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摘要:本文笔者通过初步研究,从坚定的科学信仰等四个方面,对费曼进行比较全面的介绍,并进行必要的拓展。
关键词:费曼;物理;教学;人格
本文引用格式:李池.浅议物理大师费曼的研究风格与教育情怀[J].教育现代化,2019,6(38):201-202.
2018是美国物理学家查德·费曼第100周年诞辰,也是他逝世30周年。费曼被认为是二十世纪最伟大的物理学家,一位深邃的思想家,杰出的教师,热爱生命和自然的人。其学术成就主要集中在量子电动力学的贡献上,并于1965获得诺贝尔物理学奖。
1918年5月11日,费曼出生在纽约的一个犹太人家庭中,1935年进入麻省理工学院学习。毕业后,他到普林斯顿大学攻读研究生学位,并于1942获得博士学位。从1943年起,费曼在美国的原子弹研制基地洛斯-阿拉莫斯工作。战争结束后,1946年费曼成为康奈尔大学教授。从50年代起,他在加州理工大学任教,先是一名普通教授,然后在1959成为图尔曼理论物理教授。除了在巴西短暂的演讲之外,他还在加州理工大学工作,直到1988年2月15日,在洛杉矶因患癌症而死。费曼被人们怀念,除了其在物理学上的突出贡献以及独特的研究风格,还在于他真挚的教育情怀和高尚的人格魅力。
一坚定的科学信仰
从物理的角度解自然之谜是费曼终身的爱好。他在物理学上贡献卓著正是得益于这种坚定的科学信仰。费曼以路径积分的形式重写了整个量子电动力学,使它成为相对论协变的一种形式,通过重整化避免了发散的困难,解决了电子自能问题。费曼自己发明了一种独特的新方法,就是用一些图形来简化繁琐的计算。为了表达场与场的相互作用,过程的本质可以简洁地反映出来,这就是著名的费曼图。另外,他和Murray Gherman在β衰变等弱相互作用领域做了一些基础性工作,费曼提出了高能质子碰撞的子模型的一部分,这在夸克理论的发展中起着关键的作用。除了在量子场论和基本粒子理论中的重要工作外,费曼在凝聚态物理等领域也做出了巨大的贡献,他创立了一个解释液态氦超流体现象的数学理论[1]。费曼总是说,他学习物理不是为了荣誉,也不是为了赢得奖品,而是为了乐趣,为了纯粹的快乐发现。作为他的一个学生,希布斯说:“挑战和挫折,超人的才能和激情,以及从科学探索中获得的巨大快乐是他生活中幸福的源泉[2]。”
二 独特的研究风格
费曼是独立的和固执己见的。他以自己的方式理解一切,从不接受别人容易得到的结论。这一过程,由于他自己独特的方法和观点,往往在原始结论时超出了最初的结论。例如,陈宁洋和李政道赢得了诺贝尔物理学奖的弱相互作用,奇偶不守恒理论,费曼一开始就不能理解。这太复杂了,无法接受。后来,他坐下来逐字读报纸,并用自己的方式推断。居然,一个晚上的时间,他就豁然开朗。
费曼也敢于公开要求权力。在曼哈顿计划期间,费曼认识了尼尔斯·玻尔和阿格·玻尔父子。尼尔斯·玻尔这位哥本哈根学派的领袖,对于其他物理学大腕而言简直就是神。但费曼眼里只有物理。有一次,玻尔邀请费曼去讨论关于原子弹的问题。其间,如果费曼觉得一个想法很糟糕,就直接了当地说出来。他们的讨论进行了两个小时左右,前前后后讨论了很多个想法,你来我往,争论了半天。后来玻尔对儿子说:
“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[3]。”有人说费曼风格是对被普遍承认的智慧的一种尊敬和失敬的混合物,物理学是一门精密的科学,而现存的知识体系虽然是不完全的,亦不能置之不理。费曼在很小的年级上就难得地掌握了物理学的现成原理,然后他选择去做几乎所有通常的问题。他不是那种局限在学科领域的浅水区兢兢业业工作,而在需要涉足新的深度时犹豫不决的天才。他具有以一种特殊的方法进入基本的主流课题的特别才干,这意味着避开现成的程式,发展他自己依赖高度直觉的方法。当大多数理论物理学家依靠小心谨慎的数学计算来提供一种引导和一种帮助,带领自己到不熟悉的领域的时候,费曼的态度几乎是自由发挥的。伟大物理学家戴森是费曼的朋友,他说费曼没有使用系统数学,用他自己的方式,实际上“重新发明了几乎整套的物理学。”
