿琳生活的歲月里，他是柔情的丈夫，阿琳在他們結婚前已經(jīng)診斷為結核病——這在當時是不治之癥，在家人的反對下他毅然與阿琳結合?；楹螅M曼在洛斯阿拉莫斯參加“曼哈頓計劃”，在奧本海默的照顧下，他把阿琳送到離實驗室不遠的一家醫(yī)院，平時就靠通信聯(lián)系，每逢周末，費曼都驅車到醫(yī)院陪伴阿琳，直到1945年6月阿琳去世。阿琳去世一年后，費曼還給她寫過一封信，在信的末尾，費曼寫道：請原諒我沒有寄出這封信，因為我不知道你的新地址呀。

這便是費曼，一位卓爾不群、處處流露真性情的科學家。1988年2月15日，費曼因癌癥去世。第二天，加州理工學院的學生們在圖書館大樓上掛了一條橫幅，上面寫著：“We Love You，Dick！”意思是：我們愛你，迪克（Dick是費曼的昵稱）！

【責任編輯】張小萌