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理查德·费曼传(比尔盖茨、乔布斯的偶像,诺贝尔物理学奖得主费曼的传奇一生)

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理查德·费曼传(比尔盖茨、乔布斯的偶像,诺贝尔物理学奖得主费曼的传奇一生)Quantum Man: Richard Feynman’s Life in Science
本书作者:劳伦斯·M·克劳斯 (作者)

本书读后感· · · · · ·

我希望更多的人不仅仅因为那些抖机灵的趣闻逸事而知道费曼——相反,他在物理上极其厌倦浮华的数学形式,往往直击本质,而且极其追求原创性,不以自己的方式重构整个问题他是绝不满足的。这也导致了他懒得参考别人的研究,发现有人在研究同一课题的时候立马罢手,所以他给物理学带来的纸面上的贡献远不足以体现他无穷的才华、精力和影响力。QED之后的费曼,以一己之力抓住多个领域最核心的问题,提出极富洞察力的思路,促进领域的发展之后自己不带走一片云彩,是扫地僧本人了

我的学习笔记

但到了第二天,我的老师问我是否听说过反物质,接着又告诉我那本书的作者费曼,刚刚因为阐释了反粒子可以被看作正常粒子沿时间轴反向运动而获得了诺贝尔奖。 P6

理查德·费曼传(比尔盖茨、乔布斯的偶像,诺贝尔物理学奖得主费曼的传奇一生) 传记电子书 第1张这是最新的费曼传记,似乎也是最棒的一本(科普作家格雷克和格里宾都写过),尤其是翻译,难得见三位译者的译作还能有如此水准。这本传记着重于费曼的学术思想和科学成就,虽然对量子物理缺乏理解能力,但仅仅重温费曼的个人生活和经历,感受其性格和思想的魅力,也非常值得。

现在我只想说,我真希望我的经历也能带来和费曼的少年往事一样意义重大的结果。 P7

在加州理工学院举行的一次学术讨论会上做报告时,我又遇到了费曼,他坐在听众席里,让我略感紧张。 P8

如果我能够做到这一点,将有助于读者理解现代物理学的一些核心内容,以及费曼在改变我们的世界图景中所起到的作用。 P11

他有一位尽职的父亲,经常和他一起玩智力游戏,循循善诱地让小费曼逐渐爱上了学习,激发他与生俱来的好奇心,并尽可能地拓宽其视野。 P13

成就其伟大的第一个迹象或许就是费曼不倦的耐心,他可以专注于一个问题几个小时之久,而这种孜孜以求的态度甚至让他的父母有所担忧。 P14

结果可想而知,当实验人员回到实验设备前重新进行观察时,他们看到了那一道闪光。 P15

这两个答案都没有引起费曼的共鸣,他认为数学不适合自己,因此转到了电气工程专业。 P16

理查德·费曼传(比尔盖茨、乔布斯的偶像,诺贝尔物理学奖得主费曼的传奇一生) 传记电子书 第2张爱因斯坦提出了关于自然界的全新理论,而费曼则是从全新的角度探索了一些已知的观点,而这些新角度往往伴随或导致了更多的理论成果的产生。 P17

光从一种介质(如空气)传播到另一种介质(如水)中时,它的传播方向会发生改变,这就是折射现象。 P20

毕竟,任何粒子在进入密度更高的介质之后,其运动理应受到更大的阻力,正如行驶在路上的汽车在进入交通拥堵区域会减速行驶一样。 P21

当然,光也不能在低密度介质中过分地逗留,否则光因多走的距离而浪费的时间将超过因速度优势而节省的时间。 P22

费马最短时间原理其实是物理学一个更显著性质的绝佳例子,这一性质从核心上指明了一个令人吃惊的先验事实,即自然是可以通过数学去理解的。 P23

这是因为根据不同的物理思想,我们在试图理解未知事物时提出的可能修正的类型也不同。 P24

他在加州理工学院为大一新生讲授的物理学入门课程被整理成《费曼物理学讲义》,影响力经久不衰。 P30

如果你要读一本书,我这里非常高兴地向大家推荐这本费曼传记,原名为“Quantum Man”(“量子人”的意思)。 P31

如果一个想法看起来还不错,我会说它看起来还不错。 P32

这并不奇怪,因为仅仅10年之前,杰出的理论物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac)已经证明了“克莱因–戈登方程”并不适用于描述相对论电子,狄拉克也因推导出正确的方程而获得了诺贝尔奖。 P33

