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彩吧论谈不做世界的观光客,而是科教的探险者——诺贝尓物理奖得主理查德·费曼的精彩人生,10大成就和23条智慧语录-大脑早操

不做世界的观光客,而是科教的探险者——诺贝尓物理奖得主理查德·费曼的精彩人生,10大成就和23条智慧语录-大脑早操



世界上有两种天才:普通的天才完成伟大的工作,但让其他的科学家觉得,如果自己努力的话,那样的工作他们也能完成;另一种天才则像表演魔术一般。而后一种天才,就是费曼。
——美国物理学家汉斯·贝特
有的人活着,他已经死了,有的人死了医道仕途,他还活着。理查德·费曼(Richard Phillips Feynman,1918-1988)无疑属于后者。在物理学界,费曼是个传奇。提起他,人们会想到诺贝尔奖、曼哈顿计划、《费曼物理学讲义》、费曼图, 想起那个神采飞扬、风流倜傥的科学家。
今年是美国物理学家、诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼诞辰一百周年。冯天魁对于费曼,人们崇拜他作为一名物理学家在科学领域所取得的非凡成就,更钦佩其作为一名物理教师所具有的独特魅力,这也是学生在他去世后以“我们爱你,迪克!”来追悼他的主要原因。在所有被诺贝尔奖光环环绕的科学家中,费曼始终放射着独特的光辉奎蛇,吸引着人们的眼球。无论是科研、教学,还是人格魅力,都是那么灼灼生辉... ...

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1918年5月11日,费曼出生于美国纽约皇后区小镇的一个俄罗斯移民犹太裔家庭。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。

费曼和妹妹Source:Google
1935年费曼进入麻省理工学院(MIT),先学数学,后学物理。
1939年费曼本科毕业,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。
1941年,费曼与阿琳·格林鲍姆结婚。理查德·费曼和阿琳·格林鲍姆从高中开始相恋,在理查德离开家乡去上大学的时候拉非特,两人互相倾诉,彼此眷恋。约会了六年以后,他们正式订了婚。尽管两人的志趣不同蔡宜达,他们却共同拥有一种天性的幽默。经过多年的交往,理查德和阿琳彼此深深地相爱。当理查德去普林斯顿大学学习深造时,由于两地分离使两人的深情牵挂。
在这段时间,阿琳发现自己颈部有一个肿块,并且持续疲惫和低烧几个月,被诊断为结核病。理查德得知检查结果后,认为自己应该跟她结婚以便很好地照顾她。可是他的父母却反对他结婚,因为他们害怕理查德也传染上结核。他们建议他撕毁婚约,但费曼拒绝这样做。

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1942年6月费曼获得普林斯顿大学理论物理学博士学位。
1943年费曼进入洛斯阿拉莫斯国家实验室,参加了曼哈顿计划。理查德·费曼是曼哈顿计划天才小组成员之一,该研究小组负责研制原子弹。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。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,费曼的第一任妻子阿琳·格林鲍姆去世。他们结婚才三年,费曼陪她度过了生命的最后一刻,可是他很麻木,仿佛失去了知觉。他对自己的“麻木”感到很吃惊。几个星期以后,当他路过一家商店的时候,看到了一件连衣裙,他想要是阿琳穿上一定很美。眼前浮现阿琳教他欣赏艺术和倾听音乐身影,这时他才突然悲从中来,他失声痛哭,无法自抑。
同年,费曼开始在康奈尔大学任教。
同年7月16日,费曼观看了世界第一颗原子弹在新墨西哥阿拉莫戈多爆炸。在8月9日,费曼写给母亲的信中,他描述了在爆炸现场看到的景象:
原子弹被安装在阿拉莫可德沙漠中心一座100英尺高的钢塔上,天气看起来不太好。大家都分到了防光辐射的眼镜。然后,大家都坐下来,边吃东西边等待。
凌晨5时,每个人都把表调好,并围在收音机旁。当收音机里开始倒数3分钟时凶男寡女,人们分散开来,找有利观看的地点,并纷纷拿出防光辐射的眼睛戴上,有人甚至开始涂抹防晒油。
我要一个完全立体的经历,因此我决定不戴眼镜直接观看爆炸过程。我绕到了武器载运器的挡风玻璃后面——如果有紫外线辐射的话不会伤到我的眼睛。一个声音说:‘15秒后开始。’
一道可怕的银白色的强光晃了我的眼睛,无论看哪儿视野里都有紫色的斑点出现,我的理智告诉我:这是看过强光后产生的残留影像武侠七公主,并非看到了爆炸。转回头看到,原子弹所在的地方,一个明亮的橙色大火球开始上升……
1946年10月,理查德·费曼的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年理查德·费曼转入加州理工学院。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。费曼有一种特殊能力,他能把复杂的观点用简单的语言表述出来。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"。

