费 曼 知 乎

1918年5月11日,费曼出生于美国纽约,父亲是麦尔维尔·阿瑟·费曼,母亲是露茜尔·菲利浦,他父母都是犹太人,他的妹妹琼,比他小9岁,两个人的关系非常亲密,琼后来也成了一名物理学家。费曼在长岛南岸的法罗克维长大。

父亲对他早年的训练对费曼的教学生涯来说是无价之宝。最重要的是,麦尔维尔在他身上灌注了一种对于大自然的美的赞叹和欣赏,并使他产生了与他人分享这种感受的灼人的欲望。

求学生涯

1935年进入麻省理工学院(MIT),先学数学,后学物理。

1939年本科毕业,毕业论文发表在《物理评论》(Phys.Rev.)上,内有一个后来以他的名字命名的量子力学公式。

1939年9月在普林斯顿大学当惠勒(J.Wheeler)的研究生,致力于研究量子力学的疑难问题:发散困难。

1942年6月获得普林斯顿大学理论物理学博士学位。

职业生涯

1942年,24岁的费曼加入美国原子弹研究项目小组,参与研制原子弹的秘密项目“曼哈顿计划”。

1945年7月16日5时30分,美国制造的世界上第一颗试验性原子弹在美国新墨西哥沙漠爆炸。

在第二次世界大战期间费曼被招募作为普林斯顿大学的美国原子弹项目职员(他)然后在洛斯阿拉莫斯新的秘密实验室,新墨西哥(1943 - 1945)。在洛斯阿拉莫斯国家实验室,他成为曼哈顿项目在理论上的小组长。

1945年6月16日,费曼的第一个妻子阿琳·格林鲍姆去世。同年费曼开始在康奈尔大学任教。

1945年7月16日,他观看了世界第一颗原子弹的在新墨西哥阿拉莫戈多爆炸。

1946年10月,父亲麦尔维尔在一次中风后去世,使费曼变得忧郁。

1949年,费曼发表了“正电子理论”和“量子电动力学的空时探讨”,就电子与光子的相互作用给出了相应的费曼图和费曼规则。

1951年转入加州理工学院。在加州理工学院期间,费曼因其幽默生动、不拘一格的讲课风格深受学生欢迎。加州理工学院把他的一系列讲座收集在一起,出版了《费曼物理学讲义》,费曼被称做“老师的老师”。

1961年9月-1963年5月在加州理工学院讲授大学初等物理课程,录音在同事帮助下整理编辑为《费曼物理学讲义》。

1965年费曼因在量子电动力学方面的贡献与施温格(Julian.Schwinger)、朝永振一郎一同获得诺贝尔物理奖。

1968年提出费曼强子结构模型。

1972年获得的奥尔斯特教育奖章。

晚年,费曼努力地做好他的前妻阿琳认为重要的事情。他开始绘画,并画出了很好的素描和油画作品。

1986年,参与调查“挑战者号”航天飞机失事事件。

1986年,挑战者号航天飞机失事后,费曼受委托调查失事原因。费曼做了著名的O型环演示实验,只用一杯冰水和一只橡皮环,就在国会向公众揭示了挑战者失事的根本原因——低温下橡胶失去弹性。

1988年2月15日,费曼因腹膜癌在加州洛杉矶逝世,终年69岁。

学术思想

费曼的学术思想伴随他工作生活的每个思维触角,触及的深度和广度极为遥远,从“曼哈顿计划”,妻子阿林的去世,加州理工学院的教学中得以呈现。

教学科研

费 曼 知 乎
费曼

费曼主张在物理学习和研究中大胆探索和创新;物理教学中要理论联系实际;物理教学目标的多维度.热爱学生,热爱教学;转变教育教学观念,追求教育教学的创新性;追求科学原创,强调理论联系实际;正确地探究自然的方法;依据这种方法所获取的知识,增加了做新事情的能力。费曼总结了学习物理学的五个理由:第一是学会测量和计算,及其在各方面的应用(培养工程师);第二是培养科学家,不仅致力于工业的发展,而且贡献于人类知识的进步;第三是认识自然的美妙,感受世界的稳定和实在;第四是学习由未知到已知的、科学的求知方法;第五是通过尝试和纠错,学会有普遍意义的自由探索的创造精神。

费曼往往在审视学生提出的问题中萌生新思想,思考许多新问题。费曼的教学充满活力和激情。费曼也相信,人们记住他首先是因为他的教学工作。加州理工学院把他的一系列讲座收集在一起,出版了《费曼讲物理》(即《费曼物理讲义》)。

