发信人: jeter(云胡不归)
整理人: k_xiaoyao(2001-01-20 01:03:19), 站内信件
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勇于向传统观念冲击的理查德·费曼
关洪
著名的美国理论物理学大师，１９６５年度诺贝尔物理奖获得者之一，
理查德·菲利普·费曼(Richard Phillips Feynman，1918～1988)逝世已
经满十年了。根据不完全的统计，在他身后短短五六年的时间内，国外就
为他正式出版了四五本大部头的传记和纪念文集，这个数字还不包括在引
力理论和计算科学等专门领域内的一些带评注的讲演和论文的选集，甚至
还有一本他作为一名业余画家的美术作品集。对一刚辞世的科学家表现出
这样一种热烈的反应，这种情况的确是很罕见的，如果不是空前的话。
其实，费曼生前，根据他平时所讲的本人经历汇编而成的、取名为
《你真会开玩笑，费曼先生！——一名好奇角色的历险记》的一本被认为
是他的自传故事的集子，一出版后就引起了轰动，连续十几周名列《纽约
时报》最畅销书目（后来，这本书的续集，亦获得了同等的成功）。我们
还看到，近十年来，海峡两岸亦先后为此书推出了三种不同的汉译本，都
受到了普遍的欢迎。那么，费曼到底是一位什么人物呢？他的科学著作
（其中有几种早已译成中文）受到专家们重视，是理所当然的事。为什么
他的生平事迹，竟会引起公众如许兴趣呢？
观察一下几种费曼传记的书名，我们发现不只有一本冠以“天才”的
美誉，其中一本甚至称他做“非凡的天才”。其实，一位诺贝尔奖获得者
天资过人，完全不足为奇，为什么这些传记作者还要如此突出这一点呢？
原来，这里面有一层特别的含意。
曾经指导过费曼的贝特(H. A. Bethe)，也是一位诺贝尔物理奖获得
者。在《纽约时报》为费曼而写的悼念文章里，引用了他的一段话：
“天才有两种。普通的一种天才做出了伟大的成就，而其他科学家会
觉得，如果单凭他们拼命地工作，他们也会做得到同样的成绩。另一种天
才则是在表演魔术。一名魔术师做出的事，是没有别人会做得到的，也是
完全出乎人们意料之外的。而那就是费曼。”
另一位诺贝尔物理奖获得者杨振宁也讲过：“在美国有一个大物理学
家叫费曼。他是一个几乎任何事情都与众不同的人。……他的想法跟别人
的想法不一样，书本上所讲的话，他并不一定相信，他要研究自己的想法。”
这两段话，也许可以描画出费曼最主要的特点。概括起来说，费曼是
具有高超的智慧，无限的好奇心，从不迷信任何权威，藐视一切传统观念
的，一位才华横溢并且极有独创能力的科学家；正是他的这种永远坚持独
立思考的精神，吸引了人们的注意。在这篇面向广大读者的短文里，我们
不可能对他的一些主要科学成就做出哪怕是蜻蜓点水式的枚举，只是希望
通过对他对于量子理论的划时代贡献的点滴介绍，能够反映出这位大师风
范的一斑。
普遍认为，１９００年普朗克(M. Planck)提出量子概念，标志着微
观物理学理论的开端。在这一基础上，１９１３年玻尔(N. Bohr)建立的
原子的半径典量子模型又称老量子论，为进一步的发展做了必要的准备。
最后，作为微观物理学基本动力学理论的量子力学，则是在２０年代中期，
由海森伯(W. Heisenberg)和薛定谔(E. Schro¨dinger)等所分别创立的。
直到１９２７年，玻恩(M. Born)提出，量子力学里的状态函数（即波函
数Ψ）的概率诠释，则基本上完成了这门理论的整套概念体系。按照这种
诠释，描写着一个电子状态的Ψ(x)的绝对值平方|Ψ|^2，代表着在位置x
处观察到电子的概率。因此，在量子力学里，态函数Ψ代表的是一种“概
率振幅”，简称“概率幅”。
量子力学本来是在基本原理上，同过去的经典物理学完全独立的一门
