科學是不具個性、冷冰冰的、純客觀的？這當然是一派胡言！
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科學是不具個性、冷冰冰的、純客觀的？這當然是一派胡言！
前言：
此文是著名理論物理學家保羅·戴維斯為《費曼講物理》這本小書所寫的前言，文中呈現出對科學、哲學、物理學、費曼本人的研究特點與性格特徵等方面的行雲流水般的描述，讀之不禁令人擊節讚歎。
文章開篇即廓清一個流布深遠的誤解：認為科學是不具個性的、冷冰冰的、純客觀的事業，保羅認為這種觀點是「一派胡言」，「科學是由人推動的活動，同樣受著風尚和一時的興緻的支配。在這裡，風尚不僅表現在對研究題目的選擇上，還更多地表現在科學家看待這個世界的方式上。」接著他舉了牛頓、愛因斯坦、費曼這三位大神的例子，說明科學家及其個性是如何制定了議事日程，確定了特有的探索科學問題的途徑。
由此有一些延伸思考，筆者本人的研究領域是城市經濟與城市規劃，近來頗覺有一種現象需要關注，許多對城市發展的研究或者針對某項政策的研究，簡單用一些模型和數據跑一跑就得出結論，而根本不去了解決策者和相關參與者當時特定情境下的具體的想法，這種路徑似乎也是缺少了一些兒「人味兒」的思路。
總之，本文讀了獲益良多，特分享給朋友們一閱。為方便閱讀，文中小標題為「焦道」所加。
正文：
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科學帶有科學家的濃厚個性：牛頓、愛因斯坦、費曼
有一個頗為流行的錯誤觀念，以為科學是不具個性的、冷冰冰的、純客觀的事業。儘管人類的大部分其他的活動是受風氣、時尚和人的個性支配的，可是人們卻認為科學是受公認的程序規則和嚴格的檢驗所約束。重要的是科學研究的結果，而不是得出這些結果的人。
這當然是一派胡言。
像一切人類奮鬥領域一樣，科學是由人推動的活動，同樣受著風尚和一時的興緻的支配。在這裡，風尚不僅表現在對研究題目的選擇上，還更多地表現在科學家看待這個世界的方式上。
每個時代有其特有的探索科學問題的途徑，通常是追隨某些傑出人物照亮的道路。這些人既制定了議事日程，也確立了解決列在這個日程上的問題的最佳方法。有時，一些科學家攀登到足夠的高度，受到公眾矚目，一個具有傑出素質的科學家就可能成為整個科學界崇拜的偶像。
在以往的幾個世紀里牛頓就是這樣的偶像。牛頓是紳士型科學家的體現——他與權貴有一張關係網，虔信宗教，不慌不忙，做事井井有條。他搞科學的風格在200年中被奉為圭臬。
在20世紀的前半個世紀里，愛因斯坦替代牛頓成為大眾的科學偶像。行為古怪，不修邊幅，德國風度，心不在焉，全神貫注投入工作，一個抽象思想家的原型。愛因斯坦通過對物理學的最基礎的概念提出質疑，改變了做物理研究的方式。
理查德·費曼成了20世紀後期物理學的偶像——他是第一個到達這種位置的美國人。費曼於1918年生於紐約，在東岸受教育。他生得太晚，已無緣參加物理學的黃金時代即20世紀的前3個10年用相對論和量子力學改變我們的世界觀的革命。這些橫掃千軍的發展奠定了現今的新物理學大廈的基礎。費曼從這些基礎出發，幫助建成了新物理學的第一層。他的貢獻觸及新物理學的幾乎每一角落，並且對物理學家思考自然和宇宙的方式有深刻而持久的影響。
費曼是一個優秀的理論物理學家。牛頓既是實驗家又是理論家，說不上偏重哪邊。愛因斯坦則相當輕視實驗，寧肯把他的信念置於純粹的思維上。
費曼從事的是發展一個對自然的深刻的理論理解，但是他總是保持著與現實世界、與常常是亂七八糟的實驗結果的緊密聯繫。曾看過費曼如何把橡膠圈浸到冰水中以解釋挑戰者號太空梭災難事故的人，誰也不會懷疑他既擅長表演又是一個非常實際的思想家。
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費曼：開闢全新路線，協調量子力學和狹義相對論
起初，費曼是以他在亞原子粒子理論方面的工作，特別是由於量子電動力學(其英文縮寫為QED)這門學科而贏得聲譽的。
事實上，量子理論正是從這門學科開始的。1900 年，德國物理學家普朗克提出，到那時為止一直被看成波的電磁輻射，在與實物相互作用時，卻又自相矛盾地表現出像能量小包或「量子」那樣的行為。這種特殊的量子後來叫做「光子」。
