科学网-费曼的科学精神是“玩”出来的-李侠的博文

切换到桌面版

费曼的科学精神是“玩”出来的

精选

2025-7-8 02:11

阅读：2035

费曼的科学精神是“玩”出来的

李侠，尹辉

上海交通大学科学史与科学文化研究院，上海 200240

理查德·菲利普斯·费曼（Richard Phillips Feynman，1918-1988）是美国著名理论物理学家，也被视为20世纪最具影响力的科学家之一。他不仅在量子电动力学等领域做出奠基性贡献，提出了著名的费曼图和路径积分方法，还以其鲜明的个人风格、严谨而又自由的科研态度，成为科学精神的重要象征。费曼的一生体现了一位科学家探索未知世界的执著与热情。他不仅是诺贝尔奖的获得者，更是优秀的教师、科学精神的传播者。通过梳理费曼的生平贡献、科学实践、科学方法以及科学信念，有助于更好理解科学精神是如何产生的，以及这些独特精神特质是如何以多样化的方式溢出并产生影响的，这些独特的风格与精神特质对于我们今天的科学工作者理解与传播科学精神具有重要的启示意义。

一、费曼的奇妙人生与杰出贡献

1918年，费曼出生于美国纽约。年幼的费曼就对世界充满好奇，他似乎从不拘泥于学校、家庭的束缚。十一二岁时，他就在家里搭起自己的“实验室”，实际上，与其说是实验室，不如说是他的游戏乐园，他自己做马达，或者利用一些零件设计电子小玩意儿，他还有一座显微镜，经常用来观察各种生物。因此，和学校里那些按部就班的孩子相比，费曼总是能亲自尝试各种有趣的实验，遇到问题，他便自己尝试解决，这些看似离经叛道式的学习方式却让他获益匪浅，几乎可以肯定的是，在费曼眼里，所谓的学习不过就是一场游戏，他十分乐意享受独自探索的冒险与乐趣。小学毕业以后，费曼就开始自学微积分，那段时间，他迷恋上了《简明微积分》和《实用微积分》两本教材。费曼对学校老师安排的课程内容不满，很多知识都是靠自学获得的，并且他特别喜欢超前学习，以至于在中学阶段就开始接触狭义相对论。费曼在中学时的思维就极其活跃，他不仅不满足于课本上的知识，甚至还自己编写题目和定理。对于代数题，费曼通常不会用传统套公式的方法解出答案，有时他能一眼看出答案，有时他会自己发明新的方法得出答案，这些日常训练无疑都为他将来的研究打下了坚实的基础。

1935年末，费曼进入麻省理工学院（MIT）学习物理。费曼的天赋和努力令所有人惊艳，大学第四年，他便基本掌握了本科和研究生阶段所有物理知识，并在物理学界权威期刊《物理评论》（Physical Review）上发表了关于量子力学的学术论文。1939年，费曼获得学士学位。年轻的费曼对理论物理学表现出浓厚的兴趣，他毅然选择了在学术道路上继续前行。随后，费曼来到普林斯顿大学（Princeton University）攻读博士学位，在那里，他跟随年轻的助理教授约翰·阿奇博尔德·惠勒（John Archibald Wheeler，1911-2008）。惠勒与费曼称得上是一对绝佳的学术搭档，他们相互启发，从不互相嘲笑对方看似疯狂的想法。师徒二人大胆猜想，小心求证，解决了诸多量子力学与电磁学领域的问题。1942年，费曼获得理论物理学博士学位，他首次提出路径积分的方法，为他后来的研究工作奠定基础。

第二次世界大战期间，费曼参与了曼哈顿计划。他来到美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory），主要任务是负责制造原子弹。1945年7月16日，人类历史上首枚核弹在沙漠中被成功引爆，试验代号为“三位一体”（Trinity），而这项工作很大程度上归功于费曼。试验的成功，虽然给费曼带来了很高的荣誉，但也时常令他忧心忡忡。同年，他来到康奈尔大学（Cornell University）任教（1945-1950），1951年，他转入加州理工学院（California Institute of Technology），担任理论物理学教授，他在这里度过了职业生涯的大部分时间。期间，费曼因在量子电动力学（Quantum Electrodynamics, QED）方面的杰出工作以及对基本粒子物理学产生的深远影响，与朱利安·施温格（Julian Schwinger，1918-1994）、朝永振一郎（Tomonaga Sin-Itiro，1906-1979）共同获得1965年诺贝尔物理学奖。

