宇宙的精灵 #18.5

五

1948年3月，在宾夕法尼亚科诺山脉的科波诺庄园酒店再次召开物理会议，同样是由奥本组织的有28名物理学家参加的高级会议。如果说谢尔特岛会议的“男一号”是兰姆的话，这次科波诺会议的“男一号”，也该轮到兰姆位移的解决者——费曼了吧？可惜呀，这个风头让费曼的一个同龄人抢去了。

我不知道该说费曼与施温格尔(Julian Schwinger)有缘还是无缘——他俩同时同地生（1918年出生于纽约城），中学毕业同样报考了哥伦比亚大学，只因费曼被拒而无缘成为同学，不过最终他俩还是以同样的原因一起走上了诺奖的领奖台。施温格尔同样有着令人称羡的神童传奇，现在已经是哈佛大学的教授。跟狄拉克一样，施温格尔也是一个数学天才，偏爱理论体系优美的数学形式。会议给了他几乎一天时间讲述他的一个严谨高深的QED体系，以及这个体系对一些实验问题，特别是兰姆移位问题的解决。大家听得云里雾里，没有人提问不代表理解和接受了这个理论，只说明没有足够的数学技能发现问题。

接着施温格尔，费曼作了题为《量子电动力学的另一种阐述》的报告，介绍他的路径积分理论及这个理论对兰姆移位的解决。大家同样云里雾里。不是因为技巧高难度，而是因为思路新奇怪异。费曼几乎没有讲完自己该讲的内容，因为从听众有如听天书的表情，他知道再讲也是白搭。

历史有时候会惊人地相似，正如当年一下子就出现两个量子力学体系一样，现在也一下子出现两个消除了紫外灾难的QED方案。科波诺会议“男一号”的位置无疑是施温格尔的，正如当年人们认同了形式优美的薛定谔，而不是形式怪异的海森堡。况且，当时施温格尔的知名度远大于费曼——后者从本科毕业论文后几乎没有发表什么文章。

最终炒红了费曼的是一个比他小5岁的英国数学天才戴森。他本科毕业于剑桥，现在正在康奈尔大学的贝特的手下攻博。贝特曾推荐戴森参加科波诺会议，但没通过奥本的资格审查。这时的戴森正处在轻创立路径积分时的年龄——24岁，会后从贝特那看到了会议记录。下个学期起，他就要转到普林斯顿高级研究院师从奥本海默了，在康柰尔剩下了几个月时间里，他就把“理解费曼”当作他的研究课题。因为戴森早就发现，费曼用他的新方法，不仅能解决老方法解决的一切问题，而且能解决老方法不能解决的问题——紫外灾难就是其中之一。在与迪克的多次接触和交谈中，发现费曼的奇异之处就在于对量子秘密高度的直觉和形像化能力，这就使理解这种方法异常艰难，因为这是一种只能意会不能言传的技能。1948年的上学期很快就结束了，戴森还不得要领。还好，费曼给了他一个最后的机会——他暑期开车去新墨西哥州约会女朋友，邀戴森同行。一路上费曼除了谈物理更多地谈到了他的人生、爱情和各种佚事。到目的地后俩人分手，然后费曼泡妞，戴森度假。9月初，戴森坐火车去普林斯顿上学。这是一个无人交谈的烦闷旅行，火车颠簸夜里无法入睡，这时奇迹发生了！戴森后来回忆到：

我已经两周没有思考物理学了，此刻它就像爆炸般地突然间发生了。费曼的图像和施温格尔的方程开始以前所未有的清晰在我的脑子里自动的理顺了。

这时日本物理学家朝永振一郎也发表了他的一套QED理论，同样解决了辐射的发散问题，这其实是二战期间的成果，只是由于当时日本的封闭环境而不为人所知。到普林斯顿后戴森很快就写出了一篇题为《朝永振一郎、施温格尔和费曼的辐射理论》的论文，投寄到了《物理学评论》。在这篇论文里，戴森证明了三个理论是等价的，对这三个等价的QED理论的综述，使量子力学变得一般的物理学家都能理解和运用。哈哈！又是一个等价性证明，如同当年矩阵力学与波动力学的等价性证明。

