量子電動力學理論的建立者：費曼

撰文 田筱超然

責編 莫尼

當路西爾（Lucille）初次懷孕時，她的丈夫梅爾維爾·費曼（Melville Feynman）曾經期許，他們尚未出生的孩子長大後能成為科學家。1918年5月11日，這個嬰兒在紐約降生了，被取名為理查德·菲利普斯·費曼，他後來真的成為了他那一代里最偉大的物理學家之一。

20世紀的兩大物理學革命——相對論和量子力學理論的建立在當時已經悄然發生。1928年，保羅·狄拉克（Paul Dirac）發表後來以他的名字命名的方程，進一步建立了相對論量子力學。儘管其正確性很快就得到了實驗驗證，這一理論的數學卻顯得相當麻煩。而用一種更加簡潔的方式來描述相同物理過程的人，正是後來的理查德·費曼。

當時，費曼正在普林斯頓讀博士，他和當時的導師惠勒（Wheeler）正致力於解釋振動電子的輻射阻尼問題。根據他們發展的理論，費曼得以將經典電動力學的一切都用一種新穎而簡單的數學形式來描述，並開始嘗試發展該理論的量子力學形式。

這個嘗試是艱難的，直到1941年，費曼受到狄拉克在1933年發表的題為「量子力學中的拉格朗日量」的論文啟發，逐漸建立了後來被稱作路徑積分的理論構架。這個理論的核心思路是，一個粒子能從A走到B的每一條可能路徑，代表每一種可能的「歷史」，而A和B的相互作用可以表示成聯繫這兩個事件所有可能路徑之和。

正如費曼後來在諾貝爾獲獎演說中提到的：「某一時刻的波函數與另一個有限時間間隔後的波函數之間的聯繫可以通過無限多重積分而得到。」

於是，一種全新的量子力學表述方法被建立了起來。但由於種種原因，他並沒有立即試圖用這套理論去解釋實際問題，而只是發展了完整的數學形式。直到20世紀40年代的最後幾年，施溫格（Schwinger）和朝永振一郎（Shin『i-chiro Tomonaga）各自獨立發展出量子電動力學理論的另一種數學形式，他們給出的計算結果和費曼用路徑積分方法得到的完全一致。物理學界終於可以宣布，量子電動力學理論成功建立起來了！因為這一貢獻，費曼和施溫格、朝永振一郎共同分享了1965年的諾貝爾物理學獎。

然而費曼精彩的一生還遠沒有結束。他繼續在液氦超流體、量子色動力學等研究領域扮演著關鍵的角色。他還是納米科學、並行計算機等領域最早的研究倡導者。他的《費曼物理學講義》以及許多其他的演講，吸引了一代代學生去熱愛和探索物理學。他還參與了「挑戰者號」太空梭事故調查，向世人展示了一個大科學家的良知與科學精神。

1988年2月15日，在他逝世那天，加州理工學院的學生們在圖書館大樓上懸掛了一條橫幅，上面寫著：「迪克，我們愛你」。是的，可愛的費曼先生愛著這個奇妙的自然和生活在裡面的人們，人們也同樣深深地愛著這個有趣而又偉大的天才。

參考文獻：

1. 《迷人的科學風采—費恩曼傳》 [英]約翰·格里賓 瑪麗·格里賓 著，江向東譯

2. 《別鬧了，費曼先生》 [美]費曼 著，吳程遠 譯

3. 《QED，光和物質的奇異性》 [美]費曼 著，張鍾靜 譯

4. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1965/feynman-lecture.html

5. https://en.wikipedia.org/wiki/Richard_Feynman

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