晚年时期，费曼在理论物理学领域并未做出重大成果，但在1986年，他参与了美国“挑战者号（Challenger）”航天飞机事故的调查，这场调查也成为费曼晚年最为人津津乐道的一件大事。1986年1月28日，美国航天飞机“挑战者号”在发射升空仅73秒后爆炸解体，7名宇航员全部遇难，这是美国航天史上的重大灾难，引发全国震惊。费曼被邀请作为事故调查会成员，他敏锐地察觉到NASA和承包商在技术报告中的“模糊问题”，尤其在火箭助推器（SRB）上的密封的“O型环”可能在低温下实效。在一次电视转播的公开听证会上，费曼向公众直观演示问题：他当场把O型橡胶圈泡在冰水里，几十秒后取出，展示它在低温下已经变得硬而脆，失去了弹性。费曼的这场著名的冰水实验震撼了所有人，展现了他在科学探究和社会责任方面的影响力，也成为科学史上与公众科学沟通的经典时刻。1988年，费曼因罹患严重癌症逝世。

二、费曼的科学精神的表征：让科学实践说话

费曼在科学上的重要贡献是量子电动力学（QED）。QED作为研究电磁相互作用的量子场理论，被视为现代物理学的重要基石。二十世纪二十年代，英国物理学家保罗·狄拉克（Paul Dirac，1902-1984）建立了狄拉克方程，首次将量子力学与狭义相对论结合起来，成功描述了电子的自旋和相对论效应，为量子电动力学的建立奠定了重要基础。然而，随着实验的深入，早期量子场理论在解释现象方面的局限性逐渐显露，如1947年，美国物理学家威利斯·兰姆（Willis Lamb，1913-2008）通过实验发现氢原子中两个电子轨道之间能量的异常差异（Lamb Shift），无法通过狄拉克方程得到合理解释。即便这种差异相当微小，也足以表明既有理论的严重缺陷，亟待一种新理论的到来。借用托马斯·库恩（Thomas Kuhn，1922-1996）的范式理论，此时的量子电动力学进入了科学发展的“反常与危机”阶段。

二战后，一批物理学家试图重建量子电动力学的理论大厦，其中取得卓越贡献的便是费曼。费曼彻底抛弃了原有思路，而是依照他自己对该理论的独特理解，寻找一套新的方法和数学工具。他将基本事件视为粒子，引入了费曼图（Feynman diagram），把粒子之间复杂的相互作用画成几何图形，借助数形结合的方式研究散射振幅，极大地简化了计算。费曼图不仅直观揭示粒子过程，也成为后来粒子物理学的基本计算工具。费曼的这一贡献不能仅仅理解为一种科学创新，更应该看作一场革命式的颠覆，因为他不是在原有的理论上进行修正，而是在探求全新的方法理论体系，采用这套新体系，不但解决了前期量子电动力学的诸多问题，而且为推测未知带来可能。不可否认，费曼的工作使得量子电动力学直接进入了库恩所讲的“新常规科学”阶段，将量子电动力学的发展推向新的高度。因此，费曼被授予1965年诺贝尔物理学奖。

20世纪的前30年，相对论和量子力学迅猛发展，狄拉克、海森堡（Heisenberg）、薛定谔（Schrödinger）、玻尔（Bohr）等一批物理学家已经确立了基本的理论框架，这一时期也被视为物理学发展的黄金年代。从这个角度上说，费曼确实生的“太晚了”，他没能参与早期开创性的物理学巨变。但后来的事实证明，早期的框架存在诸多缺陷，三十年代后期，随着实验的推进，越来越多新的现象无法得到合理解释，旧理论的大厦岌岌可危，正在这时，费曼凭借一系列突破性创新重新修建起新的理论体系。费曼虽然错过了早期物理学的黄金时期，却参与了后期理论发展的重要变革时期，并以其卓越天赋成为科学史上一颗耀眼的明星。费曼在诺贝尔奖演讲的最后，谦逊地说：“那么，我年轻时爱上旧理论怎么办？好吧，我想说，她已经成为一位老太太，她几乎没有吸引力了，今天的年轻人看着她时，不会再心潮澎湃。但是，我们可以对任何老妇人说，她一直是一个非常好的母亲，她生下了一些非常好的孩子。而且，我感谢瑞典科学院赞扬了他们中的每一个。谢谢您。”

