王洪見 白 欣 李 琰

(1.北京財(cái)貿(mào)職業(yè)學(xué)院教務(wù)處，北京 101101；2.首都師范大學(xué)初等教育學(xué)院，北京 100048)

0 引 言

費(fèi)曼(Feynman，1918—1988年)一生醉心于科學(xué)研究和教學(xué)工作，主張?jiān)谖锢硌芯恐幸竽懱剿骱蛣?chuàng)新，其學(xué)術(shù)思想所觸及的深度和廣度令人敬佩.“費(fèi)曼是這里最才華橫溢的年輕物理學(xué)家，他有著非常吸引人的性格與個(gè)性，他是一個(gè)優(yōu)秀的教師，對(duì)物理學(xué)的各個(gè)方面都有著熱烈的感情.”曼哈頓工程的領(lǐng)導(dǎo)者、著名物理學(xué)家奧本海默曾如此評(píng)價(jià)他.

1 生平簡(jiǎn)介

1918年5月11日，費(fèi)曼出生于美國(guó)紐約的一個(gè)猶太人家庭，還有一個(gè)妹妹，兩人均是物理學(xué)家.

在費(fèi)曼小時(shí)候，他父親通過將藍(lán)色和白色的2種瓷磚變換擺放方式，幫助他認(rèn)識(shí)各種形狀和學(xué)會(huì)算術(shù).父親還經(jīng)常和費(fèi)曼一起去參觀各類博物館.費(fèi)曼對(duì)于《不列顛百科全書》中的科學(xué)類和數(shù)學(xué)類詞條特別有興趣，還自學(xué)起幾何的知識(shí)，他還試著就一些問題做出思考和解釋.費(fèi)曼日后回憶道:“沒有壓力，只有可愛的和有趣的討論.”顯然，父親對(duì)費(fèi)曼的科學(xué)啟蒙是非常重要的，除了學(xué)到知識(shí)，還使少年費(fèi)曼領(lǐng)悟到科學(xué)美和大自然的美.費(fèi)曼后來的物理學(xué)研究總是從自然界的現(xiàn)象出發(fā)進(jìn)行思考，能透過觀察和實(shí)驗(yàn)事實(shí)的表面而直視其本質(zhì)，這與他早期的家庭教育有關(guān).

1935年，費(fèi)曼進(jìn)入麻省理工學(xué)院攻讀數(shù)學(xué)和物理學(xué)專業(yè).1939年9月進(jìn)入普林斯頓大學(xué)，師從惠勒(Wheeler，1911—2008年)攻讀研究生，研究方向是量子電動(dòng)力學(xué)的疑難問題:發(fā)散困難.1942年，費(fèi)曼獲得理論物理學(xué)博士學(xué)位，之后到洛斯阿拉莫斯的實(shí)驗(yàn)室參與研制原子彈的秘密計(jì)劃——“曼哈頓工程”.同年，費(fèi)曼結(jié)婚.

1946年開始，費(fèi)曼先后在康奈爾大學(xué)和加州理工學(xué)院任教.在加州理工學(xué)院期間，他積極參與科學(xué)教育的改革，并出版了《費(fèi)曼物理學(xué)講義》.因在量子電動(dòng)力學(xué)方面的突出成就，費(fèi)曼獲得1965年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).

1986年，費(fèi)曼受委托調(diào)查著名的“挑戰(zhàn)者號(hào)”航天飛機(jī)失事的原因.“低溫下橡膠失去彈性”——費(fèi)曼只用冰水和橡皮環(huán)就揭示了“挑戰(zhàn)者”失事的根本原因.這就是著名的O型環(huán)實(shí)驗(yàn).

2年后，1988年2月15日，費(fèi)曼因腹膜癌在加州洛杉磯逝世，終年69歲.

