主宰一切的理论
保罗·狄拉克希望量子场论有一天能够解释所有可能的物理现象。所有粒子都被看成场中的量子,场之间的相互作用可以解释粒子之间的相互作用。这个想法可能会改变物理学的游戏规则。但遗憾的是,它太复杂了,只变成了少数人的游戏。
量子场论的数学基础非常复杂,近乎疯狂。克雷数学研究所甚至提供100万美元的奖金,征求量子场论中一个难题的解决方案(即“杨-米尔斯存在性与质量间隙”,如果你想在本周末尝试的话)。
为了在如此棘手的问题上取得进展,狄拉克建议我们先从小处着手,只考虑两个最简单的粒子/场:电子和光子。他把电子和光子之间的相互作用称为“量子电动力学”,简称QED。他希望在得到完整的QED理论之后,再以此为起点加入其他粒子。
在1930年出版的《量子力学原理》(ThePrinciplesofQuantumMechanics)一书的末尾,狄拉克总结道:“似乎我们需要一些新奇的物理概念。”这个表述非常轻描淡写,但考虑到狄拉克本人沉默寡言的性格,也就不足为奇了。
狄拉克的话像是微风中的挑战,温和地飘进了物理界,最终在一个与他完全相反的人的脑海中留下了烙印。这个人就是科学中最富魅力、最浓墨重彩的老顽童:理查德·菲利普斯·费曼。
小鼓手
费曼出生在纽约,父亲是制服推销员。在第一次接触物理时,费曼就展露出了极高的天赋。官方公布他的智商是123(合理,但不惊人),当他成年时,费曼被认为是地球上最有天赋的科学家,甚至可以与爱因斯坦相提并论。
下面这个故事可以让你知道费曼有多聪明。1958年NASA发射探索者2号卫星时,卫星在升空过程中出了故障,没有进入轨道。费曼与NASA的工程师打赌,说自己可以比电脑更快计算出卫星着陆的位置。他不仅赢了,还给出了更精确的答案。精确程度是电脑的两倍。[1]
被邀请参加派对的时候,费曼永远是灵魂人物。他用撬保险柜戏法、表演小手鼓和抛接球逗朋友开心。费曼会在周末的演讲场地里为自己铺红毯,空闲时会在酒吧里闲逛。他在餐巾纸上计算,或者画舞者的素描,有时也画围观他的人。[2]
费曼很健谈,总是面不改色地开玩笑,他是物理学中的韩·索罗(1)。最重要的是,他有着那一代人中最聪明的头脑。
费曼的研究始于麻省理工学院,后来他去了普林斯顿大学(入学考试获得满分),在约翰·阿奇博尔德·惠勒的指导下拿到了博士学位。惠勒也指导过休·埃弗莱特的多世界诠释。
在攻读博士学位期间,费曼被罗伯特·奥本海默雇用以帮助美国军方设计原子弹。奥本海默称他为“这里最杰出的年轻物理学家”[3]。“这里”指的是洛斯阿拉莫斯国家实验室,专门接纳全世界最聪明的科学家。
第二次世界大战结束以后,费曼在康奈尔大学完成了博士后学位,之后在加州理工学院担任教授。他希望通过教学摆脱帮助制造原子弹所留下的不愉快的回忆。费曼决定余生只致力于三件事情:思考、教学,以及照顾学生。[4]
教学和照顾学生都很容易。费曼的绰号是“伟大的解释者”,这是因为他的讲座太棒了,不仅有大一新生参加,还吸引了许多高年级同学,他们发现听费曼的讲座对自己的课程学习很有帮助。接下来要讲的是第三个重点:思考。费曼决定思考狄拉克的难题。
我是这样画的
毫不夸张地说,提出关于电子和光子的详细的量子场论是非常宏大的。大量的计算产生了无限的答案,或者说需要无限的输入才能得到一个答案,这显然不适合有限的宇宙(参阅附录Ⅳ以获取更详细的信息)。
很难说是什么使费曼不同于同时代的其他天才的,但我个人认为,归根结底,他首先是一名物理学家,其次才是数学家。
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