从 “搞不清楚” 到 “都明白了” 的费曼

Posted 2022-09-01 turingbooks

以下文章来源于公众号知识分子 ，作者刘钝

 美国理论物理学家费曼（1918-1988）| 图源：thetalentedworld.net

费曼是一位天才的理论物理学家，在国内外都受到广泛的追捧。在上个世纪50年代杨振宁、李政道等人探索 “奇异粒子” 的时候，他起先坦言不懂李、杨的工作，却被人怂恿而提出质疑，其后声称在很短时间内搞明白了一切，由此可见其聪明过人和毫无矫饰的傲慢轻狂。

学界同行对费曼的风格评价不一，但显而易见的是，他是个 “异数”，其聪明、轻狂与表演天才，是任何人也学不来的。

撰文 ｜ 刘钝（中国科学院自然科学史研究所/清华大学科学史系）

01

费曼与宇称问题

费曼（Richard Feynman，1918-1988）是一位天才的理论物理学家，机敏过人又好开玩笑，从麻省理工毕业后在普林斯顿大学获得博士学位。由于专业的关系，与杨、李二人有过一些学术上的交往，他在那本半自传性的畅销书《别闹了，费曼先生》[1] 中讲述了一些趣事。

在题为 “不要太相信专家” 的一节中，费曼回忆了围绕着宇称问题的一段往事。说他在一次会议上（注1），听到了有关奇异粒子的 “θ-τ之谜”，坦言 “那时候，我还有点搞不清楚情况，我总是有点落后。”

某天晚上，与他同住一室的实验物理学家布洛克（Martin Block）对他说：干嘛要死守着宇称规则？也许θ和τ根本就是一种粒子。费曼想了一下补充道：那就是说宇宙定律会分成左旋和右旋两种，尽管会有些不良后果，我也不觉得会有多么可怕。于是他对布洛克说，你明天应该去问问那些专家，后者说：“不，他们不会听我的，你来问。” 

第二天开会时，主持人奥本海默说：“我们应该听一些新一点、怪一点的意见。”于是费曼站起来说：“我是替布洛克问这个问题的：如果宇称规则错了，会有什么后果？” 他又写道：“之后葛尔曼（中文文献更多译作盖尔曼）经常笑我，说我当时没胆量用自己的名义问问题。但事实上那不是原因。真正的原因是，在当时我就感觉到那可能是个很重要的想法，谁提出这个问题，往后很可能会名留青史。”（注2）

费曼接着写道：

“李政道站起来，回答了一些很复杂的东西，而按例我又是不太听得懂。会议快结束时，布洛克问我李政道说了些什么，我说不知道，但就我所知，这问题还没有答案——还是有可能发生的。”

费曼后面的叙述有些凌乱，先是说 “吴健雄以实验证明了宇称也有不守恒的时候，而这替贝塔衰变理论带来了许多新的可能性，也启发了一大堆其他实验”，“期间在罗彻斯特举行了一个会议”（注3）；他又提到 “李政道已在发表关于宇称不守恒的论文。他和杨振宁做出宇称并不守恒的结论，现在他正提出解释这现象的理论”。[1]

图1 杨振宁与李政道在讨论问题 | 图源：普林斯顿IAS

费曼接着写道：会议期间他住在附近的妹妹家里，把论文（注4）带回来时还说：“我搞不懂李政道和杨振宁说的东西，这全都那么复杂！”妹妹却不以为然，建议他把论文带到楼上去逐字逐句细读。“我接受了她的建议，把那东西从头看到尾，发现它真的很明显简单。”

下面的叙述就益发显出费曼色彩了，他写道：

这篇论文提醒了我很久以前做过的一些研究，那是跟左右不对称方程式有关的。现在再来看李政道的方程式，我发觉他的答案比较简单：所有东西都是左旋耦合的。就电子及渺粒子（muon）来说，我的推论预测跟李政道的一样，除了我把某些加减号颠倒过来而已。当时我没想到：其实李政道只不过讨论了最简单的渺粒子耦合例子，并没有证明所有渺粒子都向右旋；但按照我的理论，所有渺粒子会自动右旋。因此，事实上我的推论比他的更上一层楼了。我的加减号跟他用的颠倒，但我没意识到我其他部分全都弄对。

