人物生平
早年生活
1918年5月11日,費曼出生於
美國紐約,
父親是麥爾維爾·阿瑟·費曼,母親是露茜爾·菲利浦,他父母都是猶太人,他的妹妹瓊,比他小9歲,兩個人的關係非常親密,瓊後來也成了一名物理學家。費曼在長島南岸的法羅克維長大。
雖然麥爾維爾和露茜爾都是猶太人,但是他們對孩子的教育卻沒有狹隘偏執的宗教觀念。當兒子還坐著幼兒專用的高椅子時,麥爾維爾就買了一套浴室用的白色和藍色瓷磚。他用各種方法來擺放它們,教理察認識形狀和簡單的算術原理。當孩子長大一點時,麥爾維爾就帶他去博物館,並且給他讀《不列顛
百科全書》,然後用自己的語言耐心地解釋。後來費曼愉快地回憶道:“沒有壓力,只有可愛的、有趣的討論。”
麥爾維爾教會了理蒂(小理察的暱稱)怎樣思考。他讓理蒂構想他遇見了火星人,火星人肯定要問很多關於地球的問題。比如說,為什麼人在夜裡睡覺呢?理蒂怎么回答這個問題呢?這種培養和教導是很有好處的。年輕的理察很快就開始自己讀《不列顛百科全書》了,他對上面的科學和數學文章尤其感興趣。他從閣樓上找到一本舊課本,於是就照著課本自學起幾何。儘管理察是一個智力早熟的少年,但是他卻覺得人文科學枯燥無味,他對歷史和文學毫無興趣。他認為英語的拼寫太缺乏邏輯性,所以他即使到了成年以後也不擅長拼寫。
父親對他早年的訓練對費曼的教學生涯來說是無價之寶。最重要的是,麥爾維爾在他身上灌注了一種對於大自然的美的讚嘆和欣賞,並使他產生了與他人分享這種感受的灼人的欲望。
求學生涯
1939年本科畢業,畢業論文發表在《物理評論》(Phys.Rev.)上,內有一個後來以他的名字命名的
量子力學公式。
1939年9月在
普林斯頓大學當惠勒(J.Wheeler)的研究生,致力於研究量子力學的疑難問題:發散困難。
職業生涯
1942年,24歲的費曼加入美國核子彈研究項目小組,參與研製核子彈的秘密項目“曼哈頓計畫”。
1945年7月16日5時30分,美國製造的世界上第一顆試驗性核子彈在美國新墨西哥沙漠爆炸。同年8月9日,費曼在寫給母親的信中,描述了他在爆炸現場看到的景象:“核子彈被安裝在阿拉莫可德沙漠中心一座100英尺高的鋼塔上,天氣看起來不太好。大家都分到了防光輻射的眼鏡。然後,大家都坐下來,邊吃東西邊等待。
“凌晨5時,每個人都把表調好,並圍在
收音機旁。當收音機里開始倒數3分鐘時,人們分散開來,找有利觀看的地點,並紛紛拿出防光輻射的眼睛戴上,有人甚至開始塗抹防曬油。
“我要一個完全立體的經歷,因此我決定不戴眼鏡直接觀看爆炸過程。我繞到了武器載運器的擋風玻璃後面——如果有紫外線輻射的話不會傷到我的眼睛。一個聲音說:‘15秒後開始。’
“一道可怕的銀白色的強光晃了我的眼睛,無論看哪兒視野里都有紫色的斑點出現,我的理智告訴我:這是看過強光後產生的殘留影像,並非看到了爆炸。轉回頭看到,核子彈所在的地方,一個明亮的橙色大火球開始上升……”
1943年進入洛斯阿拉莫斯國家實驗室,參加了
曼哈頓計畫。理察·費曼是曼哈頓計畫天才小組成員之一,該研究小組負責研製
核子彈。在第二次世界大戰期間費曼被招募作為普林斯頓大學的美國核子彈項目職員(他)然後在洛斯阿拉莫斯新的秘密實驗室,
新墨西哥(1943-1945)。在
洛斯阿拉莫斯國家實驗室,他成為曼哈頓項目在理論上的小組長。
1945年6月16日,費曼的第一個
妻子艾琳·格林鮑姆去世。同年費曼開始在
康奈爾大學任教。
1946年10月,父親