三真挚的教育情怀
费曼喜欢教学。他是一位优秀的教师,或是一位教育家。1961-1962年,他给大专生讲了两年的普通物理课程。普通物理等课程在教材与教学方法上都相当成熟,虽然有很多不同,但本质都基本相同。但费曼不同,他完全放弃了传统制度,自行安排教学内容。他的教学不追求严格的教学,也不在具体的应用中进行,而是通过引人入胜的叙述,丰富生动的例证,深刻而尖锐的论证,透彻地解释了各种物理现象的本质和规律性。
在过去的两年里,费曼几乎把所有的精力都投入到课堂上,然后编纂出版了三卷书《费曼物理学讲义》。这套书一经出版迅速席卷全球,伴随着一代又一代的年轻物理学家的强烈感染,伴随着他们侵入未知的物理学领域。同时,这套教材也成为了物理教师的必备参考。讲义是费曼对物理学的重要贡献,他实际上起到了物理教学上的“众师之师”的作用。
费曼一直认为教育的目的不是传授知识,而是唤起好奇心。在教学中,他充分重视学生的主动性。他对学生们说:“我最想做的是让你们对这个奇妙的世界和物理学家看待世界的方式有所欣赏。”我相信这是当代现实文化的主要部分。
费曼相信,人们记住他首先是因为他的教学工作。他说:“教学和学生使我的生命得以延续。如果有人给我创造一个很好的环境,但是我不能教学的话,那我永远不会接受。永远不会。”费曼还热心于物理学在公众中的传播,经常给世界各地的大学本科生上课、作各种讲演等,他因此成为一位硕果累累的教育家,并荣获1972年的奥斯特教育奖章。这是诸多奖项中,他最感自豪的一个。
费曼的物理教育思想有着深远的影响。我国现行人教版普通高中课标教科书《物理》必修一中关于速度的概念、必修二中关于能量守恒定律,都引用到了他精辟而独到的“费曼式”观点。
四 真实的爱情传奇
费曼一生结过三次婚,艾琳是他的第一任妻子,他们的爱情刻骨铭心,催人泪下。费曼和艾琳的爱情从高中开始,两人彼此相爱,只是他们的爱好不同:艾琳喜欢音乐与绘画,而费曼却没有艺术细胞,就对物理感兴趣。可惜天公不作美,在他们就要谈婚论嫁之时,艾琳被诊断出患上了结核病。他们的父母反对,因为他们害怕费曼也传染上这种“绝症”。但费曼拒绝这样做。1942年6月29日,在去医院的路上,一位治安官员为他们主持了婚礼。1945年6月16日,当他们的结婚第三周年纪念日即将到来时,艾琳去世了。费曼陪她一起度过了最后的一刻,但他麻木又无意识。费曼对自己的“麻木”感到惊讶。几周后他经过一家商店时,看到了一件连衣裙,他当时想要是穿在艾琳身上一定很美。这时,他突然很失望,感到非常伤心,无法压抑自己。
随着时间的流逝,费曼慢慢摆脱了忧郁,把更多的精力投入到了工作中。1965,他因量子电动力学的杰出贡献而获得诺贝尔物理学奖。在一次采访中,费曼说:“我十分感谢我的妻子……在我心中,物理不是最重要的,爱才是!爱就像溪流、清凉、透亮……”费曼一生不追求名利,不愿与官场和政府部门有太多的牵连,但这并不表明费曼是一个不负责任、自私的人,因为这正是他保护自己自由的方式。他只把有限的智慧集中在某些特定的方面——物理研究和教学。
在所有被诺贝尔的光环所包围的科学家中,费曼一直散发着独特的光辉,吸引着人们的注意。从对现代科学发展的深刻影响来看,Feynman超越了时代和物理学,尤其是他对科学的许多分支和科学本身的哲学思考的理解,因此值得赞扬。作为一名物理教师他具有的独特教学风格和魅力,这也是学生在他去世后以“我们爱你,迪克!”来追悼他的主要原因。无论是科研、教学还是人格魅力,都是那么的灼灼生辉。他的成长历程、学术思想和哲学思想给后代留下了无穷的启示。
参考文献
[1] 格雷克(著),黄小玲(译).费曼传[M].高等教育出版社,2010(02),10-13
[2]解世雄.论费曼的人生哲学[J].嘉应学院学报,2008(04):42-44.
[3]王正行.费曼对物理学的理解和诠释——读关洪译费曼的《物理定律的本性》[J].物理,2005(11):88-90.
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