全新的物理学理论。但是，在量子力学建立初期，它的创立者们难以避免
运用他们原来熟悉的一些经典物理学概念，去解释和说明新的原理。例如，
量子力学里的的基本运动方程，即描写着系统演化因里性的薛定谔方程是
为Ψ(x)而设的，它一般不可能解出经典轨道式的质点运动。可是，由于
它同经典物理学里的波动方程相似，在同样宏观条件下，许多观察事例的
总体效果，有时会呈现出类似于经典波动的图像。与此同时，实验上每次
接收到的单个微观事件，见到的又总是不可分割的一个个粒子。因此，在
量子理论的早期，流行起一种“波动—微粒二象性”的说法，认为像电子
那样的微观对象必定“一方面像波动，另一方面又像微粒”，或者“有时
候像波动，有时候像微粒”等等，把这当做它们的根本属性。其实，这里
讲的微粒性和波动性，说的都是经典物理学里的意思。
在这种背景下，玻尔提出了“互补原理”。他说过：“互补一词的意
义是：一些经典概念的任何确定应用，将排除另一些经典概念的同时应用，
而这另一些经典概念在另一种条件下却是阐明现象所同样必需的。”至于
这类互相排除的一对对经典概念，则先后被Bohr指认为：空时标示和因果
描述，坐标描写和动量描写，以及波动图像和微粒图像等等。我们在下面
涉及到的是第一对概念，即空时标示和因果描述。
由于玻尔靠着发展量子论的功绩而给他带来的巨大的声望，也靠着他
有效的宣传组织能力和良好的人际关系，以“互补原理”为核心思想的，
被普遍称为“哥本哈根学派”的一种对量子力学的解释，很快占据了统治
的地位。例如，到５０年代初为止，几乎全部量子力学教科书都受着这种
观点的支配，所以，这种观点也被称为“正统解释”。
费曼是在１９３５年进美国麻萨诸塞州理工学院大学本科，１９３９
年到普林斯顿大学念研究生的。当时，正是量子力学的正统解释如日中天
之际。费曼在读本科的时候，已经深入地钻研过并且纯熟地掌握了量子力
学的基本概念和计算方法；他的毕业论文《力和分子》发表在权威性的科
学期刊《物理学评论》上，其中包含了后来得到广泛运用的“费曼－海尔
曼定理”的这一道量子力学公式。
与此同时费曼并没有接受人家教给他的或者从书上看到的、关于量子
力学原理的传统解释。用他的一位挚友戴孙(F. Dyson)的话讲：“狄克
（Dick，费曼的名字Richard的昵称）是一位极富独创性的科学家。他从
不把任何人的话当真。这就意味着他得自己去重新发现或者从头发明几乎
全部物理学。为了重新发明量子力学，他专心致志地苦干了五年。他说他
不能理解教科书中所讲的量子力学的正规解释，所以他必须从头开始。这
实在是一项壮举伟业。最后，他拥有了自己能够理解的一种对量子力学的
解释。”
费曼认为，只有概率幅这个全新的概念，才是量子力学里最根本的量。
费曼自己对量子力学的阐述，总是直接从概率幅开始的。但是，由于以前
在一切科学理论中，从来没有出现过概率幅这个东西，因此，量子力学常
常被认为是难以理解的。针对这种情况，费曼强调：“我们不得不用以描
述自然界的方式，一般说来，对我们是不可思议的。”“我不能解释自然
界为什么以这样奇特的方式行事。”“重要的是这个理论所给出的预言能
否与实验符合。而一个理论是否在哲学上令人喜爱，或者是否容易理解，
或者是否能从常识的观点看来完全合乎逻辑，所有这些都是无所谓的。”
他还说：“我希望你们按照自然界的本来面目接受自然界。”“自然
界不必满足像我们的哲学家们所抱有的那些成见。”电子等微观对象的行
为“不像你从前看到过的任何东西。”一定要找一些过去已经熟悉的东西
来做类比，才能够理解新的自然规律这种意愿，实际不过是一种“心理上
的障碍”。在这种意义上，费曼有一句名言：“我想我可以放心地说，没
有谁理解量子力学。(I think I can savely say, nobody undestands
quantum mechanics.)”
