理查德?費曼：魔術大師般的天才科學家

從小就有“魔術師”的潛質

1918年，理查德·費曼出生于美國紐約法洛克衛鎮。父親經營制服生意，母親是家庭主婦，妹妹約恩比費曼小九歲。父親在他還沒出生時就對母親說過：“如果生個男孩子，他準能當個科學家?！惫?，費曼就像父親“預言”的那樣，成了一名科學家。

費曼從小就有魔術師的潛質。十一歲時，他就在家里設立了自己的“實驗室”。雖然只是地下室的一個小角落，最初只有一個裝上間隔的舊木箱、一個電熱盤、一個蓄電池、一個自制的燈座等。就是這些簡單的設備，讓他學會了電路、電壓及控制知識。

那時，費曼喜歡搗鼓收音機，而且他修理收音機的技術很快就在鎮里傳開了。一次，有個人的收音機出了問題，便慕名來請“費曼先生”，沒想到請的竟是個小孩。他把費曼接到家里后，費曼一邊聽收音機，一邊踱著步走來走去地思考，猜測可能是管子加熱的次序錯了。然后，費曼只交換了一下管子的位置，收音機就被修好了。

費曼還自制了一種防盜警鈴。他用電線把一個大電池和電鈴連起來，一推房門，電線會撞上電池使電路閉合，電鈴就響。一天深夜，父母剛推開他的房門，就被驟起的警鈴聲嚇得不知所措。而費曼卻從床上跳起來歡呼：“成啦，成啦！”

費曼常說，他研究物理學不是為了榮譽，也不是為了獲獎，而是因為好玩，為了一種純粹的發現的快樂。為了驗證各種他覺得奇怪的問題，他可以做任何事情，比如，為了驗證小便不是重力作用的結果，他試驗過倒立狀態下撒尿；為了驗證紅漆加白漆會調出什么顏色，他自己去便利店買漆做實驗。對任何事情，費曼都以自己的方式去理解，從不簡單地接受別人現成的結論。

上中學時，費曼“魔術師”般的科學潛質得到了充分發揮，他使用自己發明的數學符號自己設計數學方程式。上大學后，他依然不改用“魔術師”的方法，進行科學研究，比如做催眠志愿者，深入體驗被催眠的神奇感受……雖然有時難免有惡作劇的成分，但支配費曼“魔術”不止的最主要的原因，就是他對人們習以為常的事物充滿了好奇，總想看看事物進一步發展會怎樣，或者是怎么動手解決這些問題。而這正好契合了自然科學精神。

1939 年，費曼從麻省理工學院本科畢業，進入普林斯頓大學讀研究生，成為物理學家約翰·惠勒的學生。讀研期間，他“魔術師”的潛質發揮得更淋漓盡致了。費曼用他和惠勒教授研究的“吸收者理論”，參加了1941年普林斯頓大學的學系研討會，并和魏格納、羅素、愛因斯坦等物理學界泰斗交流，他的一些觀點還得到了愛因斯坦的肯定。這些研究實踐，為他以后成為世界級的物理學家和獲得諾貝爾物理學獎，打下了堅實的基礎。1942年6月，他獲得了理論物理學博士學位。

“曼哈頓工程”中的“開鎖大師”

1943年，在“原子彈之父”奧本海默的邀請下，費曼進入洛斯·阿拉莫斯國家實驗室，參與研制原子彈的秘密計劃“曼哈頓工程”。在曼哈頓工程的研究過程中，費曼承受了巨大的心理壓力。因為他們的研究其實就是和法西斯進行超級競賽，當時法西斯德國和日本也在研究原子彈，費曼他們必須跑在前面。為此，費曼和同事們幾乎夜以繼日地工作。

