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费曼:令人们“痴迷”量子力学的物理学大师

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发表于 2018-10-11 10:13:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
  近来,我在《科普时报》发表了七、八篇关于量子力学的科普文章,有读者给予了不错的评价,也有读者通过我的微博和微头条提出了一些疑问,我都尽量回应了。
  前几天,有一位读者给我留言,说他知道量子力学的重要性,买了好多量子力学科普图书、甚至课程讲义,但反复试了多次,一直无法看下去。问我是怎样开始学习的?
  好问题!正好借着回复这个问题,向大家介绍我对量子力学感兴趣的缘起。
  其实,令我“痴迷”并学习量子力学的原动力,并不是我之前提到的爱因斯坦、霍金、玻尔、薛定谔、海森堡等物理学大师,而是理查德·费曼(RichardFeynman)。
  20多年前的一个周末,我逛书店时非常偶然地看到一本《Surely You're Joking, Mr.Feynman! 》(《别闹了,费曼先生!》),立刻被书名吸引,顺手拿起来翻阅了一下。
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  真没想到,前言里的一句话立刻抓住了我的眼球:“假如,因为某次大灾难,所有的科学知识都丢失了,只有一句话能传给下一代,那么怎样才能用最少的词汇来表达最多的信息?”费曼写道:“我相信这句话应该是:万物都是由原子组成的——这种永恒运动着的小微粒,当它们分开时会相互吸引,而挤在一起时又相互排斥。”
  后来我才知道,费曼是20世纪下半叶最著名的物理学家,是量子电动力学的创始人之一,并且是纳米技术之父。《别闹了,费曼先生!》这本书在20多年前非常流行,想了解量子力学的朋友,阅读此书必定收益匪浅!
  今年是有“科学顽童”之美誉的费曼百年诞辰纪念,特撰此文表达我对费曼的敬意。
  费曼:令人们“痴迷”量子力学的物理学大师
  文/陈思进
  据我所知,很多物理学家是受到《别闹了,费曼先生!》一书的影响,转而研究物理学、特别是量子力学的。如最近的畅销书《生命3.0:人工智能时代,人类的进化与重生》的作者物理学家迈克斯·泰格马克,曾在《OurMathematical Universe》一书中提到:
  “我得出一个结论:经济学大体上是在兜售智力,说出权贵想听的话就会得到奖赏。不管政客想做什么,都能找到某个经济学家的理论来支持其做法。美国的罗斯福总统想要扩大政府开支,于是听从于宏观经济学大师约翰·凯恩斯的理论;里根总统想要减少政府开支,于是转向反对政府过多干预经济的经济学大师米尔顿·弗里德曼。某一天,我的同学约翰·奥德霍夫给了我一本书,改变了我的人生。这本书叫《别闹了,费曼先生》,我从来没有见过理查德·费曼,但正是他改变了我的人生道路,从经济学转向了物理学。”
  对于经济学,在华尔街混迹了20多年的我和泰格马克颇有同感,完全同意!只是当我意识到量子力学的魅力时,“年事已高”,成为物理学家不可能了,便只能尽自己的能力做些科普——“搬砖者”。
  我对费曼印象最深的是“路径之和”。就是他发现了最简单的,也是最深刻的综合量子理论复杂性的方法,这让费曼在1965年赢得了诺贝尔奖。
  为了解释这个理论,费曼曾用聪明的救生员来举例:
  在一个海滩上,突然看见有人在水中挣扎呼救,如果你是一个救生员,会想着如何尽快地把他救上岸来。哪怕你是一名游泳健将,但在沙滩上奔跑的速度肯定比游泳更快。
  请看附图,在路经A、B、C中,哪一条抵达呼救者的时间最快。如果根据牛顿定律,你可能会选择A路经,这是最短的距离,叫做经典路径,但时间上却不是最快的。在这个问题中,陆地上和水中的路程是需要我们去权衡的。正如费曼所说:“代表最短路程的路线中(A)水路过长,而水路最短的路线(B)陆上运动时间又太久,耗时最短的路线一定是这两个因素的合理分配。”实际上,最快的路线是C,这是一条介于A和B之间的路线。
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  很明显,这与光的折射相似,恰恰形象地解释了光的传播行为,并非走长度最短的路程,而是走时间最快的路径(篇幅有限,这个“路径之和”发现对于量子力学之重要性,另文详谈吧)。
  在此,引用费曼1964年在康奈尔大学讲演的要点。他谈到,对同一理论,优秀的理论物理学家都知道六七种不同的表述。从科学角度来说,这些不同的表述都是等价的,但从心理的角度来看,可以有两个不同点:
  “出自哲学上的考量,你可能偏爱某一种说法。我个人理解的意思是,如你有特定的哲学观,你就会倾向于某个说法。”看到这句话时,我不禁想起鲁迅的名言,当不同的人阅读《红楼梦》时,“经学家看见《易》,道学家看见淫,才子看见缠绵,革命家看见排满,流言家看见宫闱秘事……”;而当你看到全新的定律时,它们带来的启发是大不相同的。
  最后,再引用费曼的一句话:“Studyhard what interests you the most in the most undisciplined,irreverent original mannerpossible.”(如果你要做科学研究,最好找你最感兴趣的,用一种全新的方式去切入,你就可能看到前人还没有看到的地方。)
  这个要点非但在物理研究时对科学家至关重要,在科普时,也非常重要。
  

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