费曼:发现的乐趣

理查德·费曼在采访中分享了对科学与艺术的看法,强调科学知识并不会削弱事物的美,而是增添了神秘感。他回忆了父亲对他教育的影响,探讨了科学的探索精神与对未知的接受,认为怀疑与不确定性是理解世界的重要部分。

作者

理查德·费曼

出版时间

2025年7月29日

原文链接

https://archive.nytimes.com/opinionator.blogs.nytimes.com/2014/06/13/no-clocking-out/

这是 BBC 电视节目《地平线》(Horizon)在 1981 年对理查德·费曼的一次采访整理稿,美国观众通过《新星》(Nova)看到这期节目。那时,费曼已度过了人生的大半(他于 1988 年去世),能用一种年轻人少有的眼光,回顾自己的一生与所经历的一切。


这段采访非常坦诚、轻松,也充满个人色彩。他谈到了许多让他念念不忘的话题:比如,仅仅知道一个东西的名字,其实等于什么都不知道;又比如,他和曼哈顿计划的同事们是如何在庆祝原子弹成功的时候,仍能举杯畅饮——即便他们知道,地球另一端的广岛正有成千上万的人在那场爆炸中死去或濒临死亡;还有,他为什么觉得,就算没有拿到诺贝尔奖,自己也能过得很好。


花的美


我有个朋友是艺术家,他有时会说些我不太认同的话。比如他会举起一朵花,说:“你看,多美。”这我同意,确实很美。可接着他就说:“你看,我是艺术家,能看到它的美;而你是科学家,只会把它拆解开,分析一通,最后变得一点意思都没有。”我觉得他脑回路有点清奇。


首先,他看到的那种美,别人也能看见,包括我。也许我在审美上不如他敏感,但我一样能欣赏花的美。而且我还能看到他看不到的东西:我能想象花里细胞的样子,想象它们复杂的运作,这些同样也很美。


花的美不只是表面那一两厘米,在更小的尺度上——在它的内部结构里,也有一种细腻的美。而且还有它的运作机制,比如:花的颜色是为了吸引昆虫来授粉,这就意味着昆虫能看到颜色。那又引出新问题:这些低等生物也有“审美”吗?我们为什么会觉得某种东西美?这类问题特别有意思。


所以,在我看来,科学知识不会让花变得无趣,只会让它变得更迷人、更神秘、更令人敬畏。我实在想不出,为什么有人会觉得科学会夺走什么。它只会加,不会减。


逃避人文学科


我一直是个偏爱科学的人,年轻时几乎把所有精力都投在这上面。对人文学科,我既没时间学,也没什么耐心。哪怕在大学里必须修这类课程,我也总想着怎么能尽量少学点、少做点。


直到后来年纪大了,心态慢慢放松下来,才稍微拓宽了一点兴趣。我学了点画画,也开始读点书。但说到底,我还是个偏科很严重的人,懂得不多。我的智力也有限,只在某些特定方向上还能派点用场。


窗外的霸王龙


我们家里有一套《大英百科全书》。我还很小的时候,父亲常常让我坐在他腿上,给我读里面的内容。比如读到恐龙,可能是雷龙,也可能是霸王龙,书上会写:“这种恐龙有25英尺高,头有6英尺宽。”这时候他就会停下来,说:“来,我们想象一下这是什么意思。要是它站在我们家前院,个子得有多高?它的头能伸到窗户里,但可能有点挤,因为头太宽了,一伸进来就把窗户撞碎了。”


我们总是尽量把读到的东西想象成现实中的样子,我也因此学会了这个习惯 —— 每次读书,我都会试着去理解它到底在说什么,真正的意思是什么,用自己的方式“翻译”一遍(笑)。小时候我特别喜欢读《百科全书》,但每次都会带着这种“翻译”的思维。想象世界上真的有那么巨大的动物,这件事本身就特别有意思、让人兴奋。当然,我并不会真的担心有只霸王龙会从窗户钻进来(笑),我只是觉得,它们都灭绝了这件事本身就很神秘。而且那时候,还没人知道它们为什么会消失。


我们家住在纽约,夏天会去卡茨基尔山度假。那是人们避暑的热门地,聚集了不少家庭。不过平时,父亲们都会回纽约上班,只有周末才回来。每到周末,父亲回来后就会带我去树林里散步,一边走一边给我讲林子里发生的各种有趣事情——这些我一会儿再讲。


其他的妈妈们看到我们这样相处,都觉得特别好,也希望自己的丈夫也能像我爸一样带儿子去走走。她们劝了很久,起初都没啥效果。有人还提议干脆让我爸带所有小孩一起去,但他不愿意。他说,那是只属于我们父子俩的时间。最后的结果是,其他父亲只好在下个周末各自带孩子去树林里散步。


到了周一,大家又回城里上班。孩子们在野地里玩耍,有个小孩指着一只鸟问我:“你知道那是什么鸟吗?”


我说:“我根本不知道那是什么鸟。”


他得意地说:“那是褐喉画眉,什么的——你爸都没教你啊?”


但其实恰恰相反,我爸教了我很多。他曾经指着一只鸟对我说:“你知道这是什么鸟吗?它叫褐喉画眉。葡萄牙语怎么说,意大利语怎么说,中文怎么说,日语怎么说……”他说:“你看,现在你知道了这个鸟在各种语言里叫什么,可你其实对这只鸟本身一无所知。你只是知道了不同地方的人怎么称呼它而已。” 然后他笑了笑,说:“现在,咱们来好好看看这只鸟吧。”


他教会我注意事物。有一天,我在玩一种 “特快马车”—— 一种四周有栏杆的小马车,孩子们可以拉着玩。里面有个球 —— 我记得 —— 我拉马车时注意到球的移动方式有点特别,于是跑去问父亲:“爸爸,我发现了一件事:我拉马车时,球会滚到车尾;当我拉着马车突然停下时,球会滚到车头。” 我说:“为什么会这样?” 他说:“这没人知道。”


他说:“普遍原理是,运动的物体倾向于保持运动,静止的物体倾向于保持静止,除非你用力推它们。” 他说:“这种倾向叫惯性,但没人知道为什么会这样。” 这是一种深刻的理解 —— 他没有给我一个名字,而是让我早早懂得了 “知道某事物的名字” 和 “真正了解某事物” 的区别。


他接着说:“如果你仔细看,会发现球并没有冲到车尾,而是你拉着车尾向前,球其实保持静止,或者由于摩擦力实际上会向前移动一点,并没有向后移动。” 于是我跑回小马车那里,重新放好球,从下面拉马车,侧身观察,发现他说得对 —— 当我向前拉马车时,球在车里从未向后移动。它相对于马车向后移动,但相对于人行道向前移动了一点,只是马车追上了它。


这就是父亲教育我的方式,通过这样的例子和讨论,没有压力,只有有趣的交流。


实用主义者的代数


当时,我比大我三岁的表哥正在上高中,代数学得很吃力,家里请了家教,我被允许坐在角落里旁听(笑)。家教试图教表哥代数,比如 2x 加某个数的问题。我问表哥:“你在做什么?” 我听到他在说 x,他说:“你知道什么 ——2x + 7 等于 15,” 他说,“你要找出 x 是多少。” 我说:“你是说 4 吗?” 他说:“对,但你用的是算术方法,你得用代数方法做。” 这就是表哥学不好代数的原因,因为他不明白该怎么做。根本没有办法。


幸运的是,我没去学校上课,而是明白了代数的核心是找出 x 的值,至于用什么方法并不重要 —— 并没有 “必须用算术” 或 “必须用代数” 的说法 —— 这是学校发明的错误观念,为了让学代数的孩子都能通过考试。他们发明了一套规则,如果你不假思索地遵循,就能得出答案:两边都减 7,如果有乘数,两边都除以乘数,等等。如果你不明白自己在做什么,按这些步骤也能得到答案。


有一套数学书,从《实用算术》开始,然后是《实用代数》,接着是《实用三角学》,我就是从《实用三角学》里学的三角学。但我很快就忘了,因为没怎么理解。这套书还会出《实用微积分》,当时我通过读百科全书已经知道微积分是重要且有趣的学科,应该学习。