由此可见，尽管费曼并没有以公开点名的方式批评哥本哈根学派，但
他的基本观点显然是同量子力学的正规解释针锋相对的，他也不承认有任
何权威能够给出比概率幅描写更深入的、对量子力学的理解，甚至根本否
定这样那样的、特别是用经典物理学概念对量子力学原理作出“解释”的
必要性。
经过几年的努力，费曼终于独自创立了“路径积分方法”这种量子力
学的新版本或者新程式。在这种方法里，作用量为Ｓ的系统，从初态到末
态跃迁振幅（一种概率幅），等于对从初态到末态的所有可能路径的、以
Ｓ为相位的某种相位因子（部分振幅）之和。一方面，这种求和（或者积
分）是在整个空间—时间中进行的，所以无疑应当把它看做是一种空时标
志。事实上，１９４８年，费曼重新整理了被战时任务所中断的工作，为
此正式发表的第一篇文章取名为《非相对论性量子力学的空间—时间方法》，
就鲜明地表示了他的这种观点。另一方面，费曼亦证明了，从他的路径积
分可以推导出薛定谔方程，所以这也应当看做是一种因果描述。其实，路
径积分表示的，不外是系统从初态演进到末态的因果联系。原则上，路径
积分不仅可用来代替薛定谔方程的功效，而且在有些情况（例如规范场论）
下，表现出它的适用性比后者更加普遍。
由此可见，费曼创立的“路径积分”，实际上已经从根本上否定了玻
尔关于对微观对象不可能同时给出空时标示和因果描述的“互补原理”。
要注意的是，一方面，路径积分里的空时标示，当然不是经典力学里的空
时标示。费曼讲的路径，也不是经典力学里的质点轨道。因为，经典轨道
是在空间—时间中划出的一条确定不二的轨迹，它本身就是理论计算的结
果；而费曼路径则只是一些可能的途径，计算中要对它们的全体进行求和
（积分），将所有部分振幅叠加起来，所得到的总振幅才是真正的结果。
另一方面，路径积分里的因果描述，当然也不是经典力学里的因果描述，
因为，后者对应的是为坐标或者动量等具体物理量而设的牛顿的运动方程，
而前者对应的则是与其完全不同的、为前所未闻的概率幅Ψ而设的薛定谔
方程。
费曼在那些年月里的主攻方向，是解决多年以来量子电动力学所遇到
的一些原则上的困难。他运用路径积分的工具，继续向这一方面迈进，最
终建立了包括量子电动力学在内的整个相对论性量子场论的一套基本方法，
做出了后来荣获诺贝尔奖的重要贡献。而费曼在这个方向上所写的第一篇
文章的题目《量子电动力学的空间—时间方法》，仍然突出地指明了，这
是一种在空间—时间中标示的、给出因果性描述的理论方法。在这个基础
上，费曼又发展了在量子场论里，用一些相互交错的线段来代表粒子的传
播和相互作用的一种图形技术。这就是后来成为每一位理论物理学家必备
工具的、著名的“费曼图”方法。运用它可以在譬如一两天内，做出传统
的方法要花费几个星期甚至几个月才能完成的计算。
１９４８年４月，在一次重要的物理学会议上，费曼第一次报告他这
方面的工作。在那个时候，他自己的理论系统还不很成熟，而其他人更是
从来没有听说过他的路径积分。报告艰难地进行着。当讲到图形方法时，
坐在听众席上的玻尔，终于忍不住站起来，以权威的口吻打断说，２０年
前，我们已经知道，在量子力学里是不能够使用电子的路径或者轨道的概
念的。言下之意是费曼根本没有学好量子力学。其实，即使是在“费曼图”
里代表粒子之间发生相互作用的各个线段的交点，都要在全空间—时间上
进行积分，并不代表粒子真正走过的路线。费曼所做的工作，确实是对量
子力学基本原理的一种发展，并且经过戴孙的整理和改写之后，很快就被
物理学界普遍接受，推广成为量子场论的公认的一种常规程式。很明显，
假使费曼当初受到“互补原理”的束缚，他就不可能做出这一成果。
事实上，费曼对老一辈的科学家总是很尊敬的。但他自己又说过：
“当我听到物理学问题时，我就只考虑物理学，而不管我的话是对谁讲的。”
在战争时期，费曼参加了美国研制原子弹的计划。一次，老玻尔和他的儿
子(A. Bohr)来到位于洛萨拉莫斯的研究基地。为迎接他们的到来，专门