2 主要科研成就

費(fèi)曼長(zhǎng)期從事物理學(xué)的研究工作，不僅在量子電動(dòng)力學(xué)、粒子物理、凝聚態(tài)物理及物理教育等方面的杰出貢獻(xiàn)為當(dāng)代物理學(xué)工作者所敬佩，而且以其高超的科學(xué)美學(xué)鑒賞力受到物理學(xué)界的廣泛贊譽(yù)[1].

2.1 路徑積分和費(fèi)曼圖

1939年，費(fèi)曼大學(xué)畢業(yè)時(shí)就具備了較高的科研水平，其畢業(yè)論文發(fā)表在著名的《物理評(píng)論》上.1949年，發(fā)表“正電子理論”和“量子電動(dòng)力學(xué)的時(shí)空探討”，就電子與光子的相互作用給出了相應(yīng)的費(fèi)曼路徑積分、費(fèi)曼圖和費(fèi)曼規(guī)則.這些都成為現(xiàn)代理論物理學(xué)家使用的基本工具.

費(fèi)曼的路徑積分方法是一種“歷史累加”的方法.當(dāng)時(shí)科學(xué)家已熟知了量子力學(xué)的2種形式，即波動(dòng)力學(xué)和矩陣力學(xué).具有創(chuàng)新精神的費(fèi)曼又找到了第3種形式——基于作用量的路徑積分形式.費(fèi)曼的方法不但簡(jiǎn)單明了，路徑積分的思想還體現(xiàn)著一種物理直覺，為量子力學(xué)提供了一種鮮明的物理圖像.這種新的形式與另2種形式完全等效，且對(duì)經(jīng)典力學(xué)同樣有效，昭示著現(xiàn)代物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)之間的某種聯(lián)系，也意味著在更高的層次上的統(tǒng)一.量子場(chǎng)論中的“費(fèi)曼振幅”“費(fèi)曼規(guī)則”等均以他的姓氏命名，可見其貢獻(xiàn)之大.

費(fèi)曼圖用于表述場(chǎng)與場(chǎng)之間的相互作用，揭示了物理過程的本質(zhì)，是物理學(xué)中對(duì)電磁相互作用的基本表述形式.他獨(dú)立提出用躍遷振幅的空間—時(shí)間描述來處理幾率問題.可以說，費(fèi)曼全面發(fā)展了將量子理論應(yīng)用到前沿研究領(lǐng)域所使用的獨(dú)特的方法，并且對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的當(dāng)代圖景產(chǎn)生重大的影響.費(fèi)曼的導(dǎo)師惠勒曾經(jīng)向愛因斯坦介紹過費(fèi)曼的理論.他說:“費(fèi)曼已經(jīng)找到了一種簡(jiǎn)潔的圖像，來理解一個(gè)動(dòng)力學(xué)體系從一種位形過渡到下一時(shí)刻的另一位形的幾率幅.”惠勒認(rèn)為，費(fèi)曼的博士論文標(biāo)志著量子理論第一次變得比經(jīng)典理論更簡(jiǎn)單了[2].

2.2 參與曼哈頓工程

參加研制原子彈的“曼哈頓工程”，對(duì)于許多人來說，都是非常榮幸的.24歲的費(fèi)曼在獲得博士學(xué)位的當(dāng)年就參與了“曼哈頓工程”，與許多世界知名的科學(xué)家共事.在這些著名科學(xué)家面前他自稱為“無名小卒”，但“大人物們”卻對(duì)他的意見給予了充分的重視.他回憶與玻爾、貝特等人的接觸時(shí)講到，“一生之中最令我振奮的事情之一，就是碰到這些光芒四射的物理學(xué)家”.