在20世紀30年代初之前，新量子力學的建築師們搞出一個數學方案，來描述帶電粒子例如電子對光子的發射和吸收。雖然QED的這種早期表述得到有限的成功，這個理論顯然是有缺陷的。在許多情況下對非常確定的物理問題的計算卻給出不協調的甚至無窮大的答案。青年費曼在20世紀40年代末，正是將注意力轉到建立一個協調一致的QED理論的問題。
為了把QED置於一個堅實的基礎上，就必須使這個理論不僅同量子力學的原理協調一致，還得同狹義相對論的原理協調一致。量子力學和相對論各自具有不同的數學機制具有複雜的方程組，它們的確可以聯合或相消以得到量子電動力學的一個令人滿意的表述。這樣做是一項繁重的任務，需要高度的數學技巧，費曼的同時代人正是沿著這條路做下去的。但是費曼卻採取了一條根本不同的路線——這條路線是如此根本和激進，事實上，他不用任何數學就大致能直接寫出答案！
為了協助這種非凡的直觀技藝，費曼發明了一種以他的名字命名的簡單圖形系統。費曼圖是描繪電子、光子和其他粒子相互作用時所發生的事情的一個很有啟發性的簡單符號方法。今天費曼圖已成為計算的一個常規輔助手段，但是在20世紀50年代初，它們標誌著同傳統的作理論物理研究方法吃驚的背離。
建立協調一致的量子電動力學理論這個具體問題，儘管是物理學發展史上的一個里程碑，但這僅僅是開始。
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費曼風格：對已有的人類智慧成果的尊崇和不敬的混合
下面還要界定費曼特定的風格，這種風格在物理學的範圍廣泛的各個課題中產生出一系列重要成果。對費曼風格的最佳描述是，它是對已有的人類智慧成果的尊崇和不敬的混合。
物理學是一門精確科學，現有的物理學知識雖然不完備，卻不可以簡單地棄置一邊。費曼在很年輕時便對人們已接受的物理學原理有老辣的掌握，並且他選擇的研究對象幾乎完全是常規的問題。他不是那種在傳統約束的死水中、在孤獨中苦幹偶然碰到深奧的新結果的天才。他的特殊才能是用他特有的方法去研究實質上屬於主流方向的問題。這意味著避開現有的形式體系，開闢他自己的高度直觀的研究途徑。大部分理論物理學家都依靠細心的數學計算作為把他們帶進未知領域的導遊指南和拐杖，費曼的態度卻幾乎是一種優雅的騎士風度。他給你的印象是，他能夠像讀一本書一樣讀大自然，只是簡單地報道他發現的東西，而沒有冗長的複雜分析。
的確，在以這種方式追求自已的興趣時，費曼顯示了對嚴格的形式體系的極度藐視。很難用言辭表達出這樣干需要多麼高的天賦。理論物理學是一門最難的智力活動，它把蔑視形象思維的抽象概念同極其複雜的數學結合在一起。絕大部分的物理學家只有靠最高強度的腦力勞動才能得出一些進展。而費曼則對這套嚴格的行為規則顯得駕輕就熟，就像摘取現成的果子一樣從知識之樹摘取新成果。
費曼的風格在很大程度上來自他的個性。在他的職業生涯和私生活中，他好像是把這世界當作一場非常好玩的遊戲。物理世界在他面前呈現出一系列迷人的難題和挑戰，他的社會環境也一樣。他一輩子都是一個愛開玩笑的人，他對權力當局和學術權威，就像他對呆板的數學形式體系一樣不尊重。他絕不是一個甘心被愚弄的人，只要他發現現有的規則是專橫無理或是愚蠢荒謬的，他就毫不客氣地打破它們。
他的自傳里充滿了他在第二次世界大戰中如何使原子彈計劃的保安人員上當、如何開保險柜、如何用魯莽無禮的行為解除女士們的戒備的好玩的故事。他對因為在QED方面的工作而授予的諾貝爾獎，也採取了類似的愛要不要的態度。
和費曼這種對拘泥形式的厭惡並行的，是他對稀奇古怪和晦澀難解的東西的迷戀。許多人還記得他對消失已久的中亞國家圖瓦的著迷，在他去世前不久還高興地參與一部有關的紀錄片的製作。他在別的方面的熱情還包括演奏邦戈鼓、畫畫、經常出入脫衣舞夜總會和破譯瑪雅文字。
費曼自己做過不少事來建立他與眾不同的形象。雖然懶於動筆，他的談鋒卻很健，並且愛講關於他的各種想法和惡作劇的故事。這些軼事，經過一年一年的積累，增添了他的神秘，並且在他有生之年就使他成了一個人人皆知的傳奇人物。他的吸引人的風度使他非常受學生的喜愛，特別是更年輕的那些學生，他們之中許多人把他作為自己的偶像。在費曼因癌症於1988年去世時，他工作了大半輩子的加州理工學院的學生打出了一面旗，上面簡單地寫著：「我們愛你，迪克。」
