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一個科學頑童的故事
送交者: 費曼 2002年10月01日16:57:14 於 [教育學術] 發送悄悄話

理查德·費曼是一位真正的科學奇人。

他被譽為本世紀最聰明的科學家,在理論物理界享有崇高威望,曾參與著名的曼哈頓計劃,並以量子電動力學上的開拓性理論獲得諾貝爾物理學獎。但是,最令這位美國加州理工學院教授得意的並不是這些,而是他那多姿多彩的一生中率性而為的惡作劇和充滿孩子氣的智慧遊戲。

——他的桑巴鼓撥藝不凡,水平甚至使巴西本地的“職業鼓手” 汗顏;

——他50歲開始學畫,令他自豪的是,他可以像真正的畫家那樣賣掉自己的作品,並且沒有人知道那些畫竟是出自一位著名的物理學家之手;

——他是開鎖專家,在研製原子彈時,他以破解保險柜的安全鎖當作娛樂,儘管研究基地的保安措施堪稱世界之最,但沒有一個保險柜能讓費曼束手無策。他取出保密資料後還會留下字條,提醒當局小心安全,他這種匪夷所思的本領,令保安人員頭痛不已;

——他喜歡坐在無上裝酒吧內做科學研究,當那酒吧被控妨礙風化而遭取締時,他毫不猶豫地上法庭為其辯護;

——他不理俗務,拒絕任何行政工作,卻對許多看上去毫無意義的智力遊戲都樂此不疲,不惜時間精力,他甚至向一群數學家宣稱:“任何人如果能在10秒鐘之內把他的題目說完,我就能在60秒之內說出答案,誤差不超過10%!”令那些出題者遺憾的是,他還真的極少失手。費曼教授傳奇的一生,他的成長和他的成就,包含了無限的啟示。

“實驗室”里的頑童

費曼11歲時,就擁有了自己的“實驗室”。

當然,那不過是地下室里的一個小角落,一個裝上間隔的舊木箱,一個電熱盤,一個蓄電池,一個自製的燈座等等。就是用這些簡單的設備,費曼學會了電路的並聯和串聯,學會了如何讓每個燈泡分到不同的電壓。對一個11歲的男孩來說,當自己可以控制一排燈泡漸次慢慢地亮起來,“那情形真是美極了!”

後來,費曼得到了一架顯微鏡,於是他沉迷於鏡下的世界。這種沉迷使他發現課本常 常自以為是地把世界簡化了,比如課本上說:“草履蟲是種極端簡單的生物,行為更是如此, 當它們碰到其他東西時會退後,轉個角度重新出發。”

費曼經過觀察發現,草履蟲碰到東西後確實會轉個角度再繼續前進,可它們的動作一點都不機械——並不像課本形容的那樣。它們移動的距離不一,轉的角度也不同,更不一定 都向右或向左轉。看上去一切都是不規律的。這種觀察讓費曼產生了這樣的印象:假如我們連單細胞動物的多姿多彩都不大了解,就更不要奢望能弄清更複雜的動物行為了。

費曼還常常為鄰近的孩子表演魔術,一種利用化學原理的魔術,比如把酒變成水等等。 他還和朋友發明了一套戲法,桌上放着一個本生燈,費曼先偷偷地把手放在水裡,再浸到苯裡面,然後好像不小心地掃過本生燈,一隻手便燒起來,他趕忙用另一隻手去拍打已着火的手,結果兩隻手便都燒起來。(費曼教授告訴我們,手其實是不會痛的,因為苯燒得很快,而皮膚上的水又有冷卻作用。)他揮舞雙手,邊跑邊叫:“起火啦!起火啦!”所有孩子都很緊張,全部跑出了房間,而他們的表演也就結束了。

費曼的“實驗室”更像是一個“兒童園”,他的“實驗”也只是一種遊戲。但是,現代科學最基本的精神——實驗精神,就在這些玩樂和遊戲中得到了充分的展現,誰能說這些玩樂和遊戲不正是培養諾貝爾獎獲得者的溫床呢?

