百科：費(fèi)曼，一個(gè)真性情的“挑戰(zhàn)者”

如果你也愛看美國(guó)情景喜劇《生活大爆炸》，那么你對(duì)下圖中謝耳朵與佩妮討論粒子物理學(xué)的場(chǎng)景一定不陌生。在畫面的白板上，有3個(gè)“奇怪”的圖像，那便是大名鼎鼎的費(fèi)曼圖?！渡畲蟊ā愤@部電視劇多次以著名物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼為話題，一方面是因?yàn)橘M(fèi)曼在物理學(xué)界的影響，另一方面因?yàn)樵搫〉谋尘暗卦O(shè)在加州理工學(xué)院，這所大學(xué)是費(fèi)曼1951年之后的執(zhí)教地。理查德·費(fèi)曼是20世紀(jì)一位極具才華、極富個(gè)性的科學(xué)家，他的一生充滿傳奇色彩，就讓我們從他晚年參與調(diào)查的“挑戰(zhàn)者”號(hào)事故開始，一起走近他的傳奇人生吧！
　　
　　“挑戰(zhàn)者”號(hào)事故調(diào)查
　　1986年1月28日上午11時(shí)39分，在美國(guó)佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心騰空而起的“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)升空73秒后，突然發(fā)生爆炸，機(jī)上7名宇航員全部遇難。事發(fā)之后，美國(guó)航空航天局（NASA）成立了一個(gè)事故調(diào)查委員會(huì)，當(dāng)時(shí)在加州理工學(xué)院任教的費(fèi)曼被邀成為調(diào)查委員會(huì)的一員。在調(diào)查過程中，費(fèi)曼發(fā)現(xiàn)助推火箭上的一個(gè)O形環(huán)有燒焦痕跡，因此懷疑火箭燃料燃燒時(shí)從那里發(fā)生了燃料泄漏，從而引發(fā)了整個(gè)事故。同時(shí)，費(fèi)曼了解到，航天飛機(jī)發(fā)射當(dāng)天，地面溫度是-3℃～-4℃，遠(yuǎn)低于通常的12℃。費(fèi)曼認(rèn)為事故的罪魁禍?zhǔn)拙褪沁@個(gè)O形環(huán)。
　　隨后，在一次面向公眾的電視直播會(huì)議上，費(fèi)曼以他一貫簡(jiǎn)潔、清晰展示科學(xué)原理的風(fēng)格說明了O形環(huán)的問題所在。他在現(xiàn)場(chǎng)只用了3件簡(jiǎn)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(huì)兒他又取出來向公眾展示，O形環(huán)沒有恢復(fù)變形?？茖W(xué)家都崇尚簡(jiǎn)單，厭惡繁文縟節(jié)，但是像費(fèi)曼這樣身體力行，一生致力于簡(jiǎn)潔化的科學(xué)思想、方法，并傾注大量心血于科學(xué)教育的，絕無僅有。他卓越的科學(xué)成就，獨(dú)特的科學(xué)教育方式以及迷人的個(gè)性使得他成為家喻戶曉的明星科學(xué)家。
　　愛唱反調(diào)的青年科學(xué)家
　　費(fèi)曼1918年出生于美國(guó)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(xué)院，進(jìn)入普林斯頓大學(xué)念研究生，成為著名物理學(xué)家約翰·惠勒的學(xué)生。
　　1943年，在洛斯阿拉莫斯，剛剛研究生畢業(yè)的費(fèi)曼獲得了一個(gè)難得的機(jī)會(huì)，同一批最偉大的物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家一起工作，他們包括：奧本海默、漢斯·貝特、恩里科·費(fèi)米、愛德華·泰勒，還有約翰·馮·諾伊曼，而這個(gè)機(jī)會(huì)就是制造出世界上第一顆原子彈的“曼哈頓計(jì)劃”，這也是費(fèi)曼研究生涯的起點(diǎn)。在這個(gè)團(tuán)體中，年輕的費(fèi)曼得到了眾多科學(xué)前輩的認(rèn)同。他能運(yùn)用邏輯來分析一切復(fù)雜問題，找出主要因素，并簡(jiǎn)單明了地說明需要解答的關(guān)鍵問題。令前輩們同樣滿意的是這位年輕的科學(xué)家對(duì)物理學(xué)全身心投入的熱情。當(dāng)時(shí)，年輕的費(fèi)曼常常與已經(jīng)小有名氣物理學(xué)家貝特唱反調(diào)，但貝特一點(diǎn)也不生氣，相反，費(fèi)曼深入的思考給他留下了很好的印象，因此他對(duì)費(fèi)曼產(chǎn)生了一種尊敬。貝特還將費(fèi)曼收入麾下，讓他做了計(jì)算組的組長(zhǎng)。貝特后來還自豪地宣稱：“費(fèi)曼能做任何事情，所有的事情?！薄奥D計(jì)劃”的領(lǐng)導(dǎo)者奧本海默也稱他為“這里最才華橫溢的年輕物理學(xué)家”。
