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一本物理学家写的20世纪后半叶物理学界传奇人物理查德·费曼的传记。难得。 理查德·费曼是美国物理学家，诺奖得主，主要贡献是创立量子电动力学，1988年去世。 此人之有趣，甚于爱因斯坦。他还是个作家、画家，可以弄开各种类型的保险箱。他更擅长物理教学，以最有趣的方式进行科普，比如用冰水和夹子解释航天飞机的原理，因此被称为科学顽童。此人是典型的美式教育下，从普通小镇青年成长为启发了一个诺奖，拿到一个诺奖的学者，以好玩和明星的方式走进了普通人群中。 时至今日，学界对他的评价都是神奇、逗和创造力。 此书的专业性很强，并非一般意义上的科普，属于硬科学传记，部头不大，为了看明白，我还得查阅一些相关资料，才能得到科普化的解释。 科学教会人们，事物是如何被理解的，什么是未知的，我们对已知事物的了解达到了何种程度（事实上，我们不可能知道全部），如何对待疑惑和不确定性，我们的证据依赖怎样的法则，如何思考并作出正确的判断，如何透过骗术与表象来看清事实。 大概是在二十多年前，买了一套费曼物理学讲义，至今这套讲义还在书橱里。之所以感兴趣，是因为费曼是在用物理学角度欣赏这个世界，是在解读一种文化。 费曼本人的成长经历，也是一个完美学人之能成型，并影响人类科学史进程的最佳状态诠释——那种教育和成长的环境，毫无学业压力的童年，总是鼓励他用另类眼光看待世界的父亲。 一个在制服公司工作的普通工人父亲，就懂得引导儿子区分事物的名词和真正的知识——要通过观察事物的运动和行动，而不仅仅是名字，来了解一个事物的性质。 比如，小费曼看到装球的小车被推动时，小球会向后滚，小车被拦住，小球又向前滚。他的父亲并不是告诉他这叫“惯性”就算了，而是告诉他，继续观察其他的事物类似情况，会发现，运动中的物体总有保持既有运动趋势的性质。 这可不是普通的知识灌输，这就是在培养好奇心和研究角度。他父亲并不是教师，也不是学者，而是普通的美国人，一个天性厌恶权威，总是从质疑开始，强调独立思考和独立意识的美国工人。 我们今天说的教育和科技的差距，从这里可以管窥一斑。 他几乎就是在自由自在成长的过程中，一点点地从天性中发掘出来了兴趣，然后也是在没有任何强制、竞赛和灌输的条件下，进入到了科学殿堂。这一切，与在农场里长大，靠自己动手做玩具走出来的克劳德·香农有着异曲同工之妙。 氛围、环境。 正因为总倾向于自己寻求答案，而不是接受答案，费曼早在高中年代，就在自学高等数学之后，尝试用自己的方式来重塑所有学过的知识。 找到答案背后的过程，这是费曼的习惯，他用记事本把微分求导值的分析过程，正弦值和余弦值的计算过程都自己写了出来——联想到当初在本科学习微积分时，我们只是靠记忆来记微分求导表格的方式来学习。 他的方法是不知疲倦地从不同角度，从零开始解决已有正确答案的问题。 到麻省理工之后，他本来想学数学，不过又觉得数学太理论，于是就转向电气工程，接着又觉得工程太现实，唯独物理学，几乎是在应用和理论之间最佳的平衡点上，就转向了物理。 激发他核心思维方式的是一名叫巴德的高中物理教师，某天他把费曼叫去，说觉得费曼看起来挺无聊，就告诉他一些有趣的东西——其实就是开小灶——告诉了他最小作用量原理，用这个很简单的原理，可以解释很复杂的事情——物体运动的轨迹是怎么来的。 最小作用量原理，举例说，一块在高处的石头下落，我们说，在任一一个点上，石头都具有两种能量——其一是动能，这是速度和质量造成的，其二是势能，是隐而未发的能量，与物体的位置有关。 如果石头下落有很多可能的轨迹的话，那么把任意轨迹上任意点的石头，所具备的势能与动能的差值都累加起来，那条轨迹上这个累加差值最小，那么石头就会按照这个轨迹运动。 奇妙吧。 奇妙的不是石头怎么运动，而是这种用现象来解释现象，用运动来解释运动的方式——我不去追寻到底是什么本质性的原因，我只是用现象来解释，推导出定律。
