書(shū)名：發(fā)現(xiàn)的樂(lè)趣

作者：[美]理查德·費(fèi)曼

譯者：朱寧雁

一、概述

《發(fā)現(xiàn)的樂(lè)趣》是理查德·費(fèi)曼最好的短篇集——收錄了費(fèi)曼一生中最能代表其科學(xué)觀、價(jià)值觀、教育觀的13篇訪談和演講文章。費(fèi)曼戰(zhàn)前加入了“曼哈頓計(jì)劃”，戰(zhàn)后去了康奈爾大學(xué)與漢斯?貝特共事，從1950年到1988年，在加州理工學(xué)院任理論物理教授。因?yàn)樵诹孔与妱?dòng)力學(xué)方面的貢獻(xiàn)，于1965年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

二、總結(jié)

◆“光子”是怎么產(chǎn)生的？

當(dāng)一個(gè)原子從一種狀態(tài)躍遷到另一種狀態(tài)時(shí)，會(huì)釋放出一個(gè)叫作“光子”的光粒子。這光子原本就在原子內(nèi)部嗎？不是的，就比如我現(xiàn)在出聲說(shuō)話(huà)，可是這聲音并不在我身體里面。

◆ 撞擊實(shí)驗(yàn)

原子是由原子核和電子構(gòu)成的。原子核是由質(zhì)子和中子構(gòu)成。讓電子互相撞擊可以產(chǎn)生光子，讓中子和質(zhì)子撞擊可以產(chǎn)生介子，讓光子和中子撞擊在一起，得到了400余種不同種類(lèi)的粒子——λ粒子和Σ粒子。它們各不相同。此外，還有π介子和K介子，還碰巧制造出了 μ子（像一個(gè)電子，但是比電子重一些。電子、μ子，它們和其他粒子沒(méi)有強(qiáng)相互作用，而質(zhì)子、中子，以及你讓它們猛烈對(duì)撞后立即就能產(chǎn)生的所有粒子和其它粒子有強(qiáng)相互作用，被稱(chēng)為強(qiáng)子）等等。但沒(méi)人相信400種都是基本粒子，因此提出了“夸克理論”， 比如質(zhì)子和中子等等，都是由三種叫“夸克”的東西構(gòu)成的。然界所有粒子帶的電荷都是整數(shù)，通常是一個(gè)正電荷，或一個(gè)負(fù)電荷，或者不帶電。但是根據(jù)夸克理論，夸克帶的電荷，或是負(fù)1/3電荷，或是正2/3個(gè)電荷。

假設(shè)電動(dòng)力學(xué)的理論也適用于夸克，那么你用足夠大的力量撞擊兩個(gè)物體時(shí)，就會(huì)撞擊出夸克來(lái)。但是與之相反，如果你做這么一個(gè)實(shí)驗(yàn)，期待以高能撞擊出夸克來(lái)，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)出來(lái)一股粒子流——也就是說(shuō)，所有的粒子都朝著一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，就像之前的強(qiáng)子一樣，根本沒(méi)有出現(xiàn)夸克。如果要用電動(dòng)力學(xué)的理論來(lái)解釋?zhuān)覀冎荒苓@么解釋?zhuān)鹤矒艉罂赡艹霈F(xiàn)了新的夸克，并且它們聚在一起形成了強(qiáng)子。

◆ 諾貝爾獎(jiǎng)

光和電作用力被整合成為一個(gè)叫光子的東西，所以外部世界，也就是說(shuō)原子核外的空間里是電子和光子。描述電子行為的理論，是量子電動(dòng)力學(xué)，費(fèi)曼就是因?yàn)檠芯窟@套理論獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。朝永振一郎、施溫格和費(fèi)曼用不同的方法得到了類(lèi)似的結(jié)論，三個(gè)人因此分享了1965年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，三種理論的對(duì)比見(jiàn)《朝永振一郎、施溫格和費(fèi)曼的輻射理論》。長(zhǎng)期遺留的難題終于可以解決了，這個(gè)理論堪稱(chēng)20世紀(jì)物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)兩個(gè)偉大理論——相對(duì)論和量子力學(xué)——的完美結(jié)合。