反觀中國的父母們,大概很少人會允許子女像費曼這麼個玩法,他們能給孩子們買昂貴的現成玩具,卻無心讓孩子自由地創造自己的樂園。“居處仄逼”,“實驗會有危險”,都不是充分的理由,“不允許”中體現了東西方文化上的對科學的態度,才是問題的癥結所在。近來一批中國著名科學家對國家自然科學獎一等獎連年空缺表示憂慮,但誰能說自然科學獎的空缺與民族文化中實驗精神的欠缺毫無聯繫呢?

只是好玩而已

費曼的好奇心極強,他對數學、生物學、化學均非泛泛涉獵,而他的出發點卻常常沒有什麼明確目的,他並不關心他所做的有何作用,對核子物理或其他什麼的發展是否重要,而只考慮這是否有趣,好不好玩,許多時候,他的種種努力不過都是為了滿足純粹的好奇心。

有一次,費曼在雜誌上看到一篇描寫警犬的文章,提到它們的嗅覺特別敏銳。這樣的文章相信許多人都看過,但一般人看了就看了,不會有其它動作,但費曼卻不會這樣輕易放過。他想:警犬真厲害,不知道我們人類的嗅覺有多靈敏呢?

費曼的不凡之處在於他不僅是想想,而且真的趴在地上像獵犬那樣爬來爬去。他的實驗表明,獵犬固然在嗅覺上強於人類,但人類也不像他們自認的那樣無能,事實上,問題只在於人們的鼻子常常離地面太高而已!

以後,這成了費曼教授的保留節目:他先走出房間,屋裡的其他人各自從書架上抽出一本書來,堆在一起,然後他走回來,能準確地指出某一本書是哪個人碰過的,而且屢試不爽!別人都以為這是什麼魔術,無論如何不肯接受費曼的解釋:人手的氣味差異很大,你自己試試就行了!

費曼興趣廣泛,但也僅是對科學感興趣。他在麻省理工學院讀書時,學校規定必須選幾門人文課程,無奈,他只好選了同科學聯繫最緊的哲學課。課程結束,要寫論文,因為整個學期費曼只從口齒含混的教授口中聽清了 “意識流”三個宇,所以他決定以此作為自己論文的題目。

照國內文科學生的做法,接下來要做的事大概就是跑圖書館、查資料,先看看別人怎麼 說,再決定自己能怎麼說了。但費曼的做法完全不同。他想解答這個問題:睡覺時我們的思想會突然停頓下來嗎?如果是,那麼我們的意識流是如何停頓下來的呢?接下來的四個星期,費曼把房間裡的窗簾拉下,關掉燈睡覺,然後觀察自己入睡時發生的事情。晚上再睡一次,這樣他每天就有兩次觀察的機會。

結果並不重要,他的論文獲得通過並獲得好評,重要的是費曼為了一門他並不看重的功課而寧願捱過四個星期昏昏沉沉的日子,重要的是他面對論文題目時首先想到的是自我實驗而不是跑圖書館。

費曼常常會花許多時間在那些看上去毫無意義的事情上,對一個科學家來說,不知這算是生命的浪費,還是執着的追求。

有一個星期天,他坐在普林斯頓研究院的餐廳里。旁邊有些人在玩耍,把一個餐碟丟到空中,碟子升起時,邊飛邊擺動,碟子邊緣上的紅色校徽也隨之轉來轉去。

閒坐的費曼開始着手計算碟子的運動。結果發現,當角度很小時,校徽轉動的速度是擺動速度的兩倍。他興沖沖地跑去把他的發現告訴同事。同事的反應是:“費曼,那很有趣,但那有什麼重要?你為什麼要研究它?”