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1960年,理查德·费曼再婚。
1962年,费曼的儿子卡尔·费曼出世。
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年费曼提出强子结构模型。同年,收养女儿米歇尔·费曼。
1972年,费曼获得了奥尔斯特教育奖章恒生科技园。他自己认为,人们了解他不是因为他对物理学的贡献,而是因为他是一个教师。奥尔斯特教育奖章也是费曼众多获奖项目中,最令其引以为豪的。
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。费曼觉得他对于艺术的热爱是和物理是有密切联系的——两者都是在表达自然世界的美妙与复杂。

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1986年,费曼受委托调查挑战者号航天飞机失事事件, 在国会用一杯冰水和一只橡皮环证明出事根本原因——低温下橡胶失去弹性。

费曼演示冰水实验 Source:Google
在生命即将结束的时候,费曼患了好几种罕见的癌症,他的肾也几乎衰竭。1988年2月15日,费曼因腹膜癌在加州洛杉矶逝世,终年69岁。那天他从昏迷中醒来说:“死亡太烦人了,我可不愿死两次。”接着又陷入昏迷,这便是他的临终遗言。
热爱教书的他在美国加州理工学院上完一生中最后一节课后仅仅两周,终于未能战胜与之搏斗十年的癌症,永远地离开了他心爱的讲台。当天,加州理工学院的大学生们在学校十一层高的图书馆大楼上高高悬挂了一条横幅:“We Love YouDick”。