我又做了几项预测，全是些还没有人想到过用实验验证的情况。可是当我考虑中子和质子，进行计算时，我的结论无法跟当时已知的中子和质子数据互相印证。这部分有点儿麻烦，不好弄。

第二天回到会场，有个叫凯斯（Ken Case）的大好人，把他发表论文的时间分了5分钟给我，让我报告这些新想法。我说我相信一切都是左旋耦合，又说电子和渺粒子的正负号用反了，此外我还在努力解决中子的相关问题。[1]

02

费曼与V-A理论

会后费曼到巴西度假，回来后 “立刻想知道贝塔衰变的研究进展得如何了”，得到的数据却不尽人意，直到有一天加州理工的同事告诉他，盖尔曼（注5）猜测中子的贝塔衰变可能是V和A而不是S和T，他突然从小板凳上跳起来说：“那么我全——部——都明白了！”

当晚他 “就用这个理论把一切都计算出来”（注6），首先是渺粒子和中子的蜕变速度，“结果跟应有的答案” 非常接近；“继续检查其他的一些计算，全都符合，再计算新的东西，也符合。这是我生平第一次、事实上也是唯一的一次，我知道一个别人都不知道的自然规律。”（注7）

他还联想到狄拉克（Paul Dirac，1902-1984）及其 “单独拥有” 的伟大方程，“而现在我也拥有这个新的贝塔衰变的方程式。它没有狄拉克方程式那么耀眼，但它也很不错。这是我唯一一次发现了新定律。”

费曼把V-A理论视为自己 “唯一的一次” 发现自然定律令许多人不解，包括盖尔曼、杨振宁在内的众多一流物理学家都认为他的最大贡献是路径积分。对此有人给出了一个解释，认为在费曼眼中路径积分更像是一个原理而不是具体的定律，尽管不能独享V-A理论的发明权，但是他在探索过程中体会到的激情与对自然定律的膜拜是无与伦比的。

图2 盖尔曼 | 图源：维基百科

就这样，费曼从上一年的 “搞不清楚” 变成现在的 “都明白了”。他马上给在纽约的妹妹打电话，“谢谢她建议我坐下来好好地通读李政道和杨振宁的论文”。随后他又继续努力计算，“得到很多相互吻合的结果”。

其间冷落了两位女士，他也不忘写进书里。第一位多半是女友（注8），听说他度假回来却没有立刻给她打电话，有些生气，凌晨两三点突然跑过来，而费曼正心无旁骛地埋头工作，“我忘记后来怎样让她离开了，总之并不容易”，费曼写道。

第二位是稍后在夜间餐厅邂逅的一位女士，他兴奋地告诉对方自己刚有了一个大发现，女士却说自己 “是一个消防员或什么的妻子，很寂寞”，费曼接着写道：“但我没兴趣。有时候人生就是如此地相互交错。” [1]

关于V-A理论的诞生，盖尔曼传记 [2] 的说法似乎更为全面，书中是这样叙述的：早在第六次罗彻斯特会议之前，来自印度的博士生苏达山就与罗彻斯特大学的导师马沙克讨论过V-A问题，认为这种矢量减轴矢量的组合可能是适于所有弱作用的理论框架，苏达山很想在会上报告自己这一想法，但是作为东道主的马沙克觉得让研究生在众多知名科学家面前发言不合适。

会后的那个夏天，马沙克带着苏达山与另一名研究生到加州圣莫尼卡的兰德公司工作，苏达山则利用这个机会继续钻研弱相互作用的统一问题。

另一方面，盖尔曼早在两年前就考虑过奇异粒子与贝塔衰变可能包括轴矢量流，在兰德公司偶然遇到马沙克后这一想法死灰复燃，特意安排了一次午餐聚会以便了解苏达山与马沙克的更多工作，后者也从盖尔曼那里获知加州理工学院的贝姆（Felix Boehm，1924-2021）正在进行的实验支持V-A型方案（注9）。但是当他们问盖尔曼是否计划写论文的时候，后者回答说可能不会。