玻爾是與愛因斯坦齊名的大科學(xué)家.德國(guó)納粹占領(lǐng)丹麥后，玻爾便與2個(gè)兒子(阿格·玻爾和吉姆·玻爾)離開丹麥到了美國(guó).在美國(guó)期間，玻爾父子參加了“曼哈頓工程”，玻爾也受到了大家的格外尊重.玻爾發(fā)表的意見自然受到大家的重視，甚至在會(huì)上能一睹玻爾的風(fēng)采，也能讓與會(huì)者感到榮幸.作為“小人物”的費(fèi)曼，在開會(huì)時(shí)坐在后排，并且只能在眾多腦袋的縫隙看到一點(diǎn)點(diǎn)玻爾的影子.不過玻爾卻注意到了費(fèi)曼，在一次重要的會(huì)議之前，玻爾專門請(qǐng)費(fèi)曼單獨(dú)交流，就原子彈具備怎樣的結(jié)構(gòu)才能威力更大的問題聽費(fèi)曼的看法.費(fèi)曼事后才從小玻爾那得知，老玻爾在一次會(huì)上就低聲對(duì)他說，“后面那個(gè)小伙子(費(fèi)曼)自信且正直，是唯一不怕我的人，只有他會(huì)指出我的荒謬的想法”，并且還指出，“只找那些只會(huì)說，‘是的，玻爾博士’的人是不行的”.玻爾能夠在人才濟(jì)濟(jì)的曼哈頓工程中看中費(fèi)曼，除了相信費(fèi)曼不迷信權(quán)威，敢于直言之外，更多的則是因?yàn)橘M(fèi)曼在科學(xué)研究上有真知灼見.但費(fèi)曼總是謙虛地說，自己在人際交往上比較笨，“我總是忘記在跟誰說話，而一味擔(dān)心物理上的問題”.

2.3 餐碟引發(fā)的思考

費(fèi)曼在“曼哈頓工程”中結(jié)識(shí)的另一位科學(xué)家是貝特(Bethe，1906—2005年)，貝特曾在1954年當(dāng)選為美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，曾預(yù)言了μ子的存在，提出氘核的模型和宇宙線研究中的貝特-海特勒模型.他發(fā)表在《現(xiàn)代物理學(xué)評(píng)論》中的3篇有關(guān)核物理學(xué)的論文，被科學(xué)家們譽(yù)為“貝特圣經(jīng)”.1967年，因?yàn)榻鉀Q了恒星從核聚變反應(yīng)獲得能量的機(jī)理問題，貝特被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).

貝特對(duì)問題總是愛刨根問底，因此有“戰(zhàn)艦”的昵稱.費(fèi)曼認(rèn)為，貝特最需要找個(gè)人來唱反調(diào)，看看他自己的想法是否經(jīng)得起考驗(yàn).有一次，貝特找費(fèi)曼談一些理論問題.費(fèi)曼說:“不，不，你瘋了.應(yīng)該是這樣才對(duì).”貝特便解釋為什么不是他瘋，而是費(fèi)曼瘋了.兩人就這樣吵下去.費(fèi)曼就是這樣，每當(dāng)聽到關(guān)于物理的一切時(shí)，便只想到物理，甚至連交談對(duì)象是誰都忘了.但這剛好是貝特所期待的態(tài)度，因此費(fèi)曼被擢升一級(jí)，成為貝特手下的小組長(zhǎng).后來，貝特回到康奈爾大學(xué)工作，同時(shí)也為費(fèi)曼爭(zhēng)取到一個(gè)職位(薪資是3 700美元).這時(shí)，費(fèi)曼還得到別的機(jī)構(gòu)更高的薪資.但因?yàn)橘M(fèi)曼喜歡和貝特一起共事，便決定到康奈爾大學(xué)，不考慮錢的問題.不過貝特發(fā)現(xiàn)別的同事得到更高薪水的職位后，他就主動(dòng)跟學(xué)校談，把費(fèi)曼的薪資提高到4 000美元.

