导读:本章摘自独立学者灵遁者量子力学科普书籍《见微知著》。此文旨在辅佐大家认识我们身处的世界。世界是肯定的,但世界的确定性不是我们能把我的。费曼曾和杨振宁打赌,结果大家都知道了。也就是说这个打赌,费曼输了。从这一点上看,和其他物理贡献来看,杨的贡献要多于费曼。但费曼的恋情故事更感人。而杨振宁先生的恋情故事,让人诧异,但我们还是不应该非议。究竟两个人是你情我愿的。在此,祝杨先生百年短命,聪慧永存。 费曼说:“他只是解说,他并没有证明任何东西。没有任何复杂的事情,他只是阐明有这样一个原理存在。我随即为之倾倒,能以这样不寻常的方式来表白一个规律,简直是个不可思议的奇迹。”除“最小作用量”外,还有一个事实也令费曼感到十分猎奇,即各种电路公式中为什么经常会呈现圆周率π(留意普通电路的外形并不是圆形的)。 费曼是阿里斯塔荣誉学会一员。他在考试中经常取得好成果,但他并不喜欢学校和教育体制。在他高中的最后一年,费曼取得了纽约大学数学锦标赛的冠军,他的得分与那些名次接近的竞争者差别颇大,此事震惊裁判,可见费曼才智过人。 在经济大萧条的日子里,身为中学生的费曼也常去打零工挣钱。1935年左右时,许多学生迫于经济压力,放弃报考大学,但费曼的父母依旧坚持要为聪明的儿子提供最好的教育条件。 大学他申请哥伦比亚大学时,由于“犹太配额”(一种歧视性限制,仅提供有限名额给有犹太背景的学生)已满而不被接受,所以他转而申请麻省理工学院。除成果请求外,入读当时的麻省理工学院还必须求求有校友引荐。为此,他父亲找到一个不认识儿子理查德的熟人打通了关系。这个托关系读书的阅历令费曼很不高兴。 1935年末,费曼进入麻省理工学院就读。费曼原本想申请全额奖学金,但只得到了每年100美圆的部分奖学金。1939年,被任命为普特南会员。在他大学二年级时,费曼得到物理课程补贴,包含其毕业课程-理论物理。 当就读数学系的费曼发现数学的适用性不强时,产生了转到电机工程专业的想法。但后来他又觉得电机工程与数学差距过大,又决议选择折衷的物理学,这样既能够入手做实验,又能够学到很多深邃的理论。在大学就读期间,他依旧努力请求自己学习比课程请求更广的学问。所以一个人分明自己想要什么,十分重要。这是往常我们在选择专业时分经常有的苦恼。 费曼的科研才干在大二时就已得到认可。他在大学期间曾在《物理学评论》上发表过2篇论文。除物理学外,费曼还涉猎了化学和冶金学课程。他此前对在大学阶段被迫选修的文科课程不时只满足于低分擦过的请求。 斯莱特(John Slater)倡议想留在麻省理工的费曼去普林斯顿大学读研讨生,换一个环境,多见见世面。他在普林斯顿大学的数学和物理的研讨生入学考试取得满分,这是史无前例的。但是他历史和英语文学部分却相当差。因种族歧视的影响,普林斯顿大学物理系主任在思索能否录取费曼时曾有所犹疑,并向麻省理工学院讯问费曼的状况。斯莱特和莫尔斯极力引荐费曼,莫尔斯还说:“只需给他几个提示,他就能不时研讨下去;他的才干足以使他在很短的时间内涉猎很多范畴。” 他身患高血压的父亲麦维尔曾访问莫尔斯,讯问儿子的表示能否足够好,还有犹太物理学家找工作时能否会遭到歧视。莫尔斯安慰费曼的父亲,说为费曼的教育投资是绝对值得的。经过费曼,我们能够看到,一个人胜利,需求多方面的要素。家庭教育,自我教育,学校教育等等都是极端重要的。 1939年,费曼本科毕业,进入普林斯顿大学念研讨生,成为青年学者约翰·惠勒的学生。在他读研期间,同窗们就不时传说有一个很凶猛的重生在专业方面上积聚的学问曾经多到完整不用参与任何课程。