為了讓緊繃的神經得到片刻松弛，費曼找來不同樣式的鎖具進行拆解組裝，并很快掌握了各種鎖具的內部構造及需要什么樣的鑰匙才能打開。后來普通開鎖的游戲玩膩了，他又瞄上了保險柜。沒多長時間，他就掌握了不同保密級別的保險柜密碼的組合規律，打開不同品牌的保險柜成了他研究工作之外的拿手好戲。他在寫給妻子阿琳的信中說：“開鎖是我的興趣，我這么做，主要是因為每把鎖就像一個謎，你不能強行把它砸開，只能慢慢地打開它。不過，暗碼鎖總是令我迷惑難解……”

后來，整個阿拉莫斯實驗室幾乎沒有費曼打不開的門或柜。他的搞怪行為曾讓這個全世界保密級別最高的核研究基地數度風聲鶴唳，如臨大敵。一次，他從保險柜里取出一個研究小組的保密資料后，還留下了寫有“這個柜子不難開呀”的字條，核基地的保安人員被嚇出一身冷汗。不過，“開鎖大師”開保險柜的“魔術”表演，也為這些科學家枯燥的日常增添了不少樂趣。

1945 年 7 月 16 日，世界上第一顆試驗性原子彈在美國新墨西哥州沙漠爆炸。按規定，觀看者須站在離爆炸中心三十公里的地方，每人戴著一副防光輻射的墨鏡。等待時，人們分散開來，戴上墨鏡，尋找有利觀看的地點，有人甚至開始涂抹防曬霜。想要全方位體驗原子彈爆炸過程的費曼嫌戴上墨鏡看不清，決定不戴眼鏡直接觀看。他明白這種紫外線穿不透玻璃，就繞到了載運武器的卡車旁邊，站在卡車擋風玻璃后面裸眼看。為此，費曼認為自己是唯一在現場用裸眼目擊這次核爆炸的人。

第二次世界大戰結束后，費曼退出了曼哈頓工程。1946年開始，費曼到康奈爾大學任理論物理學教授；1957年后，他去加州理工學院任教授。

獲諾獎的起點：研究“翻飛餐盤”

費曼在科學方面取得的最高成就，是在量子電動力學方面的開拓性理論，他也因而獲得了1965年諾貝爾物理學獎。但令人難以置信的是，這個理論來自他對“翻飛餐盤”魔術節目的研究。

1946年費曼來到康奈爾大學任教，一次在學校餐廳用餐時，他看見旁邊有人將邊緣印有該校紅色?；諛酥镜牟捅P丟到空中，餐盤上下翻飛，紅色校徽也隨之舞動。費曼注意到，餐盤翻飛時，紅色校徽不僅轉來轉去，而且轉動的速度似乎比餐盤擺動的速度快。

這勾起了費曼的好奇心，他想反正也是閑著，于是著手計算盤子的運動軌跡與傾角的關系，結果發現，當角度很小時，紅色標志轉動的速度竟是盤子擺動速度的兩倍。這是用一個很復雜的方程式推算出來的。費曼問自己：“有沒有更基本的方法來處理這種現象，比如從力或動力的角度來了解，為什么剛好是二比一？”費曼記不清計算細節了，但記得最后計算出碟子上各質點的運動及所有加速運動怎么相互平衡，使得速度比剛好是二比一。

他興沖沖地將自己的發現告訴研究所的同事貝特，卻引來貝特的不解和譏諷，說他浪費時間。但費曼絲毫沒有泄氣，說：“那沒什么重要，我只是覺得好玩而已。”

會變“魔術”的費曼，很快就給出了推算盤子轉動的方程式。但在推算時，他不由自主地聯系到，電子軌道在相對論發生作用的情況中會如何運動，接著是電動力學里的狄拉克方程式，再接下來是量子電動力學……費曼回憶時說，他還來不及細想究竟怎么回事，就好像打開了瓶蓋，所有東西都毫無阻礙地流出來了一樣，包括后來他獲得諾貝爾獎的研究成果 “費曼路徑積分”“費曼圖”“費曼規則”等相關研究。