麥爾維爾在一次中風后去世,使費曼變得憂鬱。
1949年,費曼發表了“正電子理論”和“
量子電動力學的空時探討”,就電子與光子的相互作用給出了相應的費曼圖和費曼
規則。
1951年轉入
加州理工學院。在加州理工學院期間,費曼因其幽默生動、不拘一格的講課風格深受學生歡迎。加州理工學院把他的一系列講座收集在一起,出版了《
費曼物理學講義》,費曼被稱做“老師的老師”。
1961年9月至1963年5月在加州理工學院講授大學初等物理課程,錄音在同事幫助下整理編輯為《費曼物理學講義》。
1968年提出費曼強子結構模型。
1972年獲得奧斯特教育獎章。
晚年,費曼努力地做好他的前妻艾琳認為重要的事情。他開始繪畫,並畫出了很好的素描和油畫作品。
1986年,
挑戰者號太空梭失事後,費曼受委託調查失事原因。費曼做了著名的O型環演示實驗,只用一杯冰水和一隻橡皮環,就在國會向公眾揭示了挑戰者失事的根本原因——低溫下橡膠失去彈性。
在生命即將結束的時候,費曼患了好幾種罕見的癌症,他的腎也幾乎衰竭。
1988年2月15日,費曼因腹膜癌在加州洛杉磯逝世,終年69歲。
個人生活
一生摯愛
1941年,費曼與艾琳·格林鮑姆結婚。
理察·費曼和艾琳·格林鮑姆從高中開始相戀,在理察離開家鄉去上大學的時候,兩人互相傾訴,彼此眷戀。約會了六年以後,他們正式訂了婚。儘管兩人的志趣不同,他們卻共同擁有一種天性的幽默。經過多年的交往,理察和艾琳彼此深深地相愛。當理察去普林斯頓大學學習深造時,兩地分離使兩人的深情牽掛。在這段時間,艾琳發現自己頸部有一個腫塊,並且持續疲憊和低燒幾個月,被診斷為結核病。理察得知檢查結果後,認為自己應該跟她結婚以便很好地照顧她。可是他的父母卻反對他結婚,因為他們害怕理察也傳染上結核。他們建議他撕毀婚約,但費曼拒絕這樣做。
於是,就在理察獲得博士學位後不久,他設法讓普林斯頓大學附近的一所慈善醫院同意接收艾琳。他在轎車裡擺了一張床,讓艾琳躺在上面,帶她去醫院。1942年6月29日,在去醫院的路上,一位治安官員主持了他們的結婚儀式。儘管這時理察已經在忙於曼哈頓計畫的研究工作,他還是盡心竭力地照顧艾琳。從他們結婚那天直到阿琳去世,她一直在醫院裡臥床休養。
1943年春天,普林斯頓大學的科學家們被轉移到洛斯阿拉莫斯的實驗室,理察非常不放心艾琳。項目主持人羅伯特·奧本海默在洛斯阿拉莫斯以北60英里的阿布奎基找了一所醫院,讓艾琳住在那裡,這樣她的丈夫就可以安心工作。每個周末,理察都驅車趕到那裡,與阿琳待在一起。一周當中的其他日子,一對年輕夫婦就互相寫信。在這種奇特而充滿悲劇色彩的情況下,兩個人也從來沒有失去過機智和幽默。為了避過安全人員的檢查,他們為自己的書信設計了一套特殊的密碼。
一封封情書如一條條細流,滋潤著兩個年輕人的心。在一封信中,費曼深情地寫道:“親愛的,你就像是溪流,而我是水庫,如果沒有你,我就會像遇到你之前那樣,空虛而軟弱。而我願意用你賜予我的片刻力量,在你低潮的時候給你撫慰。”
隨著第二次世界大戰進入白熱化,費曼的工作壓力越來越大,每次看到丈夫那瘦削的臉龐,艾琳都會心疼地問:“親愛的,能不能告訴我,你到底在做什麼工作?”每次,費曼總是一笑:“對不起,我不能。”
離試爆越來越近了,艾琳的病情卻在逐步地惡化。
1945年6月16日,她永遠地閉上了眼睛,那時他們結婚才三年,離第一次核爆炸只有一個月了。彌留之際,她用微弱的聲音對費曼說:“親愛的,可以告訴我那個秘密了嗎?”費曼咬了咬牙:“對不起,我不能。”