最小作用量这个定律，来源于伟大的拉格朗日，就是那个对拿破仑说，我不需要上帝这个假设的那个牛人。拉格朗日也是这么重新解读牛顿定律的，他不管什么引力作用和物体运动状态，他只注意“拉格朗日量”，也就是最小作用量，找到这个作用量，那么使作用量最小的那条路径，就必然是物体运动的路径。 拉格朗日用这个定律计算出了著名的拉格朗日点，也就是各种引力作用下，差值最小可以抵消太阳引力的点，今天我们的卫星都在这个点上运动。 拉格朗日从来不管引力是什么，从哪里来，怎么作用的，他只看现象和规律。 而拉格朗日这个思路，其实还有一个四百年前的来源——也就是敝号随笔过的《费马大定理》中的费马，他在解释光的折射现象时采用的方法。 光从一种介质进入到另一种介质时，会发生折射。从低密度的空气，进入到高密度的水中，光在水中会偏向进入点的垂直面，这就是折射现象。 先是斯涅耳总结出了折射的数学关系，高密度中的光总是会折向入射点的垂直面，在我们看来，就是向下偏折，所以我们叉鱼的时候总要比目标向下一点去叉。 接着就是大家开始解释为什么会这样。先是牛顿的光是粒子说，进入到高密度介质，光粒子会受更大的阻力，但无法很好地解释为什么恰好是这样的偏折；惠更斯采用波动理论，声波在变慢时会向内弯曲，比粒子说更好解释。 到了费马这里，觉得你们都太费事，哪有那么多猜想假设的，你去管光的本质干啥。费马认为，就是最短时间原理——光总是沿着传播所需要的最短时间那个路径行进。 在高密度介质中，光的速度变慢，所以就要寻找比在低密度介质中更容易穿透介质的路径——那当然是越垂直越快啊！两点之间直线最短嘛。 这就是伟大的费马。 费马的最短时间，就是拉格朗日的最小作用量。 巴德的启发，几乎奠定了费曼一生研究的基石思路——最小作用量累加，路径累加。 也让费曼看到了，同一件事，真是可以有不同的理论和模型去解释，一方面，可供解释的理论和模型越多，说明这件事越简单；另一方面，不同的理论和模型中，一定是简洁者取胜。 就像很多擅长数学的人刚进入物理学领域一样，费曼也同样喜欢仅从数学理论出发来构建物理模型——这样当然省力，只要思考就可以了。他在大二的时候，花费巨大精力和时间，把薛定谔波动力学方程，与广义相对论结合起来，形成了一个新的方程，用于解释氢原子的电子能级。结果模型预测结果与实验完全不符。 他再回过头来查阅文献，才发现他得出的新方程，其实前人早已研究过，就是克莱因·戈登方程，而且已经被证明是个失败的猜想。至此，费曼才慢慢懂得，物理学研究与数学思维的差异性，理论需要预测出可检验的结论，然后接受实验的检测。 因此，费曼在大三开始，选修了冶炼和实验课程，专门加强自己的设计能力和动手能力——到了最高深和生僻的领域，很多实验器具是需要学者们自己设计和制造的。 麻省理工大学的环境之强悍也体现了出来，像他这样出色和主动求学的学生，不需要任何花费和申请，就能被教授们邀请到自己的私人学术团体和实验室，参加最顶尖的课题研究，与最聪明的合作伙伴一起研讨。 最可怕的地方在于，即便是在麻省理工这样的顶尖研究机构，也有一个不成文的传统——教授们从来不赞同最优秀的学生一直留在麻省理工，他们都会给这些学生找到其他的研究机构去延续相关研究——既可以打破麻省理工圈子造成的局限性，也可以让他们去获取其他地方不同的思路和做法。 1939年，费曼从本科毕业之后，去了普林斯顿大学。假期里，他代表麻省理工本科生参加了帕特南数学竞赛。这是一个难度最高的面向本科生的全国数学赛事，从来没有人能解出所有的题。费曼却拿到了惊人的高分，这个分数意味着，大四毕业的费曼已经具备了世界一流数学家的能力。 费曼在普林斯顿跟随的导师是一位年轻的助理教授约翰·惠勒，此人就是个粒子物理学界的狂想者，几乎与费曼是一拍即合。 一个典型的例子就是，费曼开始他研究生生涯的第一个问题，就要解决带电粒子的作用力问题。这是一个非常基础的问题，如果这个问题得到解决，那么很有可能电磁理论中的场论就可以扔进故纸堆了——一切都是带电粒子的直接相互作用，而无须假设有“场”这么一种东西的存在。 不过费曼当时遇到的问题是带电粒子相互作用非常复杂，而且如何存在一定距离的话，作用力相互之间还会有时间上的延迟性——电磁作用几乎都是同时发生的，这无法解释。 当费曼告知惠勒这个问题之后，惠勒居然让他继续延续这个思路计算下去，看会有什么结果，如果有必要，惠勒提出，你干脆假设存在一个反向时间的作用，即作用力的施加和反馈都是同时发生，而不是先后顺序。——这是违背因果律的假设，但惠勒就这么干，当他看到费曼有一个新颖的想法，他就会建议去除掉既有的存在矛盾的其他假设和定律的约束，先试试看。 为了鼓励费曼，惠勒申请让费曼参加普林斯顿的物理学研讨会。参加这个研讨会的人物太恐怖了——有当时刚拿了诺奖的维格纳，有不相容原理创始人诺奖得主泡利，有冯诺依曼，最重量级的，还有爱因斯坦本人。 一个二十出头的毛头小伙，刚提出了一个在后来被证明完全错误的理论，就有机会拿到全世界Top5的牛人面前展示，这也只有在美国，只有在普林斯顿大学才能实现吧。 |
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