◆ 工具

費(fèi)曼的數(shù)學(xué)工具——費(fèi)曼積分，以及他為研究粒子相互作用而發(fā)明的圖表——費(fèi)曼圖，已經(jīng)成為每位理論物理學(xué)家的必備工具。

◆ 價(jià)值觀

能讓他為之奮斗的事業(yè)是：通過(guò)徹底重建物理學(xué)來(lái)理解大自然的工作機(jī)理。

他一直在玩著思想的游戲，但是對(duì)自己看重的東西卻始終抱著嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度。他看重的是誠(chéng)實(shí)、獨(dú)立以及坦然承認(rèn)自己無(wú)知。

費(fèi)曼總是說(shuō)，他研究物理既不是為了榮譽(yù)，也不是為了獲獎(jiǎng)和拿獎(jiǎng)金，純粹只是因?yàn)闃?lè)在其中——發(fā)現(xiàn)大自然的運(yùn)行規(guī)律，其中自有一番樂(lè)趣。

僅僅知道一個(gè)事物的名稱(chēng)其實(shí)等同于對(duì)其一無(wú)所知。

我?guī)缀醢阉械木Χ纪度氲綄W(xué)習(xí)自然學(xué)科上面。我還是偏科很厲害的一個(gè)人，我知道的東西很有限。我的智慧有限，我只把它用在一個(gè)特定的地方。

新的做事原則，那就是我沒(méi)有義務(wù)去成全別人對(duì)我的期望。

那些不合常理、出乎你意料的事情才是最有意思的。

如果你有興趣探究物理世界乃至整個(gè)世界的本質(zhì)，在我們這個(gè)時(shí)代，我們唯一的工具就是數(shù)學(xué)推理。

你有一套理論，卻沒(méi)法去驗(yàn)證它……我不能忍受這個(gè)，我必須解決這個(gè)問(wèn)題?？傆幸惶煳視?huì)做到的。

社會(huì)科學(xué)算不上科學(xué)。

當(dāng)你懷疑并去追問(wèn)時(shí)，你就不會(huì)那么輕易去相信任何東西了。

馮·諾依曼的一個(gè)想法很有意思：你沒(méi)有義務(wù)為你所在的這個(gè)世界負(fù)責(zé)。

如果及時(shí)提問(wèn)了，那就沒(méi)有問(wèn)題了。

一件事情是否值得去做？你要把一個(gè)問(wèn)題的重要性乘以你解決這個(gè)問(wèn)題的可能性。

學(xué)習(xí)某個(gè)特定的、小范圍的課題，要比學(xué)習(xí)整個(gè)學(xué)科領(lǐng)域容易得多。

在這個(gè)專(zhuān)業(yè)化日趨精細(xì)的年代，精通某個(gè)領(lǐng)域的人往往沒(méi)有能力去討論另一個(gè)領(lǐng)域的問(wèn)題。

◆ 2 未來(lái)的計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)：“人工智能”；編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化；自動(dòng)修復(fù)程序；制造立體芯片取代平面芯片；計(jì)算機(jī)制造技術(shù)（并行處理、能量消耗問(wèn)題、計(jì)算機(jī)的大小問(wèn)題）。

并行計(jì)算機(jī)

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，其工作的原理都是馮·諾依曼體系，但如果有更多的處理器同時(shí)工作的話(huà)，我們的計(jì)算速度就能更快一些。

減少能量損耗

對(duì)于汽車(chē)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在已經(jīng)有一種解決能量損耗的辦法了，就是把車(chē)輪和飛輪連接起來(lái)。汽車(chē)停下來(lái)時(shí)，飛輪還在飛轉(zhuǎn)，這樣就可以?xún)?chǔ)存能量——之后它還可以和車(chē)輪重新連上，讓汽車(chē)再次開(kāi)動(dòng)。制造更小的晶體管都是一個(gè)很好的思路，尺寸小一些的晶體管運(yùn)轉(zhuǎn)的速度快得多，因?yàn)殡娮涌梢愿斓赝ㄟ^(guò)晶體管，從而更快地啟動(dòng)或關(guān)閉晶體管。

縮小尺寸

如果一個(gè)東西非常小，你擔(dān)心的第一件事就是布朗運(yùn)動(dòng)——所有的粒子都在震顫，沒(méi)有一個(gè)粒子會(huì)停留在同一個(gè)地方。