數年后，費曼在給朋友的信中更明確地寫道：“后來我獲得諾貝爾獎的原因——全都來自那天我把時光浪費在一個轉動的餐盤上?！痹瓉碣M曼發現，他研究的“翻飛餐盤”中紅色標志的運動規律，也適用于解決電子旋轉的問題。其實，研究轉動的餐碟也體現了費曼的真實風格：他的物理學研究就是享受物理，隨興之所至。

費曼的不凡之處，不僅在于他的好奇心和想象力，更在于他的實驗精神。一次，他在雜志上看到一篇文章寫到警犬的嗅覺特別敏銳，就聯想到人類的鼻子有多靈敏呢？然后他竟趴在地上像獵犬那樣爬來爬去。他實驗的結果表明，獵犬固然在嗅覺上強于人類，但人類也不是那么無能。后來，他多次表演過這樣一個節目：他走出房間，屋里的其他人各自從書架上抽出一本書來堆在一起，然后他走回來，指出其中一本書是哪個人碰過的，而且大多數都能猜對。別人都以為這是魔術，費曼說，是因為每個人的手的氣味差異很大。

闖出量子力學的一條新路

20世紀40年代，科學家已熟知了量子力學的兩種表達形式，即波動力學和矩陣力學。但由于這兩種形式非常復雜，常常令物理學家感到“頭痛”。盡管如此，這也沒有引起人們重新審視量子力學的源頭，以便對其基礎做一番徹底的改革。

當時還是量子力學新手的費曼，對這種現狀非常不滿意，立志要重新改寫量子力學的基礎。具有創新精神的費曼，不僅在一般人心目中，而且在物理學家心目中已然是一位魔術大師。經過一年多的努力，他居然真的找到了量子力學的第三種形式——基于作用量的路徑積分形式。這種新的形式與另兩種形式完全等效，在光、無線電、磁學和電學等各種現象中都能和實驗相符。

費曼的方法簡單明了，而且路徑積分的思想還體現著一種物理直覺，為量子力學提供了一種鮮明的物理圖像。這種形式對經典力學同樣有效，昭示著現代物理學與經典物理學之間的某種聯系。量子論中的“費曼振幅”“費曼路徑積分”“費曼圖”和“費曼規則”等均以他的姓氏命名，以至一位原來嘲笑費曼自不量力的同事驚呼道：“怎么也沒有想到會有另外一種方法，來建立和理解量子力學！”

其中，“費曼圖”不僅有鮮明的物理含義，而且具有嚴格的數學含義，可以說每一幅“費曼圖”，就是一個數學表達式。這種簡單的表示不僅適用于原子，而且適用于宇宙中的所有東西?！百M曼圖”被發明后幾十年來，已成為全世界粒子物理學家的工作語言?？梢哉f，費曼全面發展了將量子理論應用到前沿研究領域所使用的獨特的方法，并且對這個領域的當代圖景產生了重大的影響。

在物理學家戴森等人的努力下，物理學家們終于理解了這種魔術般的圖形的巨大威力：它甩開了繁復困難的計算，使量子力學變得非常簡單易懂，甚至連初學的人也立即可以深入討論其中的種種機制和預見后果。對此，戴森回憶說：“當費曼看不懂正統教科書中的量子力學時，他只好從頭開始發明了一套自己能看得懂的量子力學……我用正統方法所做的計算，花了我幾個月的時間，寫了幾百張紙；費曼卻可以在黑板上，花半個小時就得到幾乎相同的答案?！?/p>

由于在量子力學上的貢獻，費曼和施溫格、朝永振一郎共享了1965年諾貝爾物理學獎。他們三人用不同的方法創建了量子電動力學，而費曼的方法最直觀、最形象，這也是他一貫簡潔風格的體現。

據說，獲獎后的費曼用了幾個星期去思考如何從瑞典國王手中領獎后，倒退時跳上階梯，他覺得這是一個領獎的新方法。20世紀70年代，拿到諾貝爾獎的費曼，與在一起玩桑巴鼓的年輕朋友合作，整理出一本費曼自傳，費曼選了《別鬧了，費曼先生！》作為書名。該書出版后，幾個星期就進入暢銷書排行榜。

