魔术自学路径图片 物理学界的魔术师——费曼

 网络   2022-10-20 19:12   37

天下上有两种天分:普遍的天分告竣渺小的处事,不过让其他人感慨,假设自身渊博尽力的话,那样的处事他们也能告竣;另一种天分则像幻术师,你全面没法设想他们所做的办事。费曼,便是一名幻术师。

——汉斯·贝特(1967年诺贝尔物理学奖得主)

理查德·费曼(Richard Feynman,1918年5月11日-1988年2月15日)曾经经正在一次采访中讲到这么一个小说:

我有一个冤家,他是个艺术家,他有些概念我真是没有敢苟同。他会拿起一朵花说:“看,这花多美啊。” 是啊,花很美,我也会这么想。

他接着说:“你看,算作一位艺术家,我会观赏它的美;而你是个迷信家,只会行状性的层层贯通这朵花,让它变为一件精彩的事。” 我感慨他正在胡扯。

开始,他所看到的美,其他人都能看到,我也能看到。没有过我大概没有他那么精巧的审美感化,不过无庸质疑,我领会观赏花的美。而同时我还能看到更多的货色:我能设想花朵里面的细胞,细胞体内繁复的反应,它们也是一种美。这种美没有尽然正在这方寸之间,也生存于更小法式的内部组织中。其余,一些进化历程也很成心思,例如一些花结束有了神采,便是为了排斥昆虫为自身授粉;这意味着昆虫也许看到神采。这又冒出一个课题——美学意思是否也生存于更低的样式中?

这些都很是的乐趣,迷信学识只会为这朵花填补巧妙与光环,我没有懂它若何能使其削减。

没错,这便是费曼。一名恐怕从一朵花、或一杯葡萄酒中读出整体六合的外貌物理学家。

○ 费曼,出身于100年前。正在1965年取得诺贝尔物理学奖的没有久后,便正在欧洲核子争论焦点进行了一场讲座。| 图片起因:CERN

永无止境的猎奇心

1918年5月11日,费曼出身于美国纽约的皇后区。从小就仰慕迷信的费曼很聪慧,正在孩子时并没有被贴上“天分”的标签。不过,小费曼与其他聪慧的儿童的分歧之处正在于他对于一切实物都很是猎奇。费曼的猎奇心使他毕生正在寻求谬误的途中,犹如被给予了无比无尽的精神。他总是乐此没有彼地试图去领会身旁的全部实物。

他的博士生导师约翰·惠勒曾经回忆说:“费曼拥有着辽阔的活气。他对于各类课题都充溢了趣味。” 然而,费曼的猎奇心并没有留步于分解某个课题的束缚放方式。惠勒说: “假设你说你一经有了某个课题的答案,他毫不会禁止你将答案告知他。他非得自身冥思苦想来找出答案才行。这是他正在全新范畴中维持进步的办法。”

而更宝贵的是,费曼的猎奇心让他没有太介意自身是否堕落,而仅仅想要找到束缚课题的方法。他固然分解自身有时也会犯正确。

敢于寻衅权威

然而,简单的猎奇心并没有是使费曼成为传奇的仅有缘由。他的身上还有一个很是罕见的气鼓鼓质,便是不管面对于物理学依然糊口,都从没有降服于权威。他总是恐怕漠视官僚主义、忽视各人的观点,并敢于正在最不凡的迷信家当前提出分歧见解。有次他读了一些各人的论文,了局发明它们是错的,这延迟了他对于β衰变的放射性大局的领会。因而他起誓——之后再也没有要由于“听信各人”而犯错了。

年老的费曼就一经显示他正在物理学上的不凡天资,这使他正在博士结业以前便收到了“曼哈整理讨论”的聘请。他的处事是帮忙算计核爆炸的量级。(正在曼哈整理讨论时期,他与物理学家贝特独特推导出了“贝特-费曼效用公式”。)突然之间,费曼发明与自身同业的迷信家是爱因斯坦、泡利等量子力学的先驱们。但即方便时仅仅一位初出茅庐的物理学家,费曼也毫没有介意与他打交道的是谁。

