前言

我發(fā)現(xiàn)物理是一個絕妙的東西。我們將諸多已知約化為寥寥幾個方程，此外我們?nèi)灾跎佟?/p>

——理查德·費(fèi)曼，1947年

回憶兒時，人們往往很難分辨某段記憶究竟是真實發(fā)生過，還是只是想象。但我十分清晰地記得第一次萌生這一念頭的情形：做一名物理學(xué)家或許真的會令人興奮。我自小對科學(xué)著迷，但彼時我所觸及的都是一些落后于當(dāng)時至少半個世紀(jì)的科學(xué)。與其說是科學(xué)，倒不如說是歷史。那時的我還沒有意識到，神奇的自然界尚有很多未解之謎。

高中有一年參加暑期科學(xué)項目時，我突然領(lǐng)悟了。不知是不是察覺到我當(dāng)時對課程有些不感興趣，我的老師在堅持既定的課程安排的同時，扔給我一本理查德·費(fèi)曼的《物理定律的本性》（The Character of Physical Law），讓我閱讀其中關(guān)于過去和未來區(qū)別的章節(jié)。這是我第一次接觸熵和無序度的概念。就像許多前輩一樣，這些概念令我感到迷惑甚至沮喪，而偉大的物理學(xué)家路德維希·玻爾茲曼（Ludwig Boltzmann）和保羅·埃倫費(fèi)斯特（Paul Ehrenfest）甚至在耗費(fèi)畢生精力研究這一課題之后選擇了自殺。我無法理解世界是如何由簡入繁地變化的：從簡單的兩體問題（比如地球和月球），推廣至多體問題，比如此刻我在其中敲擊鍵盤的房間里那些氣體分子的運(yùn)動，這些問題既微妙又深刻。毫無疑問，對于當(dāng)時的我來說，這些問題過于微妙和深刻了。

但到了第二天，我的老師問我是否聽說過反物質(zhì)，接著又告訴我那本書的作者費(fèi)曼，剛剛因為闡釋了反粒子可以被看作正常粒子沿時間軸反向運(yùn)動而獲得了諾貝爾獎。這太吸引人了，盡管我并不了解個中細(xì)節(jié)（回想起來，好像我的老師也不是很了解），但這些激動人心的發(fā)現(xiàn)在我生活的時代產(chǎn)生，這激勵了我，讓我認(rèn)識到還有很多領(lǐng)域值得探索。（事實上，盡管我的結(jié)論是對的，但我得此結(jié)論所依據(jù)的信息卻并不準(zhǔn)確。大約在我出生的10年之前，費(fèi)曼就發(fā)表了與他獲獎相關(guān)的量子電動力學(xué)論文，而那個反粒子可以被看作正常粒子沿時間軸反向運(yùn)動的想法甚至根本不是費(fèi)曼的。當(dāng)傳播到高中老師和教材里時，這一物理思想已接近“中年”了，而且往往偏離了原貌。）

在我后來學(xué)習(xí)和研究物理的過程中，費(fèi)曼成了我，或者說成了一整代物理人心目中的英雄和傳奇。進(jìn)入大學(xué)的時候，我和其他許多有志于物理研究的青年學(xué)子一樣購買了《費(fèi)曼物理學(xué)講義》（Feynman Lectures on Physics）這套書，雖然實際上它并非任何一門課程的指定教材。但是正像很多同齡人一樣，即使我們的水平早已超越了大學(xué)物理入門課程的難度，我們還是會不時地參閱此書。正是在閱讀這些講義的過程中，我吃驚地發(fā)現(xiàn)，我在那次高中暑期項目中的體驗與費(fèi)曼高中時的一段奇特經(jīng)歷何其相似。這一點我們稍后詳談?，F(xiàn)在我只想說，我真希望我的經(jīng)歷也能帶來和費(fèi)曼的少年往事一樣意義重大的結(jié)果。