正是費曼瀟洒的生活態度(一般地)和搞物理的態度(特別地)，使他成為這樣優秀的一位教師：他很少有時間正式講課，甚至很少有時間指導他的博士生。但是在合適的情況下他能做非常精彩的講演，裡面充滿了智慧的火花、深刻的洞察力和他在其研究工作中表現出來的對傳統的不敬。
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傳世之作：《物理學講義》
在20世紀60年代初，人們勸費曼給加州理工學院的一年級和二年級學生開一門物理入門課程。他以他特有的大張聲勢和他那種沒法模仿的不拘禮節、風趣和不落俗套的幽默的混合方式開了這門課。幸運的是，這些無價的講演用書本形式為後人留了下來。儘管與通常的教材在風格和表述上有很大的不同，他這套物理學講義是一個巨大的成功，激勵和鼓舞了全世界整整一代學生。30年過去了，這套書一點也沒有失去它的光彩和明晰。
本書是直接從費曼物理學講義採集來的。編這本書的意圖是用費曼物理學講義這部里程碑式的作品前面不太專門的幾章，讓一般的讀者領略教育家費曼的真實滋味。其結果就是這本令人喜愛的小書它既可作為非理工科讀者的一本物理入門書，也可以作為了解費曼本人的一本入門書。
費曼仔細和精心的講解給人印象最深的是，他能夠用最節約的概念投資和最小量的數學和專門術語，引出影響深遠的物理觀念。他有竅門能夠找到正好的類比或日常的例證，以明白地顯示一個深邃的物理學原理的實質，而不被附帶的或不相干的細節所模糊。
本書內容的選擇並不打算使它成為近代物理學的一個全面的概括，而是要引起讀者對費曼的教學方法的興趣。我們立刻看到的是，他如何能夠用新的見解來闡發那些哪怕是老生常談的題目如力和運動。關鍵性的概念用取自日常生活或古代的例子來說明。在讓讀者毋庸置疑地了解哪些是基本理論的同時，又不斷地將物理學同別的學科連接起來。
在本書一開始，我們就學到了整個物理學植根於規律的觀念——存在著一個有秩序的宇宙，它能夠憑理性的推理而被理解。但是，在我們對自然界的直接觀察中，物理學的定律並不是透明可見的。它們巧妙地隱藏在我們所研究的現象當中。要揭開隱藏著的有規律的實在上面的面紗，就需要物理學家的秘密武器——仔細設計的實驗和數學理論的混合。
最廣為人知的物理學定律可能是牛頓關於引力的平方反比定律，在本書的第五章討論。這個題目是在太陽系和開普勒的行星運動定律的背景下介紹的。但是引力是萬有的，橫跨宇宙起作用，這使費曼能夠用天文學和宇宙學中的例子來為他的講述增添趣味。在評論了一幅由看不見的力以某種方式結合在一起的球狀星團的圖景之後，他抒發起感慨來「如果有人看不出引力在這裡起作用，那他就沒有腦子」。
人們還知道別的與自然界的非引力的作用有關的定律，它們描述物質粒子如何相互作用。這些力只有很少幾種，費曼本人就因他是歷史上少有的幾位發現一條物理學新定律的科學家之一而享有盛名，他發現的新定律是關於弱作用力是如何影響某些亞原子粒子的行為的。
高能粒子物理學是戰後科學的王冠上的寶石，帶著它的那些巨型加速器和似乎沒完沒了的新發現的亞原子粒子的清單，使人又愛又怕。費曼的研究工作的主要方向是弄清楚這門學問得出的結果的意義。在粒子物理學家中，一個一致的大主題是對稱性和守恆定律對建立亞原子粒子園的秩序所起的作用。
粒子物理學家所知道的對稱性，剛好也是在經典物理學中已熟悉的對稱性。這些對稱性中最主要的是由空間和時間的均勻性引起的對稱性。以時間為例：除了在宇宙學中大爆炸標誌著時間的開始以外，在物理學中沒有東西能夠區分個時刻和另一個時刻有什麼不同。物理學家說世界「在時間平移中不變」，意思是在你的測量中不論是取半夜還是取正午作為時間的原點，對物理現象的描述不會造成什麼區別。物理過程不倚賴於時間的絕對原點。後來知道，這種時間平移下的對稱性直接隱含著一條最基本和最有用的物理學定律：能量守恆定律。這條定律說，你可以把能量挪走並且改變它的形式，但是你不能生成它或毀滅它。費曼用他的淘氣鬼丹尼斯的好玩的故事，(這個孩子總是把他的積木藏在他媽媽看不見的地方)，把這條定律解釋得很透徹(第四章)。