費(fèi)曼到了康奈爾大學(xué)后，有一次在餐廳看到一些人在耍盤子，餐碟在空中邊飛邊擺動(dòng)，邊緣上的校徽轉(zhuǎn)動(dòng)的速度比碟子轉(zhuǎn)動(dòng)得快.費(fèi)曼在閑暇之時(shí)就思考，碟子為什么會(huì)有如此的運(yùn)動(dòng).費(fèi)曼還將他的這些思考跟貝特進(jìn)行交流.后來，費(fèi)曼在推算盤子轉(zhuǎn)動(dòng)的方程式時(shí)，聯(lián)系到電子軌道在相對(duì)論發(fā)生作用的情況中會(huì)如何運(yùn)動(dòng)，接著是電動(dòng)力學(xué)里的狄拉克方程式，再接下來是量子電動(dòng)力學(xué)……費(fèi)曼回憶時(shí)說:“我還來不及細(xì)想究竟怎么回事，就好像打開瓶蓋一樣，所有東西都毫無阻塞地流出來.后來我獲得諾貝爾獎(jiǎng)的原因——費(fèi)曼圖以及其他的研究——全都來自那天我把時(shí)光‘浪費(fèi)’在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的餐碟上!”這就是真實(shí)的費(fèi)曼，他的物理學(xué)研究就是在享受物理，隨興之所至.

3 費(fèi)曼的教育思想

費(fèi)曼熱愛學(xué)生，非常喜歡教學(xué).他說:“教學(xué)和學(xué)生使我的生命得以延續(xù).如果有人給我創(chuàng)造一個(gè)很好的環(huán)境，但是我不能教學(xué)的話，那我永遠(yuǎn)不會(huì)接受，永遠(yuǎn)不會(huì).”他的教學(xué)充滿活力和激情，他注重與學(xué)生的交流，還往往會(huì)在審視學(xué)生提出的問題時(shí)深入思考許多新問題，萌生一些新的想法.

面對(duì)同樣的知識(shí)，不同的教學(xué)方法將直接影響學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解、方法的養(yǎng)成和創(chuàng)新能力的造就.費(fèi)曼在教學(xué)中能巧妙借助科學(xué)史的方式來教知識(shí)、授方法.例如，在講授萬有引力定律時(shí)，介紹觀察實(shí)驗(yàn)、歸納推理、實(shí)驗(yàn)證明等科學(xué)研究的方法，并且闡釋運(yùn)用已有成果探索和創(chuàng)設(shè)新理論的思想和方法.他善于設(shè)計(jì)和運(yùn)用“模型”，使復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化，使抽象的概念或復(fù)雜難懂的理論簡(jiǎn)捷化、直觀化，可幫助學(xué)生更好地理解、記憶.費(fèi)曼在教學(xué)中著眼“關(guān)系”講“數(shù)量”，著重講清“數(shù)量”背后隱藏的“關(guān)系”(即原理)，這樣才能向?qū)W生展示一個(gè)有血有肉有精氣神的物理科學(xué)[3].在獲得的諸多獎(jiǎng)項(xiàng)中，最令他自豪的是1972年，美國(guó)物理教師協(xié)會(huì)向他頒發(fā)的奧斯特獎(jiǎng)?wù)?費(fèi)曼自己也堅(jiān)信，自己將來如果被人們銘記首先是因?yàn)樗慕虒W(xué)工作.

3.1 編寫《費(fèi)曼物理學(xué)講義》

作為一個(gè)物理學(xué)家，費(fèi)曼不僅積極參與教學(xué)工作，還參與了加州理工學(xué)院的基礎(chǔ)物理課程改革項(xiàng)目.為此，費(fèi)曼積極準(zhǔn)備他的物理學(xué)系列講義.費(fèi)曼幽默生動(dòng)、不拘一格的講課風(fēng)格深受學(xué)生們的歡迎.從1961年9月—1963年5月，加州理工學(xué)院的同事把費(fèi)曼講授大學(xué)物理課程的錄音等資料整理編輯成《費(fèi)曼物理學(xué)講義》，這套書是費(fèi)曼對(duì)物理學(xué)的理解、組織教學(xué)和思考問題的方法的集中體現(xiàn).費(fèi)曼在前言中寫道:“我的主要目的不是幫助你們應(yīng)付考試，也不是幫你們?yōu)楣I(yè)或國(guó)防服務(wù).我最希望做到的是讓你們欣賞這奇妙的世界，以及運(yùn)用物理學(xué)觀察它的方法.”

