《獨一無二的費曼》寄不到的情書

愛倫‧萊特曼（Alan Lightman）／作童元方／譯

二０年代的量子理論為孤立的粒子提供了最好的說明，
可是卻無法正確地描述出粒子的相互作用。
實驗不斷地顯示出粒子行為的微小差異。
舉例來說，在奇異的量子世界裡，次原子粒子經常忽然出現，然後又忽然消失。
每一個粒子，比如電子，以一團幽靈似的粒子雲環繞它自己而行，叫做「虛擬粒子」，
來無蹤而又去無影。
電子與環繞他們的幽靈粒子相互作用，而那些相互作用改變了電子的屬性，
比方說質量，還有電力。在現實中，物理學家發現，根本就沒有孤立的電子。
量子幽靈，無所不在，處處都在。他們的影子，實驗中都曾看到過。
三０年代末、四０年代初的物理學家想要修正薛丁格、海森伯與狄拉克的量子理論
到可以正確描述粒子相互作用的程度，他們卻撞上了技術性的難題——幽靈。
幽靈一旦在數學上蹦出來，方程式就不可能解了。

費曼的量子電動力學的大勝利之一，即是他提供了對付幽靈的辦法。
粗略說來，這辦法視幽靈為電子的一部分。
電子實驗不能穿透圍繞著他們的幽靈粒子的層雲；
我們永遠觀察不到層雲中心的「純」電子。我們觀察到的是電子「與」雲。
等我們把稱為「電子」之物重新下定義，
將它周圍的虛擬粒子也包括在內時，技術性的難題就消失了。

除了費曼以外，其他的科學家對電子以及電子的次原子表親的重新定義也貢獻良多。
然而，費曼自己的量子電動力學有兩個更進一步地、獨一無二的特點。

第一個特點是：費曼所用數學的方法，比其他的方法容易得多，
尤其是跟施溫格的方法相比。這是重實際的費曼所達致的最高境界。

第二個特點是：費曼的量子電動力學提供了一幅新的世界圖。

其他人對量子物理的說明是：即使在機率已取代了定性之後，
粒子以一小點一小點的增數從A行到B，而推動粒子的力，
或說推動粒子的機率的力則從一增數行到另一增數。
可是費曼對量子電動力學的說明則是全面的，而非遞增的。
從A到B之間，所有可能的路線，他都考慮到了，每一條「全程」路線，
他都注上號碼，然後把所有路線的數字都加起來，就得出從A到B的機率了。

其他物理學家的說明，好有一比：
即觀察從紐約到洛杉磯之間，一輛汽車如何沿著公路，每隔幾呎遠就加速，然後再減速；
而費曼的說明只看整個行程上所消耗的汽油。
進一步而言，根據費曼的描述，那車從紐約到洛杉磯的所有路線上同時出發，
甚至包括一些莫名其妙但卻可能到達目的地的路線，
比如從紐約到芝加哥，到邁阿密，再到洛杉磯。
這樣的描述引人進入一幅奇怪的世界圖畫中。
在此圖畫裡，所有可能發生的，實際上都「在」發生，而且是同時。
我們人，是一種大體說來不很敏感卻喜歡宏觀之物，
我們視為單一現實的，其實是一幅有許多織在一起、同時存在的現實的掛毯。
費曼，這位把哲學思考當作浪費時間的人，
居然會得出這些在哲學意義上如此光采豐盈的觀念來，可謂一大諷刺。
不過，自古羅馬哲學家盧克萊修（Lucretius）的原子說以來，
所有有關自然的深刻理論，都內蘊著廣泛的哲學涵義。