召开了一次技术会议。参加这次会议，坐在一大堆大人物后面的费曼，也
直言不讳地发表了意见。会后，费曼意外地接到小玻尔的电话，说他们父
子俩要找时间单独同他面谈。后来，小玻尔告诉费曼是怎么一回事。原来，
在头一次大会之后，他的父亲对他说：“要记住坐在那边后面的那个小伙
子的名字。他是唯一一个不怕我，并且会在我说出一个愚蠢的想法时敢于
指出来的家伙。所以，下回当我们有想法要讨论时，我们根本不要去找那
些对任何问题都只会说‘是，是，玻尔博士’的家伙。我们要先找到这个
家伙同他谈谈。”
由此可见，事实上玻尔是相当谦虚的，他并不以为自己讲的句句都是
真理，并且愿意听取别人的不同意见。当有一次被问到，他怎么样能够团
结那么多的物理学家在他的身边，做出了那么多的贡献的时候，玻尔回答
说，这是因为，他从来不怕在年青人面前暴露自己的无知。正是玻尔的这
种不耻下问，寻根究底，循循善诱的态度，帮助和启发了许多年青的物理
学家，整理和提高了他们的想法。我们相信，玻尔的一些追随者和崇拜者，
把他这个人神化起来，把他的言论当做教条的做法。并不能代表玻尔本人
的意思。
费曼认为：“科学家是探险者，而哲学家是观光客。”又说：“我是
一名探险家，好吗？我喜欢发现。”费曼的一生，正是勇于怀疑，不息探
索的一生。戴孙这样说过费曼：“首先，他不相信别人讲的所有东西。这
是他的本性。他总是怀疑专家们告诉他的任何东西。他要从一个全新的观
点，自己来理解物理学的基本规律。”
费曼不仅热爱物理学，而且也涉猎到其他科学的领域。例如，他早期
对噬菌体遗传现象的研究，导致在哈佛大学生物系的一次正式科学报告：
他对玛雅象形文字的破译，发现了古人的一些天文学知识；他后来关于用
量子力学讨论电子计算机能力极限的文章，亦成了“量子计算机”方面的
经典。
在洛萨拉莫斯的时候，费曼学会了击拍当地印地安人的鼓点，供自己
消遣。后来，他竟成了一名邦戈鼓（bongo，一种非洲鼓）的业余演奏能
手，他不仅在学校里或者朋友们的聚会上助兴，而且还为正式的芭蕾演出
登台伴奏过。费曼在艺术上的另一方向的尝试是绘画。他的一位画家朋友
自告奋勇的教授，和参加函授教育的结果，使从小就自认为缺少美术天分
的费曼，居然也像模像样地作起画来，并且还正式卖出过几张油画和素描。
最后，在朋友们的怂恿下，在学校的教授俱乐部里，为费曼举行了一次个
人画展。费曼认为，他从这些活动里，获得了很有价值的新鲜体验。
费曼的探索精神，还充分体现在他的“嗅觉试验”里。在洛萨拉莫斯
的时候，费曼对人们常说的警犬的嗅觉比人灵敏得多表示怀疑。他做了一
些简单的试验，结果：“我发现，警犬的嗅觉的确很灵敏，然而人类也并
非像他们自己认为的那样差。”费曼把人类嗅觉效果比较差的原因，归于
人直立行走后，鼻子离地面远了。他曾经试着在地下爬行，看看能不能提
高嗅觉的效果。后来，在朋友们的一个晚会上，他表演了他的嗅觉技巧，
可以闻出不同人摸过的书本的气味。
费曼在物理教学方面，也做出了有世界影响的贡献。由于篇幅关系，
就不在这里详细介绍了。费曼把他的生活，特别是他的科学事业，当成一
次又一次不倦的探索；他的教学活动，就是要把这种勇于探险的精神，传
授给下一代。费曼把他的一生，献给了物理学的研究和教学，亦深深地赢
得了学生们的爱戴。１９８１年，费曼在一次癌症手术中，突然发生了主
动脉破裂这种极为凶险的情况。听到电话的召唤，数以百计的大学生立即
赶到医院，为他们敬爱的教授输了约４０升的鲜血。１９８８年２月１６
日，费曼去世的第二天，学生们在他任教的加州理工学院的密立根图书馆
的顶层，挂出了一幅布幛，上面用醒目的大字写着：“WE LOVE YOU, DICK”，
表示他们的深切悼念。斯人已逝矣，而费曼勇于向传统观念发起冲击的精
神，是永远值得我们学习的。 |
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