比如,他正在曼哈整理讨论总部住址的洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)时期,碰到了鼎鼎学名的物理学家玻尔(Niels Bohr)。其时,其他一切物理学家对于玻尔都十分热爱。然而正在一次聚会上,费曼却没有惧权威不停地问玻尔各类课题。鄙人一次聚会结束以前,玻尔将费曼零丁请来聊天。玻尔的儿子,同时也是他的辅助,回忆起父亲对于这一动作的注释为:“他(费曼)是仅有一个没有怕我的人,当我有一个猖狂的设法时,他会指进去。因而下次当咱们想对于某些设法施行议论时,咱们没法与那些对于全部都说‘是的,玻尔博士’的人施行,咱们得先以及他谈谈。”

他就像是个没有畏显贵的赤子,又是一个趣味搞怪的顽童。当他觉得无味时,他会正在洛斯阿拉莫斯建造点障碍,例如锁上一些抽屉、暗暗鄙人班时光跑进测验室、讽刺共事、给他们留下会误认为争论结果被间谍偷走的笔记等等。同时,他讨厌演奏邦戈鼓,1980年代,他的冤家和鼓手 Ralph Leighton 将费曼逸闻趣事整顿成了两本抢手的书籍:《别闹了,费曼学生!》(1985年)以及《你干嘛介意他人怎样想?》(1988)。

○ Ralph Leighton(左)与费曼(右)。| 图片起因:Caltech Archives

学术奉献

魔术自学路径图片 物理学界的魔术师——费曼

然而,正在费曼玩世没有恭的外在下,本来掩藏着的是一颗敏锐直爽的心。早期对于原子弹的研发所作出的奉献让他深陷欢乐与自责中。这些仪表的魔鬼不断波折着他的争论掘起。直到1947年,正在纽约投身的一个钻研会上,物理学家兰姆(Willis Lamb)辩论了用狄拉克方程预计的氢原子的一定能级,与经过微波而唆使的原子测验所得了局之间的分裂。受到贝特对于兰姆位移的加紧算计,费曼繁华了新的本领来束缚了这一课题,并将争论扩充到更精深的带电粒子间的量子电能源学(QED)彼此影响。

QED形容的是电子与光之间的彼此影响。以典范物理学的规范来看,QED犹如很谬妄。比如,电子的动作正在统一时光里展现得既像粒子又像波;而电子的反物质对于应物——正电子,则可被看作是电子执政着与时光箭头相反的方向静止;光从一个点到另一个点的传播没有是遵守一条简捷的直线,而是沿着每条大概的途径进步。1965年,他因这项处事与其它两位不同独立提出QED的物理学家施温格(Julian Schwinger)以及朝永振一郎,独特取得诺贝尔物理学奖。

费曼的QED是施温格繁华出的令人望而生畏的数学外貌的另一版本。正在费曼的版本中,“费曼图”的创造让深沉艰涩的外貌尤其简明易懂:正在时空坐标上,线段代表电子以及正电子的静止,海浪线代表光子的释放或接收,环圈则示意一些尤其巧妙的彼此影响。这些图形也许变得很是繁复,但与大度的数学比拟,它们简直太简明了。

○ 费曼图:两个电子调换一个光子(左);右:引力子碰到量子涨落。| 图片起因:Olena Shmahalo/Quanta Magazine

经过费曼图,他描画了大概的彼此影响模式的全数范围,每一个都对于“史乘求以及”的总绘景做出了奉献。除了正在QED上的应用,费曼图还有许多其他应用。而今,这已成为粒子物理学家凡是利用的规范器械了。

费曼出版过两本先容这些量子方式的初级读物。一本是与Albert Hibbs合著的《量子力学以及途径积分》(1965年),这本书从他最讨厌的测验安设之一——双缝测验结束,仓卒转入途径积分以及其他低等的方式。第二本是基于他教室系列讲座的《QED》(1985年),这本书用图形以及示例注释了不异的外貌,所以它更易领会。