那时我大概十三岁,微积分书终于出版了,我兴奋地去图书馆借,管理员看着我说:“哦,你只是个孩子,借这本书干什么,这是给成年人看的书。” 这是我人生中少有的尴尬时刻,我撒谎说这是父亲选的书。于是我把书带回家,自学了微积分,还试图讲给父亲听。他开始读开头,觉得很困惑,这让我有点不安。我不知道他的理解能力有限,我以为微积分相对简单直接,而他却不懂。这是我第一次意识到,在某些方面我学得比他多。


肩章与教皇


除了物理,父亲还教会我(笑)—— 不管对错 —— 对某些 “可敬” 的事物持怀疑态度。比如,我小时候,《纽约时报》刚推出凹版印刷图片,父亲常让我坐在他腿上,翻开一张图片,比如教皇的照片,所有人都在向他鞠躬。他会说:“看看这些人。这里有一个人站着,其他人都在鞠躬。有什么区别吗?这个人是教皇”—— 反正他讨厌教皇 —— 他说:“区别在于肩章”—— 当然教皇没有肩章,但如果是将军,区别就在于制服和职位,“但这个人也有人类的问题,他和其他人一样吃饭、上厕所,有同样的烦恼,他是个人。为什么大家都向他鞠躬?只是因为他的名字、职位和制服,不是因为他做了什么特别的事或有什么值得尊敬的地方。” 顺便说一句,父亲从事制服相关的工作,所以他知道一个人穿制服和不穿制服的区别:对他来说,人还是那个人。


我想他对我挺满意的。不过有一次,我从麻省理工学院回来(我在那里待了几年),他对我说:“现在,” 他说,“你受了教育,有个问题我一直不明白,现在你学了这些,想让你解释给我听。” 我问他是什么问题。他说,他知道原子从一个状态跃迁到另一个状态时会发射一种叫光子的光粒子。我说:“没错。” 他问:“那么,光子是原本就在原子里,然后发射出来的,还是一开始原子里就没有光子?” 我说:“原子里原本没有光子,只是电子跃迁时产生了光子。” 他问:“那光子从哪里来?怎么产生的?” 我没法简单解释:“观点是光子数量不守恒,它们只是由电子的运动产生的。” 我没法像这样跟他解释:“我现在发出的声音不是原本就在我身体里的。不像我小儿子刚开始学说话时,突然说不出‘猫’这个词了 —— 因为他的‘词汇袋’里没有‘猫’这个词了(笑)。所以人体内没有‘词汇袋’,说出的词不是从里面拿出来的,而是现造的。同样,原子里也没有‘光子袋’,光子发射出来时不是从某个地方来的。” 但我没法说得更好了。他对我的回答不满意,(笑)我从来没能解释清楚他不理解的事情。所以他失败了,他供我上了那么多大学,想弄清楚这些事,却一直没弄明白(笑)。


原子弹的邀请


(费曼在写博士论文时,被邀请加入研发原子弹的项目。)这是完全不同的事情。这意味着我必须停止正在进行的研究 —— 那是我一生的追求 —— 抽出时间做这件事,而我觉得为了保护文明,应该这么做。好吗?这就是我需要和自己辩论的地方。我的第一反应是,我不想被正常工作打断,去做这件奇怪的事。当然,还有战争相关的道德问题。我不想多涉及,但当我意识到这武器的威力时,确实有点害怕,而且既然我们有可能制造出来,他们也有可能。因此,努力合作非常重要。


(1943年初,费曼加入奥本海默在洛斯阿拉莫斯的团队。)关于道德问题,我确实有话要说。启动这个项目的最初原因是德国人构成了威胁,这促使我开始行动——先在普林斯顿,后来在洛斯阿拉莫斯,试图研制出炸弹。我们做了各种尝试,把它设计成更强大的武器。这是一个我们都全力以赴、密切合作的项目。一旦决定参与这样的项目,你就会不断努力追求成功。但我做了一件我认为不道德的事——我忘记了自己最初的动机。所以当情况改变,比如德国战败后,我竟然完全没有意识到需要重新思考为什么还要继续这项工作。我就是没有去思考,明白吗?


成功与苦难


(1945 年 8 月 6 日,原子弹在广岛爆炸。)我记得的唯一反应 —— 也许我被自己的反应蒙蔽了 —— 是巨大的喜悦和兴奋,人们举办派对、喝得酩酊大醉。洛斯阿拉莫斯的狂欢与广岛的死亡挣扎形成了极其鲜明的对比。我参与着快乐的事,喝得醉醺醺的,坐在吉普车引擎盖上打鼓,整个洛斯阿拉莫斯都洋溢着兴奋,而与此同时,广岛的人们正在死亡和挣扎。


战后,我有一种奇怪的强烈反应 —— 可能是因为原子弹本身,也可能是其他心理原因,比如我刚失去妻子 —— 但我记得广岛爆炸后,我和母亲在纽约的一家餐厅里,想着纽约的景象。我知道广岛的炸弹有多大、覆盖了多大的区域,从我们所在的地方(比如第 59 街)到第 34 街投下一颗炸弹,爆炸会波及这里,所有人都会死去,所有生命都会被杀死。而且不仅有一颗炸弹,继续制造很容易。因此,我觉得一切都注定要毁灭,因为在我看来 —— 比其他更乐观的人更早意识到 —— 国际关系和人们的行为方式和以前没什么不同,一切都会照旧,而我确信这武器很快会再次被使用。我感到非常不安,甚至认为人们建造桥梁之类的行为很愚蠢:我会想 “他们不明白”。我真的认为建造任何东西都毫无意义,因为它们很快就会被摧毁,但他们不明白这一点。我看待任何建筑都有一种奇怪的感觉,总觉得他们试图建造东西的行为很愚蠢。所以我当时确实处于一种抑郁的状态。


“我不必因为别人认为我会优秀而优秀”


(战后,费曼加入康奈尔大学的汉斯・贝特团队,拒绝了普林斯顿高等研究院的工作邀请。)他们(肯定)期望我很优秀才会给我这样的工作,但我并不优秀,因此我意识到一个新原则:我不必对别人认为我能做什么负责;我不必因为他们认为我会优秀而优秀。不知怎的,我因此放松了下来,我对自己说,我没做过什么重要的事,以后也不会做什么重要的事。但我喜欢物理和数学,因为我喜欢玩这些,很快就做出了后来让我获得诺贝尔奖的研究。


(1906- )因对核反应理论的贡献,特别是关于恒星能量产生的发现,获 1967 年诺贝尔物理学奖。—— 编者注


†1965 年,理查德・费曼、朱利安・施温格和朝永振一郎因在量子电动力学方面的基础工作及其对基本粒子物理学的深远影响,共同获得诺贝尔物理学奖。—— 编者注


诺贝尔奖——值得吗?


