理论物理学才是真正的现代哲学
费曼是科学怪才，诺贝尔物理奖得主，充满热情的著名教育家，同时也是艺术家。我看过英文原版的《Surely You're Joking,Mr.Feynman!》，这是一本非常有趣的书，像费曼这么全才的人，实在是不多见。《物理定律的本性》这本书是费曼在康奈尔大学的一系列讲座的整理稿。他用引人入胜的方式，将普通人望而却步的自然科学知识讲得趣味盎然，他对于物理定律本性的认识更是让人印象深刻。全书240多页，共七章，主要包括引力定律、数学同物理的关系、守恒定律、对称性、过去和未来的区分、概率和不确定性以及物理定律新的发现内容。
引力实在是一个非常奇怪的东西，当初牛顿上帝般地抛出了万有引力。直到物理学的今天，去年（2016年）引力波的发现的确认，引力似乎总是充满着神奇的力量。平方反比定律使的两个天体之间的引力急剧的减小，然而即使到了宇宙的边缘，引力小到了微乎其微了，引力似乎仍然存在，仍然不会消失。在科幻电影《星际穿越》中，引力异常使得虫洞在土星附加出现，坠入黑洞的男主更是通过引力传递信息，最终使人类免遭毁灭，从而走上了救赎之路的。物理学未来的突破或许就在于引力的研究，或许引力会成为21世纪或以后几个世纪的物理学革命的乌云。
在第一部分“引力定律”中，费曼简单的介绍了哥白尼重新发现日心说，第谷的观测，开普勒三大定律的发现，这些基本的天文学历史。而关键是什么使得地球及其他几大行星围绕这太阳运行呢？天使推动说显然不能糊弄聪明的科学家，此时伽利略发现了伟大的惯性定律，最后还是牛顿解开了万物运行的秘密——万有引力。牛顿万有引力的发现，和观测符合的相当好，后来人们又根据引力的计算发现了海王星。而引力定律又能够很好地解释恒星系统，星系团的形成。引力定律的应用不是太多，而引力却蕴含这巨大的能量，这种能量人类的利用非常少，通过引力弹弓使飞船加速或减速。
让人们感到非常困惑不解的是，电力和引力一样，也遵循这平方反比定律。然而电力的强度却比引力强到惊人的程度。两者直接的差异有多大呢？下面这张图给出了形象的说明。
第二章主要讲了“数学同物理的关系”。数学给予物理定律基本的规则，物理定律无论如何都是要用数学来表达的。例如引力定律的表达可以不止一种方式，但是没有除了数学形式之外，能够更好的解释引力定律模型的。费曼告诉人们一个事实：要感受、领略、说明自然之美，缺乏数学的人是难以深刻理解的。因而，即使仅仅只是为了更好地认识自己，能够欣赏美的事物，我们也应该学习数学。
数学是一种语言，同时也是一种推理。尤其是用数学预言对物理定律的推理，通过数学就可能把一条陈述同另一条陈述联系起来。之后在第二章里，费曼用牛顿《原理》中数学的形式的例子，精确地说明出了开普勒的行星定律：行星的矢径会在相等的时间内扫过相同的面积。
人类数学有两个基本起源，即巴比伦传统和古希腊传统。就纯数学而已，古希腊系统，欧几里得那样的，从一个公理出发，推导出整个数学世界无疑是完善的。但是对于物理学这样和现实世界联系紧密的学科来说，巴比伦的数学传统能够和物理学符合的更好。即便是巴比伦的数学传统，知道了所有的定理和它们之间的联系，也不能完全地认识到这些定理有共同的地方。
然而物理学和数学的不同又是如此的有趣而奇怪。物理定律的等价表达在数学上是没有任何不同的，而在物理学上却有着截然不同的认识。费曼用引力定律来加以说明。下面的三种陈述对我来说是全新的认识，至少把这三个放在一起来比较和讨论。
1.引力定律的牛顿表达，力依赖远距离外的什么东西。我的理解是一维的类似时间特性的线性因果律。即使相关性和因果性完全不同。
2.场和势的方式。这是一种最大值效应，即力的方向沿着最强的势的运动方向。
3.最小路径方式。这个是费曼最知名的路径积分求和的方式。
最后，费曼引用金斯的话总结和概况了数学和物理学之间的关系。物理学能够直接接触到世界之美，自然之美。然而想要欣赏这种美，需要对数学有足够理解的经验。
第三章“伟大的守恒定律”，在这一章中，守恒定律有两种基本的形式。一种是一个电荷从一处移动到另一处，有痕迹可循。另一种是一个电荷在一个地方消失，同时在另外一个地方出现。这两者大有不同，后一种是定域的。守恒最大之处在于既不会产生也不会消失，只是转移。这种转移没有目的，也没有方向。
守恒定律的应用和例子很多，比如化学反应，杠杆运动，中子蜕变为一颗质子、电子和一颗反中微子。数量的多少可以是变化的，然而能量却是守恒和固定的。
六大守恒定律：
①能量守恒，不依赖时间；
②线动量守恒，描述轨迹运动；
③角动量守恒，不依赖空间；
④电荷守恒；
⑤重子守恒；
⑥轻子守恒，后三条守恒定律从计数意义上说是简单的。（《费曼物理学讲义第一卷》第4章能量守恒）
第四章“物理定律中的对称性”。对称的似乎是简单的，人们生活中接触对称的事物很多很多。包括我们人的身体都是对称的。对称性的数学定义是一件东西进行操作之后和之前是没有什么不用的。这样以来，物理定律里的对称就是等效性，也就是物理定律的不同表达，不会引起任何差别。一个很好的例子就是牛顿第一定律。静止的状态和匀速直线运动的状态是等效的，是不能做出区分的。火柴建筑的模型，用放大了的原木建造是不能行得通的。