既然是等价的，费曼路径积分和费曼图方法就因其经济实用性而脱颖而出。施温格尔的体系过于艰深而繁复，没有很高的数学训练根本无法驾驭，阳春白雪和者必寡呐。而费曼的方法，难的只是弄懂，就像常人看不明白的魔术，一旦弄清了其中的奥秘，做起来并不难。戴森说“我的主要贡献就是把费曼的理论翻译成了别人能懂的语言”，戴森的工作是如此的卓越，以至出现了“买椟还珠”的现象——把包装当作了内容，有段时间，有人把“费曼图”就叫作“戴森图”。戴森也亲身领略了费曼方法的魔力。1948年10月戴森访问费曼，有个晚上向费曼提出了两个问题，费曼说：“咱们来看看”，说罢坐下来开始计算，接下来就是“最令人眼花缭乱的表演”，又是作图，又是计算，仅用二个小时，结果就出来了。戴森说“这是我所见过的最让我惊奇的闪电式计算”，因为同样的问题之前有大物理学家花费了几个月的时间都解决不了。戴森感叹道：“好了，这以后再也没有太多事情要做了，只剩下宣告这一理论的胜利。”

果不其然，1949年4月由美国科学院组织在纽约召开的“欧德斯通会议”就成了费曼理论的庆功会。这是见证QED诞生的三步曲的第三部，量子电动力学的费曼方法成了这个会议的中心议题，费曼也成了中心人物。这时他还差一个月才满31岁，用我们现在的流行语说，已经成为世界物理学界的“领军人物”。戴森以不容置疑的资格参加了欧德斯通会议，会后不久他在一个报告中骄傲地宣告：

我们有了宇宙的钥匙。量子电动力学是有效的，而且可以用它做任何你想做的事。我们懂得了如何计算关于电子和光子的每一件事情。现在剩下来的只是用同样的思想去弄懂弱相互作用，去弄懂引力，并且弄懂核力。

又一个乐观的预言家。这让我想起，1930年代初，玻恩就预言物理学将宣告结束，物理学家可以改行去搞生物学。果然不久，玻恩的学生德布吕克（M.Del-brück），在哥廷根曾狂热地研究量子电动力学，1932年在他26岁的时候突然宣布易帜，进军生物学，后来成了“分子生物学之父”。矩阵力学创立者之一约尔当也于三十年代中期转行生物学，以后又转到了地球物理学。但他们转行的原因并不是如玻恩所言，因为量子力学功德圆满无事可干，而是因为QED的紫外灾难使他们感到困惑、迷茫和厌倦。而这朵笼罩在量子力学天空的乌云，在近二十年后才被新生代的物理学家以“全新的物理思想”建构的QED驱散。现在，我们能相信戴森吗？卖个关子，戴森所说的“剩下来的”弱力、引力和核力的事，我在后面的篇章再说。

但不管怎么说，QED至今仍被认为是科学史上最成功的理论之一，特别在电磁相互作用领域，她是最精确的理论，其精确度甚至超过了号称严格确定的经典力学。比如兰姆移位，已经算到了能级差的理论值为1057.884±0.013兆赫，而实验值是(1057.862±0.020)兆赫。再有电子磁矩，按狄拉克方程为1。考虑到电子不是直接与辐射场耦合，而是在发射虚光子的过程中（如图18.3A）耦合，因此必须通过QED计算进行修正。考虑一个虚光子为一阶修正，二个为二阶修正，以此类推，计算得越多，数值就越精确。但工作量是巨大的。到1980年代中期，包含3个虚光子的计算才告完成，得出的磁矩值为1.001 159 652 46，实验观测到的是1.001 159 652 21，精确到了小数点的后9位，。用费曼的话说就是，从美国东部的纽约到西部的洛斯阿拉莫斯只误差了像头发丝那么一丁点。

因在量子电动力学方面的贡献，1965年的诺贝尔物理学奖授予费曼、施温格尔和朝永振一郎。难道真的是又一个狄拉克？费曼也想到了拒领这个奖。他向电话祝贺的记者询问，有什么办法能推掉这个奖。记者跟卢瑟福一样聪明，他说如果拒奖将会引起更轰动的新闻。迪克倒不像狄拉克那样因为害羞，他喜欢作秀(show)喜欢轰动效应，但名声带来的一系列与学术无关的副产品——祝贺电话，庆祝活动，获奖演讲，包括穿正装，都让他不胜其烦，不堪其扰。学生们才不管他的烦恼，在行政大楼上悬挂了一条大横幅“WIN BIG，RPF”（戏译：“赚大了，R.P.费曼”）。他获得了55000美元奖金的三分之一，考虑在海滨买一幢宅子。联系到1922年爱因斯坦的奖金让前妻买了三套房，我认为诺贝尔奖金的等价物是三套房子，不知能否成为一个普适原理？