他对这个领域的主要贡献是全面发展了将量子理论应用到当代前沿研究领域所使用的独特的方法,并且由此对这个领域的当代图景产生重大的影响。费曼路径积分、费曼图和费曼规则都属于现代理论物理学家所用的非常基本的工具之列,这些工具是将量子理论的规则应用到各个具体领域如电子、质子和光子的量子理论时所必需的,它们构成了使量子规则与爱因斯坦的狭义相对论的要求相一致的处理方法的基本要素。尽管这些概念没有一个是轻易就搞得懂的。费曼量子力学路径积分方法一种“历史累加”的方法,意义重大。传统的量子力学有两种形式,一种是薛定谔的基于波的形式,另一种是海森堡的基于粒子的形式,而费曼找到了量子力学的第三种形式——基于作用量的路径积分形式。路径积分的思想能够对事情的行为给出一种物理直觉,提供一个鲜明的智力图像。这种形式不但能得出与另两种形式相同的答案,而且它对经典力学同样有效,使人能够看出经典力学与量子力学之间清晰的连接,意味着在更高的层次上二者其实是统一的世界观中的一部分。

社会贡献

科学贡献

费 曼 知 乎
费曼与盖尔曼

费曼于40年代发展了用路径积分表达量子振幅的方法,并于1948年提出量子电动力学新的理论形式、计算方法和重正化方法,从而避免了量子电动力学中的发散困难。量子场论中的“费曼振幅”、“费曼传播子”、“费曼规则”等均以他的姓氏命名。

费曼图表是费曼在四十年代末首先提出,用于表述场与场间的相互作用,可以简明扼要地体现出过程的本质,至今还是物理学中对电磁相互作用的基本表述形式被广泛应用。它改变了把物理过程概念化和数学化的处理方式。费曼总是以自己独特的方式来研究物理学。他不受已有的薛定谔的波函数和海森堡的矩阵这两种方法的限制,独立地提出用跃迁振幅的空间-时间描述来处理几率问题。他以几率振幅叠加的基本假设为出发点,运用作用量的表达形式,对从一个空间-时间点到另一个空间-时间点的所有可能路径的振幅求和。这一方法简单明了,成了第三种量子力学的表述法。  

1968年费曼根据电子深度非弹性散射实验和布约肯(J.D.Bjorken)的标度无关性提出高能碰撞中的强子结构模型。这种模型认为强子是由许多点粒子构成,这些点粒子就叫部分子(parton)。部分子模型在解释高能实验现象上比较成功,它能较好地描述有关轻子对核子的深度非弹性散射、电子对湮灭、强子以及高能强子散射等高能过程,并在说明这些过程中逐步丰富了强子结构的物理图像。

除了量子电动力学方面的卓越贡献,费曼还建立了解决液态氦超流体现象的数学理论。他和默里·盖尔曼在弱相互作用领域,比如β衰变方面,做了一些奠基性工作。费曼通过提出高能质子碰撞过程的层子模型,在夸克理论的发展中,起了重要作用。

教育贡献

费 曼 知 乎
费曼

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,这使得他成为一位硕果累累的教育家。在获得的诸多奖项中他自豪的是1972年获得的奥尔斯特教育奖章。

1962年出版的《费曼物理学讲义》被《科学美国人》这样赞誉:“尽管这套教材深奥难懂,但是它的内容丰富而且富有启发性。在它出版25年后,它已经成为讲师、教授和低年级优秀学生的学习指南。”费曼自己则在前言中写道:“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”。

为了促进普通公众对物理学的理解,费曼撰写了《物理定律的特征》和《量子电动力学:光和物质的奇特理论》等。同时发表了许多高深的专业论文和著作,这些成为研究者和学生的经典文献和教科书。

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。[1]

社会评价

费 曼 知 乎
费曼

弗里曼·戴森:“半是天才, 半是滑稽演员。”后来,当戴森对费曼非常了解之后,他把原来的评价修改为:“完全是天才,完全是滑稽演员。”;“费曼不用系统的数学,而以他自己的方式实际上“重新发明了差不多整套的物理学”。

沃尔夫冈·泡利:“为什么这个聪明的年轻人谈吐像个无业游民呢?”

费曼学生:“正如他喜欢谈论的原子微粒一样总是处于动态之中,像个舞蹈演员,昂首挺胸地走来走去,双手画出复杂而优美的弧线。”

玻尔:“费曼自信且正直,不畏惧权威,这是唯一一个不怕我,敢于指出我的错误的人。”

奥本海默:“他是这里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。”

莱顿(费曼好友):”费曼个性鲜明、特立独行,思想如天马行空,喜欢自辟蹊径,且从不固执,求知欲极强,主张做自己的思想领袖增强自我辨析能力。“

威廉·福勒:“你只要告诉他一些线索,他就能在思想和图解上产生飞跃,他是非常有益于人和给人以激励的人,他对每件事都有兴趣,真正的非同小可。”

古德斯坦:“费曼的科学贡献既不平凡而又意义深远,它们与其他人的贡献没有相似之处,他用他的人格和观点来影响科学世界;他重新系统地阐述了量子力学,而实际上是重新发明了它。而且他是以一种如今仍在整个理论物理的每一领域广为应用的形式提供给我们的。”[2]