損耗的能量乘以完成這個(gè)運(yùn)算所需要的時(shí)間，其計(jì)算結(jié)果是一個(gè)常量。

既然量子力學(xué)定律是可逆的，我們就必須用班尼特和弗雷德金發(fā)明的可逆邏輯門(mén)。

我們不可能以快于光的速度發(fā)送信號(hào)。

而且那種“晶體管”開(kāi)關(guān)一次所需的能量，也就是今天的晶體管開(kāi)關(guān)一次所需的能量的10-11。

未來(lái)，可能會(huì)出現(xiàn)原子計(jì)算機(jī)，我們將有能力處理和控制單個(gè)原子。而夸克的相互作用涉及很高的能量，再加上放射性等原因，所以處理它們是很危險(xiǎn)的。因此單個(gè)“晶體管”的尺寸到原子級(jí)別就差不多了。要把機(jī)器做得非常小，除非要用到由很多原子組成的冷卻元件，否則我不得不把它做成可逆的機(jī)器。

◆ 3 從加入“曼哈頓計(jì)劃”到親眼看到原子彈爆炸

原子核如何運(yùn)動(dòng)？核內(nèi)粒子如何相互作用？它們?nèi)绾谓Y(jié)合在一起？研究這些問(wèn)題得到的一個(gè)副產(chǎn)品，就是發(fā)現(xiàn)了核裂變，并利用它制造原子彈。

受鮑勃·威爾遜的邀請(qǐng)，加入了“曼哈頓計(jì)劃”，要做的是鈾同位素分離，最終目的是制造一個(gè)炸彈。德國(guó)有個(gè)希特勒，他們很有可能也在研究原子彈，為了趕在他們之前研發(fā)出來(lái)，我們都積極地投入，可是德國(guó)戰(zhàn)敗后，卻還在繼續(xù)研究。當(dāng)時(shí)這個(gè)項(xiàng)目最開(kāi)始的地點(diǎn)在普林斯頓，后來(lái)轉(zhuǎn)移到洛斯阿拉莫斯。

洛斯阿拉莫斯負(fù)責(zé)制造原子彈，但是分離鈾同位素的工作在橡樹(shù)嶺，他們要分離鈾238、鈾236和鈾235，其中只有鈾235是可以裂變的。當(dāng)時(shí)要解決存放安全問(wèn)題。

在核爆炸時(shí)，我們把東西（中子）推進(jìn)去，隨后中子又被大量釋放出來(lái)。這里，要算出究竟會(huì)釋放多少能量，因此要調(diào)用IBM的積極性。

原子彈爆炸試驗(yàn)時(shí)，費(fèi)曼在20英里外躲在擋風(fēng)玻璃后面觀察了整個(gè)爆炸過(guò)程。因?yàn)檎嬲龝?huì)傷害眼睛的光線只有紫外線，而絕不是強(qiáng)光，躲在擋風(fēng)玻璃后面，紫外線穿不過(guò)玻璃。那道白光逐漸變成黃色，再變成橘色。空中出現(xiàn)了蘑菇云，然后又消失了，那是因?yàn)闆_擊波作用下空氣被擠壓和膨脹的結(jié)果。最后，出現(xiàn)了一個(gè)橘紅色大球，中心非常明亮，這個(gè)橘紅色大球開(kāi)始上升，小幅度翻滾著，球體邊緣有點(diǎn)發(fā)暗。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，這是一大團(tuán)煙霧，里面的火焰往外噴射光和熱量。

◆ 4 科學(xué)文化在現(xiàn)代社會(huì)中扮演什么角色？應(yīng)該扮演什么角色？

我認(rèn)為現(xiàn)代社會(huì)最大的一個(gè)危險(xiǎn)，就是思想控制可能會(huì)卷土重來(lái)，甚至愈演愈烈，比如在希特勒和斯大林時(shí)期，還有中世紀(jì)的天主教統(tǒng)治時(shí)期。我覺(jué)得最大的危險(xiǎn)就是這種態(tài)勢(shì)會(huì)愈演愈烈，甚至殃及整個(gè)世界。