(费曼因量子电动力学研究获诺贝尔奖。)我本质上做的事 —— 另外两位科学家(日本的朝永振一郎和朱利安・施温格)也独立做了 —— 是弄清楚如何控制、分析和讨论 1928 年提出的原始量子电动力学理论;如何解释它以避免无穷大,如何进行计算并得到合理结果,而这些结果后来被证明与所有已做的实验完全一致。因此,量子电动力学在适用的每个细节上都符合实验 —— 比如不涉及核力 —— 而我在 1947 年所做的工作就是弄清楚如何做到这一点,为此我获得了诺贝尔奖。


[BBC:这值得诺贝尔奖吗?] 作为一个(笑)…… 我对诺贝尔奖一无所知,不明白它意味着什么或什么值得获奖,但如果瑞典科学院的人决定 x、y 或 z 获奖,那就这样吧。我不想和诺贝尔奖有任何关系…… 它是个麻烦(笑)。我不喜欢荣誉。我感激因工作获得的认可,也感激欣赏我工作的人,我知道很多物理学家在使用我的研究成果,我不需要其他东西,也不认为其他东西有意义。我不认为瑞典科学院的人决定某工作足够崇高而获奖有什么意义 —— 我已经得到了真正的奖励。奖励是发现事物的乐趣,是探索的快感,是看到别人使用我的研究成果 —— 这些是真实的,荣誉对我来说是虚幻的。我不相信荣誉,它困扰着我,荣誉就像肩章,像制服。我父亲就是这样教育我的。我无法忍受,它让我难受。


我上高中时,获得的第一个荣誉是加入 Arista(荣誉学会),那是一群成绩好的学生组成的团体,每个人都想加入。当我加入后,发现他们在会议上做的事是坐在一起讨论谁有资格加入我们这个 “优秀团体”—— 好吗?我们坐在一起决定谁能被允许加入 Arista。这种事不知为何在心理上困扰着我 —— 从那天起,荣誉一直困扰着我。当我成为美国国家科学院成员时,最终不得不辞职,因为那是另一个大部分时间都在讨论谁足够杰出、有资格加入的组织,甚至会讨论 “我们物理学家是否应该团结起来,因为他们想让一个很棒的化学家加入,而我们没有足够名额给某某”。化学家怎么了?整个事情都很糟糕,因为它的目的主要是决定谁能获得这份荣誉 —— 好吗?我不喜欢荣誉。


游戏规则


(1950 年至 1988 年,费曼担任加州理工学院理论物理学教授。)有一个有趣的类比,可以帮助理解我们试图理解自然的工作:想象众神在玩一场伟大的游戏,比如国际象棋,你不知道游戏规则,但被允许偶尔从某个角落观察棋盘,通过这些观察,你试图弄清楚游戏规则是什么,棋子移动的规则是什么。例如,你可能很快发现,当棋盘上只有一个象时,它会保持颜色不变。后来你可能发现象沿对角线移动的规则,这解释了你之前理解的 “保持颜色不变” 的规律 —— 这就好比先发现一条定律,后来又对其有了更深刻的理解。然后,一切顺利,你掌握了所有规律,看起来很不错。但突然在某个角落出现了奇怪的现象,于是你开始调查 —— 比如王车易位,这是你没想到的。顺便说一句,在基础物理学中,我们总是试图研究那些我们无法理解其结果的现象。经过足够的检验后,我们才能安心。


不符合预期的现象是最有趣的,那些偏离你预期的部分。物理学中也会有 “革命”:当你长期观察到象保持颜色不变、沿对角线移动,所有人都认为这是真理时,某天你突然在某盘棋中发现象改变了颜色。后来你才意识到一种新可能:象被吃掉了,而兵一路走到对方底线升变成了新的象 —— 这是可能发生的,但你之前不知道。这很像我们的物理定律:它们有时看似绝对正确,一直有效,但突然某个小插曲表明它们是错的,于是我们不得不研究象改变颜色的条件,逐渐学习能更深刻解释这一现象的新规则。不过与国际象棋不同的是,国际象棋的规则会越来越复杂,而在物理学中,当我们发现新事物时,它看起来更简单。总体而言,物理学看似更复杂,是因为我们了解了更广泛的现象 —— 比如学习了更多粒子和新事物 —— 所以定律看起来又复杂了。但如果你始终留意到一件美妙的事:当我们将经验扩展到越来越未知的领域时,每隔一段时间就会有 “整合” 时刻,一切被统一起来,比之前看起来更简单。


如果你对物理世界的终极本质或整个世界感兴趣,而目前我们理解它的唯一方式是通过数学推理,那么我认为,一个人如果不了解数学,就无法充分欣赏世界的这些特定方面 —— 定律的普遍性、事物的深层关联。我不知道还有其他什么方式,我们不知道还有其他什么方法能准确描述这些,或离开数学看清事物的相互关系。所以我认为,没有培养出数学思维的人,在理解世界的这一方面会有严重局限 —— 别误解我,世界上有许多不需要数学的方面,比如爱,这些方面同样令人愉悦、值得欣赏,能让人感到敬畏和神秘;我不是说世界上只有物理学,但如果我们在谈论物理学,那么不懂数学确实会严重限制对世界的理解。


粉碎原子


我现在在物理学中研究的是一个特殊问题,我来解释一下。你知道一切都是由原子构成的,这一点我们已经知道,大多数人也知道,原子有一个原子核,电子围绕其运动。电子的外层行为现在已经完全清楚了,就我们在量子电动力学中所知,相关定律已被很好地理解。在那之后,问题变成了原子核如何运作,粒子如何相互作用,如何结合在一起?其中一个副产品是发现了核裂变并制造了原子弹。但研究将核粒子结合在一起的力是一项长期任务。起初人们认为这是内部某种粒子的交换,由汤川秀树提出,称为 π 介子。有人预测,如果用质子(原子核的粒子之一)撞击原子核,会撞击出这种 π 介子,果然,这种粒子被发现了。


不仅有 π 介子,还有其他粒子被发现,我们开始穷尽命名 ——K 介子、Σ 粒子、Λ 粒子等等;现在它们都被称为强子。随着我们增加反应能量,发现了越来越多不同种类的粒子,直到有数百种之多。当然,这个时期(从 20 世纪 40 年代到 50 年代,直至现在)的问题是找出其背后的模式。粒子之间似乎存在许多有趣的关系和模式,直到出现一种理论来解释这些模式:所有这些粒子实际上都是由其他东西构成的,它们由称为夸克的东西构成 —— 例如,三个夸克构成一个质子 —— 而质子是原子核的粒子之一;另一个是中子。夸克有多种类型 —— 事实上,起初只需要三种夸克就能解释数百种粒子和不同种类的夸克 —— 它们被称为 u 型、d 型、s 型。两个 u 夸克和一个 d 夸克构成一个质子,两个 d 夸克和一个 u 夸克构成一个中子。如果它们在内部以不同方式运动,就会形成其他粒子。然后问题来了:夸克的具体行为是什么?是什么将它们结合在一起?人们提出了一种非常简单的理论,与量子电动力学非常相似 —— 不完全相同,但非常接近 —— 其中夸克就像电子,而称为胶子的粒子(在电子之间传递电磁力,使它们相互吸引)就像光子。数学上非常相似,但有几个项略有不同。通过优美和简单的原理猜测出的方程形式并非随意,而是非常确定的。随意的是有多少种不同的夸克,但它们之间力的性质不是随意的。


与电动力学不同,在电动力学中,两个电子可以被无限拉开,事实上,当它们相距很远时,力会减弱;如果夸克也是如此,你会预期当用足够能量撞击物体时,夸克会被撞出来。但相反,当你在足够能量的实验中本应撞出夸克时,却发现了一个大喷流 —— 即所有粒子都沿与原来强子相同的方向运动,没有夸克 —— 从理论上看,显然当夸克出来时,它会产生新的夸克对,这些夸克成组出现,形成强子。


问题是,为什么电动力学中情况如此不同?方程中的这些微小差异,这些小项,如何产生完全不同的效果?事实上,大多数人一开始都很惊讶会出现这种情况,以为理论错了,但研究得越多,就越清楚这些额外项很可能产生这些效果。现在我们处于物理学史上不同以往的位置:我们有一个完整而明确的关于所有强子的理论,有大量实验和细节,为什么我们不能立即检验这个理论是否正确?因为我们需要计算理论的结果。如果这个理论正确,会发生什么?已经发生了吗?嗯,这次的困难在于第一步。如果理论正确,会发生什么很难弄清楚。目前,计算这个理论的结果所需的数学难到无法克服。所以我的问题很明显 —— 我的问题是试图找到一种从理论中得出数值的方法,不仅定性地,而且仔细地检验它是否能给出正确结果。


我花了几年时间试图发明能解方程的数学工具,但一无所获。然后我决定,要做到这一点,必须首先大致理解答案可能是什么样的。这很难解释清楚,但我必须先对现象的运作有一个定性的认识,才能有一个好的定量认识。换句话说,人们甚至大致都不明白它是如何运作的,所以最近一两年,我一直在努力大致理解它是如何运作的,还没到定量阶段,希望将来这种粗略的理解能被提炼成一种精确的数学工具、方法或算法,从理论推导出粒子。你看,我们处于一个有趣的位置:不是在寻找理论,我们已经有了一个很好的候选理论 —— 但我们处于科学中需要通过观察结果来将理论与实验进行比较并检验的阶段。我们卡在了看结果是什么的阶段,而我的目标,我的愿望,是看看能否找到一种方法来得出这个理论的结果(笑)。处于一个有理论却无法得出结果的位置,有点疯狂…… 我受不了,必须弄清楚。也许有一天能做到。