理察陪她度過了生命的最後一刻,可是他很麻木,仿佛失去了知覺。他對自己的“麻木”感到很吃驚。幾個星期以後,當他路過一家商店的時候,看到了一件連衣裙,他想要是艾琳穿上一定很美。眼前浮現艾琳教他欣賞藝術和傾聽音樂的身影,這時他才突然悲從中來,他失聲痛哭,無法自抑。
1945年7月16日清晨,一處秘密試驗基地,費曼和同事正神情緊張地守候在那裡。5時29分45秒,一道強光穿透了黑暗,然後,光滅了一會兒,接下來,一片由煙霧和爆炸碎片構成的黑雲沖天而起,漸漸地形成了蘑菇雲……
“親愛的,現在我可以告訴你這個秘密了……”費曼喃喃自語道,這時,他才意識到,艾琳已不在人世,淚水奪眶而出。
半個月後,在日本的廣島和長崎,再一次升起了蘑菇雲,第二次世界大戰也隨之結束。但費曼並沒有興奮,相反卻陷入了深深的憂鬱。為了擺脫這可怕的憂鬱,他開始學會欣賞音樂,甚至還學會了繪畫。這一切,都是阿琳對他的“要求”。
不聽音樂不畫畫的時候,他就給阿琳寫信,像以前那樣,用只有他們倆才看得懂的文字。和以前不同的是,每次寫完信,他都不忘在信的結尾加上一句:“親愛的,請原諒我沒有寄出這封信,因為我不知道你的新址。”
時光消逝,慢慢地,費曼從憂鬱中解脫出來,並開始以更大的激情投入工作。
1965年,他因在量子電動力學方面做出的卓越貢獻,獲得諾貝爾物理學獎。在接受採訪時,費曼說:“我要感謝我的妻子……在我心中,物理不是最重要的,愛才是!愛就像溪流、清涼、透亮……”
1960年再婚,1962年兒子出世,1968年收養女兒米歇爾·費曼。
主要成就
個人著作
1.《
費曼物理學講義》根據費曼在1961年9月至1963年5月在加利福尼亞工學院講課錄音整理編輯的《費曼講物理》為該書的摘抄版。
2.《
物理定律的本性》(The Character of Physical Law)
3.《
量子電動力學》(Q.E.D.: The Strange Theory of Light and Matter)
4.《你管別人怎么想》(What Do You Care What Other People Think?)
5.《費曼統計力學講義》 ISBN 0-8053-2509-3
6.《
這個不科學的年代》(The Meaning of It All: Thought of a Citizen Scientist!)
7.《基本粒子和物理學法則》:1986年Dirac回憶講義
9.《基本過程理論》:ISBN 0-8053-2507-7
10.《量子力學和路徑積分》(with Albert Hibbs): ISBN 0-07-020650-3
11.《引力學講義》:1995年 ISBN 0-201-62734-5
12.《計算講義》:ISBN 0-201-48991-0
13.《費曼最後的講座: 太陽的行星》:ISBN 0-09-973621-7
14.The Feynman Processor : Quantum Entanglement 和計算革命 ISBN 0-7382-0173-1
15.《費曼物理學訣竅》(Feynman's Tips On Physics)》:中文/原文書的ISBN:978-986-417-998-5 / 0-8053-9063-4
傳記作品
《別鬧了,費曼先生》(Surely You're Joking,MR.Feynman!)
