评《物理定律的本性》

著名的费曼的书，这几天正在读的《自我》里面的鲍曼说过一个句话：解决一个问题的能力，和让别人觉得你能解决一个问题的能力，是两个完全不同的能力。费曼应该就是后一种能力特别强的那种科学家。于是就想找一本费曼的作品来读一下，看了前言知道这本书其实是费曼的一系列讲座的文字稿。感觉演讲应该是更容易懂的。 要说这本书的题目，物理定律的本性，看上去还是非常抽象的，应该是对所有各种不同物理定律的更底层的层面的抽象。费曼说，他拿一个最经典最著名的物理定律来举例子，那就是引力定律，万有引力定律，牛顿发明的那个著名的万有引力定律。 费曼给出了牛顿的万有引力的公式：F=(G*m1*m2)/(r^2)。费曼说，这是一个数学的表达，但是这并没有解释引力到底是怎么来的，我们在使用这个万有引力公式的时候，都特别需要死记硬背，比如说，为什么引力跟距离的平方成反比？而不是距离的一次方？或者三次方？。费曼说，其实有一种理解和记忆它的方式，比如说，你可以想想，在宇宙中，每时每刻都有四面八方的粒子均匀地冲向地球，如果不考虑太阳的存在的话，这些粒子来自哪个方向的密度和概率是一样的，所以这些粒子的冲力彼此抵消了，所以地球能够静止不动，但是因为太阳的存在，太阳能够阻挡粒子穿过自己，所以，太阳的存在就阻挡了一些原本会冲向地球的粒子，所以在太阳的这个方向的冲力就变弱了，所以地球就在与太阳相反的方向的粒子冲力的冲击之下，被推向了太阳，其实就是被太阳吸引过去了，这就是引力。而且我们可以发现，太阳离地球越近，太阳阻挡的粒子就越多，地球上被太阳"遮挡”，而没有粒子的面积也就越大，其实，我们可以从几何上知道，这个面积和距离的平方成反比。这也就是为什么引力和距离的平方成反比的“原因”。当然，这种解释，这是一种方便记忆和理解的解释，它并不是真正的解释。 然后，费曼也给那个面积公式做了解释——在同样的时间内，一个行星和恒星之间的连线所划过的面积是一致的。费曼在这里，也讨论了两种情况，第一种情况是不考虑引力的情况下，行星的运动就是匀速直线运动，同样的时间，运动的距离是相等的，行星和恒星之间的连线所划过的图形，其实是两个三角形，而这两个三角形的底就是前面说的匀速直线运动的距离，是一样长的。而这两个三角形的共享同样的高的，而三角形的面积等于高乘以底的1/2，所以面积是一样的。而假如再考虑一下引力的效应，可以画一条辅助线，这条辅助线和行星和恒星的连线平行，而两个三角形共享了同样的底，但是它们两个三角形的高是一样长，所以通过传递率，就能够得到三个三角形的面积都是相等的。 听了这两个“解释”，我真的感觉，任何的物理定律，任何的代数逻辑，是不是都应该有几何解释的？这种形象化的几何解释，实在是太强大了，太让人印象深刻了，真的是只要看过一次，就再也不会忘记。 费曼讲到了物理学里面的守恒和对称性，还讲到了对称性和守恒之间的关系。空间的对称性对应着能量守恒，时间对称性对应着动量守恒。 动量守恒和角动量守恒，也有一个精妙的对应关系。角动量守恒讲的是，选择任何一个点当做中心，都可以角动量守恒，而如果你和这个点选的无穷远的话，这个角动量就退化成动量了，所以动量守恒其实是角动量守恒当旋转中心点无穷远情况下下的一个特例。 费曼还讲到了镜像对称，镜像对称在物理上成立吗？费曼说，在99.99%的情况下，是成立的。