“让乔治去做吧”


要做真正好的物理学工作,你确实需要绝对连续的时间,这样当你把模糊且难以记住的想法拼凑在一起时,就很像搭建纸牌屋,每张牌都摇摇晃晃,如果你忘记其中一张,整个结构就会倒塌。你不知道自己是如何走到这一步的,必须重新搭建。如果你被打断,忘记了一半关于纸牌如何组合的想法 —— 你的 “纸牌” 是不同类型的想法片段,需要组合在一起形成完整的想法 —— 关键是,你把这些东西组合起来,形成一座高塔,很容易倒塌,需要高度集中注意力 —— 即连续的时间来思考 —— 如果你有管理之类的工作,就没有连续的时间。所以我给自己编了另一个 “神话”—— 我是不负责任的。我告诉所有人,我什么都不做。如果有人让我加入招生委员会之类的,不,我不负责任,我不在乎学生 —— 当然我在乎学生,但我知道会有别人做 —— 我秉持 “让乔治去做吧” 的观点,虽然你不应该这样,但我这么做是因为我喜欢做物理,想看看自己是否还能做,所以我很自私,好吗?我想做我的物理。


对历史感到厌烦


所有学生都在课堂上。你问我该如何最好地教他们?是从科学史的角度教,还是从应用的角度?我的理论是,最好的教学方法是不拘泥于某种哲学,而是让教学方式多样化,运用各种可能的方式来教学。这是我唯一能想到的答案。这样可以用不同的"钩子"吸引不同的学生。比如,当对历史感兴趣的学生觉得抽象数学枯燥时,喜欢抽象的学生又会觉得历史乏味——如果你能做到不让所有学生一直感到无聊,也许会更好。我真的不知道该怎么做。我不知道如何解决这个问题:不同的头脑有不同的兴趣,什么能吸引他们,什么能激发他们的兴趣,如何引导他们产生兴趣。一种方法是通过"强制":你必须通过这门课,必须参加这个考试。这很有效。很多人都是这样上学的,也许这是更有效的方法。说实话,即使经过多年尝试各种教学方法,我仍然不知道该怎么做。


有其父必有其子


小时候,父亲给我讲东西让我很有乐趣,所以我也试着给儿子讲世界上有趣的事。他很小的时候,我们常摇他睡觉,给他讲故事。我会编一个关于 “小人们” 的故事,他们大约这么高,会走路、去野餐,住在通风口里;他们会穿过一片树林,里面有高大的蓝色 “树”,没有叶子,只有一根茎,他们必须从中间走过;他逐渐明白那是蓝色地毯的绒毛,他喜欢这个游戏,因为我会从奇怪的视角描述这些东西,他喜欢听故事,我们编出了各种奇妙的情节 —— 他们甚至去了一个潮湿的洞穴,风在里面进进出出,进来时凉爽,出去时温暖 —— 那是在狗的鼻子里,当然我可以通过这种方式给他讲生理学知识。他很喜欢,我也很享受,因为我在讲自己喜欢的东西,当他猜出那是什么时,我们都很开心。后来我有了一个女儿,我试着用同样的方法 —— 但女儿的性格不同,她不想听我编的故事,想听书中的故事被反复朗读。她希望我给她读故事,而不是编故事,这是不同的性格。所以如果我说 “给孩子讲科学的好方法是编关于小人们的故事”,这对我女儿完全没用 —— 但对我儿子有用 —— 好吗?


“不是科学的科学……”


由于科学的成功,我认为存在一种伪科学。社会科学就是 “不是科学的科学” 的例子;它们的研究方式不科学,只是遵循形式 —— 比如收集数据、做这做那,但没有得出任何定律,什么都没发现。它们至今没有任何进展 —— 也许有一天会,但目前发展得不好。更普遍的情况是,我们在各个领域都有看似科学专家的 “专家”。他们不科学,坐在打字机前编造东西,比如 “有机肥料种植的食物比无机肥料种植的更有益健康”—— 可能对,也可能不对,但从未被证实。但他们会坐在那里,把这些东西当作科学来写,然后成为食品专家、有机食品专家等等。到处都是各种神话和伪科学。


我可能大错特错,也许他们确实知道所有这些事,但我认为我没错。你看,我有一个优势:我知道真正了解某件事有多难,知道检查实验必须多么仔细,知道犯错和自欺欺人有多容易。我知道 “知道某件事” 意味着什么,因此我看到他们获取信息的方式,无法相信他们真的知道。他们没有做必要的工作,没有做必要的检查,没有足够的谨慎。我非常怀疑他们其实不知道,这些东西是错的,他们在吓唬人。我是这么认为的。我不太了解这个世界,但我就是这么想的。


怀疑与不确定性


如果你期望科学能回答 “我们是谁”“我们要去哪里”“宇宙的意义是什么” 等奇妙问题的所有答案,那么我想你很容易幻灭,然后寻找某种神秘的答案来解决这些问题。我不知道科学家怎么会接受神秘答案,因为科学的全部精神是理解 —— 算了,不管这个了。总之,我不理解,但如果你想想,我看待我们所做之事的方式是:我们在探索,试图尽可能多地了解世界。人们问我:“你在寻找物理学的终极定律吗?” 不,我不是,我只是想更多地了解世界,如果最终发现有一个简单的终极定律可以解释一切,那很好,值得发现。


如果最终发现世界像一个有百万层的洋葱,而我们只是厌倦了观察这些层,那就是这样。但无论结果如何,自然的本质就在那里,她会以本来的方式呈现。因此,当我们去研究时,除了试图更多地了解它,不应该预先决定我们要做什么。如果你问 “为什么要更多地了解它”,如果你认为是为了得到某个深刻哲学问题的答案,可能就错了。也许通过了解自然的本质,你无法得到那个特定问题的答案,但我不这么看。我对科学的兴趣只是想了解世界,了解得越多越好,就是为了发现。


我们能做的事显然比动物多得多,这背后有非常奇妙的谜团,还有其他类似的问题,但这些是我想探索的谜团,不想先知道答案。总之,我无法相信那些关于我们与整个宇宙关系的特殊故事,因为它们看起来太简单、太牵强、太局限、太狭隘了。上帝来到地球,注意,是上帝的一个 “化身” 来到地球,看看外面有什么吧。这不成比例。总之,争论没用,我无法争辩,只是想告诉你为什么我的科学观会影响我的信仰。还有一件事与 “如何判断某件事是否正确” 有关,如果所有不同的宗教对同一件事都有不同的理论,你就会开始怀疑。一旦你开始怀疑 —— 就像你应该怀疑的那样 —— 你问我科学是否 “正确”。你说不,我们不知道什么是正确的,我们在试图发现,一切都可能是错的。


以 “一切都可能是错的” 为前提去理解宗教,试试看。一旦你这么做,就会开始滑向一个难以恢复的边缘。按照科学的观点,或者我父亲的观点,我们应该看看什么是真的,什么可能是真的、什么可能不是。一旦开始怀疑 —— 我认为怀疑和提问是我灵魂的基本部分 —— 你就会发现相信变得有点难。


你看,有一点是,我可以与怀疑、不确定性和未知共存。我认为,生活在未知中比拥有可能错误的答案更有趣。我对不同的事情有近似的答案、可能的信念和不同程度的确定性,但我对任何事情都不完全确定,还有很多事情我一无所知,比如 “我们为何存在” 这个问题是否有意义,这个问题可能意味着什么。我可能会想一点,如果想不明白,就去做别的事,但我不必知道答案。我不害怕未知,不害怕迷失在一个没有目的的神秘宇宙中 —— 据我所知,宇宙确实如此。这不会让我害怕。


