费曼一个真性情的“挑战者”(图)

2016-11-25 | 来源: 科学网 | 有0人参与评论 | 字体: 放大缩小 | 收藏 | 打印

　　如果你是一位《生活大爆炸》粉丝的话，对下面谢耳朵与佩妮讨论粒子物理学的场景一定不陌生。在画面的白板上，有三个奇怪的图像，那便是大名鼎鼎的费曼图。《生活大爆炸》多次以费曼为话题，一方面是因为费曼在物理学界的影响，另一方面因为该剧的背景地是加州理工学院，它是费曼1951年之后的执教地。费曼是20世纪一位极具才华、极富个性的科学家，让我们从他晚年参与调查的“挑战者”号事故开始吧。

　　图1 佩妮和谢耳朵在讨论粒子物理学

　　一、调查“挑战者”号事故

　　1986年1月28日上午11时39分，在美国佛罗里达州肯尼迪航天中心腾空而起的“挑战者”号航天飞机升空73秒后，突然发生爆炸，机上7名宇航员全部遇难。事发之后，美国宇航局（NASA）成立了一个事故调查委员会，当时在加州理工学院任教的费曼被邀成为调查委员会的一员。在调查过程中，费曼发现助推火箭上的一个O形环有烧焦痕迹，因此怀疑火箭燃料燃烧时从那里发生了燃料泄漏，从而引发了整个事故。同时费曼了解到，航天飞机发射当天，地面温度是零下3-4度，远低于通常的12度，费曼认为事故的罪魁祸首就是这个O形环。随后在一次面向公众的电视直播会议上，费曼以他一贯简洁、清晰展示科学原理的风格说明了O形环的问题所在，他在现场只用了三件道具，同样的O形橡胶密封环，一把尖嘴钳，一杯冰水。他用尖嘴钳把O形环夹变形了一些，之后置于冰水杯中，一会他又取出来向公众展示，O形环没有恢复变形。

　　整个展示不过几分钟，却说明了事故的真相，正是O形橡胶环在低温下丧失了膨胀性，导致燃料泄漏引发了爆炸。科学家都崇尚简单、厌恶繁文缛节，但是像费曼这样身体力行，一生致力于简洁化的科学思想、方法，并倾注大量心血于科学教育的，绝无仅有。他卓越的科学成就，独特的科学教育方式以及迷人的个性使得他成为家喻户晓的明星科学家。

　　善于抓住事物的本质，这是费曼小时候从父亲那里得到的教诲。一次在林中散步，父子一起观察一些鸟雀，父亲告诉他，如果你知道了这种鸟雀的名字，哪怕是许多种语言的名字，都无助于加深对鸟的理解，只有通过观察鸟的行为才能去认识它。这些话影响了费曼一生，他对哲学家在概念上的纠缠很不屑，认为自然界不会满足哲学家那些先入为主的见解。有人问他，如果用一句话概括出现代科学最基本的观点，费曼回答说：一切物质都是由原子构成的。

　　二、简洁的科学理论

　　费曼由于在量子电动力学上的贡献和施温格、朝永振一郎分享了1965年诺贝尔物理学奖。他们三人其实是用不同的方法创建了量子电动力学，这种现象在科学史上倒不罕见，17世纪时牛顿和莱布尼茨就各自独立发明了微积分，1920年代海森堡和薛定谔也各自创建了量子力学。但是在他们三人中，费曼的方法最直观、最形象，这也是他一贯简洁风格的体现。其中用到的费曼图，就是一种符号化的物理语言，比如反映物理学中康普顿效应（光子和电子相互作用）的费曼图为：

　　