　　
　　最善于抓住本質(zhì)的大腦
　　要善于抓住事物的本質(zhì)，這是費(fèi)曼小時(shí)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(duì)鳥的理解，只有通過觀察鳥的行為才能去認(rèn)識(shí)它。這些話影響了費(fèi)曼一生，他對(duì)哲學(xué)家在概念上的糾纏很不屑，認(rèn)為自然界不會(huì)滿足哲學(xué)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(xué)最基本的觀點(diǎn)，費(fèi)曼回答說：“一切物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的?！?br /> 　　費(fèi)曼由于在量子電動(dòng)力學(xué)上的貢獻(xiàn)和施溫格、朝永振一郎分享了1965年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他們?nèi)似鋵?shí)是用不同的方法創(chuàng)建了量子電動(dòng)力學(xué)。這種現(xiàn)象在科學(xué)史上倒不罕見，17世紀(jì)時(shí)牛頓和萊布尼茨就各自獨(dú)立發(fā)明了微積分;20世紀(jì)20年代海森堡和薛定諤也各自創(chuàng)建了量子力學(xué)。但是在他們?nèi)酥?，費(fèi)曼的方法最直觀、最形象，這也是他一貫簡(jiǎn)潔風(fēng)格的體現(xiàn)。
　　其中用到的費(fèi)曼圖，就是一種符號(hào)化的物理語言，比如反映物理學(xué)中康普頓效應(yīng)（光子和電子相互作用）的費(fèi)曼圖。
　　費(fèi)曼圖中的實(shí)線代表電子，波紋線代表光子，費(fèi)曼圖不僅有鮮明的物理含義，而且具有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)含義，可以說每一幅費(fèi)曼圖就是一個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式。上述費(fèi)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(yùn)動(dòng)方向，而電子獲得能量從原子中飛出。
　　費(fèi)曼的好友、物理學(xué)家戴森回憶說：“當(dāng)費(fèi)曼看不懂正統(tǒng)教科書中的量子力學(xué)時(shí)，他只好從頭開始發(fā)明了一套自己能看得懂的量子力學(xué)……我用正統(tǒng)方法所做的計(jì)算，花了我?guī)讉€(gè)月的時(shí)間，寫了幾百張紙;費(fèi)曼卻可以在黑板上，花半個(gè)小時(shí)就得到幾乎相同的答案。”這從側(cè)面也反映了費(fèi)曼創(chuàng)造簡(jiǎn)潔科學(xué)理論的天賦。
　　送給教育界的寶貴禮物
　　費(fèi)曼對(duì)科學(xué)教育界產(chǎn)生了難以估量的影響，其中最寶貴的禮物應(yīng)當(dāng)是著名的三卷本《費(fèi)曼物理學(xué)講義》，有人認(rèn)為它是迄今為止最好的大學(xué)物理學(xué)教材。費(fèi)曼早年參加了制造原子彈的“曼哈頓計(jì)劃”，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，他前往康奈爾大學(xué)任教。1949年到1951年，他應(yīng)邀到巴西給大學(xué)生講授了10個(gè)月（非連續(xù)的）的物理課。費(fèi)曼發(fā)現(xiàn)，那里的學(xué)生都喜歡背誦，卻不知道自己在背什么。返回美國(guó)后，費(fèi)曼開始在加州理工學(xué)院任教，但他一直沒有給低年級(jí)的大學(xué)生講過物理課。直到1961年秋季，學(xué)校有一項(xiàng)物理教育改革項(xiàng)目，他在同事的推薦下答應(yīng)給低年級(jí)大學(xué)生講授兩年物理課?！