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物理学家费曼的10大成就
1.费曼物理学讲义(1965年)
费曼认为他对物理学最重要的贡献不是量子电动力学,或超流理论,或极化子,或部分子,他的首要贡献是三卷《费曼物理学讲义》。它们已被译成10种不同的语言,并且还有四种双语版。该书起因于20世纪60年代吴煜辉,美国大学物理教学改革试图解决的一个主要问题是:基础物理教学应尽可能反映近代物理的巨大成就。这三卷讲义中对许多问题的处理,反映了费曼自己以及其他在前沿研究领域工作的物理学家所惯常采用的分析方法。费曼在前言中写道:“我讲授的主要目的,不是帮助你们应付考试,也不是帮助你们为工业和国防服务。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。”全书根据费曼课堂讲授的录音整理编辑而成,因而保留了费曼生动活泼、引人入胜、论述精辟和富于启发的独特风格。
2.弱相互作用理论(1958年)
费曼受李政道和杨振宁于1956年发表的关于基本粒子弱相互作用宇称不守恒的工作启发,他与诺贝尔物理学奖获得者盖尔曼(M. Gell-Mann)合作,阐述了弱作用的“普适V-A理论”,这里V代表矢量,A代表轴矢量。提出了“矢量流守恒”的假设,中子衰变的矢量耦合常数与子衰变矢量耦合常数相等。费曼对他的这一成果非常得意,觉得:“这是我第一次发现一条新的定律。”
3.路径积分(1948年)
费曼在1947年春天对他的博士论文进行了整修,使之成为一种普遍性的理论。这篇发表在1948年《现代物理评论》上,题为“非相对论性量子力学的时间—空间方法”的总结性论文,第一次公开阐述他所创立的量子力学路径积分方法,即把从初始态到终末态的,所有在空间—时间中的可能路径所贡献的振幅,都叠加或者积分起来,以构成总振幅。当然,费曼实际上找到了建立量子力学的一种新方法,有别于海森伯(W.C. Heisenberg,1901-1976) 1925年建立的“矩阵力学”和薛定谔(E. Schrding,1887-1961) 1926年建立的“波动力学”,可为量子力学的第三种等价形式。
4.费曼图(1962年)
费曼发展了一种图形技术,能够大大地简化微扰计算的分析,这就是被普遍运用的“费曼图”。在这个图中,用顺时针时间方向的线段代表电子的运动,用逆时针方向的线段代表正电子,即电子的反粒子的运动。由于这是一种相对论性的理论,在图形中的每个节点的空时坐标,在计算中都要对整个空间时间积分蔷薇法则。因此,在对由一个图形代表的那项的全部积分中,就包括了所有各个节点的时间先后次序各不相同的贡献。这种方法不仅适用于量子电动力学,即电子与光子相互作用的理论,也适用于介子理论的微扰计算,或者说所有量子场论。
5.部分子模型(1968年)
早在上世纪60年代,费曼曾用直观图像来描述高能强子之间的相互作用,认为是通过强子内部的组成部分来完成的,他把这些组成部分称为部分子。1968年8月,费曼来到SLAC实验小组,人们向他展示电子与质子深度非弹性的反常结果,并告诉他用标度无关性做出的解释。费曼把质子看成是部分子(类点粒子)的复合体,把电子质子的深度非弹性散射看成是电子与部分子发生弹性散射。其实,费曼的部分子模型与盖尔曼的夸克模型有异曲同工,他们从不同角度用不同方法达到了相同结论,原来部分子和夸克是一回事。
6.超流问题(1957年)
液态氦在温度2.19 K以下,会发生完全无阻尼的流动,这种现象称为超流。费曼从1953年到1957年期间研究超流问题。他认为以往的理论不够完整,因此用路径积分和量子统计的方法从头计算。定性预言了在低温下先登死士,系统会从常流体到超流体的相变。
7.量子引力理论(1962年)
费曼从上世纪60年代致力于将广义相对论与量子论结合起来,他坚信引力波的存在。他的工作一方面用关于引力子的量子场论的方法重新给出了广义相对论的基本方程;另一方面则是进一步对于微扰计算中所涉及的某些关键圈图的发散性质进行讨论,对量子引力问题做了基础性的工作。特别是在1962年,费曼首次用路径积分处理了引力理论中的规范不变性。
8.辐射的相互作用理论(1945年)
费曼为了消除经典电磁场理论中电子自能无限大的困难,试图取消电磁场宣恩天气预报,但又要反映电磁作用的有限传播速度(光速),这是一种在时间上的“推迟”。他使用一半推迟解,一半超前解,并且假定所有的作用源都被一种完全的吸收体环绕着,辐射阻尼就可以看作是由吸收体的电荷以超前波形式对作用源的一种反作用。在费曼的这种电磁学理论中,既不出现电磁场贝托蒂嘉,也不出现电荷对自身的作用。这一工作的主要部分,是以费曼和惠勒联名的形式发表在1945年的《现代物理评论》。
9.“曼哈顿”计划(1945年)
费曼与理论物理学家贝特(H. A. Bethe, 1906-2005)合作,在核武器的早期阶段,推导出适用于任何质量范围的爆炸效率公式,它一直被使用的现在,被称为“贝特—费曼公式”。
10.多学科和社会贡献(1945年-1986年)
费曼对科学普及有着巨大的成就,他著有四本重要的学术著作:《量子电动力学》、《量子力学与路径积分》、《光子强子相互作用》、《统计力学》;编写了《物理定律的本性》、《爱开玩笑的科学家》、《你在乎别人怎么想?》、《费曼讲物理》、《费曼讲相对论》等科普著作。