《發現的樂趣》(The pleasure of finding things out : the best short works of Richard P.Feynman)
《費曼傳》(James Gleick)
《費曼的彩虹頻道》(Leonard Mlodinow)ISBN 0-446-69251-4
《費曼手札:不休止的鼓聲 》 Michelle Feynman ( ISBN 0-7382-0636-9, 2005年4月)
論文
QED和創造它的人:戴森,費曼,施溫格,朝永振一郎 (普林斯頓物理學系列) (Silvan S. Schweber)
量子電動力學被選論文 (費米, Jordan,海森堡,戴森, Weisskopf, Lamb,迪拉克,歐本海默, Retherford,泡利, Bethe, Bloch, Klein,施溫格, Tomonaga,費曼, Wigner等) (Julian Schwinger (編輯))
The Beat of a Different Drum: The Life and Science of Richard Feynman (by Jagdish Mehra)
《量子力學中的一個最小作用量原理》(即1948年在《現代物理學評論》月刊上發表的《量子力學的路徑積分方法》)
音頻作品
費曼6堂相對論
費曼物理學講義 完整錄音
量子力學 第一卷
高等量子力學 第二卷
《從晶體結構到磁》第三卷
電磁性能 第四卷
費曼物理學講義:能量和運動 第五卷
費曼物理學講義: 動力學和熱 第六卷
費曼講義: Science and Vision 第七卷
費曼講義:引力 相對論和電磁 第八卷
經典物理學基本概念 第九卷
量子物理學基本概念 第十卷
BBC:The Fantastic Mr. Feynman
公眾講演
微小的機器(Tiny Machines)——費曼說納米(
加州理工大學)
學術思想
費曼的學術思想伴隨他工作生活的每個思維觸角,觸及的深度和廣度極為遙遠,從“曼哈頓計畫”,妻子阿林的去世,加州理工學院的教學中得以呈現。
教學科研
費曼主張在物理學習和研究中大膽探索和創新;物理教學中要理論聯繫實際;物理教學目標的多維度.熱愛學生,熱愛教學;轉變教育教學觀念,追求教育教學的創新性;追求科學原創,強調理論聯繫實際;正確地探究自然的方法;依據這種方法所獲取的知識,增加了做新事情的能力。費曼總結了學習物理學的五個理由:第一是學會測量和計算,及其在各方面的套用(培養工程師);第二是培養科學家,不僅致力於工業的發展,而且貢獻於人類知識的進步;第三是認識自然的美妙,感受世界的穩定和實在;第四是學習由未知到已知的、科學的求知方法;第五是通過嘗試和糾錯,學會有普遍意義的自由探索的創造精神。
費曼曾說,教師講不懂別人,是自己沒有真懂;費曼往往在審視學生提出的問題中萌生新思想,思考許多新問題。費曼的教學充滿活力和激情。他說:“教學和學生使我的生命得以延續。如果有人給我創造一個很好的環境,但是我不能教學的話,那我永遠不會接受,永遠不會。”費曼也相信,人們記住他首先是因為他的教學工作。加州理工學院把他的一系列講座收集在一起,出版了《
費曼講物理》(即《費曼物理講義》)。
他對這個領域的主要貢獻是全面發展了將
量子理論套用到當代前沿研究領域所使用的獨特的方法,並且由此對這個領域的當代圖景產生重大的影響。費曼
路徑積分、
費曼圖和費曼規則都屬於現代理論物理學家所用的非常基本的工具之列,這些工具是將
量子理論的規則套用到各個具體領域如電子、質子和光子的量子理論時所必需的,它們構成了使量子規則與愛因斯坦的狹義
相對論的要求相一致的處理方法的基本要素。儘管這些概念沒有一個是輕易就搞得懂的。費曼量子力學路徑積分方法一種“歷史累加”的方法,意義重大。傳統的量子力學有兩種形式,一種是
薛丁格的基於波的形式,另一種是
海森堡的基於粒子的形式,而費曼找到了量子力學的第三種形式——基於作用量的路徑積分形式。路徑積分的思想能夠對事情的行為給出一種物理直覺,提供一個鮮明的智力圖像。這種形式不但能得出與另兩種形式相同的答案,而且它對經典力學同樣有效,使人能夠看出經典力學與量子力學之間清晰的連線,意味著在更高的層次上二者其實是統一的世界觀中的一部分。
美學藝術