一位名叫H. H. Barschall的同窗有一次碰到一道难题,问了几个教授后也还是算不明白,最后抱着试试看的心态去问了费曼,然后得到了费曼给出的又快又完好的解答。 1942年6月16日,费曼在普林斯顿取得了理论物理学博士学位,论文导师仍是约翰·惠勒。费曼的论文采用的准绳是量子力学的稳定作用的问题,灵感是由关于电动力学的惠勒-费曼吸收体理论的量子化的盼望,奠定基础的“途径积分”措施和费曼图,并命名为“量子力学最小作用准绳”。 1942年6月29日,费曼与阿琳·格林堡结婚。他的恋情故事,我应该为大家引见,由于那爱很动人。 费曼在约13岁时认识了阿琳。阿琳也和其他男学生约会过。费曼比较腼腆,固然经常接触阿琳,但也担忧其他竞争者。直到阿琳在高中毕业之际,公开招认自己喜欢费曼时,费曼才松了一口吻。 费曼的父亲麦维尔担忧恋爱会使儿子学习分心,因而曾在某年暑假限制了儿子与阿琳的接触次数。 理查德·费曼和阿琳·格林鲍姆从高中开端相恋,在理查德分开家乡去上大学的时分,两人相互倾吐,彼此眷恋。六年以后,他们正式订了婚。固然两人的志趣不同,他们却共同具有一种天性的诙谐。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进修时,由于两地分别使两人的深情牵挂。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,以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,由于他们惧怕理查德也传染上结核。他们倡议他撕毁婚约,但费曼拒绝这样做。 于是,就在理查德取得博士学位后不久,他设法让普林斯顿大学左近的一所慈悲医院同意接纳阿琳。他在轿车里摆了一张床,让阿琳躺在上面,带她去医院。 1942年6月29日,在去医院的路上,一位治安官员掌管了他们的结婚仪式。固然这时理查德曾经在忙于曼哈顿计划的研讨工作,他还是尽心极力地照顾阿琳。从他们结婚那天直到阿琳逝世,她不时在医院里卧床疗养。 1943年春天,普林斯顿大学的科学家们被转移到洛斯阿拉莫斯的实验室,理查德十分不放心阿琳。项目担任人罗伯特·奥本海默在洛斯阿拉莫斯以北60英里的阿布奎基找了一所医院,让阿琳住在那里,这样她的丈夫就能够安心工作。 每个周末,理查德都驱车赶到那里,与阿琳待在一同。一周当中的其他日子,一对年轻夫妇就相互写信。 一封封情书如一条条细流,滋养着两个年轻人的心。在一封信中,费曼深情地写道:“敬爱的,你就像是溪流,而我是水库,假如没有你,我就会像遇到你之前那样,空虚而脆弱。而我愿意用你赐予我的片刻力气,在你低潮的时分给你安慰。” 随着第二次世界大战进入白热化,费曼的工作压力越来越大,每次看到丈夫那瘦削的脸庞,艾琳都会意疼地问:“敬爱的,能不能通知我,你到底在做什么工作?”每次,费曼总是一笑:“对不起,我不能。” 离试爆越来越近了,阿琳的病情却在逐步地恶化。 1945年6月16日,她永远的闭上了眼睛,那时他们结婚才三年,离第一次核爆炸只需一个月了。弥留之际,她用微小的声音对费曼说:“敬爱的,能够通知我那个秘密了吗?”费曼咬了咬牙:“对不起,我不能。” 理查德陪她渡过了生命的最后一刻,可是他很麻木,似乎失去了知觉。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分,看到了一件连衣裙,他想要是阿琳穿上一定很美。眼前浮现阿琳教他观赏艺术和倾听音乐身影,这时他才忽然悲从中来,他失声痛哭,无法自抑。 【费曼艺术画】 1945年7月16日清晨,一处秘密实验基地,费曼和同事正神色慌张地守候在那里。