然而校方否决了这个建议,于是费曼继续他的研究工作,并在大四这一年在业内颇负盛名的《物理评论》(Physical Review)杂志上发表了一篇有关分子的量子力学的论文,还发表了另一篇与宇宙射线有关的论文。 P34

因为对很多人来说,将整个学术生涯投身于同一家研究机构,可能会带来一些局限性。 P35

这对费曼而言是一种幸运,因为惠勒的想象力恰与费曼的数学天资相得益彰。 P36

伟大的物理学家则像猎犬一样聚焦在这种矛盾体上,因为他们知道真正的猎物就在那里。 P37

因为对于一般人,尤其是第二次世界大战之前的人们而言,这一物理图景看起来就是如此复杂且难以描绘的。 P44

他假想,如果我们所说的由粒子间虚光子的交换而引起的电磁场从根本上就不存在,将会怎样?也许整个电磁效应都是由带电粒子间直接的相互作用引起的,根本不需要场的存在呢?在经典理论里,电场和磁场完全是由带电粒子的运动造成的,所以费曼觉得场本身也是冗余的。 P45

用当时他的一位普林斯顿同事的话说:“在惠勒谦逊礼貌的外表之下,隐藏着一颗林中之虎一般的心……他勇于去触碰任何疯狂棘手的物理问题。 P46

众所周知,加速一个带电粒子需要做的功比加速一个电中性的粒子更多,因为在加速过程中,带电粒子会释放辐射并消耗能量。 P47

他们进行了各种尝试,来检验他们是否可以在不引入新问题的前提下解决已有问题。 P48

费曼拥有出众的数学才华和良好的物理直觉,而惠勒则有着丰富的经验和敏锐的洞察力。 P49

理查德在研究生院开始与约翰·阿奇博尔德·惠勒共同工作之后,梅尔维尔长途跋涉到普林斯顿大学,想要再次确认理查德的学习进展和他的学术前景。 P50

惠勒的孩子们一直都很喜欢费曼来他们家做客,因为这位客人常常用各种花样逗他们发笑。 P51

而除此之外,惠勒想要发展一个更为疯狂的想法,来解释在宇宙射线中发现的新粒子,并最终借此解释在核物理实验中发现的新粒子:也许所有的基本粒子都是由电子的不同组合构成的,基本粒子内部这些电子间的相互作用与基本粒子外部电子间的相互作用不同。 P52

不过,这些人并非普通的物理系同事,这场会议的组织者是后来的诺贝尔奖获得者尤金·维格纳,一些特殊人物也得到了邀请,其中包括著名数学家约翰·冯·诺伊曼(John von Neumann),以及从苏黎世大学来此访学的令人敬畏的诺贝尔奖获得者、量子力学的发展人之一沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli)。 P53

泡利询问爱因斯坦:如果人们摒弃了“场”这一用来传输力和信息的概念,是否会与他在广义相对论上的工作相抵触?有趣的是,爱因斯坦谦逊地回答说,可能会有矛盾的地方,但毕竟他自己的引力理论(物理学界将此理论视为自牛顿以来最重要的一项成就)“还不是很成熟”。 P54

后来,在1965年,物理学家们惊讶地发现,某些基本粒子的微观过程确实与时间指向相关,也就是说,一个过程的速度与在时间轴上反向进行的同一过程的速度略有不同。 P55