在费曼的许多传记中，如典型的《别闹了，费曼先生：科学顽童的故事》，给公众留下的是一位聪明滑稽的天才科学家形象，他似乎从不遵守纪律，更多是各种搞怪与奇思妙想，但正是这种性格让他在科学的旅途中从不循规蹈矩，他喜欢钻研有趣的现象，遇到问题刨根问底，总是努力独立解决问题，以至于他比同龄人懂得更多知识。各种笑闹轶事的背后，折射出天才物理学家对世界始终保持好奇的可贵品质，正是这种对世界的好奇，使得他在物理世界持续发挥着创造力。实际上，费曼的科学工作相当创新和扎实，他对学术始终保持严谨，他曾说：“我有一个原则，我写的任何东西，我都应该理解个透彻；与我知道的相比，落在纸面上的应该稍微少一点；无论我写的什么，会是对的。我不喜欢某个人写的论文；提出一个观点，三个月后，大家发现那是个傻玩意儿。”

除严肃的物理学研究之外，费曼在科普与科学教育领域也卓有成效。1963年，费曼出版了《费曼物理学讲义》（The Feynman Lectures on Physics），主要是他给本科生上物理课时的记录，至今已被翻译成数十种语言，并且多次再版。作为一份物理学讲义，内容涵盖了从古典物理到量子物理的重要概念，深入浅出，语言轻松又不失严谨，更重要的是，这套讲义处处体现费曼对物理学核心概念独特的理解和思考方式，不仅能让专业读者获得全新的理解，也让非专业读者得到启发。尽管已经过去六十余年，物理学理论也发生很大改变，但讲义中所展现的精彩论证至今仍旧价值非凡。此外，费曼还出版了《物理学定律的本性》（The Character of Physical Law）、《量子电动力学：光和物质的奇妙理论》（Q.E.D.: The Strange Theory of Light and Matter）等科普书籍，他的科普书重思维轻公式，用亲身经历吸引读者，鼓励他们自己探索，享受科学发现的乐趣。

除了出版书籍外，费曼还热衷于各类访谈和讲座。作为一名科学家，费曼对待学术极其严肃，对待公众又如此热情，他十分谦逊并且认为，在多数问题上，他和公众一样面临未知和不确定，但他十分乐意拿出自己的想法与大家一起交流，比如他讨论“科学的概念是什么”、“科学有什么价值”、“科学文化在现代社会中扮演什么角色”、“科学与宗教存在何种关系”等。除此之外，费曼对科学教育也充满兴趣，他曾作为美国加州州立课程委员会的成员，参与加州小学1至8年级的算术课程修订，为此，他还专门仔细阅读出版商提交的几乎所有书籍（大约有500磅），只为挑出适合学生阅读的优秀教材。费曼从事科普与科学教育工作，更多是一种理想与责任，他希望能够通过自己的努力培养未来的数学家、物理学家，让更多热爱学术的人创造属于他们自己的未来。