从上世纪50年代结束,费曼结束研究许多其他外貌物理学的范畴,个中席卷超流体、超导、引力、质子以及中子的身分(他称之为全体子,parton)。以后两篇引起辽阔作用的论文是他的弱彼此影响模子——《费米彼此影响外貌》,和他对于量子算计的发起——《用算计机摹拟物理学》。正在每项争论中,他都施行了各类改变以及调试,直到得出清爽的结论。1984年,他正在一次报告中对于纳米本领的繁华也做出了拥有前瞻性的预言。

○ 费曼正在1962年做的笔记。| 图片起因:Caltech Archives

考察寻衅者号

他是一个如许繁复的分析体,当你感慨他像个玩世没有恭的坏小子时,却会发明他是最有时令、最耿介、最狡猾的迷信家。1986年,费曼采用当局委托,要求担负当局考察委员会考察载有7名宇航员的航天飞机寻衅者号劫难性事宜的原因。其时他已身得了两种少有的癌症,而且他平生最没有爱与当局机构打交道。他曾经给自身定过一个法则——一致没有“和蔼”华盛整理地带。但他依然采用了这项义务。

当他前往考察时,感化到了官僚以及政治带来的阻力,也发觉出课题的住址。这让他既气馁又高兴。很快,他用测验说明了正在火箭助推器中的O形橡胶环正在空气鼓鼓温度低于冰点时会落空伸缩性,使得热气鼓鼓从内部逸出,导致航天飞机的解体。而正在寻衅者号发射的当天早晨,气鼓鼓温是低于零下的。

其余,他还揭示了其他委员所缺乏的公德勇气鼓鼓,挑剔NASA的办理人员没有经受工程师的忠告,并指出了形成系统障碍的妄图课题。他正在NASA的这件愚笨的劫难性惨事末尾时说:“当然没有能被捉弄。”

假设说真有甚么权威机构是让费曼敬佩的,那便是究竟。而他对于这一崇高没有容叨光的规范的虔敬,为他与迷信获得了世人的尊崇。

○ 1986年6月,费曼与阿姆斯特朗正在《寻衅者号航天飞机事故领袖委员会的讲述》的消息揭晓会上。

教训家

除了以上提到的,费曼依然一位精彩的解释家以及教训家。他以为,领会这个天下对付每一集体来讲都是主要的,而没有仅是对付迷信家。

那些有幸听过他的讲座的学生无一错误他智慧的头脑觉得赞赏。他正在加州理工学院教授大学一年级的一个课程——“物理X”,正在教室上学生也许会问他一切课题。费曼讨厌相沿自身的练习风气,他时常推辞向学生直接供给束缚规划,而是启发学生让他们自身思虑。

费曼的教室笔记被提防纪录并算作书籍以及文章出版,个中一个版本便是加州理工学院有名的三卷《费曼物理学讲义》(1964)。另一本是1959年出版的《根底历程外貌》,它是基于费曼于1958年去康奈尔大学担负拜候讲师时,两名学生 Peter Carruthers 以及 Michael Nauenberg 所做的笔记。另一部相干的撰述叫《物理定律的特性》(1967),源自于六年后他正在康奈尔大学所做的讲座。

○ 正在一次讲课停止后,费曼与一名助教语言。背景处的两人是 Robert Leighton 以及 Matthew Sands。图片起因:California Institute of Technology.

费曼的渺小之处没有仅仅表示正在卓绝的迷信奉献上,他自在的思维、特殊的品行魅力、没有畏权威争持置疑的精神、和对于迷信简明灵便的解释,习染着一切的人。

参照起因:

http://www.feynmanlectures.caltech.edu

https://www.nature.com/articles/d41586-018-05082-4?utm_source=twt_nnc utm_medium=social utm_campaign=naturenews sf189254835=1

https://www.sciencenews.org/blog/context/celebration-curiosity-richard-feynman-birthday

https://www.weeklystandard.com/algis-valiunas/feynman-at-100

https://feynman100.caltech.edu

https://www.youtube.com/watch?v=LyqleIxXTpw t=2709s

https://www.youtube.com/watch?v=JIJw3OLB9sI

编写:太阳骑士07

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