理查德·費曼在物理學上的四大成就

在現(xiàn)在日常教學中，理查德·費曼在今天有四項顯著的成就。

第一項是費曼路徑積分。

費曼路徑積分表明量子力學是基于傳統(tǒng)的拉格朗日法卻能用點和線來衡量不同的路徑。經(jīng)典力學中的最短路徑原理來源于數(shù)學近似也就是人們所知道的穩(wěn)定相近似法。費曼路徑積分有很多的含義，其中最大的意義是你可以用洛倫茲不變式的其中一種來構想量子力學理論而不是用洛倫茲不變性幾乎不出現(xiàn)的正則交換方法。

費曼的第二項成就為費曼圖。

在費曼之前，因為技術上太過困難，幾乎沒有人能夠做出相對論量子力學計算。費曼給出了一個近似計算方法讓普通的物理學者（讀者：一位不叫朱利安·施溫格的人)能夠做計算。盡管這個方法整體上有缺陷即這個構想在接下來的量子物理學理論方面可能有些過于復雜但我們現(xiàn)在仍在用它來做此類計算。

第三項成就獲得了諾貝爾獎，它表明了量子動力學與電磁相互作用的相對論理論是相同的，而且在它的預想與實驗觀測相符。它的首要挑戰(zhàn)是在量子計算中出現(xiàn)的分歧。整個重正化過程是一個偉大的成績，即使要花去另外一個30年去正確理解它，因為在過渡期這些理論可能會被拋棄，很可能會將物理學的進程延緩30到50年。費曼與幾乎同一時期做出了同一成就的朱利安·施溫格和朝永振一郎分享了諾貝爾獎，以及弗里曼·戴森也為這項成果做出了很大貢獻。

最后一項成就是如今廣泛應用于強子的費曼部分子模型。質子是一種復雜的實體物質，大部分人都知道它有三種夸克組成。

然而，過分的簡化會戲劇性的出現(xiàn)質量錯誤。費曼創(chuàng)造了一種可以讓我們預測質子亞核相互作用的質子模型，亞核是質子中一大部分近獨立粒子的集合。實際上質子組成的分布遠比三個夸克這種模型更加復雜。這種思考質子的方法可以幫助我們理解強相互作用里的蓋爾曼矩陣和量子色動力學圖。雖然這種模型只有在高級研究生的量子場理論課程中才會講授，但它對我們理解大自然非常重要。

理查德·費曼的研究有多重要？

費曼量子場理論研究雖然很重要但也有不足。就如費曼所承認的，它基于沒有意義的粒子模型而且會引導人們忽視朱利安·施溫格猜想中場中更多的組成。下面是我在書中對它的描述。

“場vs粒子（回合3）”在物理學歷史上的第三次轉折中，在粒子和場之間曾經(jīng)有一個重大的爭論，然后在這次里以粒子獲勝場失敗告終。1905年，愛因斯坦的光的粒子性（之后放棄）取代了普朗克的場量子圖（第3章）。1933年，在薛定諤的場圖基礎上，狄拉克粒子理論成功了。然后在1948年，在薛定諤場的基礎上，費曼基于粒子關于重正化的研究成功了，很大一部分是因為證明了它的圖表用起來比薛定諤方程更容易。盡管費曼最終改變了他的想法（見于下面的“費曼轉換”），后兩代物理學家仍使用費曼圖表并且相信大自然由粒子組成。

“沒有人可以在費曼理論中挑錯然后找出一種容易使用的方法，沒有人可以在粒子方面挑剔他的理論，比如狄拉克，或者曾經(jīng)的愛因斯坦。然而，就像蛋殼游戲，一個優(yōu)秀的不矛盾的理論可以解釋如此多的事情，我是不會挑剔他在量子場論中的缺失。在美國物理協(xié)會之前我甚至聽到他在一場講座里嘲笑施溫格的數(shù)學方法的參考書。比如進行質量運算，就如施溫格說在他為費曼寫的頌詞里，費曼創(chuàng)造了一種沒有任何理論基礎并忽視了已有充分依據(jù)的理論公認荒謬的理論，他創(chuàng)造了一種與自然并不矛盾的畫面。

“費曼轉換！”根據(jù)弗蘭克·威爾切克的看法,費曼最終失去了在唯粒子觀點中的信心：

“費曼告訴我他意識到自己關于光子和電子的理論在數(shù)學上與平時的理論是相同的，這打碎了他最深的希望。在他算出量子電動力學的數(shù)學版本的同時他便放棄了，之后出于方便他用余生獨自提出了場理論。他告訴我他在真空項目上失去了信心。”

“很不幸，費曼轉換并不廣為人知。今天的大部分物理學者日常仍使用傳播存在困惑和矛盾費曼圖表并使它得以保存下來。”

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. quora- forbes-蘇葉

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