三、费曼的科学精神的支撑：科学方法

在传统观点看来，科学研究必须严格遵从一定的方法或程序，因为只有这样才能确保结果的准确无误。但费曼却认为，解决一个问题其实没有固定的方法，只要可行，我们就可以采取任何方法找到问题的答案。比如费曼小时候遇到“2x+7=15”这种代数题，他很快就能得出“x=4”，但他的堂兄反驳道：“对。可是你用的是算术的方法算出来的，现在必须用代数的方法。”在费曼看来，这个问题的目标就是算出x的具体值是什么，至于用何种方法，根本不重要，学校里教的“一套规则”，不用思考就能得出答案，但那样程序化的思维方式掩盖了问题的本质，让人无法理解自己的行为。这种观点与美国哲学家费耶阿本德（Paul Feyerabend，1924—1994）在1969年提出的：反对方法，怎么都行的无政府主义认识论有异曲同工之妙，科学界与哲学界在方法论上难得一见地达成共识。费曼认为，传统的教科书存在大量僵化的思想，以至于我们在解决问题时，只会沿着前人的模式一遍又一遍地重复，这样做的结果是，我们只掌握了十分有限的公式、定理，一旦需要解决的问题超出这些公式定理的范畴，结局将以失败告终。传统学术过于依赖“套板”，它总是希望把一切都放在一个有限的、严格的固定形式中，所有研究都要放在这个“套板”中进行，这样做的好处是，很多时候能够高效解决一些问题，有效避开弯路，但是，“套板”也意味着僵化，固定的模式与科研创新是完全背道而驰的，缺乏学术自由、思想自由的研究更多是一种形式，而非对真理的探求。

费曼认为，一位真正的数学家，要做的不是证明某个结论的正确性或者做出完整的逻辑论证，因为那样毫无创造力可言。数学家要发现有价值的问题，然后试图找到解决问题的方法，有时候可以采用现有方法找到答案，但更多时候没有，这时就需要自己发明出新的方法，然后用新的方法解决问题。这个过程必然需要灵活的思维和敏锐的洞察力，尽管这样做难度很大，却颇具价值。只有当越来越多的研究者从事开创性研究，才会不断扩展研究空间，从而取得更多开创性成果，这也是从事科学研究应有的思维态度。

费曼经常提到“发现的乐趣”。费曼的成功多少有些颠覆和疯狂，他曾说：“在寻找新的规律时，你总是有一种心理兴奋的感觉，可能没有人想到你现在看到的疯狂可能性。”他不喜欢随便接受某个现成的知识，而是一定要通过自己的实践和思考，亲自发现、认识理解以后才能接受，因此，费曼才能对理论物理学的知识掌握得如此透彻，也能讲得深入浅出。所谓学术，不过是经过观察、实验、逻辑推理等方式，发现某一新问题、现象或结论，这是一种从无到有的过程，是探索未知的过程，这个过程令费曼如此着迷，甚至疯狂。费曼总是把问题的答案作为目标，为了找到答案，他会想尽各种可能的办法，试图把一个问题彻底弄明白。他曾说：“我越是问为什么，事情越是有趣。那是我的看法，事情越复杂，它越叫人感兴趣。”费曼喜欢向难题发起挑战，问题越是困难，越能激起他思考的动力，一旦发现问题的答案，也将获得巨大的快乐。因此，在费曼眼里，难题不是阻碍他前进的绊脚石，而是让他得到快乐的重要途径，所以他才能不断发现新知识，开辟新领域。

此外，费曼还对科学语言进行论述。一般来说，科学语言要求清晰、精确、统一。费曼认为，其实科学语言也不过是一种约定俗成，实际上，绝对精确的东西是完全不存在的，科学语言的目的是要把信息清楚地传达给对方，因此，科学语言的精确只需要放在那些有疑问的地方。尤其对于初学者而言，很多书籍并不是直接告诉他们科学事实，而是先进行大量定义，制造大量生僻词汇，这些对初学者不仅不必要，而且很容易让他们丧失兴趣，比如在几何学中，有些书籍先对封闭曲线、开放曲线、封闭区域和开放区域进行精确定义，但其实涉及的几何学知识不过是平面上画一条线，把平面画成两个部分；再如集合论中表示集合关系的符号繁多复杂，但这些符号几乎从来没有出现在任何理论物理、工程、商业算数、计算机或其他需要用到数学的领域，费曼批判这种无趣的语言，认为这不是一种表达自我的有用方式，它声称是精确的，但也仅仅为了精确。

费曼能在科学上取得成功，还与他高效的学习方法密不可分。在费曼的著作中，他经常提到：掌握一门知识的方式就是试图把这门知识讲给不懂的人听，而且要尽可能用通俗简单的方式进行解释，越清晰越好，如果不能用简单明了的话向他人解释清楚一个概念，那么就没有真正掌握它。后来人们将这种学习方式简称为“费曼学习法”，实际上，从费曼的学习经历足以发现，他对物理知识掌握如此透彻依赖的便是这种方法。