簡單而優雅的“O形環實驗”

參與1986年“挑戰者號”航天飛機爆炸事故調查，無疑是費曼人生中最精彩的一段經歷。因為他經過實地調查，以簡潔的科學分析方法，對這次航天事故做出了令人信服的結論。

1986 年1月28日上午，在美國佛羅里達州肯尼迪航天中心，騰空而起的“挑戰者”號航天飛機升空七十三秒后，突然爆炸，機上七名宇航員全部遇難。事發后，美國航空航天局（NASA）成立了一個向總統負責的事故調查委員會，當時在加州理工學院任教的費曼，被邀成為調查委員會的一員。

對此，社會上也不無微詞。因為對于航天飛機事故，那么多航天技術專家都無法得出分析結論，而與此毫不搭界的費曼卻被納入事故分析小組，外界一片嘩然：“這簡直是‘亂點鴛鴦譜’！”沒有人相信，一個專門從事理論研究的物理學家，能夠分析如此復雜的技術問題。

費曼一改過去學者參與此類事故調查時不接地氣的“學術風格”——根據提交來的報告和會議信息做判斷，而是帶著疑點，深入到設計、制造、操作航天飛機的技術人員和發射人員那里了解情況，還曾親自到殘骸旁仔細觀察。

在調查過程中，費曼發現，火箭推進器上的一個密封橡膠圈（O形環）有燒焦痕跡，猜測火箭燃料燃燒時從這里泄漏，從而引發了整個事故。同時，費曼了解到，航天飛機發射當天，地面溫度是零下三攝氏度左右，遠低于通常的十二攝氏度。最后經過分析，費曼認為，事故的罪魁禍首就是這個失去了彈性的O形環。

1986年2月11日，在面向公眾揭秘真相的電視直播會議上，參與調查的專家各自陳述了自己的結論。他們都是從自己的專業領域出發，以繁多的數據資料、各種各樣生僻的術語，表明自己調查分析的深度，顯示失事原因極其復雜，甚至還有故意混淆視聽、誤導調查方向的官僚化的說辭，讓聽眾一頭霧水。

輪到費曼發言時，他沒有立即開講，而是向主持人要來一杯冰水，然后把航天飛機的關鍵部件——火箭推進器上的O形環用尖嘴鉗夾住，使O形環發生變形后，浸泡在冰水中，這樣O形環的溫度接近“挑戰者”號爆炸時的氣溫。所有人的目光都被那個水杯吸引，大家屏息凝神地等待他的結論。本來，在室溫下，松開夾鉗，O形環會反彈，恢復到原來的形狀。幾分鐘后，費曼用尖嘴鉗拿出凍硬的O形環，松開尖嘴鉗后，變形的O形環絲毫沒有反彈。這時，費曼以他一貫簡潔清晰展示科學原理的風格，對大家說：“發射當天的低氣溫使橡皮環失去彈性，導致推進器燃料泄漏，這就是問題的關鍵?！边@就是著名的“O形環實驗”。

當天晚上，費曼的實驗在所有重要的電視網上播放。第二天，這個實驗又成為各大報紙的重頭報道。這個簡單而極具說服力的實驗迅速傳遍了世界。《華盛頓郵報》這樣報道：“費曼用一個簡單而優雅的實驗，讓所有人明白了失事的原因?！薄都~約時報》上還刊登了一幅照片，展示費曼如何在聽證會上說明他對事故分析的結果。

費曼在這次聽證會上的作為，不僅告訴了世界這場巨大災難背后的原因，而且讓人們切實領教了他魔術大師般的風采和本領。聽證會過后，戴森對此評價說：“民眾親眼看見他怎么做科學，怎樣思考、動手。”而在科學史上，人們將這一幕說成是整個20世紀最動人、最精彩的科學實驗之一。

