費(fèi)曼和惠勒改變了時間、現(xiàn)實(shí)和量子宇宙？
QCD的可視化說明了粒子/反粒子對在量子真空中是如何在很小的時間內(nèi)跳出來的，這是海森堡不確定性的結(jié)果。我們對量子宇宙的理解隨著時間的推移而不斷演變，費(fèi)曼和惠勒是兩個從未有過的人。圖片：Derek B. Leinweber
【博科園-科學(xué)科普】在第二次世界大戰(zhàn)之前的幾年里，物理學(xué)處于一個奇怪的革命后的狀態(tài)。量子力學(xué)和愛因斯坦的廣義相對論把我們經(jīng)典的，確定性的宇宙顛覆了。取而代之的是不確定的狀態(tài)，波函數(shù)代替粒子，以及一種可能彎曲變形的時空結(jié)構(gòu)，甚至可以在它上面有洞——蟲洞；然而還有許多未得到合理答案的開放式問題。上世紀(jì)30年代末，研究生理查德·費(fèi)曼(Richard Feynman)和他的年輕顧問約翰·惠勒(John Wheeler)在普林斯頓大學(xué)(Princeton)的一次會議上，將開始一段工作關(guān)系，這將帶來現(xiàn)代物理學(xué)中一些最偉大的想法，以及一段可以持續(xù)一生的友誼。在他的新書《量子迷宮》中，保羅·哈伯恩以一種前所未有的精彩方式講述了這些人的故事。
一個表示電子-電子散射的費(fèi)曼圖，它要求對粒子間相互作用的所有可能的歷史進(jìn)行求和。正電子是一個電子在時間上向后移動的觀點(diǎn)是由費(fèi)曼和惠勒之間的合作產(chǎn)生的。圖片版權(quán)：德米特里·費(fèi)奧多羅夫
在他們各自的職業(yè)生涯中，費(fèi)曼和惠勒帶來了現(xiàn)代物理學(xué)所見過的一些最令人難以置信的想法。費(fèi)曼對量子場論發(fā)展的貢獻(xiàn)，包括他在量子電動力學(xué)（QED）方面的發(fā)展和他的直觀費(fèi)曼圖，對教學(xué)的貢獻(xiàn)，曼哈頓計(jì)劃，引力波物理，挑戰(zhàn)者災(zāi)難等等
理論計(jì)算預(yù)測了所有黑洞的事件視界，根據(jù)廣義相對論模糊了中心區(qū)域?；堇詹粌H研究了這些超致密的物體，他還創(chuàng)造了“黑洞”這個詞，從非宇宙學(xué)的角度對廣義相對論產(chǎn)生了興趣。圖片版權(quán)：Ute Kraus, Physics education group Kraus, Universit?t Hildesheim; Axel Mellinger (background)
惠勒雖然在普通大眾中較少聞名，但卻為黑洞，平行宇宙，量子引力，蟲洞和信息論等廣義相對論做出了貢獻(xiàn)。雖然Halpern有一種天賦可以打破這些復(fù)雜的概念，使他們能夠接觸到非專業(yè)人士，也許這本書最壯觀和獨(dú)特的部分是他能夠進(jìn)入他們的思想。費(fèi)曼想法保守，在他的計(jì)算中小心謹(jǐn)慎，對任何過于遙遠(yuǎn)的概念持懷疑態(tài)度。相反，惠勒充滿了瘋狂的想法，從宇宙中只有一個電子可以將反物質(zhì)看作是正常物質(zhì)，在時間上倒退到?jīng)]有粒子，只有信息。
理查德·費(fèi)曼（Richard Feynman）和他的家人在加利福尼亞州阿爾塔迪納（Altadena）的定制油漆貨車。雖然惠勒從來不會這樣公開表達(dá)自己的意見，但是當(dāng)他提到意見時，他卻是一個狂野的人。圖片版權(quán)：Symmetry Magazine
然而，這兩者的核心是實(shí)際上是為了彼此合作而量身定做的?；堇盏寞偪竦南敕偸前浅ｅe誤和不可行的組成部分，但往往包含了一個深刻的真理的核心，這將鋪平通往無法實(shí)現(xiàn)的理解的道路?！奥窂椒e分”的思想是量子場論中用來計(jì)算物理可觀測的基本工具，它是由惠勒堅(jiān)持歷史總結(jié)而來的，但費(fèi)曼是正確計(jì)算出細(xì)節(jié)的，并將它們適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于我們的物理宇宙。
