前言

我发现物理是一个绝妙的东西。我们将诸多已知约化为寥寥几个方程，此外我们仍知之甚少。

——理查德·费曼，1947年

回忆儿时，人们往往很难分辨某段记忆究竟是真实发生过，还是只是想象。但我十分清晰地记得第一次萌生这一念头的情形：做一名物理学家或许真的会令人兴奋。我自小对科学着迷，但彼时我所触及的都是一些落后于当时至少半个世纪的科学。与其说是科学，倒不如说是历史。那时的我还没有意识到，神奇的自然界尚有很多未解之谜。

高中有一年参加暑期科学项目时，我突然领悟了。不知是不是察觉到我当时对课程有些不感兴趣，我的老师在坚持既定的课程安排的同时，扔给我一本理查德·费曼的《物理定律的本性》（The Character of Physical Law），让我阅读其中关于过去和未来区别的章节。这是我第一次接触熵和无序度的概念。就像许多前辈一样，这些概念令我感到迷惑甚至沮丧，而伟大的物理学家路德维希·玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）和保罗·埃伦费斯特（Paul Ehrenfest）甚至在耗费毕生精力研究这一课题之后选择了自杀。我无法理解世界是如何由简入繁地变化的：从简单的两体问题（比如地球和月球），推广至多体问题，比如此刻我在其中敲击键盘的房间里那些气体分子的运动，这些问题既微妙又深刻。毫无疑问，对于当时的我来说，这些问题过于微妙和深刻了。

但到了第二天，我的老师问我是否听说过反物质，接着又告诉我那本书的作者费曼，刚刚因为阐释了反粒子可以被看作正常粒子沿时间轴反向运动而获得了诺贝尔奖。这太吸引人了，尽管我并不了解个中细节（回想起来，好像我的老师也不是很了解），但这些激动人心的发现在我生活的时代产生，这激励了我，让我认识到还有很多领域值得探索。（事实上，尽管我的结论是对的，但我得此结论所依据的信息却并不准确。大约在我出生的10年之前，费曼就发表了与他获奖相关的量子电动力学论文，而那个反粒子可以被看作正常粒子沿时间轴反向运动的想法甚至根本不是费曼的。当传播到高中老师和教材里时，这一物理思想已接近“中年”了，而且往往偏离了原貌。）

在我后来学习和研究物理的过程中，费曼成了我，或者说成了一整代物理人心目中的英雄和传奇。进入大学的时候，我和其他许多有志于物理研究的青年学子一样购买了《费曼物理学讲义》（Feynman Lectures on Physics）这套书，虽然实际上它并非任何一门课程的指定教材。但是正像很多同龄人一样，即使我们的水平早已超越了大学物理入门课程的难度，我们还是会不时地参阅此书。正是在阅读这些讲义的过程中，我吃惊地发现，我在那次高中暑期项目中的体验与费曼高中时的一段奇特经历何其相似。这一点我们稍后详谈。现在我只想说，我真希望我的经历也能带来和费曼的少年往事一样意义重大的结果。

直到进入研究生院学习，我才明白当初暑期科学项目里的科学老师试图介绍给我的是怎样的一个科学分支，但在很大程度上，我对基本粒子世界的兴致，以及对为基本粒子著书立说的这位“妙人”费曼的痴迷，都始于高中暑校的那个早晨，且从未停止。写到这里，我突然意识到，我撰写的毕业论文是关于路径积分的，而这一领域正是由费曼开辟的。

神奇的命运使我有幸在本科学习阶段遇到了理查德·费曼，并与他共度了一段时光。那时我加入了一个叫作“加拿大本科生物理协会”的组织，这个组织的唯一目标就是组织一次全国性质的会议，请一些杰出的物理学家在会上做学术报告，同时与会的本科生将展示他们在暑期研究中的成果。如果我没记错的话，那应该是1974年，费曼被极富个人魅力的协会主席说服（也可能是被引诱，总之我说不清楚，也不该妄加揣度），作为大会主讲人参加了在温哥华举行的会议。在他做完大会报告后，我斗胆向他提了一个问题，这一切被一名国家级杂志的摄影记者拍了下来，并刊登了出去。然而更为重要的是，我是带着女友一块儿去的，并且在随后那个周末的大部分时间里，费曼都和我们俩一起混迹于温哥华当地的一些酒吧。