随后盖尔曼与夫人前往加州北部山区度假，等他回到加州理工时，发现刚从巴西回来的费曼正忙着准备有关V-A的论文，于是加州理工当时最聪明的两个人坐在各自的办公室里准备一场决斗。

系主任巴彻（Robert Bacher，1905-2004）闻讯后进行了干预，要求他们合作撰文。论文主要由费曼撰写，内容是两人共同讨论的结果。

文章于1957年9月16日投送到美国物理学会的《物理学评论》，1958年1月1日正式发行 [3]。文末的致谢有点不同一般，他们先是一致感谢贝姆等人，而作者之一的盖尔曼则强调与马沙克和苏达山的富有价值的讨论（注10）。

《盖尔曼传》中还提到这样一个有关费曼作派的细节：据说他从巴西度假回来途径纽约，曾向李政道询问“应该相信哪些东西，李政道告诉他最好的办法就是抛硬币”。他与盖尔曼论文的预印本出来后，也给李政道寄了一份，在空白处潦草地写了一句话：“我抛了硬币，这是答案。”

该书接着写道：“李政道后来懊悔地告诉别人，他本该把费恩曼的硬币借来。不过李政道也没什么遗憾的，那年秋天，他和杨振宁因那篇宇称破坏的文章而获得了诺贝尔奖——这是有史以来颁奖中最快的一次。” [2]

这时候苏达山已从罗彻斯特毕业而转到哈佛跟施温格（注11）做博士后，在一次杨振宁的讲座上吃惊地获悉V-A理论已属费曼，他又从年轻同事格拉肖（注12）那里听说费曼与盖尔曼已向《物理学评论》投稿，于是马上给导师马沙克打电话，后者一直认为他与苏达山的论文将很快在意大利会议（Padua-Venice International Conference,1957）的论文集上发表，没想到费曼与盖尔曼抢在前面。

经过一番努力，《物理学评论》3月1日以 “读者来信” 形式发表了他们的简要报告 [4]，比费曼他们晚了整整两个月。这篇只有一页半的简报题为 “手性不变性与普适费米作用”，两位作者在一个注释中提到费曼和盖尔曼独立地得到类似的表达式并感谢他们提供论文预印本。

多年来盖尔曼对此事一直感到内疚，曾在不同场合提到苏达山是第一个提出V-A理论的人，也总是乐于为苏达山写热情洋溢的推荐信，还曾为业内普遍存在的误解向马沙克道歉。

费曼的反应稍迟，然而也是真诚的，下面要引用印度裔美国物理学家与科学史家梅赫拉（Jagdish Mehra，1931-2008）的说法。梅赫拉与费曼相识30年，后者去世前不久邀请他前往医院，作了三个星期的深度访谈，之后他又采访了费曼的80多位同事与朋友，最终写成《一个与众不同的鼓的敲击：理查德·费曼的生活和科学》[5] 这本内容详实的传记。

书中有一节的标题是 “ ‘我有权宣称自己拥有的唯一自然定律’：弱相互作用理论”（‘The only law of nature I could lay a claim to’: The theory of weak interactions），引号中的话显然出自费曼自己那本半传记性的畅销书。梅赫拉书中写道：1974年在费城召开的弱相互作用会议上，费曼在总结发言中说：“我们有一个由马沙克和苏达山发明的（invented）弱相互作用的普适理论，由费曼和盖尔曼发表（published），最终由卡比勃（注13）完成（completed）——我称之为弱相互作用的普适理论——也就是所谓的V-A理论。”

1985年，费曼在京都大学召开的纪念介子概念提出50周年的学术研讨会上，从马沙克那里获知苏达山一直为优先权未得到应有认可而郁郁寡欢。8月17日，当马沙克已经启程回国后，费曼从京都给他寄出了一封信，辞意恳切，只是不经意地再次流露出独特的 “费曼风格”：“我真希望未曾引起过你和苏达山那样的不悦，只要有机会我都将努力说明真相——但是当我认真的时候却没有人相信我。”（注14）