整個(gè)生物學(xué)中最引人注目的一點(diǎn)就是生物的死亡必然性得不到驗(yàn)證。我想，死亡并不是完全不可避免的，生物學(xué)家早晚會(huì)有所發(fā)現(xiàn)，這只是個(gè)時(shí)間問(wèn)題而已——他們會(huì)找到給我們身體制造麻煩的罪魁禍?zhǔn)?，那些可怕的疾病終將被治愈，而人類(lèi)的肉身也將永恒不朽。動(dòng)物做的任何事情，或者生物的任何行為，都可以從原子的性能這個(gè)層面去理解。關(guān)于這個(gè)奇妙的世界的描述還有一點(diǎn)很激動(dòng)人心，那就是天上的星星是由原子構(gòu)成的，而地上的奶牛和我們?nèi)祟?lèi)自己，同樣也是由原子構(gòu)成的，還有，石頭也是由原子構(gòu)成的！

只要科學(xué)不攻擊宗教，人們就不會(huì)去關(guān)注它，也就沒(méi)有人會(huì)去學(xué)習(xí)一些科學(xué)知識(shí)。

科學(xué)的不確定性和質(zhì)疑精神，科學(xué)家從來(lái)不會(huì)說(shuō)很絕對(duì)的話(huà)。就質(zhì)疑精神而言，我們下結(jié)論絕對(duì)要留有一定的空間，否則就沒(méi)有（科學(xué)）進(jìn)步，沒(méi)有（個(gè)人的）長(zhǎng)進(jìn)。提不出問(wèn)題就難以有長(zhǎng)進(jìn)，而提問(wèn)題需要有質(zhì)疑精神。人們想尋找一個(gè)絕對(duì)的結(jié)論——就像板上釘釘那樣，可是沒(méi)有這么確定的結(jié)論。

關(guān)于生命的意義？人們，各個(gè)時(shí)代的哲學(xué)家，一直在努力揭示生命的奧秘，生命所有的意義。因?yàn)槿绻覀兡軌虬l(fā)現(xiàn)生命的真正意義，那么我們?nèi)祟?lèi)所有的努力，所有奇妙而巨大的潛能，就都可以朝著一個(gè)正確的方向共同努力，這樣我們就可以大步前進(jìn)，取得重大勝利。通過(guò)研究現(xiàn)有的所有觀點(diǎn)，我們得出的結(jié)論是：我們并不知道生命的意義。

◆ 5 底下還有大量的空間——對(duì)納米技術(shù)的展望

“納米技術(shù)之父”費(fèi)曼。

電子的波長(zhǎng)只有1埃的1/20。因此，用這種顯微鏡有可能觀察到單個(gè)原子。但現(xiàn)在的電子顯微鏡這么差勁的原因是鏡頭的f值只有1/1000，有理論證明：軸對(duì)稱(chēng)靜磁場(chǎng)的鏡頭，它的f值不可能超過(guò)某一個(gè)值，因此現(xiàn)在電子顯微鏡的分辨率已經(jīng)達(dá)到了理論極限。

為什么要做?。坑捎隗w量很大，內(nèi)部信息傳遞需要一定的時(shí)間，而且這個(gè)速度不可能比光速還快。因此，要求計(jì)算機(jī)速度更快、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，那就必須把計(jì)算機(jī)做得越來(lái)越小。只要把東西造得足夠小，我們所有的設(shè)備都可以大量制造，而且完全一模一樣。

會(huì)遇到什么問(wèn)題？電子元件不能只是單純縮小尺寸，必須進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，因?yàn)闀?huì)存在“磁疇”問(wèn)題、阻抗問(wèn)題等等。微縮世界里的原子活動(dòng)規(guī)律屬于量子力學(xué)范疇，跟普通世界的物理規(guī)律沒(méi)有一點(diǎn)相似之處。

◆ 6 科學(xué)的價(jià)值

科學(xué)家對(duì)未來(lái)文明負(fù)有責(zé)任。

科學(xué)的第一重價(jià)值人人皆知，那就是“科學(xué)知識(shí)幫助人們做各種事情、制造出各種東西”。但這些要正確使用，否則會(huì)帶來(lái)巨大的傷害。佛經(jīng)上的一句偈語(yǔ)：一念天堂，一念地獄。（原文：To every man is given the key to the gates of heaven; thesame key opens the gates of hell．直譯為：每人都有一把打開(kāi)極樂(lè)世界的鑰匙，同時(shí)這把鑰匙也能打開(kāi)地獄之門(mén)。）

