物理学史——费曼人物评析

理查德·费曼——伟大的科学家与教育者

冯卉 22130711

摘要：本文提出了费曼童年经历、部分科学研究成就以及对物理的教育贡献，展现了他幽默风趣、不同寻常的个人魅力。

关键词：费曼量子电动力学教育

1.童年经历

1918年5月11日，费曼出生在曼哈顿。在他的妈妈怀着他的时候，他的爸爸就预计说：“如果是个男孩，他会成为科学家。”后来，此话显然是应验了的。费曼会对物理科学着迷，以至于后来的在物理上成就，他的父亲梅尔维尔·费曼应该来说是功不可没的。因为他很早就引导他的儿子以科学的方式去思考，他会收集彩色浴室花瓷片和小费曼做游戏，有意识地开始尝试让小费曼思考图形和基本的数学关系。他为小费曼买了一套《不列颠百科全书》，还常带他去参观美国自然史博物馆。小费曼也没让他的父亲失望，他对物理、对自然也表现出浓厚的兴趣，他会在推小车的时候发现小车中球的奇怪行为，即向前推小车，球会向后滚，反之，向前。他的父亲就会向他解释，并告诉他“惯性”这个概念。正是这样的例子，日后一直激励着费曼对每件事提出疑问，去探寻最基本的原理，他不因为有些事情已经被标明就认为自己已经理解过程本身。父亲与他而言是科学的引导者和启蒙人，而母亲教给他的，就他自己说是：“我母亲教我懂得了我们能得到的最好的理解就是笑声和同情。”所以，也是母亲成就了我们所认识的费曼，让他与众不同，与所有我们知晓的物理学家都不同，他并非过着我们想象中的那种冷漠的逻辑学家的生活，他是鲜活的，和我们普通人一样。物理学家弗里曼·戴森评论说：“我从未见过他作的演讲不让听众发笑。”对于费曼本人来说，爱比科学重要得多，他既爱人们，也爱物理学。

2.科学之路

费曼将物理学研究当成一种娱乐，这很可能与他童年接受科学教育的方式有关。他有种独特的与自然科学交流的方式，只有将其公式公开于世时，我们才能与之一起分享他“真实世界”的奥秘。

2.1关于宇宙线的证明

在麻省理工学院时，费曼证明了如果来自整个宇宙的宇宙射线确实各向同性地进入我们的银河系，那么它到达地球时也会如此。他的老师巴利亚塔被费曼的证明深深打动，并提议整理一下投《物理学评论》发表，但老师却因为自己是级别更高的科学家而把自己的名字放在费曼前面，即使那基本是费曼的理论，由于这是费曼图谋学术声誉的第一次体验，也就没有追究。而最终费曼获得了胜利，这篇文章却引起了海森伯的兴趣，并在他出版的一本论宇宙线的书中讨论，费曼再次遇到巴利亚塔时问他是否看过海森伯的这本书，巴利亚塔回答说：“你在宇宙线方面有最终发言权。”

2.2费曼——赫尔曼定理

在写毕业论文时，斯莱特给费曼布置研究的问题是：为什么石英被加热时膨胀得远比诸

如金属等其他物质慢。费曼很快被物质如何膨胀以及根本原因这一想法吸引，所以着手研究晶体中原子间力的作用方式。费曼方法的基础是根据原子核电荷和核外电子云电荷的分布来计算分子或晶格中原子核所受的力，而只要知道电荷云的分布，就能从经典静电力学计算出电荷分布，再利用量子力学计算出电子云的电荷分布之后，相对而言，剩下的工作就简单许多。最终，他完成了他的毕业论文，而这篇论文也深深打动了斯莱特，他鼓励费曼投给《物理学评论》，当年晚些时候，这篇文章以“分子中的力”为题发表，这一大大减轻了化学家负担的计算分子和晶体中原子行为的简化方法也被另一位研究者独立发现，于是就有了现在的费曼——赫尔曼定理。