如果所有科学思想刚被提出时就完全正确,推进科学前沿将会易如反掌。 P56

这个女孩就是阿琳·戈林鲍姆(Arline Greenbaum),早在高中时代便出现在费曼的生活中。 P57

我之所以要在这本科学传记中提及阿琳,不仅因为她是费曼的初恋——也许还是一生至爱,还因为她的精神支持在费曼不断前行、独辟蹊径以及打破传统的过程中不可或缺,在科学研究方面如此,在生活的其他方面也是如此。 P58

费曼的著名自传题为《你干吗在乎别人怎么想?》(What Do You Care What Other People Think?),这正是阿琳在费曼犹豫不决、惊慌失措时经常重复的一句话。 P59

这在我心目中的分量,甚至超过我对阿琳的爱。 P60

1945年6月16日,距离理查德参与制造的原子弹在广岛爆炸还有6个星期,阿琳在这个忧郁的日子里与世长辞。 P61

这一问题来自粒子之间在不同时间发生的各种相互作用,或者正如费曼后来所说:“某一粒子在某一时刻的路径会受到另一粒子在另一时刻的路径的影响。 P62

你或许还记得,费曼在高中就学到了运动定律的一种表达形式,这个形式并不是基于物体在某一时刻的状态,而是基于物体在所有时刻的状态。 P63

物理,或者至少是费曼和惠勒想象中的物理,已将费曼带到了他在6年前完全意想不到的境地!在勤勉、深入地探索了他和惠勒二人的新理论之后,费曼的思想发生了惊人的转变。 P64

我们已经了解到,在量子力学效应显著的小尺度上,粒子可以在同一时刻出现在不同的地方,也可以同时在不同的地方处于不同的状态。 P65

马克斯·玻恩(Max Born)随后指出,如果自身像波的波函数所描述的不是粒子本身,而是某一时刻在空间中任何给定位置找到该粒子的概率,那么波函数就可以用来描述粒子。 P66

这一事实是量子力学一切古怪之处的源头,因为它解释了为什么粒子的行为恰如波一样。 P67

然而,如果我们考虑两个粒子都存在的情况,则在位置x发现其中任一粒子的概率为[(1/2)+ (–1/2)]2=0!实际上,这种表面上看似荒谬的现象在波的世界里是十分常见的。 P68

我们发现一个电子的确可以与自己干涉,因为电子可以在同一时刻在很多不同的地方具有非零的出现概率。 P69

而根据此原理,光通过那条所需时间最短的路径的概率是100%,通过任何其他路径的概率是零问题在于,在量子力学中,事情变得完全不一样了。 P70

由于在求和中的某些项可能为负值,我们曾在第2章中讨论过的电子打到闪烁屏上时发生的那种疯狂的量子行为可能就会发生。 P71

在那里,理查德遇到了当时正在访问普林斯顿的欧洲物理学家赫伯特·耶勒(Herbert Jehle),并被对方问及当时的工作重点。 P73

费曼就是费曼,他当即决定演算一些简单的例子,来验证狄拉克所说的相似性是否存在。 P74

至于狄拉克为什么没有进一步检验这些想法是否能够实现,我们可能永远也找不到答案。 P75

狄拉克是与玻尔同样著名的物理学家欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)从英国派去的博士后研究员,然而狄拉克“太过安静”,玻尔显然对此有些抱怨。 P76

但是我发现,除非实验科学家在新的水平上对理论进行了探究并得出了具体结果,否则理论科学家很难严肃地对待他们自己的那些想法,也就很难去严格地探索理论的所有分支,或是为现有问题提出切实可行的解决方案。 P132

后来,薛定谔通过他著名的波动方程表明,氢能级可以通过他的波动力学准确导出,而不必像玻尔的原子理论那样进行限定。 P133

总角动量是电子的自旋角动量及轨道角动量之和,两个量子态中构成总角动量的每一部分可以不同。 P134

于是在绝望中,我直接测量了对角线——看,它大约是7英尺左右——既不是无穷,也不是零。 P135

令费曼感到大为惊讶和满足的是,贝特声称虽然他还没有完全理解如何处理伴随QED的奇怪的无穷量,但他已经理解了兰姆观察到的频率位移(当时已经被命名为“兰姆位移”)的大小和源头。 P136