真性情的獨特個人魅力

當然，費曼之所以成為費曼，很大程度上歸于他獨特的個人魅力。比如，雖然他在諸如愛因斯坦、玻爾這些大科學家面前，自稱“無名小卒”，但他從不盲從，也敢于提出不同意見。玻爾是與愛因斯坦齊名的大科學家，卻在人才濟濟的曼哈頓工程中注意到了費曼，因為玻爾認為，費曼自信且正直，不迷信權威，敢于直言。而費曼總是謙虛地說，自己在人際交往上比較笨，“我總是忘記在跟誰說話，而一味擔心物理上的問題”。在一次曼哈頓工程重要的會議之前，玻爾專門與費曼單獨交流，就原子彈具備怎樣的結構才能威力更大的問題，想聽聽費曼的看法。

費曼是卓爾不群的“反叛者”，他曾直接致信美國國家科學院，請辭院士的稱號，而且他不止一次請辭，結果每一次都驚擾到科學院院長并親自過問。1969年6月，他給科學院院長塞茲的回信中這樣寫道：

親愛的塞茲院長：

…………

我想離開國家科學院這個團體，完全是私人原因，與國家科學院或政府的作為無關，也不是你個人行政風格的問題。多年以來，我就一直很想安安靜靜地、不驚動任何人而退出這個團體，也不要引發任何的政治聯想。這純粹是我個人的因素，有點孩子氣，就是喜歡什么、不喜歡什么而已。

事實上，費曼不但力辭美國國家科學院院士，也不愿意擔任領導職務。據說，當費曼獲得諾貝爾獎之后，其同事韋斯科夫曾與他打賭，韋斯科夫賭在十年之內，費曼一定會坐在領導的位置上。結果他輸了，十年之后，費曼從韋斯科夫那里贏了十美元。

費曼不喜歡矯揉造作，他可以在正式的晚會場合，隱去自己諾貝爾獎得主的身份，加入樂隊盡情演奏。

在與第一任妻子阿琳共同生活的歲月里，費曼是個柔情的丈夫。他們結婚前，阿琳已經被診斷為結核病，這在當時是不治之癥。在家人的反對下，他毅然與阿琳結合。婚后，費曼參加曼哈頓計劃，在奧本海默的照顧下，他把阿琳送到離實驗室不遠的一家醫院，平時就靠通信聯系。每逢周末，費曼都驅車到醫院陪伴阿琳，直到她去世。阿琳去世一年后，費曼還給她寫過一封信，在信的末尾，費曼寫道：請原諒我沒有寄出這封信，因為我不知道你的新地址呀。到了晚年，當有人問費曼一生最自豪的是什么事時，他說是“我能用盡我所能的愛去愛了我的第一位妻子”。

1988年2 月15日，費曼因癌癥去世。他逝世前的最后一句話也頗具風趣：“還好，人只需要死一次！否則很討厭，因為它是如此沉悶……”

這便是費曼，一位卓爾不群、處處流露真性情的科學家。費曼去世第二天，加州理工學院的學生們在十層高的圖書館頂樓上，掛起了一條橫幅，上面寫著：“我們愛你，迪克（費曼的昵稱）！”

費曼的科學工作涉及許多領域，貢獻非常大。同時，他還是一位非常出色的教育家，其幽默生動、不拘一格的講課風格深受學生歡迎。不過，費曼已經取得的成果，并不限于“正宗”的科學任務。比如，他跑到大街上學桑巴鼓，最后到了造詣極高的地步，他用鼓聲給芭蕾舞劇伴奏，結果還得了個全美大獎；他偶爾琢磨琢磨古代抄本，就成了瑪雅天文學史專家；為了追求女友而學的繪畫，到最后他竟然辦了個畫展，還賣出了繪畫作品；他還興致勃勃地觀察，發現螞蟻是通過“氣味”找到家和食物之間的“捷徑”的……

雖然有如此巨大的成就，但費曼還是無法擺脫“愛鬧騰”“不正經”“魔術師”等頭銜。他把科學研究當作最好玩的游戲，顛覆了人們心目中關于理論物理學家沉迷科研、枯燥無趣、陰沉乏味的刻板印象，把自己的人生過成了傳奇。

（責任編輯/侯文杰）