四、费曼的科学精神的硬核：科学信念之锚

费曼以科学为志业。科学给费曼带来乐趣、荣誉和金钱，他坚信科学是他一辈子要做的事，这不仅关乎他自己的选择，也是一种对人类的责任。费曼曾说：“如果你能找个事儿，年轻时喜欢干，又足够重要，在你的整个成年阶段都保得住你的兴趣，那就太妙了。因为，无论那是个啥事儿，如果你做得足够好（如果你真喜欢，你会做得足够好），人家无论如何也会给你钱，让你去做你想做的事儿。”（《费曼语录》，[美]米歇尔·费曼编，王祖哲译，2020）费曼是一个很简单，也很洒脱的人，他热爱物理，就把物理当作自己的事业，并且愿意一生为之付出，他坚信科学是值得托付的，因为只要他做得好，科学就必然给予他应有的回报，科学是他的信仰。

科学究竟是什么？费曼认为，科学的原则（或者简单地说科学的定义）是，实验是一切知识的检验者，实验是判断科学“真理”的唯一标准。尽管在科学知识社会学（SSK）看来，科学实验（事实）本身也是一种社会建构，但从科学史的角度来看，科学之所以卓越，是因为它能不断被实验验证，而且科学存在自我纠偏机制，很多科学理论都能经受住时间的考验，并为人类造福，因此，目前我们仍可通过观察实验等方式认识世界。不可否认，费曼将“科学”与“实验”等同的观点属实较为极端，但也应该意识到，他如此表述的目的在于强调实验对科学的重要性。费曼认为，科学家首先要有大胆提出假设的勇气，然后通过实验检验事实等方式加以证实，我们认识到的事实即作为证据，不容置疑。

科学如何进步？在费曼看来，科学的进步源于科学家的无知。费曼承认科学家是无知的，但无知也是有好处的。费曼说：“作为科学家，我们知道伟大的进展都源于承认无知，源于思想的自由。”正是无知，让科学家们奋力探索未知，不断解决各种难题。在费曼眼中，无知有一种魔力，它能指引科学家从不确定走向确定，对于确定的事情又保持质疑。无知意味着人类尚有探索的空间，正如费曼所说：“我认为，我们所做的就是探索——我们在尝试尽力发掘这个世界的更多奥秘……我对科学的兴趣很简单，就是去更多地发现和理解这个世界。我发现得越多，发现这件事就变得越美妙。”从科学史的角度来看，人类对事物的认知总是处在变化之中，似乎永远没有永恒的真理，那么，科学家对世界保持无知和质疑本身将成为推动科学发展的动力。费曼的观点与卡尔·波普尔（Karl Popper）的证伪主义有异曲同工之妙，他们都认为真正的科学理论应该冒着被证伪的风险，科学没有“最终的真理”，只有“尚未被推翻的解释”。对于科学家而言，要做的并不是捍卫自己的理论，而是保持警惕和批判，同时怀有一颗自由探索的心，为科学进步努力前进。

科学有什么价值呢？费曼给出三个答案。其一，科学知识使人们能够制造更多产品、做许多事业。科学具有正向价值是肯定的，但费曼也深刻意识到科学的另一面，他曾提到佛经中的一句箴语：“每个人都有天堂之门的钥匙；同样是这把钥匙，也开启地狱。”关于科学两面性的观点早已屡见不鲜，但费曼本人明显更偏向科学的正面价值，他认为：首先，没有科学这把钥匙，我们将永远无法叩开“天堂之门”；其次，没有钥匙，即便我们能够明辨天堂与地狱，仍然束手无策。其二，科学提供智慧与思辨的享受。自古希腊的自然哲学开始，人类就不断对世界万物展开追问，追求智慧和真理是人的本能，这一过程不但是人类生存发展的需要，更是一种享受和思维的乐趣，科学是人类共同的思想资源和精神财富。其三，科学改变了人们对世界的概念。哲学、艺术、宗教等等都是我们认识世界的方式，但科学建立在理性实证主义精神之上，尽管科学无法解释全部，但它能更好地指导我们探索自然，给我们提供更广阔的思维空间，帮助我们预测未来。从费曼的论述来看，他对科学的评价整体而言是好的，人类需要科学去解决更多问题，科学具有无限力量。