《費(fèi)曼物理學(xué)講義》對(duì)物理學(xué)的全貌進(jìn)行了細(xì)致、富有見地的闡述.全書物理概念、理論框架清晰，講述生動(dòng)、富有啟發(fā)性，不僅是物理學(xué)專業(yè)的優(yōu)秀教材，對(duì)于每一個(gè)試圖理解現(xiàn)代物理的讀者都是不可多得的經(jīng)典讀物.物理學(xué)界和教育界對(duì)此書都大加贊賞，許多教師都將此書作為自己教學(xué)工作上的指南.由此，費(fèi)曼有了“老師的老師”的稱譽(yù).在教學(xué)方面，費(fèi)曼能把復(fù)雜的概念用簡(jiǎn)單的語言表述出來.這種能力除了費(fèi)曼自身的才華之外，是他認(rèn)真準(zhǔn)備每一堂課的結(jié)果.費(fèi)曼認(rèn)為，教學(xué)能給舊的知識(shí)新生命，在課堂上時(shí)，你可以思考一些已經(jīng)很清楚的基本知識(shí).如果你能從新角度去看，你會(huì)覺得很愉快.除了參加教學(xué)工作，費(fèi)曼還參加加州課程設(shè)計(jì)委員會(huì)的工作，努力糾正教科書存在的問題，積極撰寫著作或文章向公眾傳播物理學(xué)知識(shí).費(fèi)曼的教學(xué)思想和教材編寫經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于當(dāng)下中國(guó)的高等院校的教學(xué)改革和教材建設(shè)，都是值得借鑒的.

3.2 診斷巴西教育

1951年，費(fèi)曼應(yīng)邀到巴西里約大學(xué)進(jìn)行教研工作，并為學(xué)生講授電磁學(xué)課程.借此機(jī)會(huì)，他對(duì)巴西的教育進(jìn)行了一番調(diào)查研究.在即將離開之際，他在巴西科學(xué)院作了一次演講.有趣的是，費(fèi)曼要求舉辦方讓自己能暢所欲言.巴西方面回答說:“沒問題，這是個(gè)自由國(guó)家.”

根據(jù)在巴西的教學(xué)經(jīng)歷，費(fèi)曼對(duì)巴西的科學(xué)教育現(xiàn)狀評(píng)說一番.他坦率地告訴巴西人，他看到的現(xiàn)象是令人震驚的.第一，學(xué)生們上課只會(huì)做筆記.費(fèi)曼發(fā)現(xiàn)，巴西的學(xué)生上課時(shí)就是聽講和做筆記，把老師講的每個(gè)字都記下來，借此來應(yīng)付考試.第二，學(xué)生們從不提問.如果有學(xué)生提問，其他學(xué)生就認(rèn)為這樣的提問影響了老師的講授，耽誤了時(shí)間.第三，不會(huì)舉一反三.面對(duì)同一個(gè)問題，有時(shí)學(xué)生馬上答得出，有時(shí)卻又一片茫然.費(fèi)曼認(rèn)為，這是因?yàn)閷W(xué)生只是將知識(shí)點(diǎn)背誦下來，但對(duì)于其本質(zhì)幾乎什么也不知道.費(fèi)曼拿著一本被公認(rèn)寫得好的大一物理教科書說:“在這本書里，從頭到尾都沒有提及實(shí)驗(yàn)結(jié)果.隨便把書翻開，無論指到哪一行，我都可以證明書里包含的不是科學(xué)，而只是生吞活剝的背誦而已.”費(fèi)曼還說，為什么那么多巴西學(xué)生都在學(xué)物理，可是整個(gè)巴西卻找不出幾個(gè)物理學(xué)家?這說明，孩子都是在做無用功!大家都是去努力地考試，然后一代代循環(huán)，大家其實(shí)什么都不懂.

