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纪念这位公认物理学天才

科普小知识2021-10-24 05:38:50
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理查德·费曼(1918年5月11日-1988年2月15日),著名物理学家,1965年诺贝尔物理学奖获得者,被公认为物理学天才。2018年标志着费曼的100岁生日和他逝世30周年。

费曼很小的时候,他对这个世界充满了好奇。他特别喜欢开始工作,从事化学实验,修理收音机等等。作为一个成年人,他经常做一些事情,如打开密码锁,敲击邦戈鼓和学习素描。当他在高中时,他显示了他在数学方面的天赋。当他在麻省理工学院读大学的时候,他在普特南数学竞赛中获得了第一名。然而,他更喜欢物理。他在大学主修物理,学习狄拉克的“量子力学原理”。

费曼在获得普林斯顿大学博士学位(1942年)之前,就开始参与“曼哈顿计划”来研发原子弹。1943年,他去了洛斯阿拉莫斯,成为原子弹计划理论部门的组长,主要负责数值计算。第二次世界大战结束后,费曼重返学术界。他在康奈尔大学呆了几年,1951年开始在加州理工学院工作,直到1988年去世。

费曼是一位理论物理学家,他有独特的方法。他发明了量子力学中的路径积分和费曼图,构建了量子电动力学的新理论(并因此与施温格和长崎分享了1965年诺贝尔物理学奖)。他还在超流性、弱相互作用、部分量子和量子引力方面做出了重要贡献。

费曼也是一位实践他所宣扬的教育工作者。他不仅教授了几十门研究生课程,还分析了巴西物理教育失败的原因。从1961年到1962年,他教授基础物理学,甚至留下了三卷费曼物理学讲座,告诉他眼中的整个世界:一切都是物理,物理就是一切。

费曼对科学发展的方向很有远见。1959年,他发表了一篇著名的演讲“下面还有很多事情要做”,指出了纳米技术的巨大潜力。现在这个领域真的“广阔而有希望”。1982年,他提出了量子计算机的概念,试图利用量子系统的特性突破经典计算的限制。近年来,这一领域吸引了很多关注,但"前途是光明的,道路是曲折的"。

费曼也是一名脚踏实地的科普工作者。他不仅给中学生做了科普报告,给曼哈顿计划的员工讲了核物理的基本知识,还批评了中小学教科书中的荒谬错误。当然,他最出名的是参与了“挑战者”号航天飞机事故调查。费曼用一杯冰水向公众展示了事故的直接原因:低温天气使橡胶圈失去弹性,从而失去密封效果。费曼的语气揭示了官僚*对科学研究和技术进步的阻碍。

后世的学生记得上一代的巨人,最羡慕他们在贡献时代的样子。就连爱因斯坦也会感叹,“幸运,牛顿!幸运的是,科学的童年!”杨振宁也渴望“爱因斯坦的机会和远见”。回顾费曼现在的生活,我们也应该感到他出生在正确的时间,度过了丰富多彩的生活。

费曼在课堂上

费曼出生于1918年,当时旧量子力学的精髓已经耗尽,新量子力学刚刚萌芽。

费曼一生中的70年是物理学蓬勃发展的时期,尤其是当他目睹了美国物理学的世纪:量子力学理论的基础是开端的象征,尽管美国在参与和学习方面发挥了重要作用。原子弹的成功研制显示了美国对全世界科学天才的吸引力,也显示了美国物理学乃至整个科学和工程的强大能力。半导体时代的到来表明,美国正在充分探索科学技术在促进现代大规模生产和国民经济中的作用。“阿波罗”载人登月,“个人迈出一小步,人类迈出一大步”;1986年,“挑战者”号航天飞机的爆炸似乎预示着大科学的萧条即将到来。

费曼去世后的30年是一个大科学衰退的时期。高能物理领域超级超导对撞机的拆除是一个标志。凝聚态物理、光物理和材料科学的蓬勃发展似乎反映了科学先驱时代的结束和精耕细作时期的开始。哈勃望远镜的发射,希格斯粒子的发现,甚至引力波的探测,更像是伟大科学时期的余辉。直到阿尔法戈诞生,我们才看到新的希望。