科學(xué)的另一重價(jià)值是心智的享受。

第三重價(jià)值，存疑與科學(xué)并不矛盾——無(wú)知是一種常態(tài)。今人對(duì)于未來(lái)的希望，很大程度上，依舊是古人對(duì)未來(lái)的夢(mèng)想。人類(lèi)看來(lái)?yè)碛袩o(wú)限的潛能，而相比之下成就卻如此有限。坦然面對(duì)各種可能性就會(huì)帶來(lái)機(jī)會(huì)，懷疑和討論是探索未知世界的關(guān)鍵。

◆ 7 關(guān)于“挑戰(zhàn)者號(hào)”航天飛機(jī)事故的少數(shù)派調(diào)查報(bào)告

1986年1月28日，“挑戰(zhàn)者號(hào)”航天飛機(jī)在升空后不久爆炸，6名職業(yè)宇航員和1名中學(xué)教師不幸罹難。這個(gè)國(guó)家遭受了沉重的打擊，NASA（美國(guó)國(guó)家航空航天局）顏面掃地、威望受損。

通常這種發(fā)動(dòng)機(jī)（用于軍用或民用飛機(jī)）的設(shè)計(jì)方式可以被稱(chēng)為“組件系統(tǒng)”或者“自底向上”體系。 但是，對(duì)于航天飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，采用的卻是另一種方法，我們可以說(shuō)，它是“自頂向下”的方法。發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和組裝一步到位，幾乎沒(méi)有對(duì)材料和部件進(jìn)行細(xì)致的初步研究。所以，當(dāng)軸承、渦輪葉片、冷卻管等出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，很難找出原因和解決問(wèn)題，代價(jià)也要昂貴得多。判斷可靠性時(shí)，常常通過(guò)歷史經(jīng)驗(yàn)決定飛行器的可靠性。發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)問(wèn)題，要不就是替換，要不就是設(shè)置冗余。因此很容易出事。

◆ 8 科學(xué)是什么

是常識(shí)。

經(jīng)過(guò)重新檢驗(yàn)的知識(shí)才是可信的，而不是一味相信前人留下來(lái)的知識(shí)。

科學(xué)的另一個(gè)價(jià)值，就是倡導(dǎo)理性思考。

◆ 10 貨拜族科學(xué)：探討科學(xué)、偽科學(xué)以及學(xué)習(xí)如何不自欺

某些細(xì)節(jié)可能會(huì)否定你對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋?zhuān)绻阒肋@些情況，就一定要寫(xiě)到報(bào)告里?？偠灾?，科研誠(chéng)信這一理念要求你公布所有的信息，這有利于其他人判斷你的科研貢獻(xiàn)的真正價(jià)值，而不只是提供那些將人引向某個(gè)特定方向的信息。

◆ 13 科學(xué)和宗教的關(guān)系

奉神是宗教的核心特征。

懷疑宗教的結(jié)果，必然導(dǎo)致倫理成為下一個(gè)被懷疑的對(duì)象?？蓪?shí)際上不是，這樣看來(lái)，這些道德觀念有一定的獨(dú)立性。

我們可能一方面懷疑基督的神圣性；一方面又堅(jiān)信，善待鄰居是一件好事，因?yàn)檫@樣他也會(huì)這樣善待你。一個(gè)人同時(shí)具備這兩種信念，這并不沖突。

我們需要宗教給我們力量和慰藉，鼓勵(lì)我們?nèi)プ裱@些道德規(guī)范。這是“宗教的感化層面”，它不僅規(guī)范人們的道德行為，還給藝術(shù)和很多偉大的思想提供了靈感。

三、其他

>>《不列顛百科全書(shū)》

>>《科學(xué)美國(guó)人》

>> 20世紀(jì)20年代后期，就在量子力學(xué)出現(xiàn)后不久，狄拉克等人提出了量子電動(dòng)力學(xué)。

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