费曼:发现的乐趣

理查德·费曼在采访中分享了对科学与艺术的看法,强调科学知识并不会削弱事物的美,而是增添了神秘感。他回忆了父亲对他教育的影响,探讨了科学的探索精神与对未知的接受,认为怀疑与不确定性是理解世界的重要部分。

作者

理查德·费曼

出版时间

2025年7月29日

原文链接

Jun 3, 2025

这是 BBC 电视节目《地平线》(Horizon)在 1981 年对理查德·费曼的一次采访整理稿,美国观众通过《新星》(Nova)看到这期节目。那时,费曼已度过了人生的大半(他于 1988 年去世),能用一种年轻人少有的眼光,回顾自己的一生与所经历的一切。


这段采访非常坦诚、轻松,也充满个人色彩。他谈到了许多让他念念不忘的话题:比如,仅仅知道一个东西的名字,其实等于什么都不知道;又比如,他和曼哈顿计划的同事们是如何在庆祝原子弹成功的时候,仍能举杯畅饮——即便他们知道,地球另一端的广岛正有成千上万的人在那场爆炸中死去或濒临死亡;还有,他为什么觉得,就算没有拿到诺贝尔奖,自己也能过得很好。


花的美


我有个朋友是艺术家,他有时会说些我不太认同的话。比如他会举起一朵花,说:“你看,多美。”这我同意,确实很美。可接着他就说:“你看,我是艺术家,能看到它的美;而你是科学家,只会把它拆解开,分析一通,最后变得一点意思都没有。”我觉得他脑回路有点清奇。


首先,他看到的那种美,别人也能看见,包括我。也许我在审美上不如他敏感,但我一样能欣赏花的美。而且我还能看到他看不到的东西:我能想象花里细胞的样子,想象它们复杂的运作,这些同样也很美。


花的美不只是表面那一两厘米,在更小的尺度上——在它的内部结构里,也有一种细腻的美。而且还有它的运作机制,比如:花的颜色是为了吸引昆虫来授粉,这就意味着昆虫能看到颜色。那又引出新问题:这些低等生物也有“审美”吗?我们为什么会觉得某种东西美?这类问题特别有意思。


所以,在我看来,科学知识不会让花变得无趣,只会让它变得更迷人、更神秘、更令人敬畏。我实在想不出,为什么有人会觉得科学会夺走什么。它只会加,不会减。


逃避人文学科


我一直是个偏爱科学的人,年轻时几乎把所有精力都投在这上面。对人文学科,我既没时间学,也没什么耐心。哪怕在大学里必须修这类课程,我也总想着怎么能尽量少学点、少做点。


直到后来年纪大了,心态慢慢放松下来,才稍微拓宽了一点兴趣。我学了点画画,也开始读点书。但说到底,我还是个偏科很严重的人,懂得不多。我的智力也有限,只在某些特定方向上还能派点用场。


窗外的霸王龙


我们家里有一套《大英百科全书》。我还很小的时候,父亲常常让我坐在他腿上,给我读里面的内容。比如读到恐龙,可能是雷龙,也可能是霸王龙,书上会写:“这种恐龙有25英尺高,头有6英尺宽。”这时候他就会停下来,说:“来,我们想象一下这是什么意思。要是它站在我们家前院,个子得有多高?它的头能伸到窗户里,但可能有点挤,因为头太宽了,一伸进来就把窗户撞碎了。”


我们总是尽量把读到的东西想象成现实中的样子,我也因此学会了这个习惯 —— 每次读书,我都会试着去理解它到底在说什么,真正的意思是什么,用自己的方式“翻译”一遍(笑)。小时候我特别喜欢读《百科全书》,但每次都会带着这种“翻译”的思维。想象世界上真的有那么巨大的动物,这件事本身就特别有意思、让人兴奋。当然,我并不会真的担心有只霸王龙会从窗户钻进来(笑),我只是觉得,它们都灭绝了这件事本身就很神秘。而且那时候,还没人知道它们为什么会消失。


我们家住在纽约,夏天会去卡茨基尔山度假。那是人们避暑的热门地,聚集了不少家庭。不过平时,父亲们都会回纽约上班,只有周末才回来。每到周末,父亲回来后就会带我去树林里散步,一边走一边给我讲林子里发生的各种有趣事情——这些我一会儿再讲。


其他的妈妈们看到我们这样相处,都觉得特别好,也希望自己的丈夫也能像我爸一样带儿子去走走。她们劝了很久,起初都没啥效果。有人还提议干脆让我爸带所有小孩一起去,但他不愿意。他说,那是只属于我们父子俩的时间。最后的结果是,其他父亲只好在下个周末各自带孩子去树林里散步。


到了周一,大家又回城里上班。孩子们在野地里玩耍,有个小孩指着一只鸟问我:“你知道那是什么鸟吗?”


我说:“我根本不知道那是什么鸟。”


他得意地说:“那是褐喉画眉,什么的——你爸都没教你啊?”


但其实恰恰相反,我爸教了我很多。他曾经指着一只鸟对我说:“你知道这是什么鸟吗?它叫褐喉画眉。葡萄牙语怎么说,意大利语怎么说,中文怎么说,日语怎么说……”他说:“你看,现在你知道了这个鸟在各种语言里叫什么,可你其实对这只鸟本身一无所知。你只是知道了不同地方的人怎么称呼它而已。” 然后他笑了笑,说:“现在,咱们来好好看看这只鸟吧。”


他教会我注意事物。有一天,我在玩一种 “特快马车”—— 一种四周有栏杆的小马车,孩子们可以拉着玩。里面有个球 —— 我记得 —— 我拉马车时注意到球的移动方式有点特别,于是跑去问父亲:“爸爸,我发现了一件事:我拉马车时,球会滚到车尾;当我拉着马车突然停下时,球会滚到车头。” 我说:“为什么会这样?” 他说:“这没人知道。”


他说:“普遍原理是,运动的物体倾向于保持运动,静止的物体倾向于保持静止,除非你用力推它们。” 他说:“这种倾向叫惯性,但没人知道为什么会这样。” 这是一种深刻的理解 —— 他没有给我一个名字,而是让我早早懂得了 “知道某事物的名字” 和 “真正了解某事物” 的区别。


他接着说:“如果你仔细看,会发现球并没有冲到车尾,而是你拉着车尾向前,球其实保持静止,或者由于摩擦力实际上会向前移动一点,并没有向后移动。” 于是我跑回小马车那里,重新放好球,从下面拉马车,侧身观察,发现他说得对 —— 当我向前拉马车时,球在车里从未向后移动。它相对于马车向后移动,但相对于人行道向前移动了一点,只是马车追上了它。


这就是父亲教育我的方式,通过这样的例子和讨论,没有压力,只有有趣的交流。


实用主义者的代数


当时,我比大我三岁的表哥正在上高中,代数学得很吃力,家里请了家教,我被允许坐在角落里旁听(笑)。家教试图教表哥代数,比如 2x 加某个数的问题。我问表哥:“你在做什么?” 我听到他在说 x,他说:“你知道什么 ——2x + 7 等于 15,” 他说,“你要找出 x 是多少。” 我说:“你是说 4 吗?” 他说:“对,但你用的是算术方法,你得用代数方法做。” 这就是表哥学不好代数的原因,因为他不明白该怎么做。根本没有办法。


幸运的是,我没去学校上课,而是明白了代数的核心是找出 x 的值,至于用什么方法并不重要 —— 并没有 “必须用算术” 或 “必须用代数” 的说法 —— 这是学校发明的错误观念,为了让学代数的孩子都能通过考试。他们发明了一套规则,如果你不假思索地遵循,就能得出答案:两边都减 7,如果有乘数,两边都除以乘数,等等。如果你不明白自己在做什么,按这些步骤也能得到答案。


有一套数学书,从《实用算术》开始,然后是《实用代数》,接着是《实用三角学》,我就是从《实用三角学》里学的三角学。但我很快就忘了,因为没怎么理解。这套书还会出《实用微积分》,当时我通过读百科全书已经知道微积分是重要且有趣的学科,应该学习。