在費(fèi)曼演講結(jié)束之后，巴西分管教育的一位官員說:“費(fèi)曼教授說的全是讓我們坐立難安的事情，但他是真心熱愛科學(xué)，而且他的批評(píng)也很具誠(chéng)意.我們應(yīng)該聽他的.聽講之前，我早已知道我們的教育體制有病，但我現(xiàn)在才發(fā)現(xiàn)我們是患了癌!”

4 總 結(jié)

作為物理學(xué)家和教育家的費(fèi)曼，其物理學(xué)研究方法和教育思想，對(duì)于當(dāng)下的科學(xué)研究、創(chuàng)新人才培養(yǎng)、教育教學(xué)改革、課程建設(shè)和教材建設(shè)都有很好的啟示作用.戴森評(píng)價(jià)費(fèi)曼說:“費(fèi)曼不用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)，而以他自己的方式實(shí)際上‘重新發(fā)明了差不多整套的物理學(xué)’.”費(fèi)曼能夠從身邊任何的事物切入科學(xué)，通過生動(dòng)具體的事例揭示普遍存在的規(guī)律，使人們?cè)隗@嘆宇宙的和諧與理性的力量之中欣賞自然.他賦予科學(xué)極高的審美價(jià)值和豐富的文化內(nèi)涵，使公眾親近科學(xué)，他是科學(xué)與公眾之間快樂的媒人[4].此外，費(fèi)曼還是一個(gè)多才多藝的人，他擁有邦戈鼓手、繪畫愛好者、開保險(xiǎn)柜“專家”等頭銜，這使得費(fèi)曼除了作為一個(gè)科學(xué)家的角色之外，還以一個(gè)“科學(xué)明星”的角色進(jìn)入中國(guó)公眾的視野之中的.當(dāng)然，當(dāng)一個(gè)人成名之后，也不可避免地被要求扮演某種類似“公共知識(shí)分子”的角色，對(duì)研究領(lǐng)域之外的各種問題發(fā)表意見[5].費(fèi)曼還幾次力辭美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士，且不愿意擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)職務(wù).據(jù)說，當(dāng)費(fèi)曼獲得諾貝爾獎(jiǎng)之后，其同事韋斯科夫曾與費(fèi)曼打賭，在10年之內(nèi)，費(fèi)曼一定會(huì)坐在領(lǐng)導(dǎo)的位置上.結(jié)果，在10年之后，費(fèi)曼從韋斯科夫那里贏了10美元.這便是費(fèi)曼，一位卓爾不群、處處流露真性情的科學(xué)家[6]，甚至他在逝世前的最后一句話，也充滿了風(fēng)趣:“還好，人只需要死一次!否則很討厭，因?yàn)樗侨绱说爻翋灐?許多科普書籍甚至科普影視劇都十分喜歡加入費(fèi)曼的內(nèi)容.如著名的美國(guó)科普喜劇《生活大爆炸》就多次以費(fèi)曼為話題.科學(xué)家圖羅克對(duì)于費(fèi)曼的熱愛近乎崇拜，他在《宇宙的秘密》中就多處說到費(fèi)曼.作為一位開拓者，甚至在納米技術(shù)和量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，費(fèi)曼也有貢獻(xiàn).可見，費(fèi)曼的思想是多么的超前，受人敬仰是不奇怪的.一如費(fèi)曼逝世時(shí)，學(xué)生們?cè)诩又堇砉W(xué)院的圖書館樓頂掛起的那條橫幅，上面寫著:我們愛你，迪克(費(fèi)曼的昵稱).