5时29分45秒,一道强光穿透了黑暗,然后,光灭了一会儿,接下来,一片由烟雾和爆炸碎片构成的黑云冲天而起,慢慢地构成了蘑菇云…… “敬爱的,往常我能够通知你这个秘密了……”费曼自言自语道,这时,他才认识到,艾琳已不在人世,泪水夺眶而出。 半个月后,在日本的广岛和长崎,再一次升起了蘑菇云,第二次世界大战也随之终了。但费曼并没有兴奋,相反却堕入了深深的忧伤,对自己参与原子弹计划开端了深思。为了解脱这可怕的忧伤,他开端学会观赏音乐,以至还学会了绘画。这一切,都是艾琳对他的“请求”。 不听音乐不画画的时分,他就给艾琳写信。和以前不同的是,每次写完信,他都不忘在信的结尾加上一句:“敬爱的,请原谅我没有寄出这封信,由于我不知道你的新址。” 灵遁者量子力学科普书籍《见微知著》在灵遁者淘宝有。 时光消逝,慢慢地,费曼从忧伤中解脱出来,并开端以更大的激情投入工作。 1965年,他因在量子电动力学方面做出的杰出贡献,取得诺贝尔物理学奖。在接受采访时,费曼说:“我要感激我的妻子……在我心中,物理不是最重要的,爱才是!爱就像溪流、清凉、透亮……” 费曼后来回想说:“我把自己的观念和理性跟她分享,因而改动了她。她也改动了我,对我辅佐很大。她教我,人有时也要不理性。这并不代表愚笨,而是说在一些场所或状况中,你要思索,但有时你不应该思索。女人向来对我有很大的影响,是她们让我成为今天这个比较好的人。她们代表生活中的情感层面,我知道情感层面也十分重要。我娶她的时分,就曾经知道她有肺结核。我的朋友都说既然她有肺结核,我就不再需求娶她。但我娶她不是出于义务感,而是由于我爱她。他们真正担忧的是我会被传染,但我没有。我们不时很当心,我们知道那些细菌是从哪里来的,所以我们十分当心。那是真实的风险,但我没有被感染... 人都会死,只是时间早晚的问题。但是跟艾琳在一同的时分,我真的很高兴,这就够了。在艾琳过世后,我的余生不用那么好,由于我曾经尝过那种滋味了。” 阿琳在费曼从事原子弹研讨期间逝世。费曼为避免影响工作,极力压制了自己的悲伤。几个月后,当费曼路过一家百货公司的橱窗,看到一件漂亮的洋装。费曼想到假如阿琳穿上一定会很漂亮时,顿时再也按耐不住自己的悲伤。费曼与阿琳的恋情故事后被拍成电影《情深我心(英语:Infinity (film))》。假如你感兴味,能够去看看。 后来费曼又结婚了,不外由于工作缘由,婚姻并不长。有儿子,还收养了一个女儿。 好了,探求生活是为了我们更好的生活。费曼就像一张图,能够我们一方面的参考。 往常来看看物理中的费曼图吧。费恩曼图是物理学家理查德·费曼在处置量子场论时提出的一种形象化的措施,描画粒子之间的相互作用、直观地表示粒子散射、反响和转化等过程。运用费恩曼图能够方便地计算出一个反响过程的跃迁概率。 【本图中,电子与正电子湮灭产生虚光子,而该虚光子生成夸克-反夸克组,然后其中一个放射出一个胶子。(时间由左至右,一维空间由下至上)】 在费恩曼图中,粒子用线表示,费米子普通用实线,光子用波浪线,玻色子用虚线,胶子用圈线。一线与另一线的衔接点称为顶点。费恩曼图的横轴普通为时间轴,向右为正,向左代表初态,向右代表末态。与时间方向相同的箭头代表正费米子,与时间方向相反的箭头表示反费米子。大家参考上图了解。 量子力学多用统计概率学来作为描画工具,函数肯定要用到。费曼图也能够以为是一种“函数图。”这样大家应该好了解。 在给大家看一个费曼图。 本图中,K介子(由一上夸克与反奇夸克组成)在弱相互作用下衰变成三个π介子,中间步骤有W玻色子及胶子参与。 两个粒子的相互作用量由反响截面积所量化,其大小取决于它们的碰撞,该相互作用发作的概率特别重要。