那时我大概十三岁,微积分书终于出版了,我兴奋地去图书馆借,管理员看着我说:“哦,你只是个孩子,借这本书干什么,这是给成年人看的书。” 这是我人生中少有的尴尬时刻,我撒谎说这是父亲选的书。于是我把书带回家,自学了微积分,还试图讲给父亲听。他开始读开头,觉得很困惑,这让我有点不安。我不知道他的理解能力有限,我以为微积分相对简单直接,而他却不懂。这是我第一次意识到,在某些方面我学得比他多。


肩章与教皇


除了物理,父亲还教会我(笑)—— 不管对错 —— 对某些 “可敬” 的事物持怀疑态度。比如,我小时候,《纽约时报》刚推出凹版印刷图片,父亲常让我坐在他腿上,翻开一张图片,比如教皇的照片,所有人都在向他鞠躬。他会说:“看看这些人。这里有一个人站着,其他人都在鞠躬。有什么区别吗?这个人是教皇”—— 反正他讨厌教皇 —— 他说:“区别在于肩章”—— 当然教皇没有肩章,但如果是将军,区别就在于制服和职位,“但这个人也有人类的问题,他和其他人一样吃饭、上厕所,有同样的烦恼,他是个人。为什么大家都向他鞠躬?只是因为他的名字、职位和制服,不是因为他做了什么特别的事或有什么值得尊敬的地方。” 顺便说一句,父亲从事制服相关的工作,所以他知道一个人穿制服和不穿制服的区别:对他来说,人还是那个人。


我想他对我挺满意的。不过有一次,我从麻省理工学院回来(我在那里待了几年),他对我说:“现在,” 他说,“你受了教育,有个问题我一直不明白,现在你学了这些,想让你解释给我听。” 我问他是什么问题。他说,他知道原子从一个状态跃迁到另一个状态时会发射一种叫光子的光粒子。我说:“没错。” 他问:“那么,光子是原本就在原子里,然后发射出来的,还是一开始原子里就没有光子?” 我说:“原子里原本没有光子,只是电子跃迁时产生了光子。” 他问:“那光子从哪里来?怎么产生的?” 我没法简单解释:“观点是光子数量不守恒,它们只是由电子的运动产生的。” 我没法像这样跟他解释:“我现在发出的声音不是原本就在我身体里的。不像我小儿子刚开始学说话时,突然说不出‘猫’这个词了 —— 因为他的‘词汇袋’里没有‘猫’这个词了(笑)。所以人体内没有‘词汇袋’,说出的词不是从里面拿出来的,而是现造的。同样,原子里也没有‘光子袋’,光子发射出来时不是从某个地方来的。” 但我没法说得更好了。他对我的回答不满意,(笑)我从来没能解释清楚他不理解的事情。所以他失败了,他供我上了那么多大学,想弄清楚这些事,却一直没弄明白(笑)。


原子弹的邀请


(费曼在写博士论文时,被邀请加入研发原子弹的项目。)这是完全不同的事情。这意味着我必须停止正在进行的研究 —— 那是我一生的追求 —— 抽出时间做这件事,而我觉得为了保护文明,应该这么做。好吗?这就是我需要和自己辩论的地方。我的第一反应是,我不想被正常工作打断,去做这件奇怪的事。当然,还有战争相关的道德问题。我不想多涉及,但当我意识到这武器的威力时,确实有点害怕,而且既然我们有可能制造出来,他们也有可能。因此,努力合作非常重要。


(1943年初,费曼加入奥本海默在洛斯阿拉莫斯的团队。)关于道德问题,我确实有话要说。启动这个项目的最初原因是德国人构成了威胁,这促使我开始行动——先在普林斯顿,后来在洛斯阿拉莫斯,试图研制出炸弹。我们做了各种尝试,把它设计成更强大的武器。这是一个我们都全力以赴、密切合作的项目。一旦决定参与这样的项目,你就会不断努力追求成功。但我做了一件我认为不道德的事——我忘记了自己最初的动机。所以当情况改变,比如德国战败后,我竟然完全没有意识到需要重新思考为什么还要继续这项工作。我就是没有去思考,明白吗?


成功与苦难


(1945 年 8 月 6 日,原子弹在广岛爆炸。)我记得的唯一反应 —— 也许我被自己的反应蒙蔽了 —— 是巨大的喜悦和兴奋,人们举办派对、喝得酩酊大醉。洛斯阿拉莫斯的狂欢与广岛的死亡挣扎形成了极其鲜明的对比。我参与着快乐的事,喝得醉醺醺的,坐在吉普车引擎盖上打鼓,整个洛斯阿拉莫斯都洋溢着兴奋,而与此同时,广岛的人们正在死亡和挣扎。


战后,我有一种奇怪的强烈反应 —— 可能是因为原子弹本身,也可能是其他心理原因,比如我刚失去妻子 —— 但我记得广岛爆炸后,我和母亲在纽约的一家餐厅里,想着纽约的景象。我知道广岛的炸弹有多大、覆盖了多大的区域,从我们所在的地方(比如第 59 街)到第 34 街投下一颗炸弹,爆炸会波及这里,所有人都会死去,所有生命都会被杀死。而且不仅有一颗炸弹,继续制造很容易。因此,我觉得一切都注定要毁灭,因为在我看来 —— 比其他更乐观的人更早意识到 —— 国际关系和人们的行为方式和以前没什么不同,一切都会照旧,而我确信这武器很快会再次被使用。我感到非常不安,甚至认为人们建造桥梁之类的行为很愚蠢:我会想 “他们不明白”。我真的认为建造任何东西都毫无意义,因为它们很快就会被摧毁,但他们不明白这一点。我看待任何建筑都有一种奇怪的感觉,总觉得他们试图建造东西的行为很愚蠢。所以我当时确实处于一种抑郁的状态。


“我不必因为别人认为我会优秀而优秀”


(战后,费曼加入康奈尔大学的汉斯・贝特团队,拒绝了普林斯顿高等研究院的工作邀请。)他们(肯定)期望我很优秀才会给我这样的工作,但我并不优秀,因此我意识到一个新原则:我不必对别人认为我能做什么负责;我不必因为他们认为我会优秀而优秀。不知怎的,我因此放松了下来,我对自己说,我没做过什么重要的事,以后也不会做什么重要的事。但我喜欢物理和数学,因为我喜欢玩这些,很快就做出了后来让我获得诺贝尔奖的研究。


(1906- )因对核反应理论的贡献,特别是关于恒星能量产生的发现,获 1967 年诺贝尔物理学奖。—— 编者注


†1965 年,理查德・费曼、朱利安・施温格和朝永振一郎因在量子电动力学方面的基础工作及其对基本粒子物理学的深远影响,共同获得诺贝尔物理学奖。—— 编者注


诺贝尔奖——值得吗?


(费曼因量子电动力学研究获诺贝尔奖。)我本质上做的事 —— 另外两位科学家(日本的朝永振一郎和朱利安・施温格)也独立做了 —— 是弄清楚如何控制、分析和讨论 1928 年提出的原始量子电动力学理论;如何解释它以避免无穷大,如何进行计算并得到合理结果,而这些结果后来被证明与所有已做的实验完全一致。因此,量子电动力学在适用的每个细节上都符合实验 —— 比如不涉及核力 —— 而我在 1947 年所做的工作就是弄清楚如何做到这一点,为此我获得了诺贝尔奖。


[BBC:这值得诺贝尔奖吗?] 作为一个(笑)…… 我对诺贝尔奖一无所知,不明白它意味着什么或什么值得获奖,但如果瑞典科学院的人决定 x、y 或 z 获奖,那就这样吧。我不想和诺贝尔奖有任何关系…… 它是个麻烦(笑)。我不喜欢荣誉。我感激因工作获得的认可,也感激欣赏我工作的人,我知道很多物理学家在使用我的研究成果,我不需要其他东西,也不认为其他东西有意义。我不认为瑞典科学院的人决定某工作足够崇高而获奖有什么意义 —— 我已经得到了真正的奖励。奖励是发现事物的乐趣,是探索的快感,是看到别人使用我的研究成果 —— 这些是真实的,荣誉对我来说是虚幻的。我不相信荣誉,它困扰着我,荣誉就像肩章,像制服。我父亲就是这样教育我的。我无法忍受,它让我难受。