但是并不是100%，而这唯一的例外的0.01%，就是杨振宁发现的称宇不守恒，我还是第一次听到了关于称宇不守恒的通俗解释，这是一个新收获。 费曼还讲到了量子物理，费曼说，他听到一个段子，说相对论出来的时候，有报道说，全世界只有12个人理解相对论。费曼说，在当时，没有12个人这么多，应该是只有作者自己一个人（爱因斯坦）理解相对论。但是，现在应该是更多了。但是，对于量子理论，费曼很有把握地说，没有人“理解”量子物理，作为一个物理学家，你也许可以掌握量子物理的所有公式，但是你不可能“理解”它，当然，费曼说这个话，需要对“理解”下一个明确的定义。费曼说，如果你要了解量子物理，你需要避免一个冲动，那就是问自己：“它怎么会是这个样子的？”，费曼说，它就是这个样子的，你就把它的表现当做一种值得被欣赏的东西去欣赏好了，而不要反复地问自己：“它怎么会是这个样子？”，能抑制自己的这个冲动，你就能学好量子物理。 这本书的最后一部分附录《费曼小传》，却意外的给了我很多的感触，费曼的人生也是跌宕起伏的人生。费曼和自己第一人妻子的爱情故事，很可歌可泣。 费曼的人生信条就是，只说实话，不要在乎别人的想法，所谓的“为了让对方好受一点，说一些无伤大雅的谎话不是问题”这种说法，费曼是绝对无法理解，而且不认可的。而且喜欢抬杠。他的女友跟他说过哲学老师的说法，叫做：每一张纸都有正面和反面。于是费曼就拿出了一个“诺比乌斯纸环”，让自己的女友去跟她的哲学老师抬杠。 而他的女友得了绝症之后，费曼接受了他亲友的建议，向自己的女友隐瞒她得绝症的消息。而事后，当女友知道真相之后，女友的第一反应并不是责怪费曼，反而是心疼费曼，（向我撒谎这件事情）让你受了多少罪啊。而在女友开始治疗之后，费曼就跟自己的女友结婚了，面对家人的反对，费曼说：如果在女友刚被确诊得绝症之后，就离开自己的女友，这还是人做的事儿吗？ 费曼在带着女友去更好的医院就医的时候，顺路就把结婚证给办了。 然后小传中讲了费曼参加曼哈顿计划的事情，费曼对于是否要参加曼哈顿计划，是有疑问的，“他喜欢纯粹的理论物理，不喜欢做工程实现。”觉得造原子弹就是纯粹的工程实现，但是，最终爱国情怀还是超过了他的个人兴趣，他也投入了曼哈顿计划。 奥本海默也非常赏识费曼的才华，极力向自己学校的物理系推荐费曼，希望促成费曼去自己的母校教物理，但是可惜费曼没去奥本海默的学校。 小传中介绍了，原子弹爆炸实验的时候，费曼距离爆炸中心仅仅23km，而且仅仅隔了一个汽车的前挡风玻璃，费曼大概是肉眼观察原子弹的第一人。亲眼目睹了原子弹的威力之后，可能是原子弹的威力实在是超过了所有人的预期，包括费曼在内的所有的科学家，大概都开始想这个问题了：我到底干了一件什么事情？我干的事情到底是不是对全人类来说的是一件正确的事情？ 然后，小传说了费曼对于物理教育的热爱，而且，他明确说了，他教物理，并不是为了让学生考试得高分，他是为了让学生理解物理的本质。而且，费曼还参加了冒险者号航天飞船爆炸的事故调查，而且还在现场做了一个演示，让大家理解，爆炸的原因是什么。从此，费曼在全国成为了“科学明星”。 然后，还讲了费曼的后两段婚姻，第二段婚姻应该是遇人不淑吧，控制欲太强，勉强了4年，就分手了。而下一段婚姻比较成功，还跟费曼一起生了孩子。 总的来说，我感觉费曼在科学上的成就，被他在教学和科普上的成就给掩盖了。