苏达山的后半生则一直活在自己的成就没有获得应有承认的阴影中，除了V-A理论之外，他在量子光学领域引入的突破性的对角线表示法被人改名利用并荣获2005年诺贝尔物理学奖，为此多位知名物理学家向瑞典皇家科学院与诺贝尔奖委员会申诉抗议，后来他又被多次提名均未果。

03

费曼风格的不同评论

费曼智力超群，科学成就卓著，是20世纪中后期最具影响的理论物理学家之一。关于费曼的天才与作派，不少名人留下了精到的评论。

量子力学的祖师级人物玻尔（Niels Bohr，1885-1962）说：“费曼自信且正直，不畏惧权威，这是唯一一个不怕我、敢于指出我的错误的人。”施温格认为他是 “一个诚实的人，是我们这个时代杰出的直觉主义者，也是任何一个敢于追随不同鼓点的人将会面对的最好榜样” [5]。戴森（注15）一开始说他 “半是天才，半是滑稽演员”，后来改成 “完全是天才，完全是滑稽演员。”

图3 1950年代的费曼与杨振宁 | 图源：Science and Society Picture Library

不久前阅读刚出版的《杨振宁访谈录》[6]，看到杨先生说 “我不喜欢费曼这个人”，“对于他，没有什么东西叫做公平公正”，“是一个不讲理的人”。杨振宁感到最不高兴也是很奇怪的一件事，就是费曼对戴森的态度。

据杨先生说，戴森是第一个欣赏费曼的人，也是他向奥本海默说明费曼的方法与施温格和朝永振一郎他们一样有效，在自己写的好几本书中也一再推崇费曼；反过来费曼却对别人说戴森没有什么贡献。不过，杨先生也充分肯定费曼工作的原创性，在同一次访谈中，他说费曼的路径积分 “抓住了量子力学真正的精神”。

图4 施温格 | 图源：维基百科

1995年在华盛顿特区举行的一个纪念施温格的会议上，杨振宁回顾了重整化理论的发展历史，认为施温格是 “第一个征服重整化高峰的人”，而费曼更像 “一位令人眼花缭乱的表演家”。他认为将这两位生于同一年的伟大物理学家加以比较是有意思的，并半调侃地建议写一本题为《一项比较研究：施温格和费曼》的书，其中的结论应该是这样的：

百分之二十生动的玩笑家，百分之二十专门的违规者，百分之六十伟大的物理学家，费曼为了成为伟大表演家和成为伟大的物理学家做出了同样的努力。

腼腆、博学、讲精致而流畅的英语，施温格是文化完美主义者的象征，一位十分内向的高人。[7]

抱有类似看法的人不一定是杨振宁那样的大科学家，美国物理学会发行的普及刊物《今日物理》上，发表过一篇题为《玩笑大王费曼》（Feynman the joker，注意joker这个词既可以是扑克中的王牌，也可以是小丑）的文章，作者在文末写道：“费曼的魅力和才华只是他个性的一方面。他自己的著作，以及那些认识他的人的叙述，揭示了一个才高气傲的人有可能会转向自我陶醉和虐待他人（self-absorption and the mistreatment of others），尤其是对那些他认为在智力上有很大差距的人。即使那些钦佩费曼智力天赋的人，也可能会被他的古怪行为所激怒。当这种情况发生时，一些重要的职业和人事关系就会搞砸。费曼的遗产提醒我们，在物理学方面获得乐趣当然是很重要的，但要确保周围的人也能获得乐趣。” [8]