顿M(fèi)曼物理學(xué)講義》就是根據(jù)那些授課筆記整理的。在這本講義中，費(fèi)曼還結(jié)合了他對(duì)巴西教學(xué)生涯的反思，認(rèn)為大學(xué)物理課講授的目的不應(yīng)該是為考試做準(zhǔn)備，甚至不是為學(xué)生服務(wù)于工業(yè)或者軍事做準(zhǔn)備。他說：“我最想做的是與你們分享我對(duì)于這個(gè)奇妙世界的一些欣賞，以及物理學(xué)家們看待這個(gè)世界的方式，我相信，這是現(xiàn)今時(shí)代里真正文化的主要部分（或許有其他學(xué)科的許多教授會(huì)反對(duì)這一點(diǎn)，但我相信他們是完全錯(cuò)誤的）。”半個(gè)世紀(jì)前費(fèi)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(chǔ)整理出版的《物理定律的本性》《發(fā)現(xiàn)的樂趣》《費(fèi)曼講演錄：一個(gè)平民科學(xué)家的思想》等都是絕好的科學(xué)文化讀物，從中能體會(huì)到作為一名物理學(xué)家的費(fèi)曼是如何闡釋科學(xué)定律、如何看待科學(xué)與社會(huì)之間的關(guān)系，等等。
　　
　　真性情的魅力人生
　　當(dāng)然，費(fèi)曼之所以成為費(fèi)曼，很大程度上歸于他獨(dú)特的個(gè)人魅力。不錯(cuò)，他是20世紀(jì)一流的物理學(xué)家，但若論物理學(xué)成就，他要遜色于英國(guó)的狄拉克，不過他又是邦戈鼓手、繪畫愛好者、開保險(xiǎn)柜專家、科學(xué)教育專家……而狄拉克僅是一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”、正統(tǒng)的科學(xué)家，因此就知名度而言，狄拉克顯然遜色費(fèi)曼。
　　費(fèi)曼是卓爾不群的“反叛者”，他曾直接致信美國(guó)科學(xué)院請(qǐng)辭院士的稱號(hào)，而且他不止一次請(qǐng)辭，結(jié)果每一次都驚擾到科學(xué)院院長(zhǎng)親自過問。請(qǐng)看一封1969年6月費(fèi)曼給當(dāng)時(shí)科學(xué)院院長(zhǎng)塞茲的回信，你就能清楚了解費(fèi)曼的個(gè)性。
　　親愛的塞茲院長(zhǎng)：
　　……我想離開國(guó)家科學(xué)院這個(gè)團(tuán)體，完全是私人原因，與國(guó)家科學(xué)院或政府的作為無關(guān)，也不是你個(gè)人行政風(fēng)格的問題。多年以來，我就一直很想安安靜靜地、不驚動(dòng)任何人而退出這個(gè)團(tuán)體，也不要引發(fā)任何的政治聯(lián)想。這純粹是我個(gè)人的因素，有點(diǎn)孩子氣，就是喜歡什么、不喜歡什么而已。請(qǐng)接收我的辭職。
　　誠(chéng)摯的祝福
　　費(fèi)曼
　　
　　費(fèi)曼不喜歡矯揉造作，生活中處處流露出他的真性情。費(fèi)曼可以在正式的晚會(huì)場(chǎng)合，隱去自己諾貝爾獎(jiǎng)得主的身份，加入到樂隊(duì)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(jié)婚前已經(jīng)診斷為結(jié)核病——這在當(dāng)時(shí)是不治之癥，在家人的反對(duì)下他毅然與阿琳結(jié)合。婚后，費(fèi)曼在洛斯阿拉莫斯參加“曼哈頓計(jì)劃”，在奧本海默的照顧下，他把阿琳送到離實(shí)驗(yàn)室不遠(yuǎn)的一家醫(yī)院，平時(shí)就靠通信聯(lián)系，每逢周末，費(fèi)曼都驅(qū)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(fèi)曼還給她寫過一封信，在信的末尾，費(fèi)曼寫道：請(qǐng)?jiān)徫覜]有寄出這封信，因?yàn)槲也恢滥愕男碌刂费健?br /> 　　這便是費(fèi)曼，一位卓爾不群、處處流露真性情的科學(xué)家。1988年2月15日，費(fèi)曼因癌癥去世。第二天，加州理工學(xué)院的學(xué)生們?cè)趫D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(fèi)曼的昵稱）！
　　【責(zé)任編輯】張小萌