理察·費曼作為一名物理學家在全世界享有盛名。晚年,理察先生沉醉於繪畫的線條與結構,他覺得他對於藝術的熱愛是和物理是有密切聯繫的——兩者都是在表達自然世界的美妙與複雜。他通過畫筆表達對於自然之美的情感。他認為世界中所有的事物看起來都是那么的不同,但是它們卻驚人地有著相同的組織,遵守著通用的規律。物理是一種欣賞自然之美的數學,認識到原子之間複雜的結構和運動方式,這是何等精彩壯觀的感覺。這是一種敬畏之情——對於科學的敬畏。他覺得通過繪畫,人們也同樣可以體會這種感受。並可以告訴別人:請在此刻,感受宇宙輝煌的美妙。
社會貢獻
科學貢獻
費曼於40年代發展了用
路徑積分表達量子振幅的方法,並於1948年提出量子電動力學新的理論形式、計算方法和重正化方法,從而避免了
量子電動力學中的發散困難。量子場論中的“費曼振幅”、“
費曼傳播子”、“
費曼規則”等均以他的姓氏命名。
費曼圖表是費曼在四十年代末首先提出,用於表述場與場間的相互作用,可以簡明扼要地體現出過程的本質,至今還是物理學中對
電磁相互作用的基本表述形式被廣泛套用。它改變了把物理過程概念化和數學化的處理方式。費曼總是以自己獨特的方式來研究物理學。他不受已有的
薛丁格的
波函式和
海森堡的
矩陣這兩種方法的限制,獨立地提出用躍遷振幅的空間-時間描述來處理幾率問題。他以幾率振幅疊加的基本假設為出發點,運用作用量的表達形式,對從一個空間-時間點到另一個空間-時間點的所有可能路徑的振幅求和。這一方法簡單明了,成了第三種量子力學的表述法。 1968年費曼根據電子深度非彈性散射實驗和布約肯(J.D.Bjorken)的標度無關性提出高能碰撞中的強子結構模型。這種模型認為
強子是由許多點粒子構成,這些點粒子就叫
部分子(parton)。部分子模型在解釋高能實驗現象上比較成功,它能較好地描述有關輕子對核子的深度非彈性散射、
電子對湮滅、
強子以及高能強子散射等高能過程,並在說明這些過程中逐步豐富了強子結構的物理圖像。
除了量子電動力學方面的卓越貢獻,費曼還建立了解決液態氦超流體現象的數學理論。他和
默里·蓋爾曼在弱相互作用領域,比如
β衰變方面,做了一些奠基性工作。費曼通過提出高能質子碰撞過程的層子模型,在夸克理論的發展中,起了重要作用。
教育貢獻
費曼有一種特殊能力,就是能把複雜的觀點,用簡單的語言把它表述出來,這使得他成為一位碩果纍纍的教育家。在獲得的諸多獎項中他自豪的是1972年獲得的奧爾斯特教育獎章。
1962年出版的《
費曼物理學講義》被《
科學美國人》這樣讚譽:“儘管這套教材深奧難懂,但是它的內容豐富而且富有啟發性。在它出版25年後,它已經成為講師、教授和低年級優秀學生的學習指南。”費曼自己則在前言中寫道:“我講授的主要目的,不是幫助你們應付考試,也不是幫你們為工業或國防服務。我最希望做到的是,讓你們欣賞這奇妙的世界以及物理學觀察它的方法”。
為了促進普通公眾對物理學的理解,費曼撰寫了《物理定律的特徵》和《量子電動力學:光和物質的奇特理論》等。同時發表了許多高深的專業論文和著作,這些成為研究者和學生的經典文獻和教科書。
20世紀60年代,費曼還在加州課程設計委員會上,為反對教科書的平庸,作出了努力。
人物軼事
費曼講座:透視巴西教育
1949年-1952年,費曼應邀在巴西進行了斷斷續續的十個月時間的教學,年終他應邀做一次講演,來評述巴西的教育。其實費曼的巴西之行受到美國政府某個計畫的贊助,他到巴西里約大學教授學生們電磁學方面的高級課程。由此他發現了兩個奇怪的現象:
一是學生們從不提問。二是面對同一個問題,有時學生馬上答得出,有時卻又一片茫然,完全不知所云。
費曼發現,巴西的學生上課時唯一要做的就是坐在那裡,把教授講的每個字記下來,確保沒有寫錯用以應付考試。但除了背下來的東西外,他們什麼也不會。
在學年終了的時候,費曼應邀到巴西科學院做了一次令巴西教育界深受震動的演講---談巴西的教學經驗。聽眾將不只是學生,很多教授、政府官員都跑來聽講,費曼先要求他們答應自己暢所欲言。 他們說:“沒問題,這是個自由國家。”
他坦率地告訴
巴西人,他看到的令人震驚的事實:那么多小學生在書店裡購買物理書,那么多巴西小孩在學物理,比美國小孩更早起步,可是整個巴西卻找不出幾個物理學家——為什麼會這樣?那么多孩子如此用功,卻都是無用功!