天才费曼的24条智慧语录
1、我宁愿要无法回答的问题,也不要不能质疑的答案。
2、我一向认为一个人要有“你干嘛在乎别人怎么想”的态度,我们要听取别人的意见,加以考虑,但如果我们觉得他们的看法是错的,那就没什么好顾前怕后的。
3、我没有责任满足人们的期望。
4、科学家们成天经历的就是无知、疑惑、不确定,这种经历是及其重要的。当科学家不知道答案时,他是无知的;当他心中大概有了猜测时,他是不确定的;即便他满有把握时,他也会永远留下质疑的余地。承认自己的无知,留下质疑的余地,这两者对于任何发展都必不可少。
5、科学知识本身是一个具有不同层次可信度的集合体:有的根本不确定,有的比较确定,但没有什么是完全确定的。 科学家们对上述情形习以为常,他们自然地由于不确定而质疑,而且承认自己无知。但是我认为大多数人并不明白这一点。在历史上科学与专制权威进行了反复的斗争才渐渐赢得了我们质疑的自由。那是一场多么艰辛、旷日持久的战斗啊!它终于使我们可以提问、可以质疑、可以不确定。我们绝不应该忘记历史,以致丢失千辛万苦争来的自由。
6、我教这门课的主要目的不是替你们为应付某种考试作准备——甚至也不是为你参加工业部门或军事部门工作作准备。我积极希望告诉你怎样鉴赏这奇妙的世界以及物理学家看待这一世界的方式,我相信这是现代真正的文化的一个主要部分。
7、我们力图尽快证明自己错了,只有这样我们才能进步。
8、科学知识是一些确定性各异的说法——有的很不确定,有的几乎确定,但完全确定的一个也没有。
9、当世界变得更复杂时,它也就变得更有趣了。
10、随着研究的深入我们会发现科学表述的不是什么是对的或什么是不对的,科学表述的是不同程度的确定性。
11、科学的另一个价值是提供智慧与思辨的享爱。这种享受在一些人可以从阅读、学习、思考中得到,而在另一些人则要从真正的深入研究中方能满足。这种智慧思辨享受的重要性往往被人们忽视,特别是那些喋喋不休地教导我们科学家要承担社会责任的先生们。
12、我向来就偏科偏得厉害,早些年,我几乎把所有的精力都投入到学习自然学科上面。我没有时间,也没有耐心去学习所谓的人文学科,即便是大学里那些必修的课程。我尽量逃避学习这些课程,不愿在那上头花费精力数银在线。后来,我年岁大了一些,生活节奏没那么快了,我的兴趣也多了那么一点点。我学了画画,也开始阅读一些书。彩吧论谈但是总的来说,我还是偏科很厉害的一个人,我知道的东西很有限。我的智慧有限,我只把它用在一个特定的地方。
13、物理学就如同性爱一样,尽管它们可以带来一些实际的成果,但那并不是我们喜欢做它们的原因。
14、我要感谢我的妻子……在我心中,物理不是最重要的,爱才是!爱就像溪流、清凉、透亮……
15、“每个人都掌握着一把开启天堂之门的钥匙,这把钥匙也同样能打开地狱之门。” 如此说来,开启天堂之门的钥匙又有什么价值呢?如果我们没有办法分辨一扇门是通向天堂还是地狱丛林杀戮,那么手中的钥匙可是个危险的玩艺儿。 可是这钥匙又确实有它的价值——没有它易客满官网,我们无法开启天堂之门;没有它,我们即使明辨了天堂与地狱,也还是束手无策。这样推论下来,尽管科学知识可能被误用以导致灾难,它的这种产生巨大影响的能力本身是一种价值。
16、人类还处在初始阶段,因此我们遇上各种问题是毫不奇怪的。好在未来还有千千万万年。我们的责任是学所可学,为所可为,探索更好的办法,并传给下一代。我们的责任是给未来的人们一双没有束缚自由的双手。17、书本上面的实验都是在现实中不能做的实验,学生在做这些实验的时候根本得不到书本上所有的那些数据,所以那是假实验,只是为了书中的理论看起来顺理成章而已明列子致癌。
18、理解世界的最高境界是欢笑和广博的同情心。
19、主持用日语说了些什么,但我不相信是我刚才说的意思(虽然我也听不出来),因为他从来没听懂过我以前对他说的任何东西!但他“做出”的样子就好像他“完全”懂了我的话,以绝对的自信把我的话“翻译”给每一个人。从这一点来说,他挺像我的哥几个走着。
20、无论假设本身有多完美,也无论推测者有多聪明,或者多有名气,如果科学检验的结果不能证实这个假设,那么它就是错误的。这一点是不言而喻的。
21、作为科学家,我们知道伟大的进展都源于承认无知,源于思想的自由。那么这是我们的责任----宣扬思想自由的价值,教育人们不要惧怕质疑而应该欢迎它、讨论它,而且毫不妥协地坚持拥有这种自由----这是我们对未来千秋万代所负有的责任。
22、别愚弄你自己,记住,你是最容易被自己愚弄的人。
23、凡是我们做不出来的,就是我们还不理解的。
Source:《物理与工程》2018年28卷3期,句子迷,百度百科
【今日谜题】
沙漠之水
一位旅行者要横跨沙漠,途中完全没有绿洲,但每隔一段距离设有补给站可补充物资,从起点走到第一个补给站需要八天的时间,但一个人的体力只能搬运一个人喝六天份的水。
旅行者心想:『自己一个人可以携带的水量一定不够用,看来得雇助手帮忙了。』
请问,旅行者至少要雇用多少个助手,才能让自己顺利走到第一个补给站呢?
注:助手每天要喝及能搬运的水量都跟旅行者一样;不可以把助手抛弃在途中,让他在沙漠里渴死。
(请在公众号中回复“助手”,以获取答案)
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