费曼(1918年5月11日—1988年2月15日)是著名物理学家,1965年诺贝尔物理学奖获得者,是公认的物理学天才。2018年是费曼诞辰100周年,也是他逝世30周年。
费曼很小的时候就对世界充满好奇,特别喜欢动手,比如做化学实验、修理收音机等。成年后,他经常做一些开密码锁、敲邦戈鼓、学素描等事情。中学时他就展现出数学天赋,在麻省理工学院读大学时,曾获得普特南数学竞赛第一名。但他更喜欢物理,大学时主修的也是物理,还研究过狄拉克的《量子力学原理》。
在获得普林斯顿大学博士学位(1942 年)之前,费曼曾参与过曼哈顿计划,即原子弹计划。1943 年,他移居洛斯阿拉莫斯,成为原子弹计划理论部分的组长,主要负责数值计算。二战结束后,费曼重返学术界,先是在康奈尔大学工作了几年,然后从 1951 年起在加州理工学院工作,直到 1988 年去世。
费曼是一位方法独特的理论物理学家。他发明了量子力学中的路径积分和费曼图,构建了量子电动力学的新理论(他与施温格和朝永振一郎共同获得了 1965 年诺贝尔物理学奖),并对超流体、弱相互作用、部分子和量子引力做出了重要贡献。
费曼还是一位言行一致的教育家。他不仅讲授了几十门研究生课程,还分析了巴西物理教育失败的原因。他于1961年至1962年间讲授基础物理课程,留下了三卷本的《费曼物理学讲义》,书中描述了他眼中的世界:一切都是物理,物理就是一切。
费曼对科学发展方向有着远见卓识,1959 年发表著名演讲《下面还有大把空间》时,指出纳米技术的巨大潜力。如今这一领域确实“广阔而有前途”。1982 年,他提出量子计算机概念,希望利用量子系统的特性突破经典计算的极限。近年来,这一领域备受关注,但“前途是光明的,道路却是曲折的”。
费曼还是一位脚踏实地的科普工作者,他不仅给中学生做科普报告,给曼哈顿计划的实践者讲授核物理基础知识,还批评中小学教科书中的荒谬错误。当然,最著名的还是他参与了挑战者号航天飞机事故的调查。费曼用一杯冰水向公众演示了事故的直接原因:低温使橡胶圈失去弹性,从而失去密封作用。费曼的调查揭露了官僚体制对科学研究和技术进步的阻碍。
后世学子在回忆前几代巨人时,大多羡慕他们恰好生在他们成就伟业的时代。连爱因斯坦都会感叹:“幸运啊,牛顿!幸运啊,科学的童年!”杨振宁也曾向往“爱因斯坦那样的机遇和眼光”。今天回首费曼的一生,我们也应该感到他生逢其时,活出了多姿多彩的人生。
费曼在课堂上
费曼出生于1918年,当时旧量子力学的精髓已枯竭,新量子力学即将开花结果。
费曼生活的70年是物理学蓬勃发展的时代,特别是他见证了物理学的美国世纪:量子力学理论的创立标志着物理学的开始,尽管美国主要起到了参与和学习的作用;原子弹的成功研制,显示了美国对全球科学天才的号召力和美国物理学乃至整个理工科的强大实力;半导体时代的到来物理学家100位,预示着美国全力挖掘科技对现代大生产和国民经济的推动作用;阿波罗载人登月是“一个人的一小步,却是人类的一大步”;而1986年挑战者号航天飞机的爆炸,似乎预示着大科学萧条期的到来。
费曼去世后的三十年,是大科学的衰落期。高能物理研究领域超导超级对撞机的取消是一个标志。凝聚态物理、光学物理和材料科学的蓬勃发展,似乎反映出科学拓荒时代的结束和精耕细作时代的开始。哈勃望远镜的发射、希格斯粒子的发现乃至引力波的探测,更像是大科学时代的余晖。直到大物理学的出现,我们才看到了新的希望。
大数据、人工智能时代,物理学的未来在哪里?如果费曼今天还活着,他会怎么做?每一个喜欢物理的人、每一个崇拜物理英雄的人,可能都想过这个问题。我也不例外。
人类几千年的知识积累和经验教训,不可能存放在一个U盘里;几十年的刻苦学习和刻苦训练,也不可能和AI几十天甚至几十个小时的“从头开始”相比。学习有什么用呢?我想这都不是费曼担心的,因为他从小就被父亲教育,理解事物不是记住一堆各种名称(“两条腿的书柜”有什么用?),而是细心观察事物的运行(比如,一只鸟在做什么)和发展趋势(比如,惯性)。庞大的知识库和强大的搜索能力,只会帮助我们更好地理解世界,而不会成为学习的负担。
教学和科普就更不是问题了。著名的《费曼解题技巧》说,一开始就把一个问题想清楚,“如果你自己想不通,就不能说我懂了”(什么我,我不理解)。一开始不懂的人英语作文,要解释清楚,如果他们解释不清楚,再想想,继续解释,直到他们明白为止。这其实就是我们常说的“边教边学,边学边教”,是真正的教学结合,相互促进。与一般老师不同,费曼不是年复一年地重复同一门课,而是每次都换个话题。在他那个时代,只有少数人能从他的教学实践中受益(《费曼物理学讲义》可能是个例外),但互联网时代可以让更多的人、有学习意愿的人更容易接触到优秀的教育资源,看到非凡的天才。 解决每一个已解决的问题(Solve every that has been),或许会有更多的人能够像费曼一样往这个方向努力,虽然我们不要忘记黄昆先生的一句话:“一个人的知识越多越好,越深越好,但要与他掌控知识的能力相匹配”。
但什么才算解决了问题?费曼去世时,计算机才刚刚达到国际象棋大师的水平,深蓝还没有挑战过卡斯帕罗夫,更别说 Alpha-Go 了。两年前,没人相信计算机能在围棋比赛中战胜李世石。但两年后的今天,大家都知道人工智能比顶尖围棋选手强很多,但没人知道为什么。闭嘴吧!据说这是费曼对量子力学的看法。他会如何看待目前基于强大计算能力的解决问题的方法?费曼虽然是天才,但他毕竟是人,而人的力量也是有限度的。不只是围棋,更难的问题比如湍流、人脑乃至人类社会,似乎在不久的将来都能被强大的计算能力解决。费曼或者每一位有抱负的物理学家会怎么做?只管计算,别再胡说八道了?
费曼办公室里的黑板
再者,在人工智能主导的未来社会,什么才是重要的问题?科研需要越来越多的资源,人类的认知能力面临自然极限,任何问题要么被解决,要么太难,永远无法解决。同时,在数据库和搜索引擎的帮助下,每个人都可以表现得像个“万事通”,天才和南郭之间的区别已经看不清:你说你是天才,明白那个问题,但我也能找到!你说我是南郭,这个问题解决不了物理学家100位,你不也是一脸茫然吗?费曼一生中遇到过很多人,他们竭尽全力证明他只是一个普通人,没什么了不起的,但他总是用各种神奇的方法来展示自己的能力,证明天才确实不同于常人。 假如费曼再次出现在这个世界上,面对身边无数个自称天才的南郭先生,他一定会发现新的、真正重要的问题,并用自己独特的方法解决,不仅再次证明天才不同于南郭先生,而且推动社会的继续发展。
纪念费曼诞辰100周年,我们既要回顾这位伟大物理学家的辉煌成就,更希望新一代能继承他的科学精神。未来一定还需要费曼这样的天才,我们普通人不能被动等待。“在天才出现之前”,我们还是要努力做好本职工作,为新一代费曼的出现做好准备。