我上高中时,获得的第一个荣誉是加入 Arista(荣誉学会),那是一群成绩好的学生组成的团体,每个人都想加入。当我加入后,发现他们在会议上做的事是坐在一起讨论谁有资格加入我们这个 “优秀团体”—— 好吗?我们坐在一起决定谁能被允许加入 Arista。这种事不知为何在心理上困扰着我 —— 从那天起,荣誉一直困扰着我。当我成为美国国家科学院成员时,最终不得不辞职,因为那是另一个大部分时间都在讨论谁足够杰出、有资格加入的组织,甚至会讨论 “我们物理学家是否应该团结起来,因为他们想让一个很棒的化学家加入,而我们没有足够名额给某某”。化学家怎么了?整个事情都很糟糕,因为它的目的主要是决定谁能获得这份荣誉 —— 好吗?我不喜欢荣誉。


游戏规则


(1950 年至 1988 年,费曼担任加州理工学院理论物理学教授。)有一个有趣的类比,可以帮助理解我们试图理解自然的工作:想象众神在玩一场伟大的游戏,比如国际象棋,你不知道游戏规则,但被允许偶尔从某个角落观察棋盘,通过这些观察,你试图弄清楚游戏规则是什么,棋子移动的规则是什么。例如,你可能很快发现,当棋盘上只有一个象时,它会保持颜色不变。后来你可能发现象沿对角线移动的规则,这解释了你之前理解的 “保持颜色不变” 的规律 —— 这就好比先发现一条定律,后来又对其有了更深刻的理解。然后,一切顺利,你掌握了所有规律,看起来很不错。但突然在某个角落出现了奇怪的现象,于是你开始调查 —— 比如王车易位,这是你没想到的。顺便说一句,在基础物理学中,我们总是试图研究那些我们无法理解其结果的现象。经过足够的检验后,我们才能安心。


不符合预期的现象是最有趣的,那些偏离你预期的部分。物理学中也会有 “革命”:当你长期观察到象保持颜色不变、沿对角线移动,所有人都认为这是真理时,某天你突然在某盘棋中发现象改变了颜色。后来你才意识到一种新可能:象被吃掉了,而兵一路走到对方底线升变成了新的象 —— 这是可能发生的,但你之前不知道。这很像我们的物理定律:它们有时看似绝对正确,一直有效,但突然某个小插曲表明它们是错的,于是我们不得不研究象改变颜色的条件,逐渐学习能更深刻解释这一现象的新规则。不过与国际象棋不同的是,国际象棋的规则会越来越复杂,而在物理学中,当我们发现新事物时,它看起来更简单。总体而言,物理学看似更复杂,是因为我们了解了更广泛的现象 —— 比如学习了更多粒子和新事物 —— 所以定律看起来又复杂了。但如果你始终留意到一件美妙的事:当我们将经验扩展到越来越未知的领域时,每隔一段时间就会有 “整合” 时刻,一切被统一起来,比之前看起来更简单。


如果你对物理世界的终极本质或整个世界感兴趣,而目前我们理解它的唯一方式是通过数学推理,那么我认为,一个人如果不了解数学,就无法充分欣赏世界的这些特定方面 —— 定律的普遍性、事物的深层关联。我不知道还有其他什么方式,我们不知道还有其他什么方法能准确描述这些,或离开数学看清事物的相互关系。所以我认为,没有培养出数学思维的人,在理解世界的这一方面会有严重局限 —— 别误解我,世界上有许多不需要数学的方面,比如爱,这些方面同样令人愉悦、值得欣赏,能让人感到敬畏和神秘;我不是说世界上只有物理学,但如果我们在谈论物理学,那么不懂数学确实会严重限制对世界的理解。


粉碎原子


我现在在物理学中研究的是一个特殊问题,我来解释一下。你知道一切都是由原子构成的,这一点我们已经知道,大多数人也知道,原子有一个原子核,电子围绕其运动。电子的外层行为现在已经完全清楚了,就我们在量子电动力学中所知,相关定律已被很好地理解。在那之后,问题变成了原子核如何运作,粒子如何相互作用,如何结合在一起?其中一个副产品是发现了核裂变并制造了原子弹。但研究将核粒子结合在一起的力是一项长期任务。起初人们认为这是内部某种粒子的交换,由汤川秀树提出,称为 π 介子。有人预测,如果用质子(原子核的粒子之一)撞击原子核,会撞击出这种 π 介子,果然,这种粒子被发现了。


不仅有 π 介子,还有其他粒子被发现,我们开始穷尽命名 ——K 介子、Σ 粒子、Λ 粒子等等;现在它们都被称为强子。随着我们增加反应能量,发现了越来越多不同种类的粒子,直到有数百种之多。当然,这个时期(从 20 世纪 40 年代到 50 年代,直至现在)的问题是找出其背后的模式。粒子之间似乎存在许多有趣的关系和模式,直到出现一种理论来解释这些模式:所有这些粒子实际上都是由其他东西构成的,它们由称为夸克的东西构成 —— 例如,三个夸克构成一个质子 —— 而质子是原子核的粒子之一;另一个是中子。夸克有多种类型 —— 事实上,起初只需要三种夸克就能解释数百种粒子和不同种类的夸克 —— 它们被称为 u 型、d 型、s 型。两个 u 夸克和一个 d 夸克构成一个质子,两个 d 夸克和一个 u 夸克构成一个中子。如果它们在内部以不同方式运动,就会形成其他粒子。然后问题来了:夸克的具体行为是什么?是什么将它们结合在一起?人们提出了一种非常简单的理论,与量子电动力学非常相似 —— 不完全相同,但非常接近 —— 其中夸克就像电子,而称为胶子的粒子(在电子之间传递电磁力,使它们相互吸引)就像光子。数学上非常相似,但有几个项略有不同。通过优美和简单的原理猜测出的方程形式并非随意,而是非常确定的。随意的是有多少种不同的夸克,但它们之间力的性质不是随意的。


与电动力学不同,在电动力学中,两个电子可以被无限拉开,事实上,当它们相距很远时,力会减弱;如果夸克也是如此,你会预期当用足够能量撞击物体时,夸克会被撞出来。但相反,当你在足够能量的实验中本应撞出夸克时,却发现了一个大喷流 —— 即所有粒子都沿与原来强子相同的方向运动,没有夸克 —— 从理论上看,显然当夸克出来时,它会产生新的夸克对,这些夸克成组出现,形成强子。


问题是,为什么电动力学中情况如此不同?方程中的这些微小差异,这些小项,如何产生完全不同的效果?事实上,大多数人一开始都很惊讶会出现这种情况,以为理论错了,但研究得越多,就越清楚这些额外项很可能产生这些效果。现在我们处于物理学史上不同以往的位置:我们有一个完整而明确的关于所有强子的理论,有大量实验和细节,为什么我们不能立即检验这个理论是否正确?因为我们需要计算理论的结果。如果这个理论正确,会发生什么?已经发生了吗?嗯,这次的困难在于第一步。如果理论正确,会发生什么很难弄清楚。目前,计算这个理论的结果所需的数学难到无法克服。所以我的问题很明显 —— 我的问题是试图找到一种从理论中得出数值的方法,不仅定性地,而且仔细地检验它是否能给出正确结果。


我花了几年时间试图发明能解方程的数学工具,但一无所获。然后我决定,要做到这一点,必须首先大致理解答案可能是什么样的。这很难解释清楚,但我必须先对现象的运作有一个定性的认识,才能有一个好的定量认识。换句话说,人们甚至大致都不明白它是如何运作的,所以最近一两年,我一直在努力大致理解它是如何运作的,还没到定量阶段,希望将来这种粗略的理解能被提炼成一种精确的数学工具、方法或算法,从理论推导出粒子。你看,我们处于一个有趣的位置:不是在寻找理论,我们已经有了一个很好的候选理论 —— 但我们处于科学中需要通过观察结果来将理论与实验进行比较并检验的阶段。我们卡在了看结果是什么的阶段,而我的目标,我的愿望,是看看能否找到一种方法来得出这个理论的结果(笑)。处于一个有理论却无法得出结果的位置,有点疯狂…… 我受不了,必须弄清楚。也许有一天能做到。