本書中最具挑戰性的一章是最後一章，這一章是對量子物理學的解說。毫不誇張地說，量子力學支配著20世紀的物理學，它無疑是現有的最成功的科學理論。它對理解亞原子粒子、原子和原子核、固體的結構、超導性和超流性、金屬和半導體的導電性和導熱性、恆星的結構以及好多好多別的東西，都是必不可少的。它的實際應用的範圍從激光器一直到微晶元。所有這些都來自一個乍一看來(多看幾眼也一樣)絕對瘋狂的理論！量子力學的奠基者之一尼耳斯·玻爾曾說過，如果誰沒有受到量子理論的震撼，他就根本不懂得它。
問題在於，量子概念衝擊了我們可以稱之為常識性實在的核心。特別是，諸如電子或原子這樣的物理客體是獨立的存在、任何時候都有一組完備的物理屬性這個觀念出了問題。例如，一個電子不能同時在空間有一個位置又有一個確定的速率。如果你要找一個電子的位置在哪裡，你會發現它在某個地方；如果你測量它的速率，你也會得到一個確定的答案。但是你不能同時做這兩種觀測。在沒有一組完備的觀察時把位置和速率的確定但未知的值賦予一個電子也是沒有意義的。
原子粒子的本性中的這種不可確定性總結在海森伯的著名的不確定原理中。這個原理嚴格地限制了同時測量位置和速率這樣的屬性可以達到的精度。位置的一個精確取值使速率的可能值的範圍變模糊，反之亦然。在電子、光子和其他粒子的運動方式中都顯露出這種量子模糊性。某些實驗表明，這些粒子是沿著確定的路徑穿過空間的，就像子彈沿著軌道飛向靶子。但是別的實驗裝置又表明，這些客體的行為也可以像波，表現出典型的衍射和干涉圖樣。
費曼對著名的「雙縫」實驗所作的高明分析，把使人震驚的波粒二象性以其最尖銳的形式梳理了出來，至今已成為科學解說史上的經典。他只用很少幾個很簡單的概念，就把讀者帶到了量子之謎的核心，並且讓我們對它所揭露的實在的矛盾本性嘖嘖稱奇。
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核心貢獻：量子力學的路徑積分方法
雖然量子力學在20世紀30年代初期已經有教科書了。但是，青年費曼寧肯自己把理論改寫為一種全新的形式，這是他一貫的典型做法。費曼方法的優點是，它向我們提供了一幅生動的圖景，表明大自然的量子詭計是如何運作的。這個方法的想法是，在量子力學中，一個電子穿越空間的路徑不是完全確定的。比方說，我們可以想像一個自由運動的電子，它不僅僅是像常識建議的那樣沿A、B兩點之間的直線運動，而且可以取各種各樣曲里拐彎的路徑。費曼讓我們想像，電子用某種方法探索了一切可能的路徑，在沒有進行過一次觀察以表明電子是取哪一條路徑之前，我們必須假設可能的路徑都會以某種方式對實在作出貢獻。因此當一個電子到達空間(比方說靶平面上)一點時，必須把多個不同的歷史綜合起來以產生這次事件。
費曼的所謂量子力學的路徑積分方法或對歷史求和方法，把這個卓越的想法加工成一個數學的常規程序。在許多年裡，它只是物理學家的一個稀罕的玩物，但是在物理學將量子力學推到登峰造極的地步(把它應用於引力或宇宙學)後，人們發現，費曼方法提供了描述一個量子宇宙的最佳計算工具。歷史將會恰當地判定，在費曼對物理學的諸多傑出貢獻中，量子力學的路徑積分表述是最重要的貢獻。
本書中討論的許多想法帶有很深的哲學味道。但是費曼對哲學家有一種根深蒂固的懷疑。一次我曾有機會就數學和物理學定律的本性以及是否能認為抽象的數學定律擁有一種獨立的柏拉圖式的存在詢問過他的看法。他給出了一個非常肯定的和熟練的描述，說明事情何以的確顯得如此，但是當我逼著他採取一個具體的哲學立場時，他立刻就後退了。當我試圖從他口中引出關於還原論的話頭時，他也同樣地小心翼翼。按我的事後之見，我相信費曼並不輕視哲學問題。但是，正像他不用系統的數學而能夠做出出色的數學物物理一樣，他也能得出一些出色的哲學見解而不需要系統的哲學。他討厭的是形式體系，不是內容。
世界不太可能再看到一個里查德·費曼。他在很大的程度上是他的時代之子。費曼的風格只是對正處於鞏固一次革命和廣泛探索其後果的過程中的學科才工作得令人滿意。戰後的物理學的基礎是牢固的；其理論結構是成熟的，並且為各式各樣的應用留有廣闊的空間。費曼進入了一個抽象概念的仙境，在其中的許多東西上留下了他個人的思想烙印。
這本小書提供了對一個非凡人物的心靈的獨特的一瞥。
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