在科大学习的时候,纳米技术基础课里给同学们介绍过一次费曼先生。当时我对先生的个人评价是:他成功树立了实力派科学家的偶像形象。(内容暂不涉及费曼先生的感情生活,但还是推荐大家补充了解一下先生感人肺腑的情感经历。“年代久远”,一些内容的出处已经记不清了,未标注引用的地方还请见谅)

费 曼 知 乎
理查德·费曼与生活大爆炸https://www.zhihu.com/video/1067822486032478208

Richard Phillips Feynman(1918—1988),理论物理学家(理论物理学家通过建立数学模型来理解所有物理现象的运行机制,比如爱因斯坦、狄拉克、薛定谔),加州理工学院物理系教授,“曼哈顿计划”成员,24岁加入“曼哈顿计划”,是“曼哈顿计划”天才小组成员之一,负责研制原子弹,1965年,费曼因在量子电动力学领域做出的卓越贡献获得诺贝尔物理学奖,1972年,费曼因在物理教学领域做出的卓越贡献获得奥斯特教育奖章。

玻尔:费曼自信且正直,不畏惧权威,这是唯一一个不怕我,敢于指出我的错误的人。

戴森:费曼不用系统的数学,而以他自己的方式实际上重新发明了差不多整套的物理学。

杨振宁:一个几乎任何事情都与众不同的人。

在1999年英国杂志《物理世界》对全球130名领先物理学家的民意调查中,他被评为有史以来十位最伟大的物理学家之一。

实力派

费曼先生对量子电动力学(在数学上描述了所有由带电粒子经交换光子产生的相互作用所引起的现象,同时亦代表了经典电动力学所对应的量子理论。代表人物:狄拉克,海森堡,费米)做出了杰出贡献。量子电动力学解释了弹性是如何消长、甘油炸药是如何爆炸、眼睛是如何工作以及草为何是绿色的等问题;它还能解释引力未能解释的所有其他现象。量子电动力学是一个非常准确而又易于理解的理论。

费曼先生的主要贡献有:

1.费曼形式(基于作用量):提出用跃迁振幅的空间——时间描述来处理几率问题,其成为继薛定谔的波函数(基于波)和海森堡的矩阵(基于粒子)之后的第三种量子力学的表述方法;

2.费曼路径积分与重整化:费曼于40年代发展了用路径积分表达量子振幅的方法,并于1948年提出量子电动力学新的理论形式、计算方法和重整化方法,从而避免了量子电动力学中的发散困难;

3.费曼图表:费曼在四十年代末首先提出的,用于表述场与场间的相互作用,可以简明扼要地体现出过程的本质,费曼图表早已得到广泛运用,至今还是物理学中对电磁相互作用的基本表述形式。它改变了把物理过程概念化和数学化的处理方式。

4.超流和弱相互作用:50年代,解释了液氮的超流行为,并提出费曼——盖尔曼弱相互作用理论;

5.部分子模型:这个模型已成为分析研究高能碰撞现象的重要理论工具。

概括起来就是:

1.建立了属于自己的量子电动力学费曼形式;

2.发明了重要、直观且高效的量子电动力学计算工具;

3.提出了超流和弱相互作用领域的重要理论;

4.为研究高能碰撞现象提供重要理论工具。

费曼30岁的时候成了他那一代领头的物理学家,用他的新思想在前面指路。随后,人们用同样的思想去弄懂包括弱相互作用、引力、核力等物理学的其余方面,费曼的研究方式对20世纪后半叶的整个理论物理学起到了核心作用。(戴森:这些问题曾花费了大物理学家们几个月的时间而他却用两三个小时就解决了)

1965年,费曼因在量子电动力学领域做出的卓越贡献获得诺贝尔物理学奖。

偶像派

费曼是少数几个在大众心目中形象生动鲜活的前沿科学家之一。性格:爱出风头,平易近人且喜爱搞怪。爱好:打邦哥鼓、破译玛雅文明的象形文字、研究如何撬开保险柜的锁及逛脱衣舞厅。搜罗了不少好玩的故事,整理成了自传《别闹了,费曼先生!》。该书后来成为畅销大众读物。费曼先生用自己的原创精神和对科学浓厚的兴趣鼓励着后辈不断前进。是伟人,也是园丁。

他生来具有十分可爱的品格和个性,不仅是极其卓越的理论家,而且是才华横溢的教师,并以极为罕见的天赋和热情进行物理教学。通过他那著名的《物理学讲演录》,来向世界展示一位顶尖科学大师的思维方式;正是他鼓励了好几代大学生从一种全新的角度去重新思考物理学,从某种角度可以说,所有的现代物理学家都是费曼的学生。——《现代物理知识》第17卷第3期,“理查德费曼——现代史上最具原创性的科学大师之一”