費曼舉起一本公認寫得非常好的大一物理教科書,“在這本書里,從頭到尾都沒有提及實驗結果。隨便把書翻開,指到那一行,我都可以證明書里包含的不是科學,而只是生吞活剝的背誦而已。”
最後費曼說:實在看不出在這種一再重複下去的體制中,誰能受到任何教育。大家都努力考試,然後教下一代如何考試,大家什麼都不懂。“不過,”我說:“我一定是搞錯了。在我教的班裡有兩個學生表現很好,另外有一位我認識的物理學家也是在巴西受教育的。因此,看來雖然制度很爛,有些人還是有辦法成功的。”
在費曼教授結束演講之後,巴西教育部長站起來痛心疾首地說:“費曼先生剛剛說的全是些讓我們坐立難安的事情,但看起來他是真心熱愛科學,而且他的批評也很具誠意。因此,我覺得我們應該聽他的。來這裡之前,我早已知道我們的教育體制有病;但我現在才發現我們患了癌!”——說完隨後坐下。
事後,讓費曼愜意的是,費曼用葡語講稿,卻發現所有人都在用英語發言。輪到費曼的時候,他說自己不了解巴西科學院的官方語言是英語,我只能用葡語演講。緊接著,後來的人都開始用葡語演講。費曼得意地說:“我居然一舉改變了巴西科學院做演講的語言傳統。”
由於費曼的巴西之行受到美國政府某個計畫的贊助,因此美國外交部要費曼把巴西經驗寫篇報告,費曼就把巴西演講內容寫出來。後來費曼透過一些渠道,知道外交部有些人的反應是:“送費曼這樣天真的人去巴西是多么的危險。這個笨蛋只會給我們添麻煩,他根本不了解其中的問題。“
恰恰相反,外交部這位仁兄才真夠天真:就因為他看到大學裡開了一大堆課、也有種種說明,就以為看到了真相!
社會評價
弗里曼·戴森:“半是天才,半是滑稽演員。”後來,當
戴森對費曼非常了解之後,他把原來的評價修改為:“完全是天才,完全是
滑稽演員。”;“費曼不用系統的數學,而以他自己的方式實際上“重新發明了差不多整套的
物理學”。
費曼學生:“正如他喜歡談論的原子微粒一樣總是處於動態之中,像個舞蹈演員,昂首挺胸地走來走去,雙手畫出複雜而優美的弧線。”
紐約時報:"the impossible combination of theoretical physicist barker, all body motion and sound affect."
漢斯·貝特:世界上有兩種天才:“普通的天才完成偉大的工作,但讓其他的科學家覺得,如果自己努力的話,那樣的工作他們也能完成;另一種天才則像表演魔術一般。而後一種天才,就是費曼。”;“模仿
布魯克林口音和作派”來故意“掩蓋他那其實很脆弱的靈魂。”;“費曼憂鬱的時候也比任何其他人
興高采烈的時候還要高興。”
玻爾:“費曼自信且正直,不畏懼權威,這是唯一一個不怕我,敢於指出我的錯誤的人。”
奧本海默:“他是這裡最才華橫溢的年輕物理學家,他有著非常吸引人的性格與個性,他是一個優秀的教師,對物理學的各個方面都有著熱烈的感情。”
萊頓(費曼好友):”費曼個性鮮明、特立獨行,思想如天馬行空,喜歡自辟蹊徑,且從不固執,求知慾極強,主張做自己的思想
領袖增強自我辨析能力。“
威廉·福勒:“你只要告訴他一些線索,他就能在思想和圖解上產生飛躍,他是非常有益於人和給人以激勵的人,他對每件事都有興趣,真正的非同小可。”
古德斯坦:“費曼的科學貢獻既不平凡而又意義深遠,它們與其他人的貢獻沒有相似之處,他用他的人格和觀點來影響科學世界;他重新系統地闡述了量子力學,而實際上是重新發明了它。而且他是以一種如今仍在整個理論物理的每一領域廣為套用的形式提供給我們的。”
後世紀念
1988年2月16日,費曼去世後的第二天,學生們在加州理工學院10層高的圖書館頂樓掛起一條橫幅,上面寫著:“我們愛你,迪克”。