費曼老實地回答:“不為什麼,我只是覺得好玩而已。”

這個回答不能代表所有科學家從事科學研究的動機,卻能告訴我們,對我們生活的這個世界缺乏敏銳的關注和好奇,你就不會在科學研究上有什麼出息。因為在我們周圍,沒有一件事情是毫無意義的。

費曼繼續推算盤子轉動的方程式,並進一步思索電子軌道在相對論狀態下如何運動,接着是量子電動力學。一切都是那麼毫不費力,一切看上去都毫無意義,可結果呢?

費曼後來這樣總結他的工作:“結果卻恰恰相反。後來我獲頒諾貝爾獎的原因——費曼圖以及其他的研究——全都來自於那天我把時光浪費在一個轉動的餐碟上!”與大自然相遇

費曼一生的大部分時光是在學院度過的,有40年之久。他最不理解的是,為什麼有的人不是通過了解而學習,而是靠死記硬背,把樂趣變成了刑罰。費曼的困惑來自於他的巴西之行。

在巴西里約大學,費曼做了一年的客座教授。授課內容是電磁學方面的高級課程。在那裡,他發現了兩個奇怪的現象:

一是學生們從不提問。有個學生告訴他原委:如果我提問,課後大家都會跑來怪我,為什麼要浪費大家的時間?我們的目的是學東西,你卻要打斷他去提問。

二是同一個問題,有時學生馬上答得出,有時卻又一片茫然,完全不知所云。

後來費曼發現,巴西的學生上課時唯一要做的就是坐在那裡,把教授講的每個字記下來,當教授重複那句話時,他們逐字檢查,確保沒有寫錯。有次下課時,費曼問一個學生:“你抄了那麼多筆記——接下來會怎樣處理它們?”

“噢,我要好好地讀,”學生回答,“然後考試。”

“怎麼考法?”

“很容易的。我可以告訴你一道考題:在何種情形下兩個物體是相等的?如果相同力矩造成同等的加速度,那麼兩物體是相等的。”

費曼只能搖頭,他們有辦法通過考試,但除了背下來的東西外,他們什麼也不會。

費曼在巴西的遭遇我們似曾相識,如果有幸來中國講學,他會不會同樣搖頭呢?在學年終了的時候,費曼應邀作了一次演講,這是一次令巴西教育界深受震動的演講。“他坦率地告訴巴西人,他看到的令人震驚的事實:那麼多小學生在書店裡購買物理書,那麼多巴西小孩在學物理,全都比美國小孩更早起步,可是整個巴西卻沒有幾個物理學家——為什麼會這樣?那麼多孩子如此用功,卻一點成效也沒有!

費曼舉起一本公認寫得非常好的大一物理教科書,“在這本書裡,從頭到尾都沒有提及實驗結果。隨便把書翻開,指到那一行,我都可以證明書裡包含的不是科學,而只是生吞活剝的背誦而已。”

費曼隨手翻開一頁,念道:“摩擦發光:當晶體被撞擊時所發出的光……”

他說:“在這樣的句子裡,是否就是科學呢?不!你只不過是用一些字說出另一些字的意思而已,有沒有看到過任何學生回家試着做個試驗?我想,他沒有辦法做,他根本不知道該怎樣做。”

“但如果你寫:‘當你在黑暗中用鉗子打在一塊糖上,你會看到一絲藍色光。其他晶體也有此效應,沒人知道為什麼。這個物理現象被稱為摩擦發光。’那麼就會有人試着回家自己做,這就是一次與大自然相遇的美妙經驗。”

幾乎在所有走向現代化的國家裡,都曾經或正在面臨着巴西人的困擾:他們需要科學,他們努力地學習科學,但他們卻不了解:科學不是教義,而是一次次的“與大自然相遇的美妙經驗。”

據說,在費曼教授結束演講之後,巴西教育部長站起來痛心疾首地說:“我早已知道我們的教育體制有病,但直到今天我才發現我們患了癌!”

理查德·費曼是一位真正的科學奇才,費曼先生的成長與成功,給予我們無限的啟示。

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