在物理世界中，对称性很重要。但是有些常见的内容却不是对称的。例如，尺度的变动就是不对称的。将一个模型按照等比例放大或缩小倍数，那么放大或缩小的模型和原始的模型则可能出现巨大的不同。
对称性对于人们思维僵局的突破是很有贡献的，我们不必固守一种方式，使用不同的方式、途径、策略，只要最终的结果是相同的、没有差异的。那么，这些种种的路径就没有什么不同，区别就在于哪种好用，哪种适合就使用哪种。
过去和未来在人们日常生活中似乎是泾渭分明的。然而过去和未来真的那么清楚吗？一只杯子打碎了，你等待着它回到你手中的时刻，似乎是不可能的。在心理上，悔恨、遗憾、希望等将过去和未来明显地区分了出来。然而在物理世界中，如果原子的运动是不可逆的，那么我们仍然可以像我们的心理感受那么区分出过去和未来。然而，我们没有这样的定律。迄今为止的物理原理并不能告诉我们这种过去和未来的划分有什么区别。在书中费曼例举了分子无规则运动的情况，两种颜色的分子在一定的时间后必然会趋于平衡。这种过程是热力学第二定律描述的统计规律。然而，地球生命的起源，似乎是对这种说法的一种反例。无数的原子分子的毫无目的、毫无规则的运动，最终演化出了地球上最初的生命形态。以上内容构成了第五章“过去与未来的区分”。
该书的第六章“概率和不确定性——对自然界的量子力学的观点”，费曼首先对光学的经典实验，双缝干涉实验进行了详细的说明。分别用子弹、水波、电子来比较这三者实验的联系和区别。子弹是一个一个地到达测量的概率，没有干涉现象产生，显示出数学上的加和特征。水波可以有任意大小测量波的强度，表现出干涉现象。电子或光子同子弹一样，也是一个一个地到达测量到达的概率，却表现出子弹和水波的叠加特征。这样一种测量的奇特现象，最后引出了海森堡测不准原理，我们似乎永远也无法掌握物质所有的秘密，总有一部分内容我们无论如何努力也无法抓到。科学实验的一个非常重要的特征是实验的可重复性，如果一个人在实验上的成功一定要能够被复现，缺少了这一条，就不能称为科学。然而，测不准原理似乎带来了实验的危机，设置好了环境，每一次的条件相同，却并不能预测哪个小孔的后面会看到电子。实验结果的不确定性似乎让科学家们焦虑不安，不过在量子力学的观点中，虽然确定的结果不能复现，但是概率的模型却能很好的解决对结果的处理。
这样一种量子力学观点的自然界，概率和不确定性让人们打破先入为主的偏见——必须满足我们对自然界推测的要求——才是科学真正存在所必需的。
最后一章，“寻找新定律”，并没有介绍一种具体的物理定律。而是对物理学家们寻找物理定律的过程的探索的回顾，进行了深入的思考。首先，费曼告诉我们，令人惊奇的是组成宇宙中所有的物体都是相同的，都遵循同样的物理定律，不管是生物和非生物，恒星还是宇宙尘埃，不同只是排列组合的方式不同。之后费曼又提出了引力定律、对称性原理、相对论、量子论等各自都是确定无误的，然而把他们放在一起，却并不能融洽，会陷入矛盾之中。物理学家们也在试图建立一种大一统的理论，而这种理论霍金认为，唯一的可能备选理论就是超弦理论。
寻找一条定律的过程包括：猜想——计算出理论结果——观察或实验的验证。在这一过程中，验证的结果和猜想以及计算的结果符合的很好，那么一条定律就大致能够找到，相反则不能。值得注意的是，古代的哲学家、占星师、预言家们猜想的多么漂亮，只要不能检验就是错的。遗憾的是，即使今天，缺乏科学素养的人仍然被这些漂亮的猜测骗的心甘情愿并且义无反顾。
在这个过程中，理论物理学家们扮演就是猜想的角色。费曼回顾了猜测自然定律这门艺术首先在牛顿哪里的状况是，从不完全的知识中，把那些与实验有密切关系的概念放到一起，这是第一种方法，但在今天已经不能使用了。第二个是麦克斯韦的方式，他把所有的电学定律放在一起，考察它们，发现它们在数学上是不融洽的，为了摆平它，他通过一种机械的模型得到了方程。他用的模型，推导的逻辑可以是错误的，然而答案确实正确的。在数学上，等效的结果并不能判断哪种方法更优越。第三种发现或猜想的模式完全不同，这时候已经积累了一些佯谬或者矛盾，这个时候是从那些定律可能的对称性入手，打破那些符合直接的时间、空间概念。量子力学是由两种完全不同的一种方法发现出来的，薛定谔方程猜出了方程，海森伯论证说你必须只分析那些可测量的东西。两种不同的方法最终导致了相同的发现。
最后，费曼指出了猜测新定律的一个最现实，也是我们不希望预见的可能。那就是，我们似乎不太可能总是发现新的定律。类似牛顿时代以来的这样集中的定律发现，在一千年之内似乎都不会不断更新。原因可能在于，如果真有那么多的定律需要发现，我们也必定厌倦了，或者所有的定律总是和实验完美的符合，科学的探索就此终结。另一种终结的可能就是实验的难度越来越大，成本越来越高。想想现在昂贵的粒子加速器、实验卫星等等，科学家做出突破性的科学成果也越来越困难。
万事万物都有始有终，科学探索也会如此。然而，正如哲学在今天已经不合时宜一样，哲学已死。但是现代社会如果有一样东西需要承担哲学的地位和作用的话，那么就像波恩指出的那样，它毫无疑问就是理论物理学。