对于普通人来说，费曼几乎是神一般的存在，他那本《别闹了，费曼先生》，在中国读者中间赢得了大量拥趸。这个惹眼的书名是曾供职于台湾大学物理系的吴程远转译的，原名 Surely You Are Joking, Mr. Feynman，直译 “你肯定在开玩笑，费曼先生”，实际上也是书中一个章节的小标题和哏，来自费曼在普林斯顿大学研究生院迎新茶会上的一次有趣经历：当院长夫人倒了茶后问他要加牛奶还是柠檬时，费曼回答说两者都要。这显然是一个可笑的社交错误，费曼记住了院长夫人与他对话时的笑声—— “嘻嘻嘻” “嘻嘻嘻嘻嘻”，书中数度重复，像是自嘲，更像是调侃女主人。类似的搞笑桥段，书中还有很多。 

为这本书写书评的人很多，足见它在公众中的影响。一位叫高瑞利克（Boris Gorelik）的数据分析师对费曼的多才多艺表示钦佩，也对他的自负与炫耀作了辩护。

他写道：“诚然，费曼从不错过任何一个自我吹嘘的机会，并强调他的许多成就几乎都是不经意间（almost by accident）得到的。时而他会提到许多在特定领域比他厉害的人。我称这种模式为自负式的谦虚（pattern a self-bragging modesty），这正是许多成功人士的典型模式。然而，考虑到他所有的成就，我认为费曼应该有自我炫耀的权利。为自己的成就感到自豪并不是傲慢，而是一件很自然的事。《别闹了，费曼先生》读起来很有趣，内容丰富并鼓舞人心。我认为每个自认为是科学家或希望成为科学家的人都应该读这本书。” [9]

“曾经，我们都是费曼”，这一富有哲理的话出自一位中国物理学家之口，此事本身就很有趣。费曼在日常生活与社交场合不拘小节、嬉笑顽耍的作风，令从小被教导慎言谨行的国人叹为观止，每个聪明淘气的小孩子心中都藏着一个小精灵，那一套《费曼物理学讲义》更被众多学习物理的中国年轻人奉为经典。

不过说到底，费曼毕竟是个异数，他的聪明、轻狂与表演天才是任何人也学不来的。

原刊于《科学文化评论》2022年19卷2期，感谢方在庆研究员提供资料和宝贵建议。

注释：

注1: 实际上是1956年4月3-7日召开的关于高能粒子物理的第六次罗彻斯特会议，会议记录上提到费曼代表布洛克提出的问题。会议的完整记录见High Energy Nuclear Physics：Proceedings of Sixth Annual Rochester Conference, New York, April 3-7, 1956.

注2: 事实上，那是会议的最后一天，杨振宁先做了一个导引性的报告，提到对“θ-τ之谜”目前最好是保持一种开放的想法。杨振宁的报告中译文见张奠宙编《杨振宁文集》上册（华东师范大学出版社，1998），39-52。另一本杨振宁传记对与会者有关这一问题的兴趣和各种不同意见作了简要叙述，参阅杨建邺著《杨振宁传》增订版（三联书店，2012），190。杨振宁报告之后，又有多人发言，特别是盖尔曼也作了一个长篇报告，介绍自己关于宇称双重态的新想法。根据赵天池，盖尔曼的理论“引起一系列批评。于是杨振宁在这里评论道：’我们对τ、θ的双重态现象了解太少，应该容忍新想法。’杨振宁的这句话给了费曼提问的机会。”参阅赵天池著《天语物道：李政道评传》（中国计划出版社，2017），277。对此过程费曼书中完全没有提，却给人一种当时已有先见之明而奥本海默非常看重他的印象。

注3: 从前后文来看，这里指的应该是1957年4月15-19日举行的第七届罗彻斯特会议。会议的第七专题“弱相互作用”由杨振宁主持，李政道做了题为“弱相互作用”的主题综述报告。参见[3]赵天池，2017，342。

注4:这里没有提是哪篇论文，按后文推测就是直接导致李、杨获得1957年诺贝尔物理学奖的Question of parity conservation, The Physical Review, Oct.1, 1956.