贝特的努力方向是建立在奥本海默、物理学家H. A. 克拉默斯(H. A. Kramers)以及维克托·魏斯科普夫(Victor Weisskopf)的想法之上的。 P137

在这种情况下,只要把所有的结果用有限的观测质量来表示所有实验结果,以移除该无穷量,那么所有的计算都可能得到有限解。 P138

后来,贝特以此为题在康奈尔做了一次报告,并指出如果可以对理论中的高阶贡献进行全相对论式的处理,或许不仅可以得到更加准确的结果,而且可以证明这一结果与他所采取的特定计算过程是一致的。 P139

最终的结果是,他们当时得到的答案非但不是有限的,而且那个无穷量甚至比在非相对论计算中得到的还要糟糕,使得从其中分离出有限量变得更加困难了。 P140

由于电子的行为仿佛是在旋转,并且电子带电,所以电磁学告诉我们,电子的行为应该像一个微小的磁体,其磁场强度应该与该电子自旋的大小相关。 P141

在这个过程中,他运用了自己超强的数学技巧,以及在重新表述量子力学的过程中所培养出的直觉,逐渐发展出一种描绘QED中所涉及现象的全新途径。 P142

这就意味着我们可以认为电磁场的涨落产生了无限多的暂时存在的虚光子。 P143

而同样值得注意的是,昂内斯很可能将液氦冷却到了变为超流体的温度,但是并没有对这一更为奇特的显著现象提出自己的看法。 P181

尽管超导性和超流性的问题还没有被解决,但已经有一些最杰出的物理学家投身于这一领域,并已在这些问题上进行了一番探索。 P182

事实上,在费曼开始研究这一问题之前,尚没有人尝试过在微观尺度下使用量子力学直接推导出液氦从正常状态向超流状态转变的一般性质。 P183

即使昂内斯把氦的温度降到了人们所能得到的最低温,即远低于1开尔文(绝对零度以上1度),氦也没有凝固。 P184

根据玻色和爱因斯坦的预测,在足够低的温度下,玻色子气体将凝聚为单一的宏观量子态,其中所有的粒子都处于完全相同的量子态,它们的宏观组态将表现为一个量子物体而非经典物体。 P185

从表面上看,这似乎只是一个无关物理的数学小手段,但事实证明,它对物理学产生了深远的影响。 P186

最终,费曼证明,路径总和贡献最多的轨迹,即作用量最小的轨迹,将是那些内部的每个粒子都像自由粒子般运动,只是质量略微增加的轨迹。 P187

他在1954年完成的论文里阐述了类似的观点。

粒子物理学家用“粒子动物园”来表示当时已知的多种多样的基本粒子,以动物园中物种的多样性作为类比。 P189

如果我们旋转装着流体的容器,以使整个流体旋转,会发生什么呢?费曼找到了解决这一问题的关键,而他不知道的是,此时诺贝尔奖得主、挪威裔美国化学家拉斯·昂萨格(Lars Onsager)也提出了一个相似的解决方案。 P196

这些涡线将会在整体上不旋转的流体中以均匀的密度自发分布。 P197

所有这些冥想都妙趣横生,但尤其重要的一点是,这些想法再一次改变了这个领域的物理学家对自己领域问题的思考方式。 P198

他们理解超导性的方法与费曼类似,即弄清楚在超导情况下,像电子(不属于玻色子)这样的粒子是如何形成类似“玻色–爱因斯坦”的凝聚形式的。 P199

此后,他在一次凝聚态物理学会议上见到了昂萨格。 P200

数不清的例子表明,费曼研究很多课题只是为了享受解开难题带来的满足感,他觉得没有必要将其写成论文,只为引起他人对自己想法的关注。 P201

理查德·费曼传(比尔盖茨、乔布斯的偶像,诺贝尔物理学奖得主费曼的传奇一生)


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