五、小结

通过系统回顾费曼的生平贡献、科学实践、科学方法以及科学信念，可以发现科学精神是多维的，其内容也是生动与丰富多彩的，绝非冷冰冰的单一模式与视角。在科学时代，科学精神也构成了当代人的形而上学的世界观，诚如哲学家大卫·诺格尔所言：“形而上学绝非纯粹思想的产物，毋宁说它来自生命的困惑，来自形而上学家的性格和立场。狄尔泰认为，伟大的形而上学家已经把他们特殊的生命形式印在其思想体系上，这些体系宣称，它们具有普遍有效性。”笔者认为，费曼一生都称得上是一位“科学玩家”，他对自然充满好奇，对未知充满激情，对探索充满乐趣，他从不限制自己的思维，而是勇于尝试新的方法解决问题，他将这种思维运用于理论物理，发明了路径积分和费曼图，就是最好的例证。科学对于费曼，既是志业，也是责任。他热爱科学，并将其作为一生的追求，不断在探索真理中发现乐趣，在一次次追问中探求事物本质，同时他也将自己的方法和思想传递给公众，让科学惠及所有人，将他的科学理想传递给下一代。

费曼的一生都在探索，“未知”让他感到兴奋，尽管在追寻真理的道路上，难免会遭遇重重困难和挑战，但也正是这些坎坷与未知，使得科研旅途充满魅力与乐趣，甚至还会有些兴奋，而且一旦他攻克了某个难题，就仿佛在团团迷雾中发现世外桃源，那份突如其来的惊喜和快乐，大抵永远只属于曾经执著探索、顽强坚持的人们。而科学家们创造的奇迹在改变世界的同时，也极大地激活了整个社会的热情与好奇心，这种溢出效应恰恰是科学精神的最好的出场方式。从这个意义上说，科学精神的溢出是需要有丰富科学储备的，没有一大堆杰出科学家与科学奇迹的大量涌现，传播科学精神无异于临渊慕鱼，其结果只能是雷声大雨点小。也许更需要提一句的是，依靠外援的科学家和科学奇迹虽然也能激活部分群体对于科学精神的追求，但效果肯定不如来自内部科学家和科学奇迹带来的吸引力大，毕竟任何理念在传播过程中都是存在信息内容衰减规律的。

参考资料：

[1] 理查德·费曼. 别闹了，费曼先生：科学顽童的故事[M]. 吴程远, 译. 北京：生活·读书·新知三联书店，1997.

[2] 理查德·费曼. 发现的乐趣[M]. 张郁乎, 译. 长沙：湖南科学技术出版社，2005.

[3] 米歇尔·费曼. 费曼语录[M]. 王祖哲, 译. 长沙：湖南科学技术出版社，2020.

[4] 理查德·费曼. 费曼讲物理：入门[M]. 秦克城，译. 长沙：湖南科学技术出版社，2015.

[5] 约翰·格里宾，玛丽·格里宾. 迷人的科学风采：费曼传[M]. 江向东，译. 上海：上海科技教育出版社，2005.

[6] 劳伦斯·克劳斯. 理查德·费曼传[M]. 张彧彧，陈亚坤，孔垂鹏，译. 北京：中信出版社，2019.

[7] 费恩曼，莱顿，桑兹. 费恩曼物理学讲义[M]. 郑永令，华宏鸣，吴子仪等译. 上海：上海科学技术出版社. 2013.

[8] Feynman R P. New textbooks for the" new" mathematics[J]. Engineering and science, 1965, 28(6): 9-15.

[9]大卫·诺格尔.世界观的历史【M】.胡自信译。上海：上海三联书店.2024.100.

【博主跋】这篇小文章是我和尹辉新写的，现发在2025-7-7日的《三思派》微信公众号上，与李辉博士、张编辑合作愉快，是为记！

说明：文中图片来自网络，没有任何商业目的，仅供欣赏，特此致谢！