在量子電動力學(xué)中的一些術(shù)語，零點(diǎn)能量這個理論的發(fā)展由于費(fèi)曼，施溫格，和Tomonaga所發(fā)展。圖片：R. L. Jaffe, from https://arxiv.org/pdf/hep-th/0503158.pdf
費(fèi)曼將瘋狂的想法與物理宇宙聯(lián)系起來，與可測量的距離相距甚遠(yuǎn)，是對惠勒想象力的完美補(bǔ)充。他們一起分別研究了引力，現(xiàn)實(shí)的量子性，乃至空間和時間本身。和其他物理學(xué)家一樣，他們不僅把這些想法付諸實(shí)踐。
他們的個人生活也是前所未有的，甚至在費(fèi)曼自己的自著作中都沒有。表面上，費(fèi)曼和惠勒不可能有更多的不同。費(fèi)曼是無禮的，外向的，隨意的，大聲的，似乎愿意嘗試任何東西，只是為了知道經(jīng)驗(yàn)是什么樣的?；堇談t恰恰相反：口齒伶俐，扣人心弦，從來沒有夾克衫和領(lǐng)帶，從來不會從外表猜測哪一個人擁有關(guān)于宇宙的最瘋狂的想象，哪一個與可測量的和可計(jì)算的現(xiàn)實(shí)世界的觀察者密不可分。
平行宇宙的概念，適用于薛定諤貓思想實(shí)驗(yàn)。休·埃弗雷特(Hugh Everett)是惠勒(Wheeler)的學(xué)生，他發(fā)明了《量子力學(xué)》(the many- worlds)，這是由惠勒本人推動的。圖片版權(quán)：Christian Schirm
然而他們對教學(xué)、探索、可能性和迎接新挑戰(zhàn)的共同熱愛，在這兩個人的生活中都得到了充分的體現(xiàn)。整個故事中無數(shù)的巨頭在物理學(xué)領(lǐng)域的出現(xiàn)，從休·埃弗雷特(許多世界的解釋)Kip Thorne(黑洞和LIGO)到肯福特(暗物質(zhì)在星系的共同發(fā)現(xiàn)者)奧本海默德威特、施溫格、戴森、狄拉克、泡利、波爾(惠勒的導(dǎo)師)、愛因斯坦等等。一些資深政治家，有些是同時代的人，有些是年輕而熱切的學(xué)生。當(dāng)你到達(dá)終點(diǎn)的時候可能會震驚地意識到有多少著名的物理學(xué)家在不同的領(lǐng)域是由惠勒親自指導(dǎo)的(大家都知道，惠勒是46個不同博士的顧問！)
通過將事件視界外的距離坐標(biāo)R與事件視界內(nèi)的逆坐標(biāo)r = 1 / R進(jìn)行映射，可以找到一個唯一的1對1的空間映射。然而，通過一個蟲洞在空間或時間上連接兩個不同的位置仍然只是一個理論的想法，Wheeler對此進(jìn)行了深入的探討。圖片：Wikimedia Commons user Kes47
在這本書中，有一些故事可以深入了解費(fèi)曼和惠勒的世界觀。在第二次世界大戰(zhàn)中，費(fèi)曼失去了他的第一任妻子阿萊恩(Arline)，惠勒失去了他的哥哥喬(Joe)。他們在余生中都在為自己的損失而掙扎，在此后的幾十年里，這影響了他們的工作和個人生活。在物理學(xué)的世界里，兩人都相當(dāng)于搖滾明星，在他們的個人生活中都面臨著相同的人性斗爭。、費(fèi)曼相對年輕；惠勒幾乎活到100歲。但他們在物理和解決問題上一直都很活躍，直到他們生命的盡頭。事實(shí)上，費(fèi)曼評論說：雖然惠勒現(xiàn)在看起來是一個瘋狂的老人，但你必須意識到他一直都是瘋的。
Halpern的寫作風(fēng)格非常平易近人。這本書里充滿了無數(shù)的軼事，講述的是他們生活中的一些事件，以及那些他們所接觸的人，并描繪出他們每個人。Halpern永遠(yuǎn)不會對其中任何一個人的行為做出判斷，而是盡可能慷慨地把他們描述出來。
保羅·哈爾彭(Paul Halpern)的《量子迷宮》(The Quantum迷宮)探索了惠勒(Wheeler)和費(fèi)曼(Feynman)從未有過的生活和物理貢獻(xiàn)。圖片：Basic Books
如果你是物理學(xué)、科學(xué)歷史、量子物理學(xué)、天體物理學(xué)的發(fā)展愛好者，相信也會對費(fèi)曼和惠勒研究感興趣。
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