2.3量子电动力学与诺贝尔奖

费曼和他的导师惠勒一直致力于超距直接作用和时间对称的电动力学方面的研究，通过猜想、实验研究，他们得出了一项著名的理论——惠勒—费曼理论，这是一种相对论性的超距作用理论,其中假定宇宙中有足够的吸收体,它是作为带电粒子发出的所有作用的收缩点,辐射阻尼就是这个理论的一个结论。在1941年春天，他们带着这个理论在普林斯顿大学研讨会上做了介绍演讲，在那些日子里，即使是普林斯顿大学内部研讨会，其听众也必然会有诸如量子力学带头人之一的维格纳，当时最伟大的天文学家罗素等。那一场报告演讲，恰好有从瑞士来普林斯顿访问的量子理论的一位先驱泡利，以及在附近研究院工作的爱因斯坦。报告结束后，泡利表示不赞同，而爱因斯坦却说：“我认为要为引力相互作用找到一种与之对应的理论应该是很难的。”他并不是在否定惠勒和费曼的理论，而是觉得他们的理论尚有发展的可能。虽然没有得到热烈的赞同，但这一理论在第一次尝试就立住了脚，费曼的下一项任务是努力寻找一种方法将这一理论发展为量子力学的形式。后来他摆脱了场而仅用了超距作用的想法写成了他的博士论文，又对论文做了深入研究，最终他的辐射吸收理论正式发表。之后，费曼就一直致力于量子力学，他又对液氮的特殊性质产生了兴趣，并将超低温液氦的超流性与光子的行为方式类比，取得很大的进展。后来，他和莫雷盖尔曼在弱相互作用领域，比如β衰变方面，做了一些奠基性工作。费曼通过提出高能质子碰撞过程的层子模型，在夸克理论的发展中，起了重要作用。1965年，由于费曼在量子电动力学的成就，与朝永振一郎、施温格两人，共同获得该年度的诺贝尔物理奖。

3.教育成果

费曼以坦诚和严肃闻名，他也是一位优秀的教师，他关于物理学的演讲曾另无数青年学生领悟到物理学的奥秘。费曼有一种特殊能力，就是能把复杂的观点，用简单的语言把它表述出来，这在他的科学研究中也是可以看见的。这使得他成为一位硕果累累的教育家。

费曼曾经应邀在巴西进行了十个月的教学，年终他应邀做一次讲演，来评述巴西的教育。他认为巴西教育出来的学生“举一而不知返三”，他发现有时问一个问题，学生马上就答得出来。但下一次问同样的问题，至少在他看来是同样的题材、同样的问题，学生们却答不出来了。研究很久之后他发现，原来学生只是把什么都背的滚瓜烂熟，但完全不理解自己在背些什么。他们很会解题考试，却不会“问问题”，都以向别人询问为耻。他说他演讲的主题

就是巴西教育根本就没有在教科学，他说：“当我看到你们教小孩‘科学’的方式时，我的感觉就跟那希腊学者一模一样。”他的坦诚和严肃可见一斑。

在诸多奖项中，最让费曼感到自豪的，是1972年获得的奥尔斯特教育奖章。最初出版于1962年的《费曼物理学讲义》被《科学美国人》这样赞誉：“尽管这套教材深奥难懂，但是它的内容丰富而且富有启发性。在它出版25年后，它已经成为讲师、教授和低年级优秀学生的学习指南。”费曼自己则在前言中写道：“我讲授的主要目的，不是帮助你们应付考试，也不是帮你们为工业或国防服务。我最希望做到的是，让你们欣赏这奇妙的世界以及物理学观察它的方法。”这也许就是他与众多物理学家、科学家不同的地方，他爱科学，痴迷于科学，但他更爱人们，更爱帮助人们进入科学的殿堂。而他幽默的话语、深入浅出的叙述已经影响了许多人。

很少有物理学家能在自己的科研以及教育两方面都做的很好，因为科学家的特质往往是沉默寡言、兢兢业业、埋头苦干或者是思维跳跃、天马行空、难以理解，的确，这些特质有助于他们全身心投入科研、迸出思想的火花并取得震撼人心的成果。但这些并不是一位教育者必须的特质，教育者的特质应该是循循善诱、温和耐心、乐于助人的，他必须有将一件深奥复杂的事物用简单明了的语言解释的能力，而费曼却拥有这两种人的特质。他痴迷科学也喜爱教育；他是科学的顽童，也是教育的圣者；他让神秘的自然科学看起来不再那么拒人千里，他让好奇的孩子们有机会透过他幽默生动的话语探寻未知的世界；他是一座桥梁，两端连接着自然科学和想要探索它的人们；他以取得的科学成就为荣，更为自己的教育成果自豪！

参考文献：

[1]约翰·格里宾玛丽·格里宾.迷人的科学风采—费恩曼传[M].上海科技教育出版社.2005

[2]费曼.别闹了，费曼先生—科学顽童的故事[M].生活·读书·新知三联出版社.1997