在大数据和人工智能时代,物理学的未来在哪里?如果费曼还活着,他会怎么做?每个喜欢物理和崇拜物理英雄的人都可能这样认为。我也不例外。

数千年的人类知识积累和数千年的经验教训对于一个u盘来说是不够的。经过几十年的刻苦学习和几十年的刻苦训练,一个人在几十年甚至几十个小时内都无法达到人工智能的“从零开始”。学习有什么用?我认为这不应该是费曼的担心,因为他从小就被他的父亲教导,知道事情不是记住一堆五花八门的名字(“两条腿的书柜有什么用”?),但要仔细观察事物的运行(例如,一只鸟在做什么)和发展趋势(例如,惯性)。庞大的知识库和强大的搜索能力只会帮助我们更好地了解世界,而不是学习的负担。

教学和科普更不是问题。著名的“费曼解决问题的技巧”说,他从一开始就对一个问题有了清晰的理解,“他弄不明白的不能算作我明白”(我不能创造的,我不明白。),先向不懂的人解释清楚,如果你不懂,重新考虑,然后继续说,直到你明白为止。这就是我们常说的“中学教,教中学”。这是教学和相互促进的真正结合。费曼没有像普通教师一样年复一年地重复同样的课程,而是每次都换了话题。在他那个时代,只有少数人能从他的教学实践中受益(费曼的物理学讲座可能是个例外)。然而,在互联网时代,更多的人和那些愿意学习的人可以更方便地获得优秀的教育资源,看到非凡的人才。要解决每一个已经解决的问题,也许会有更多的人能够像费曼一样朝这个方向努力,尽管我们不应该忘记黄坤先生的话:“一个人拥有的知识越多,越好,越深,但控制它的能力越强。”

然而,已经解决的问题是什么?费曼去世时,计算机刚刚达到象棋大师的水平。深蓝还没有和卡斯帕罗夫订婚,更不用说阿尔法-戈了。两年前,没有人相信电脑能在围棋中打败李世石。但是两年后,每个人都知道人工智能比围棋中最好的玩家强得多,但是没有人知道为什么。别废话,只要算了!(闭嘴,算了!据说这是费曼的量子力学观点。他对当前基于强大计算能力的问题解决方法持什么态度?尽管费曼是一个天才,但他仍然是一个人,他的人力有时会耗尽。不仅如此,更困难的问题,如湍流,人类大脑,甚至人类社会似乎在不久的将来被强大的计算能力所解决。费曼或每个有抱负的物理学家会怎么做?算了,别废话了?

费曼办公室的黑板

此外,在人工智能主导的未来社会中,有哪些重要问题?科学研究需要越来越多的资源,人类的认知能力面临着自然的限制。任何问题要么已经解决,要么太难,永远也解决不了。同时,在数据库和搜索引擎的帮助下,每个人都可以像“白”一样行事,再也看不出天才和南国的区别:你说你有天赋,理解问题,但我也能找到!你说我南国解决不了这个问题,但你不是那样看着吗?在费曼的一生中,他遇到了许多人,他们尽力证明费曼只不过是一个普通人,没有什么特别的,但他总是展示他的能力,用各种神奇的方法证明天才确实不同于普通人。如果费曼再次出现在这个世界上,面对无数标榜自己为天才的南国绅士,他一定会发现新的、真正重要的问题,并用自己独特的方法解决这些问题,不仅再次证明天才不同于南国,而且推动社会前进。

在纪念费曼100岁生日时,我们不仅要回顾这位伟大物理学家的辉煌成就,还要希望新一代能够继承他的科学精神。在未来,像费曼这样的人才肯定还是需要的,我们普通人不能被动地等待,“在天才出现之前”,我们仍然要努力工作,为新一代费曼的出现做准备。