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科學魔術師-費曼

費曼傳奇的一生,是一條神奇軌跡的總和。一如路徑積分,想得到正確的結果,要把事件演變的所有軌跡,無論可能或不可能,全部依照個別的機率加起來。

撰文/高文芳

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科學魔術師-費曼

費曼傳奇的一生,是一條神奇軌跡的總和。一如路徑積分,想得到正確的結果,要把事件演變的所有軌跡,無論可能或不可能,全部依照個別的機率加起來。

撰文/高文芳


1986年,美國挑戰者號太空梭意外爆炸,美國總統雷根找上費曼(Richard P. Feynman)加入事故調查委員會。電視轉播第一場聽證會,費曼出現在螢光幕前,觀眾忘情大喊:「那是我們的費曼!」


當時,費曼拿著O型橡皮環塞入一杯冰水,取出後扭一下O型環,證明O型環在冰點下無法立刻復原,他說這應該和太空梭出事有關。根據費曼自述,官方只想找個有聲望的科學家為調查報告背書,在高層刻意誤導下,他依然發現真相。費曼最後在官方報告裡加了一段附錄,寫下這句名言:「成功的科技需要依據事實而非公共關係,畢竟大自然是無法愚弄的。」痛斥美國航太總署(NASA)草菅人命的官僚作風,需要深切反省。


費曼不服威權的個性,來自父親的身教。費曼說,爸爸教會他兩件有用的事,影響他的一生,也間接影響人類的未來。第一件事是反對任何型式的威權。費曼的父親在制服公司做事,和軍方有所接觸;有一次,他父親指著《紐約時報》上的照片,是一位將軍和一群向他鞠躬的人,他父親痛斥這群人是因制服和階級而敬禮,而非尊敬將軍的貢獻或成就,這種依階級認定成就的現象就像盲目服從權威一樣。


第二件事則是尺度和現實圖像的連結。費曼的父親很擅長利用生活周遭的事物,協助他建立學習和思考的模式。費曼回憶小時候,爸爸喜歡抱著他讀《大英百科全書》。唸到恐龍時,先說恐龍高約7.5公尺,頭部寬約1.8公尺。接著說當恐龍靠近他們家,頭部差不多就在閣樓的高度,硬要把頭擠進閣樓,就會把窗戶擠破。這種重視相對尺度的圖像教育,顯然對費曼奇蹟般的物理直覺有極大的啟發作用。費曼這種善用類比的圖像和思考,也是演講深受大家歡迎的魅力所在。


嶄露頭角


費曼於1918年5月11日在美國紐約出生,正逢20世紀初「近代」物理成長、突破、劇變的年代。更戲劇性的是,同一年紐約還有另一個天才施溫格(Julian Schwinger)出生,兩人恰巧共享同一年的諾貝爾物理獎。兩位天才互為瑜亮的競爭過程,讓當時乏味平淡的物理革命增添激情和張力。


費曼對物理學最大的貢獻,就是發明「路徑積分」詮釋量子力學。在康乃爾大學的演講會場中,提到有人說:「只有一打人懂相對論。」費曼對著台下爆滿的聽眾說:「懂相對論的人絕對超過一打,但是我可以很有把握地說,這世上沒有人『懂』量子力學。」因為他自己也不懂,才會用八年給自己找路,最後發明路徑積分,意外為20世紀下半葉的物理革命找到一條活路。


除了路徑積分,費曼還發明可以簡化計算的費曼圖,是所有高能物理學家入門的必修課。傳聞,費曼剛開始發展路徑積分時,沒有完整的數學工具,靠的是他過人的物理直覺和宇宙觀,利用一個又一個費曼圖,把所有可能的粒子碰撞圖,套用別人認為是他「憑空杜撰」而來的公式,像變魔術一樣,又快又精準地簡化繁複的計算。施溫格用傳統嚴謹算法,要算半年或一年,費曼畫幾個奇怪的圖,只要半小時至一小時就可以得到正確答案。但那時沒有人知道他究竟在畫什麼東西,在大家的眼裡,簡直和鬼畫符沒有兩樣。


1948年春天在賓州波克諾山的研討會裡,費曼那種沒頭沒尾、難以理解的「特異功能」,被物理大師歐本海默(J. Robert Oppenheimer)數落一頓,還沒講完就草草結束。最讓費曼英雄氣短的是,同場較勁、演講內容也像天書的施溫格,卻得到歐本海默的極力讚賞。然而事後證明,費曼圖影響的不只是量子電動力學,還讓我們對量子世界有全新的觀點。


二次大戰時,費曼被徵召參與研究原子彈的曼哈頓計畫,加入扮演關鍵角色的計算組。當時沒有電子計算機,原子彈的相關數學計算又非常繁複,在費曼加入前,保守估計要一、兩年才能完成。就在大家憂心敵軍納粹會領先進度時,他利用類似「平行計算」的巧妙方式,把計算拆成好幾部份,讓大家各自「平行」處理完數據,再以10倍速彙整出正確答案。費曼初試啼聲,讓參與計畫的物理大師見證這位天才的神奇功力。


1945年7月原子彈順利試爆,所有人都在32公里外戴著墨鏡看,唯獨費曼認為可見光並不會造成傷害,選擇坐在卡車內,透過能過濾紫外線的車窗直接目睹試爆奇景,成為親眼「看見」原子彈試爆的第一人。當美軍決定要在日本廣島引爆原子彈,費曼一度被要求登機隨行,後來軍方認為計畫進行非常順利,不需要科學家前往,他才沒有成為第一位目睹投彈的科學家。


投彈成功、重創日本的消息傳回後,費曼對自己的付出居然造成這麼慘重的傷亡,感到非常痛苦。費曼回憶,在日本傷亡慘重的同時,曼哈頓計畫多數成員正在狂歡暢飲、大肆慶祝,他則因為間接成了人間煉獄的劊子手,而陷入極度懊悔。兩樣情景形成強烈對比。


費曼當時患有重度憂鬱,也源自妻子阿琳(Arline Greenbaum)的過世。他和青梅竹馬阿琳的感情世界,是一段真情感人的故事,還被拍成電影「愛你一萬年」(Infinity)。阿琳得到當時無藥可醫的結核病,費曼在家人擔心他被傳染的反對下,毅然決然迎娶阿琳。費曼受邀參加原子彈計畫,他要求安排阿琳到附近的阿布奎基療養院就醫,方便就近探視。不過阿琳最後仍敵不過病魔,在原子彈試爆前就離開人世。


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