注5:盖尔曼（Murray Gell-Mann, 1929-2019），1969年诺贝尔物理学奖获得者，粒子物理奇异数守恒定律和强作用SU（3）理论的提出者，“夸克”（quark）一词也是他首先引用的。

注6: 这里指的是由费曼和盖尔曼、马沙克（Robert Marshak，1916-1992）和苏达山（George Sudarshan，1931-2018），以及日裔美国人樱井纯（Jun Sakurai,1933-1982）于1958年同时提出的弱相互作用的费米普适形式V-A理论，其中V代表矢量流，A代表轴矢量流（S指标量，T指张量），V与A在空间反射变换下符号变化刚好相反，这一理论的提出为弱电统一理论的发展开辟了道路。

注7: 写到这里费曼用括号加了一个注，说“当然那不全对，可是后来才发现葛尔曼、苏打山以及马夏（沙）克等人也推演出同样的理论，并没有破坏我的乐趣。”

注8:1956年费曼与第二任妻子离婚，1960年第三次婚姻，此时是单身。

注9:数年后，华裔物理学家吴健雄（1912-1997）及其两位学生完成的实验完美地证实了费曼与盖尔曼提出的矢量流守恒假设与“弱磁”的存在。

注10: 致谢词的原文是：The authors have profited by conversations with F. Boehm, A. H. Wapstra, and B. Stech. One of us [M.G.M.] would like to thank R. E. Marshak and E. C. G. Sudarshan for valuable discussions.

注11:施温格（Julian Schwinger，1918-1994），因在量子电动力学方面的杰出贡献，1965年与费曼、朝永振一郎[1906-1979]共获诺贝尔物理学奖。

注12：格拉肖（Sheldon Glashow，1932-），1979年诺贝尔物理学奖获得者，“粒子物理标准模型” 奠基人之一，当时是施温格在哈佛的博士生。

注13: 卡比勃（Nicola Cabibbo，1935-2010），意大利理论物理学家，曾任意大利国家核物理研究院院长和教宗科学院院长，完善了弱作用普适假说，提出有关下夸克与奇异夸克之间卡比勃角的概念。

注14: 原文是：I wish I had not caused you and Sudarshan such discomfort. At any opportunity I shall try to set the record straight—but nobody believes me when I am serious. See [9]Mehra,1994,477-478.

注15: 戴森（Freeman Dyson，1923-2020），英国出生的美国理论物理学家，为量子电动力学作出了卓越的贡献，也是杰出的科普作家，数次与诺贝尔物理学奖擦肩。

 参考文献：（上下滑动可浏览）

1.费曼著/吴程远译. 别闹了，费曼先生. 北京：三联书店，1997.

2. 约翰逊著/朱允伦等译. 奇异之美：盖尔曼传. 上海：上海科技教育出版社，2002.

3. Feynman, R. P. & Gell-Mann, M. Theory of Fermi interaction. The Physical Review, 1958, 109: 193-198. Received 16 September 1957/Published 1 January 1958.

4. Sudarshan, E. C. G. & Marshak, R. E. Chirality invariation and the universal Fermi interaction. The Physical Review, 1958, 109: 1860-1862. Received 10 January 1958/Published 1 March 1958.

5. Mehra J.The beat of a different drum: the life and science of Richard Feynman，Oxford：Clarendon Press，1994.

6. 季理真/王丽萍编著. 百年科学往事——杨振宁访谈录. 上海：华东师范大学出版， 2021.

7. 杨振宁著/张奠宙译. 施温格. 杨振宁文集（下）. 上海：华东师范大学出版，1998. 820-824.  

8. Baldwin, M. Feynman the joker. Physics Today. 11 May 2018. 

9. Gorelik, B. On “Surely You are Joking, Mr. Feynman!”.

https://gorelik.net/2018/02/15/never-read-reviews-before-reading-a-book-except-for-this-one-on-surely-youre-joking-mr-feynman/

这是一部属于量子力学的“小说”，物理学巨匠们是故事的主角

这也是一段波澜壮阔的人类思想史，重现了近一百年来人类最伟大的科学和哲学思想的诞生与演化

《纽约时报》年度优秀图书，《自然》杂志倾力推荐