第二部 误闯普林斯顿-4

当科学大师碰上菜鸟

在普林斯顿念研究院时,我曾经当过惠勒教授的研究助理。他给我一个题目,没想到太难了、做不下去。因此我回过头来,研究早在麻省理工念大学时便有的一个构想,那就是:电子不会作用于自己身上,而只会和别的电子相互作用。

问题是这样的:当电子晃动时、它会辐射出电磁波,这等于散发出能量,而损失能量即意谓有某个力作用在电子上。

更进一步考虑,晃动一个带电的电子所用的力,与晃动不带电的电子所用的力,一定不一样。因为假使在两种情形中所施的力完全一样,但已知在一种情况下粒子损失能量,另一种情况下则不会损失能量——这好像是对同一个问题出现了两种不同答案,根本是不可能的。

当时的标准理论,是电子对自己作用而产生力,称为“辐射反应力”(radiation reaction)。当我在麻省理工开始推敲这个想法时,我并没有注意到这个问题;我一直认为,电子只会对其他电子施加作用。等我到了普林斯顿之后,才听说有这些标准理论,也才明白,原来的构想碰到大麻烦了。

这时我的想法是:首先让这个电子晃动,然后根据我的想法,它对附近的电子作用,使它(们)晃动起来。这些被扰动的电子所产生的效应,才是辐射反应力的来源。于是我做了些计算,带着结果去见惠勒教授。

惠勒教授想也不想,马上说:“噢,这里不对,因为你等于说它和其他电子间距离的平方成反比,可是它不应跟这些变量有关。而且,它应该与其他电子的质量成反比,也跟其他电子的电荷成正比。”

使我难过的是,他怎么已经做过这些计算。后来我才明白,像惠勒那样的大师,你给他一个问题,他可以立刻“看”

出其中的重点。

他接着说:“而且这会受到延迟,因为辐射波返回较晚。

因此你描述的只不过是反射光。”

“哦!当然。”我颓丧地说。

“等一下,”他说,“让我们假定这反射光是一种超前波,换句话说,这是逆着时间的反应;那么它会在正常时间返回。我们已知道这个效应跟距离平方成反比,如果有很多电子充满整个空间,而且电子数目随距离平方成反比,也许所有的效应便可刚好互相抵消。”

我们发现这个想法确实可行。再次计算的结果非常完美,各方面都对应无误。在古典物理的范围内,这个理论很可能是正确的,尽管它跟麦克斯韦(James Clerk Maxwell)或洛伦兹(Hendrik Antoon Lorentz)提出的标准理论都有很大差异。但它没有电子自我作用理论中出现一些无限大的量造成的困扰;它十分巧妙,且包含了作用量、延迟效应、时间上的向前和向后等物理现象。我们称这套理论为“半超前——半延迟势位”。

惠勒和我觉得,下一步是把目标转向量子电动理论,因为我认为那里也出现了电子自我作用的困难。我们设想,如果我们能够克服这个古典物理中的困难,然后从中发展出一套量子理论,等于同时矫正了量子理论的缺失。

我们可以说已弄通了古典的理论部分。这时惠勒对我说:

“费曼,你年纪还轻,应该就这题目做一个研讨会报告,你需要多练习上台讲演。同时我会把量子理论部分弄出来,过一阵子再做报告。”那将会是我的第一次学术报告,惠勒跑去跟维格纳(Eugene Wigner)教授说好,把我排进研讨会的日程表中。

爱因斯坦也来了

轮到我做报告之前一两天,我在走廊上碰到维格纳。“费曼,”他说,“我觉得你跟惠勒合作的研究很有趣,因此我已请了罗素来参加你的研讨会。”罗素(Henry NorrisRussell),当代大名鼎鼎的天文学家,要来听我的报告!