假如该相互作用的强度不太大(即是能够用摄动理论处置),这反响截面积(或更精确来说是对应的时间演化算子、散布函数或S矩阵)能够用一系列的项(戴森级数)所表示,这些项能描画一段短时间所发作的故事,像上图的例子: 1、两个具有一定相对速度的粒子在自由地移动(由两条向着大致方向的线表示) 2、它们遇到对方(两线连于第一点──顶点) 3、它们在同一途径上散步(两线合二为一) 4、然后再度分开(第二个顶点) 但它们察觉自己的速度已变,而且再也不和之前一样(两线从最后的顶点向上──有时样式会因应粒子所阅历的转变而有所不同) 这故事能够以图来表示,这普通来说要比记起对应戴森级数的数学公式要容易得多。这种图被称为费恩曼图。 它们在戴森级数疾速趋向极限时才有意义。由于它们能够说简易的故事,而且又跟早期的气泡室实验相似,所以费恩曼图变得十分提高。 在量子物理学中,计算散射反响截面积的难题简化成加起一切可能存在的居间态振幅﹝每一个对应摄动理论又称戴森级数的一个项﹞。用费曼图表示这些状态,比经过摄动理论冗长计算容易得多。从该系统的基础拉格朗日量能够得出费曼规律,费曼就是用该规律表明如何计算图中的振幅。 每一条内线对应虚粒子的散布函数;每一个线相遇顶点给出一个因子和来去的两线,该因子能够从相互作用项的拉格朗日量中得出,而线则约束了能量、动量和自旋。费曼图因而是出往常戴森级数每一个项的因子的符号写法。 但是,作为摄动的展开式,费曼图不能包涵非摄动效应。 除了它们在作为数学技巧的价值外,费曼图为粒子的相互作用提供了深化的形象好了解。粒子会在每一个可能的方式下相互作用。 实践上,理论中居间的虚粒子超越光速是允许的。(这是基于测不准原理和量子纠缠等,并且不违背相对论,由于狭义相对论只请求可观丈量满足因果律;而虚光子是不可察看的量子。出于一种理论解释而设定的粒子为虚粒子。)每一个终态的概率,就从一切过程的概率中得出。这跟量子力学的功用积分表述有密切关系,该表述(途径积分)也是由费曼发明的。 如此计算假如在短少阅历的状况下运用,通常会得出图的振幅为无量大,这个答案在物理理论中是不具有理想意义的。问题在于粒子自身的相互作用被错误地忽视了。重整化的技巧(是由费曼、施温格和朝永所开发的)弥补了这个效应并消弭了省事的无量大项。经过这样的重整化后,用费曼图做的计算通常能与实验结果精确地吻合。 更简明一点的说是这样的:在量子微扰论计算关联函数时,我们总发现公式总能够写成一些有固定格式的因子的乘积,而这些因子又似乎有某种物理意义(实粒子,碰撞,虚粒子,顶点等),于是费曼发明了一套图形来代表这些因子,而图形的组合代表关联函数,这个组合就被称为费曼图。而图形与因子的对应关系称为费曼规则。其实质量子世界的函数反响。 但大家发现没有,费曼图和相关的学问,还有待于展开和完善。或许这个理论只能用于近似描画。好比说一些“场”的解自身就十分难,以杨——米尔斯场,爱氏场方程等来说,那么在这个“场”中量子行为描画,关于费曼图而言,就比较尴尬了。这种尴尬是指的是它的表述没有根基。 就好比你拿着地图,也找不到目的地,大约就是这样的觉得。 费曼关于“圆满”很钟情,他据守守恒定律。曾和杨振宁打赌,结果不言不语。杨振宁和李政道的宇称不守恒理论,让他尴尬了。 费曼还和很多有名气的量子力学物理学家一同同事。好比有奥本海默,玻尔,盖尔曼,约翰惠勒,狄拉克。值得一提的是,费曼很崇拜狄拉克,多次搭讪狄拉克。但狄拉克很缄默寡言,所以费曼吃了不少闭门羹。 好了,这就是今天给大家分享的内容。希望你们从中取得生活的力气,爱的力气。 摘自独立学者灵遁者量子力学科普书籍《见微知著》 |