如果有人问:谁是世界上最有魅力的科学家?理查德·费曼或许是最有希望的候选人。原因很简单,因为费曼的魅力在所有科学家中是独一无二的,他是那种会让你情不自禁,发自内心去喜欢的人。
理查德·费曼(Richard Phillips Feynman),1918年生于美国,著名物理学家。1965年,因在量子电动力学方面的成就而获得诺贝尔物理学奖。他是一位与印象中刻板的科学家不同的“科学界的叛徒”。费曼告诉我们,物理学家并不都是大众眼中的那种不苟言笑的白胡子老头,也可以是一个永远长不大的顽童。他可以修收音机、玩桑巴鼓,学习绘画,还可以破解玛雅文字、开保险箱、更重要的是,他可以是一个有趣的人,对生活抱有永不磨灭的好奇心。
童年启蒙
1918年5月11日,理查德·费曼出生于纽约市皇后区的一个美籍犹太裔的家庭中,他的父亲喜欢让他坐在自己的腿上给他读《大不列颠百科全书》,特别注重培养他对科学的兴趣和激发他对探索自然的欲望。
比如,读关于恐龙的内容,有可能正读到霸王龙,里面的内容大概是这样的:“这只恐龙有二十五英尺高,脑袋有六英尺宽。”
费曼的父亲会停下来跟他说:“如果它站在我们家的院子里,一伸脖子就能够到窗户。但它的脑袋太大,没法从窗户探进来。”每念到一处,父亲都会想尽办法跟现实联系起来。
费曼对父亲的教育方式赞不绝口:“没有压力,只有可爱的、有趣的讨论。”
“他给出各种各样的实例,并加以讨论。这激励了我的一生,让我对所有的科学领域都饶有兴趣。”
费曼的父亲还教导他:要去“观察”事物。费曼在《发现的乐趣》中记载的一个故事写到:
一群小孩子在田野里玩,一个小伙伴问费曼:“你看!你知道那是什么鸟吗?”
费曼说:“我可不知道。”
他得意洋洋地说:“这是brown throated thrush”,他又加了一句,“你爸爸什么也没教你。”
但事实恰恰相反,我爸爸教过我。他指着那只鸟对我说:“你知道这是什么鸟吗?这是brown throated thrush,在葡萄牙语里,它叫……在意大利语里,它叫……”,他还会说,“在汉语就叫……,用日语叫是……”等等。“你看,”他说,“你知道这鸟的名字,就算你会用世界上所有的语言去称呼它,你其实对这鸟还是一无所知。你所知道的,仅仅是不同地方的人怎么称呼这种鸟而已。现在,我们来好好看看这只鸟。”
BBC纪录片 《神奇的费曼先生》
费曼父亲教会了小费曼"知道一个东西的名字"和"真正懂得一个东西"的区别,激发了小费曼的好奇心和科学探究精神。对于互联网时代的儿童而言,远离生活意义的名词与术语毫无意义。
这种从父亲那里得到的对自然科学的好奇心成为了费曼今后科学研究源源不断的动力。费曼在10岁时候就已经有了自己的一个科学实验室,他总喜欢在实验室中捣鼓一些奇奇怪怪的实验,有时候还因为这些实验而差点使家里烧起来,他还曾经调侃过自己在这些事故中能活下来也是一件了不起的事情。父亲的教育理念无疑让费曼受益终生,儿时对他的培养和教育,造就了一位传奇的全才物理学家。
发现事物的乐趣
费曼是个自学狂人,他在15岁时就自学了三角学、高等代数、解析几何和微积分。而动机仅仅是出于想要获得“理解事物如何运作”的乐趣。他曾经说过:“努力学习你最感兴趣的东西,尽可能以最不循规蹈矩、最随性和最具想象力的原创方式去做到。”
直到在职业生涯中站稳脚跟后他才开始自学绘画。对费曼来说,他从探索生活以及其带来的一切中获得了极大的乐趣。
费曼的艺术创作
除了兴趣,在学习这件事上费曼还强调怀疑的权利。费曼坚信,我们必须留出质疑的空间,否则就没有进步和学习。
他曾抱怨人们只看到科学的实际应用,而忽视了科学对我们世界观的影响,他特别指出,科学的精神与民主的精神是合拍的,都倾向于“不确定”,一种怀疑的态度。
费曼在麻省理工学院的朋友兼同事马文·明斯基(Marvin Minsky)曾经这样评价道:“他特别擅长回到孩子的样子,无视别人的想法,他的思想很跳脱,如果某件事行不通,他就会从另一个角度来看待它。”
在获得诺贝尔奖时,费曼曾指出:“其实我已经得到奖品了,奖品就是发现事物的乐趣,探索过程的刺激,观察别人使用它……这些才是真正的奖品。”
他努力理解其他领域的原理是如何融入更广泛的科学知识框架的。除了学习知识,费曼非常相信理解的重要性。费曼认为任何一种知识都并非理所当然。他只是想获取知识,并且在时机成熟时,用尽可能最简单的方式向别人解释他所知道的。
学术研究
1935年费曼进入麻省理工学院学习,他在《物理学评论》上发表了一篇关于宇宙线的论文,这其中的一个量子力学计算方法同时也被另一个研究者赫尔曼独立发现,称为“赫尔曼—费曼定理”。
某一天,费曼看见有人在玩耍盘游戏,盘子上红色的标志亦随之舞动。这一幕吸引了费曼的注意,他立刻开始计算盘子的运动轨迹与倾角的关系。结果发现,当角度很小时,红色标志转动的速度竟是摆动速度的两倍。于是费曼提出了一个真正革命性的思想,他创立了一种用形象化的方法来处理量子场中各种粒子相互作用的图——费曼图,这种形象的图绝妙地回避了量子电动力学中所需要的复杂计算。因为这个小餐盘而引出的这种另辟蹊径的方法,使费曼获得了1965年的诺贝尔物理学奖。
多年后,费曼在给朋友的信中写道“我获诺贝尔奖的原因,来自于那天我把时光浪费在一个转动的餐碟上!”