维格纳继续说:“我想冯诺曼教授也会有兴趣。”冯诺曼(John von Neumann)是当时最伟大的数学家。“而刚巧鲍立教授从瑞士来访,因此我也请了鲍立来。”天哪!鲍立(Wolfgang Pauli),1945年诺贝尔物理奖得主,也是很有名的物理学家呢!这时我吓得脸都黄了。最后维格纳说:

“爱因斯坦教授很少参加我们每周一次的研讨会,可是你这个题目太有趣了,因此我特别去邀请他,他也会来。”

这时我的脸一定变成绿色了,因为维格纳还说:“不!

不!不用担心!不过我得先提醒你:如果罗素教授边听边打瞌睡——而他是一定会睡着的——那不表示你的报告不好,他在每个研讨会中都打瞌睡。另一方面,如果鲍立教授不停点头,好像表示赞同你说的一切,也不要得意,鲍立教授患了震颤麻痹症。”

我回去告诉惠勒。当初他要我做演讲练习,现在却有这些科学大师要来听我的报告,使我很不自在。

“没关系,”他说,“不用担心,我会替你回答所有的问题。”

我努力准备报告,到了那天,我跑进会场,却像许多没有做过学术报告的年轻人一般,犯了同样错误——在黑板上写了太多的方程式。要知道,年轻小伙子都不懂得在什么时候说:“当然,这跟那成反比,而这会如此这般地演变……”

因为事实上,在座的听众早已知道这些,他们都“看”明白了;可是只有他自己不晓得。他必须靠实际的推算才得出结论——因此他写下一大堆方程式。

会前,我就在黑板上上下下写满了一大堆,还在写着,爱因斯坦跑进来,和颜悦色他说:“哈罗,我来参加你的研讨会。请问你,茶放在哪里?”

我告诉了他,继续写我的方程式。

报告时间终于到了。我面前坐了这些科学大师,全在等我开口讲话!我生平第一次学术报告,却碰上这样的听众!

我的意思是说,他们会问很多难题,我将会大大地出丑了!

我还清楚记得,从牛皮纸袋抽出讲稿时,双手不住地发抖。

但奇迹出现了——事实上我很幸运,类似的奇迹在我一生中一再发生——只要我开始思考物理、必须全神贯注于要说明的问题上,我的脑袋中就再没有其他杂念,完全不会紧张。因此当我开始报告以后,我根本不知道听众是谁了;我只不过在说明这些物理概念。事情就那么简单!

报告结束,开始问问题的部分。坐在爱因斯坦旁边的鲍立首先站起来说:“我不认为这个理论正确,因为这个,这个和这个……”他转头去问爱因斯坦:“你同不同意,爱因斯坦教授?”

爱因斯坦说:“不——,”声音拉长,带着浓重德国口音,很悦耳的一声“不”,很有礼貌。“我只觉得,要替引力交互作用构思一套同样的理论,必定十分困难。”他指的是广义相对论,也是他心爱的“小孩”。他继续说:“由于目前我们还没有足够的实验证据,因此我并不很确定哪些才是正确的引力理论。”爱因斯坦了解,很多想法可能跟他的理论不一样,他很能容忍别人的想法。

我真希望我当时把鲍立说的话记下来,因为几年之后,我发现那套理论用来构筑量子理论上,确是不够。很有可能,伟大的鲍立早已注意到其中的问题,而且当时已对我说明;但由于我不用回答问题,心情太过放松,以致没有仔细听。

我倒是记得,跟鲍立一起走上帕尔玛图书馆的台阶时,鲍立问我:“等惠勒做演讲谈量子理论时,他会说些什么?”

我说:“我不知道,他没有告诉我。这部分是他在做。”

“哦?”他说,“这家伙自己闷着头在做,而没有告诉助理究竟他在做些什么?”他靠过来,用低沉、神秘的语调说:

“惠勒不会举办那个演讲的。”

果然,惠勒一直没有提出报告。原先他以为轻易便可解决跟量子理论有关的部分;他还以为已经做得差不多了,但事实上并没有。到了该他做报告时,他明白了他根本不知应该怎样着手,所以没什么可报告。我也始终没有解决那“半超前——半延迟势位”的量子理论。而老实说,我还为此花了许多年的功夫呢!