量子电动力学理论的建立者：费曼 | 科学档案

撰文 | 田筱超然

责编 | 莫尼

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当路西尔（Lucille）初次怀孕时，她的丈夫梅尔维尔·费曼（Melville Feynman）曾经期许，他们尚未出生的孩子长大后能成为科学家。1918年5月11日，这个婴儿在纽约降生了，被取名为理查德·菲利普斯·费曼，他后来真的成为了他那一代里最伟大的物理学家之一。

20世纪的两大物理学革命——相对论和量子力学理论的建立在当时已经悄然发生。1928年，保罗·狄拉克（Paul Dirac）发表后来以他的名字命名的方程，进一步建立了相对论量子力学。尽管其正确性很快就得到了实验验证，这一理论的数学却显得相当麻烦。而用一种更加简洁的方式来描述相同物理过程的人，正是后来的理查德·费曼。

当时，费曼正在普林斯顿读博士，他和当时的导师惠勒（Wheeler）正致力于解释振动电子的辐射阻尼问题。根据他们发展的理论，费曼得以将经典电动力学的一切都用一种新颖而简单的数学形式来描述，并开始尝试发展该理论的量子力学形式。

这个尝试是艰难的，直到1941年，费曼受到狄拉克在1933年发表的题为“量子力学中的拉格朗日量”的论文启发，逐渐建立了后来被称作路径积分的理论构架。这个理论的核心思路是，一个粒子能从A走到B的每一条可能路径，代表每一种可能的“历史”，而A和B的相互作用可以表示成联系这两个事件所有可能路径之和。

正如费曼后来在诺贝尔获奖演说中提到的：“某一时刻的波函数与另一个有限时间间隔后的波函数之间的联系可以通过无限多重积分而得到。”

于是，一种全新的量子力学表述方法被建立了起来。但由于种种原因，他并没有立即试图用这套理论去解释实际问题，而只是发展了完整的数学形式。直到20世纪40年代的最后几年，施温格（Schwinger）和朝永振一郎（Shin‘i-chiro Tomonaga）各自独立发展出量子电动力学理论的另一种数学形式，他们给出的计算结果和费曼用路径积分方法得到的完全一致。物理学界终于可以宣布，量子电动力学理论成功建立起来了！因为这一贡献，费曼和施温格、朝永振一郎共同分享了1965年的诺贝尔物理学奖。

然而费曼精彩的一生还远没有结束。他继续在液氦超流体、量子色动力学等研究领域扮演着关键的角色。他还是纳米科学、并行计算机等领域最早的研究倡导者。他的《费曼物理学讲义》以及许多其他的演讲，吸引了一代代学生去热爱和探索物理学。他还参与了“挑战者号”航天飞机事故调查，向世人展示了一个大科学家的良知与科学精神。

1988年2月15日，在他逝世那天，加州理工学院的学生们在图书馆大楼上悬挂了一条横幅，上面写着：“迪克，我们爱你”。是的，可爱的费曼先生爱着这个奇妙的自然和生活在里面的人们，人们也同样深深地爱着这个有趣而又伟大的天才。

参考文献：

1. 《迷人的科学风采—费恩曼传》 [英]约翰·格里宾 玛丽·格里宾 著，江向东译

2. 《别闹了，费曼先生》 [美]费曼 著，吴程远 译

3. 《QED，光和物质的奇异性》 [美]费曼 著，张钟静 译

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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