直到進(jìn)入研究生院學(xué)習(xí)，我才明白當(dāng)初暑期科學(xué)項目里的科學(xué)老師試圖介紹給我的是怎樣的一個科學(xué)分支，但在很大程度上，我對基本粒子世界的興致，以及對為基本粒子著書立說的這位“妙人”費(fèi)曼的癡迷，都始于高中暑校的那個早晨，且從未停止。寫到這里，我突然意識到，我撰寫的畢業(yè)論文是關(guān)于路徑積分的，而這一領(lǐng)域正是由費(fèi)曼開辟的。

神奇的命運(yùn)使我有幸在本科學(xué)習(xí)階段遇到了理查德·費(fèi)曼，并與他共度了一段時光。那時我加入了一個叫作“加拿大本科生物理協(xié)會”的組織，這個組織的唯一目標(biāo)就是組織一次全國性質(zhì)的會議，請一些杰出的物理學(xué)家在會上做學(xué)術(shù)報告，同時與會的本科生將展示他們在暑期研究中的成果。如果我沒記錯的話，那應(yīng)該是1974年，費(fèi)曼被極富個人魅力的協(xié)會主席說服（也可能是被引誘，總之我說不清楚，也不該妄加揣度），作為大會主講人參加了在溫哥華舉行的會議。在他做完大會報告后，我斗膽向他提了一個問題，這一切被一名國家級雜志的攝影記者拍了下來，并刊登了出去。然而更為重要的是，我是帶著女友一塊兒去的，并且在隨后那個周末的大部分時間里，費(fèi)曼都和我們倆一起混跡于溫哥華當(dāng)?shù)氐囊恍┚瓢伞?/p>

本科畢業(yè)后，我去了麻省理工學(xué)院的研究生院并聆聽了幾次費(fèi)曼的學(xué)術(shù)報告。又過了幾年，我獲得了博士學(xué)位，而后到了哈佛大學(xué)。在加州理工學(xué)院舉行的一次學(xué)術(shù)討論會上做報告時，我又遇到了費(fèi)曼，他坐在聽眾席里，讓我略感緊張。他很有禮貌地問了一兩個問題，并且在討論會正式結(jié)束后還繼續(xù)與我交流。我想他已經(jīng)忘記了我們在溫哥華的會面，而沒能跟他本人確認(rèn)他是否還記得那件事則成了我的一樁終生憾事。沒辦法，就在他很耐心地等待著跟我交談的時候，一名執(zhí)著且討厭的年輕助理教授霸占了討論，直到費(fèi)曼終于離開了會場。自此以后，我再未見過費(fèi)曼，而過了幾年，他就離開了人世。

早在進(jìn)入公眾視野之前，理查德·費(fèi)曼就已經(jīng)成為整整一代物理學(xué)家心目中的傳奇人物。獲得諾貝爾獎或許讓費(fèi)曼登上了世界各地的報紙頭條，但是第二天，同樣的位置就會被更具時效性的內(nèi)容取代，每一天的頭條并不會在人們的記憶中留存很久，正如每天的報紙一樣。費(fèi)曼的聲名鵲起并非源于他的科學(xué)貢獻(xiàn)本身，而是源于一系列回溯他個人生平的書籍。透過這些回憶錄，我們可以看到這位天才物理學(xué)家同時還是一位才華橫溢、妙語連珠的講故事的高手。那些哪怕只是與費(fèi)曼有過一面之緣的人，也一定會被他超凡的個人魅力所征服。他有著深邃的目光、頑皮的淺笑，說話一口紐約腔，這一切與刻板的科學(xué)家形象格格不入。而他對諸如邦戈鼓^[1]和脫衣舞酒吧之類事物的癡迷，更為他本已超脫的人生增添了神秘色彩。

然而，真正使費(fèi)曼成為公眾人物的是一次令人始料不及的悲劇性事故：挑戰(zhàn)者號航天飛機(jī)在升空不久后發(fā)生了爆炸，遇難者中包括美國首名參加太空飛行的“普通公民”——一名公立學(xué)校的老師。按照原本的計劃，她將在太空中為學(xué)生授課。在隨后展開的事故調(diào)查中，美國國家航空航天局（NASA）邀請費(fèi)曼加入了調(diào)查委員會。以往他刻意回避任何委員會，以及會妨礙他展開科學(xué)工作的其他人或事情，但這次一反常態(tài)的是，他接受了邀請。