“让乔治去做吧”


要做真正好的物理学工作,你确实需要绝对连续的时间,这样当你把模糊且难以记住的想法拼凑在一起时,就很像搭建纸牌屋,每张牌都摇摇晃晃,如果你忘记其中一张,整个结构就会倒塌。你不知道自己是如何走到这一步的,必须重新搭建。如果你被打断,忘记了一半关于纸牌如何组合的想法 —— 你的 “纸牌” 是不同类型的想法片段,需要组合在一起形成完整的想法 —— 关键是,你把这些东西组合起来,形成一座高塔,很容易倒塌,需要高度集中注意力 —— 即连续的时间来思考 —— 如果你有管理之类的工作,就没有连续的时间。所以我给自己编了另一个 “神话”—— 我是不负责任的。我告诉所有人,我什么都不做。如果有人让我加入招生委员会之类的,不,我不负责任,我不在乎学生 —— 当然我在乎学生,但我知道会有别人做 —— 我秉持 “让乔治去做吧” 的观点,虽然你不应该这样,但我这么做是因为我喜欢做物理,想看看自己是否还能做,所以我很自私,好吗?我想做我的物理。


对历史感到厌烦


所有学生都在课堂上。你问我该如何最好地教他们?是从科学史的角度教,还是从应用的角度?我的理论是,最好的教学方法是不拘泥于某种哲学,而是让教学方式多样化,运用各种可能的方式来教学。这是我唯一能想到的答案。这样可以用不同的"钩子"吸引不同的学生。比如,当对历史感兴趣的学生觉得抽象数学枯燥时,喜欢抽象的学生又会觉得历史乏味——如果你能做到不让所有学生一直感到无聊,也许会更好。我真的不知道该怎么做。我不知道如何解决这个问题:不同的头脑有不同的兴趣,什么能吸引他们,什么能激发他们的兴趣,如何引导他们产生兴趣。一种方法是通过"强制":你必须通过这门课,必须参加这个考试。这很有效。很多人都是这样上学的,也许这是更有效的方法。说实话,即使经过多年尝试各种教学方法,我仍然不知道该怎么做。


有其父必有其子


小时候,父亲给我讲东西让我很有乐趣,所以我也试着给儿子讲世界上有趣的事。他很小的时候,我们常摇他睡觉,给他讲故事。我会编一个关于 “小人们” 的故事,他们大约这么高,会走路、去野餐,住在通风口里;他们会穿过一片树林,里面有高大的蓝色 “树”,没有叶子,只有一根茎,他们必须从中间走过;他逐渐明白那是蓝色地毯的绒毛,他喜欢这个游戏,因为我会从奇怪的视角描述这些东西,他喜欢听故事,我们编出了各种奇妙的情节 —— 他们甚至去了一个潮湿的洞穴,风在里面进进出出,进来时凉爽,出去时温暖 —— 那是在狗的鼻子里,当然我可以通过这种方式给他讲生理学知识。他很喜欢,我也很享受,因为我在讲自己喜欢的东西,当他猜出那是什么时,我们都很开心。后来我有了一个女儿,我试着用同样的方法 —— 但女儿的性格不同,她不想听我编的故事,想听书中的故事被反复朗读。她希望我给她读故事,而不是编故事,这是不同的性格。所以如果我说 “给孩子讲科学的好方法是编关于小人们的故事”,这对我女儿完全没用 —— 但对我儿子有用 —— 好吗?


“不是科学的科学……”


由于科学的成功,我认为存在一种伪科学。社会科学就是 “不是科学的科学” 的例子;它们的研究方式不科学,只是遵循形式 —— 比如收集数据、做这做那,但没有得出任何定律,什么都没发现。它们至今没有任何进展 —— 也许有一天会,但目前发展得不好。更普遍的情况是,我们在各个领域都有看似科学专家的 “专家”。他们不科学,坐在打字机前编造东西,比如 “有机肥料种植的食物比无机肥料种植的更有益健康”—— 可能对,也可能不对,但从未被证实。但他们会坐在那里,把这些东西当作科学来写,然后成为食品专家、有机食品专家等等。到处都是各种神话和伪科学。


我可能大错特错,也许他们确实知道所有这些事,但我认为我没错。你看,我有一个优势:我知道真正了解某件事有多难,知道检查实验必须多么仔细,知道犯错和自欺欺人有多容易。我知道 “知道某件事” 意味着什么,因此我看到他们获取信息的方式,无法相信他们真的知道。他们没有做必要的工作,没有做必要的检查,没有足够的谨慎。我非常怀疑他们其实不知道,这些东西是错的,他们在吓唬人。我是这么认为的。我不太了解这个世界,但我就是这么想的。


怀疑与不确定性


如果你期望科学能回答 “我们是谁”“我们要去哪里”“宇宙的意义是什么” 等奇妙问题的所有答案,那么我想你很容易幻灭,然后寻找某种神秘的答案来解决这些问题。我不知道科学家怎么会接受神秘答案,因为科学的全部精神是理解 —— 算了,不管这个了。总之,我不理解,但如果你想想,我看待我们所做之事的方式是:我们在探索,试图尽可能多地了解世界。人们问我:“你在寻找物理学的终极定律吗?” 不,我不是,我只是想更多地了解世界,如果最终发现有一个简单的终极定律可以解释一切,那很好,值得发现。


如果最终发现世界像一个有百万层的洋葱,而我们只是厌倦了观察这些层,那就是这样。但无论结果如何,自然的本质就在那里,她会以本来的方式呈现。因此,当我们去研究时,除了试图更多地了解它,不应该预先决定我们要做什么。如果你问 “为什么要更多地了解它”,如果你认为是为了得到某个深刻哲学问题的答案,可能就错了。也许通过了解自然的本质,你无法得到那个特定问题的答案,但我不这么看。我对科学的兴趣只是想了解世界,了解得越多越好,就是为了发现。


我们能做的事显然比动物多得多,这背后有非常奇妙的谜团,还有其他类似的问题,但这些是我想探索的谜团,不想先知道答案。总之,我无法相信那些关于我们与整个宇宙关系的特殊故事,因为它们看起来太简单、太牵强、太局限、太狭隘了。上帝来到地球,注意,是上帝的一个 “化身” 来到地球,看看外面有什么吧。这不成比例。总之,争论没用,我无法争辩,只是想告诉你为什么我的科学观会影响我的信仰。还有一件事与 “如何判断某件事是否正确” 有关,如果所有不同的宗教对同一件事都有不同的理论,你就会开始怀疑。一旦你开始怀疑 —— 就像你应该怀疑的那样 —— 你问我科学是否 “正确”。你说不,我们不知道什么是正确的,我们在试图发现,一切都可能是错的。


以 “一切都可能是错的” 为前提去理解宗教,试试看。一旦你这么做,就会开始滑向一个难以恢复的边缘。按照科学的观点,或者我父亲的观点,我们应该看看什么是真的,什么可能是真的、什么可能不是。一旦开始怀疑 —— 我认为怀疑和提问是我灵魂的基本部分 —— 你就会发现相信变得有点难。


你看,有一点是,我可以与怀疑、不确定性和未知共存。我认为,生活在未知中比拥有可能错误的答案更有趣。我对不同的事情有近似的答案、可能的信念和不同程度的确定性,但我对任何事情都不完全确定,还有很多事情我一无所知,比如 “我们为何存在” 这个问题是否有意义,这个问题可能意味着什么。我可能会想一点,如果想不明白,就去做别的事,但我不必知道答案。我不害怕未知,不害怕迷失在一个没有目的的神秘宇宙中 —— 据我所知,宇宙确实如此。这不会让我害怕。


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