科学史学家戴维·凯泽(David Kaiser)认为,费曼图“几乎改变了理论物理学的每一个方面,就如同基因组革命一样,帮助改变了物理学家看待世界的方式及其在世界中的位置。”
加入“曼哈顿计划”
1939年,费曼从麻省理工毕业去了普林斯顿大学继续深造。在1943年,年仅24岁的费曼刚从普林斯顿大学获得博士学位之后便被邀请加入了一项绝密的计划——“曼哈顿计划”,在洛斯-阿拉莫斯帮助研究原子弹。因为计划高度保密,所有人都无法离开所在的住所,他也是一样。
费曼24岁在洛斯-阿拉莫斯研究原子弹时,在团队里他还是保留着自己那独特的风格——喜欢恶作剧。为了让自己紧绷的神经得到片刻松弛,他找来不同样式的锁具进行拆解组装,并很快掌握了各种锁具的内部构造,及需要什么样的钥匙才能开锁。后来,整个洛斯-阿拉莫斯研究所几乎没有他打不开的门或柜。他的搞怪行为让这个全世界保密级别最高的核研究基地数度风声鹤唳,如临大敌。
在“曼哈顿计划”非常严肃的工作会议上,他总是会站起来说“我有一个非常重要的事情要报告——保险柜实在太不保险了,我们需要换一个更好的锁”。
“曼哈顿计划”有一个非常根本但又十分重要的问题,就是随着工作开展急剧增加的计算量,那时候没有电脑,全都只能人工计算,这在很大程度上拖慢了工作进度,费曼发明了一个让运算并行实施的方法,大大提升了效率。
1945年8月6日,成功研制出的第一枚原子弹在广岛上空爆炸,3天后另外一枚原子弹在长崎投落,使日本在8月15号宣布无条件投降。
简单而动人的科学实验
1986年1月28日,挑战者号航天飞机升空不久就发生爆炸,机上7名宇航员全部丧失。美国举国哗然,这场事故也定格了美国、乃至全人类太空探索事业中最黑暗的日子之一。
事故发生后,费曼被要求担任罗杰斯事故调查委员会(Rogers Commission)委员。费曼起初并不愿意加入,但他的好奇心战胜了自己。
参与1986年“挑战者号”航天飞机事故调查,无疑是费曼人生最精彩的一段。他一改过去学者参与此类事故调查时不接地气的“学术风格” —— 根据提交来的报告和会议信息做判断,而是带着疑点深入到设计、制造、操作航天飞机的技术人员和发射人员那里了解情况,还亲自到残骸旁仔细观察。最后,他以惊人的速度找到事故的关键原因,令整个美利坚为之震憾。
在揭秘真相的那一天,参与调查的专家各自陈述了自己的结论。他们都是从各自的专业范畴出发,冗长的数字、生僻的术语,自然是淋到非专业人员头上的一片雾水。
轮到费曼发言时,他没有立即开讲,而是向会议主持者要来一杯冰水,然后把航天飞机的关键部件——燃料箱的密封橡胶圈放了进去。所有人的目光都被吸引到那个水杯上,大家屏息凝神地等待他的结论。5分钟后,他拿出橡胶圈轻轻一折,橡胶圈断成两截。费曼紧盯着手里的橡胶圈说:“发射当天的低气温使橡皮环失去膨胀性,导致推进器燃料泄漏,这就是问题的关键。”后来,人们将这一幕说成是整个20世纪最动人最精彩的科学实验之一。
教育贡献
除了在科学方面广受赞誉的贡献,费曼还是一位才华横溢的教师,人们一直对他的教学赞不绝口。在1945年,费曼被康奈尔大学邀请成为该校的物理系教授。费曼有一种特殊能力,就是能把复杂的观点,用简单的语言把它表述出来,这与从小父亲与他的教育模式也是分不开的。他幽默生动又不拘一格,在大学的每一堂课几乎都是座无虚席的。
1962年出版《费曼物理学讲义》,在前言中写道:"我讲授的主要目的,不是帮助你们应付考试,也不是帮你们为工业或国防服务。我最希望做到的是,让你们欣赏这奇妙的世界以及物理学观察它的方法"。
20世纪60年代,费曼还在加州课程设计委员会上,为反对教科书的平庸,作出了努力。
奥本海默曾说:“费曼是最才华横溢的年轻物理学家,他有着非常吸引人的性格与个性,他是一个优秀的教师,对物理学的各个方面都有着热烈的感情。”
著名的《Omni》杂志曾把费曼称作“世界上最聪明的人”。
波兰数学家马克·卡茨(Mark Kac)对费曼的评价更是被许多人引用:“世界上有两种天才,一种是普通的天才,一种是如魔术师般神奇的天才。普通天才完成伟大的工作,但让其他科学家觉得,如果他们足够努力,那样的工作他们也能完成。而一个魔术师所做的事任何别的人都无法完成,而且似乎完全无法想象。”
在1999年,经过民意调查他被评为有史以来最受欢迎的十位物理学家之一,同时也是被认为是继爱因斯坦之后最睿智的理论物理学家,他一直用如初生婴儿般的好奇,看待与探索这个多彩的世界。
他用一生告诉世人——我来过这个世界并且不虚此行。
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