葛雷易克聰慧之筆

葛雷易克的上一部書《渾沌》（Chaos），
描述了非線性物理現象的新科學以及與此新科學有關的人物。
而這一部書《天才費曼——科學與生活的探險家》（Genius: The Life
and Science of Richard Feyn-man）則表現了葛雷易克澄明靈透的智慧、
精確徹底的判斷，強烈的敘述風格與卓越的文筆。
他的許多暗喻和類比都令人難忘。
例如，葛雷易克在說明費曼的最少時間軌道的觀念時，
是以一個救生員要游向淹水的泳者來做比喻的。
救生員的救援使命始於沙灘，他在陸上的行動比在水裡要快。
所以，接近泳者最快的途徑並不一定是沿著直線，這條途徑也許包括陸地上的一小段，
但水裡卻是一大段。

又如：葛雷易克寫出費曼有一天夜晚躺在床上，眼中如何看見超流體的事來。
他的描述又優美又生動。這是受費曼在《物理評論》（Physical Review）
裡一篇論文的影響，總之，葛雷易克最才華洋溢的，
就是以其誠實的態度與敏銳的觀察，告訴我們費曼到底是怎樣的一個人。

《天才費曼》一書的短處，以我看是在葛雷易克對科學觀念的表達上有所不足。
有許多未經翻譯的術語，像「矩陣」（matrices）、
「動量變數」（momentum variables）、「虛數」（imaginary numbers）這一類。

也許更重要的是：有些科學觀念解釋得不夠清楚—
—比如量子物理、時空圖表、數字法與分析法的差異等。
說得準確一點，有很多地方他表達得很有技巧，但是也有不少科學解釋不免望文生義，
而至信口開河。我們讀到了專講科學的那一部分，讀者是費神吃力地隔著重紗來觀物。

許多非科學家對科學的心態，是既感神奇又覺困惑的。
科學心態與音樂家或畫家的心態有什麼不同？科學家的發現又是如何產生的？
科學家說一個理論或一個方程式在美學上很動人時，他們究竟是什麼意思？
我的看法是：很少有書解釋這種心態比得上以下這兩本書的。

這兩本書，
一是費曼自己的《物理之美》（The Character of Physical Law），
一是數學家哈代（G，H， Hardy）的《一個數學家的自白》
（A Mathematician's Apolo-gy）。

可是當然，科學心態只是科學家的一部分，並不包括他們的個性，
也不包括他們的生活以及他們生活的世界。
近年出的一些科學家傳記力圖將科學家的心態與人生一爐而冶之；
那麼科學家傳記作者，也許比任何人都更加要面對這一令人望而生畏的挑戰，
這挑戰不僅是要求傳記作者有學者兼作家的涵養，
而且要求他們掌握科學上屬於技術的那一面。

在一部科學傳記當中，一個大科學家實際的研究工作，我們必須要了解多少呢？
對此，有部分的答案是：端視一個人的品味而已。
如果我們不能夠多多少少欣賞他所研究的東西，
是不可能了解費曼那樣的天才的：他一天十六個小時都在想物理的事。
當然這永遠是不夠的。
比較起來，近年出版的另外兩部科學家傳記，
一為派斯（Abraham Pais）所寫愛因斯坦傳《奇哉上蒼》（Subtle is the Lord）；
一為摩爾（Walter Moore）所著的《薛丁格傳》（Schrudinger）。
兩本書都在技術的說明上正確詳明，各盡其妙。
可是，一般的讀者卻欲扣無門，欲探無徑。
這兩本書在科學家的生活紀事上缺乏葛雷易克所寫費曼傳記裡的那種華采與力量。
所以葛雷易克的這部可以說巨著，是一本不朽的科學傳記。即使此書有些缺失，
也只會更令人體認科學家傳記撰寫之艱難，更令人欣賞葛雷易克所達到的成就。

費曼說：我討厭死兩次

一九八八年二月，在一連串由癌所帶來的、令人毛骨悚然的疾病和併發症以後，
費曼最後一次住進了洛杉磯加州大學的醫學中心。時年六十九歲。
洛城的另一頭，黑板的一角，粉筆寫著：「凡是我創造不出來的，我都不明白。」
他躺在醫院的病床上，生命力如落潮一樣地逐漸消失時，
費曼悄悄吐出最後的幾個字來：「我討厭死兩次。太沒有意思了。」