本科毕业后，我去了麻省理工学院的研究生院并聆听了几次费曼的学术报告。又过了几年，我获得了博士学位，而后到了哈佛大学。在加州理工学院举行的一次学术讨论会上做报告时，我又遇到了费曼，他坐在听众席里，让我略感紧张。他很有礼貌地问了一两个问题，并且在讨论会正式结束后还继续与我交流。我想他已经忘记了我们在温哥华的会面，而没能跟他本人确认他是否还记得那件事则成了我的一桩终生憾事。没办法，就在他很耐心地等待着跟我交谈的时候，一名执着且讨厌的年轻助理教授霸占了讨论，直到费曼终于离开了会场。自此以后，我再未见过费曼，而过了几年，他就离开了人世。

早在进入公众视野之前，理查德·费曼就已经成为整整一代物理学家心目中的传奇人物。获得诺贝尔奖或许让费曼登上了世界各地的报纸头条，但是第二天，同样的位置就会被更具时效性的内容取代，每一天的头条并不会在人们的记忆中留存很久，正如每天的报纸一样。费曼的声名鹊起并非源于他的科学贡献本身，而是源于一系列回溯他个人生平的书籍。透过这些回忆录，我们可以看到这位天才物理学家同时还是一位才华横溢、妙语连珠的讲故事的高手。那些哪怕只是与费曼有过一面之缘的人，也一定会被他超凡的个人魅力所征服。他有着深邃的目光、顽皮的浅笑，说话一口纽约腔，这一切与刻板的科学家形象格格不入。而他对诸如邦戈鼓^[1]和脱衣舞酒吧之类事物的痴迷，更为他本已超脱的人生增添了神秘色彩。

然而，真正使费曼成为公众人物的是一次令人始料不及的悲剧性事故：挑战者号航天飞机在升空不久后发生了爆炸，遇难者中包括美国首名参加太空飞行的“普通公民”——一名公立学校的老师。按照原本的计划，她将在太空中为学生授课。在随后展开的事故调查中，美国国家航空航天局（NASA）邀请费曼加入了调查委员会。以往他刻意回避任何委员会，以及会妨碍他展开科学工作的其他人或事情，但这次一反常态的是，他接受了邀请。

费曼用他自己的方式进行了调查，其调查方式同样独树一帜。他并没有在办公室里研究卷帙浩繁的事故报告和未来如何避免事故的那些官僚文牍，而是直接与NASA的工程师和科学家对话。在一次非常著名的电视听证会上，费曼做了一个实验，将一个小的O型橡胶密封圈放进一杯冰水里，从而证明了挑战者号所采用的橡胶密封圈处于事故当天的低温条件下会失去本该有的密封功能。

那场听证会之后，关于费曼旧闻逸事的书籍、个人书信汇编和一些“失而复得”的演讲录音纷纷涌现，甚至直到他去世，类似的资料依然层出不穷。传记类畅销书也相继付梓，其中最出名的就是詹姆斯·格雷克（James Gleick）所著的《费曼传》（Genius）。

费曼其人其事将会持续散发其魅力，当有人约请我从其科学贡献的视角来撰写一本反映费曼一生的简短、亲切的作品时，我感到义不容辞。这一创作让我干劲儿十足，因为我有机会阅读他留下的原始文献了。（很多人可能意识不到，科学家其实很少去挖掘自己所在领域的早期文献，尤其是那些几十年前的老文献。这是因为科学思想几经提炼和升华，最新的物理表述往往已远远脱离了它们最初的形态，即使它们描述的是同样的物理过程。）但更重要的是，我意识到，费曼的物理学为20世纪后半叶微观世界物理问题的关键进展提供了理论视角，而他留下的许多谜题至今仍然悬而未决。

在本书接下来的部分，我将尽量站在费曼的立场，忠实而客观地呈现他的观点及其思想内涵。而正因如此，本书的首要目的是在个人科学传记的背景下，讲述费曼如何影响了我们对客观物质世界的理解。我将不会花太多笔墨描写物理学家在探索科学的过程中走过的弯路和死胡同，虽然哪怕最成功的科学家都曾被这些歧路吸引，费曼也不例外。对于非专业人士来说，要正确理解物理学家对自然世界的了解已属不易，因此，我们不必再去整理更多花哨却错误的提法而使读者们误入歧途。尽管其中不乏巧妙而机智的观点，但归根结底，我们的重点在于那些经历了时间检验而被实验证实的理论。

我的小小的目标是聚焦于费曼给我们留下的科学财富，这些财富影响了20世纪物理学的革命性发展，并将继续对21世纪一些物理学谜题的解开造成影响。我真正想要向非物理学从业者揭示的是，为何费曼能够被大多数当世物理学家奉为神坛之上的英雄。如果我能够做到这一点，将有助于读者理解现代物理学的一些核心内容，以及费曼在改变我们的世界图景中所起到的作用。于我而言，这些是我能为理查德·费曼这位天才所做的最佳证明。