費(fèi)曼用他自己的方式進(jìn)行了調(diào)查，其調(diào)查方式同樣獨(dú)樹一幟。他并沒有在辦公室里研究卷帙浩繁的事故報告和未來如何避免事故的那些官僚文牘，而是直接與NASA的工程師和科學(xué)家對話。在一次非常著名的電視聽證會上，費(fèi)曼做了一個實驗，將一個小的O型橡膠密封圈放進(jìn)一杯冰水里，從而證明了挑戰(zhàn)者號所采用的橡膠密封圈處于事故當(dāng)天的低溫條件下會失去本該有的密封功能。

那場聽證會之后，關(guān)于費(fèi)曼舊聞逸事的書籍、個人書信匯編和一些“失而復(fù)得”的演講錄音紛紛涌現(xiàn)，甚至直到他去世，類似的資料依然層出不窮。傳記類暢銷書也相繼付梓，其中最出名的就是詹姆斯·格雷克（James Gleick）所著的《費(fèi)曼傳》（Genius）。

費(fèi)曼其人其事將會持續(xù)散發(fā)其魅力，當(dāng)有人約請我從其科學(xué)貢獻(xiàn)的視角來撰寫一本反映費(fèi)曼一生的簡短、親切的作品時，我感到義不容辭。這一創(chuàng)作讓我干勁兒十足，因為我有機(jī)會閱讀他留下的原始文獻(xiàn)了。（很多人可能意識不到，科學(xué)家其實很少去挖掘自己所在領(lǐng)域的早期文獻(xiàn)，尤其是那些幾十年前的老文獻(xiàn)。這是因為科學(xué)思想幾經(jīng)提煉和升華，最新的物理表述往往已遠(yuǎn)遠(yuǎn)脫離了它們最初的形態(tài)，即使它們描述的是同樣的物理過程。）但更重要的是，我意識到，費(fèi)曼的物理學(xué)為20世紀(jì)后半葉微觀世界物理問題的關(guān)鍵進(jìn)展提供了理論視角，而他留下的許多謎題至今仍然懸而未決。

在本書接下來的部分，我將盡量站在費(fèi)曼的立場，忠實而客觀地呈現(xiàn)他的觀點及其思想內(nèi)涵。而正因如此，本書的首要目的是在個人科學(xué)傳記的背景下，講述費(fèi)曼如何影響了我們對客觀物質(zhì)世界的理解。我將不會花太多筆墨描寫物理學(xué)家在探索科學(xué)的過程中走過的彎路和死胡同，雖然哪怕最成功的科學(xué)家都曾被這些歧路吸引，費(fèi)曼也不例外。對于非專業(yè)人士來說，要正確理解物理學(xué)家對自然世界的了解已屬不易，因此，我們不必再去整理更多花哨卻錯誤的提法而使讀者們誤入歧途。盡管其中不乏巧妙而機(jī)智的觀點，但歸根結(jié)底，我們的重點在于那些經(jīng)歷了時間檢驗而被實驗證實的理論。

我的小小的目標(biāo)是聚焦于費(fèi)曼給我們留下的科學(xué)財富，這些財富影響了20世紀(jì)物理學(xué)的革命性發(fā)展，并將繼續(xù)對21世紀(jì)一些物理學(xué)謎題的解開造成影響。我真正想要向非物理學(xué)從業(yè)者揭示的是，為何費(fèi)曼能夠被大多數(shù)當(dāng)世物理學(xué)家奉為神壇之上的英雄。如果我能夠做到這一點，將有助于讀者理解現(xiàn)代物理學(xué)的一些核心內(nèi)容，以及費(fèi)曼在改變我們的世界圖景中所起到的作用。于我而言，這些是我能為理查德·費(fèi)曼這位天才所做的最佳證明。