普 通 物 理

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科學家報告:

理查‧費曼

（Richard P.Feynman）

系別:電通 1A 學號:9630012

姓名:劉羿霆

生平年表：

1918 年 理德．費曼( Richard P. Feynman )出生在紐約的一個猶太人家 庭中。

1935 年 進入麻省理工學院就讀。

1939 年 畢業於麻省理工學院，進入普林斯頓大學研究所。

1942 年 在普林斯頓獲得博士學位並開始進行研發原子彈的曼哈頓計畫。

1943 年 在美國的原子彈研制基地----洛斯－阿拉莫斯工作。

1959 年 在加州理工學院成為圖爾曼理論物理學教授。曾短期到巴西講學之 外，他一直在加州理工學院工作。

1965 年 在量子電動力學方面的研究工作，費曼與美國物理學家 Julian Schwinger 和日本物理學家 Sin-Itiro Tomonaga 共同獲得了諾貝爾物理學 獎。

1985 年 費曼出版了他的第一本回憶錄。

1988 年 10 月 25 日 因患癌症而在洛杉磯去世。

天份啟發：

從小父親就期望他成為科學家，便處處引導他走上科學之路，小時候跟他 一起按照兩藍一白排列下去的小瓷片，認為這是激發思考最有效的方式。

費曼與其他人思路上極大的不同是因為很多人沒有一顆冷靜的頭腦，很多 地方需要仔細推敲細節的問題，他們便應付不來，而費曼是一位具有冷靜 以及耐心。他那冷靜且聰明過人頭腦很小便顯現出來了。費曼靠他過人的 耐性去研究，獲得了別人不知道的知識，也得到了莫大的成就感。也有人 說：「以實際的物理貢獻來說，費曼並不值得獲此殊榮。」接觸過他的人必 定會對他的幽默和敏銳印象深刻。

幽默十足：

有強烈的好奇心，腦子裡總想著如何讓世界更好玩，讓他在理論物理研究 有卓越的成就，同時也是他不按牌理出牌、喜愛惡作劇的行為舉止令人受 不了。例如他在小時候，為了證明尿液不是因地心引力作用才排出體外，

他便一邊倒立、一邊小便給同學們看。喜愛表演。他知道印度數學天才 Ramanujan 的故事，包括其算出，二立方數之和可表達的最小數目是 1729。

這位印度天才曾用這個數字把英國數學家 Hardy 嚇了一跳，費曼也用此唬 過一位普林斯頓的數學家。

態度執著：

在他看似隨意的生活態度中，對真理與事實真相的追求卻是相當的執著。

他可以花許多的時間來觀察、實驗螞蟻怎麼認路，他認為從事研究者必須 交待清楚任何你知道、可能會使人懷疑的細微末節。如果你知道那裡出了 問題，或可能出問題，你必須要盡力解釋清楚。提供所有資訊，讓其他人 知道你究竟作出了多少貢獻；而不是單單指出會引導大家偏向某種看法的 資料。。一個人究竟有多大的潛能，我們並不知道，或許我們所展現的能 力不過是冰山一角，潛藏在水底下的部分，可能大得驚人。但要開發那部

分未知的能力，所需的可能就是擁有強烈的好奇心、追求事物真理的執著，

不自限於某些表現或成就，而能勇於嘗試，創造更新的生活領域。

理論方法：

費曼圖：

處理量子場論時提出的一種形象化的方法，描述粒子之間的相互作用、直 觀地表示粒子散射、反應和轉化等過程。使用費曼圖可以方便地計算出一 個反應過程的躍遷機率。

在費曼圖中，粒子用線表示，費米子一般用實線，光子用波浪線，玻色子 用虛線，膠子用圈線。一線與另一線的連接點稱為頂點。費曼圖的縱軸一 般為時間軸，向上為正，下面代表初態，上面代表末態。與時間方向相同 的箭頭代表正費米子，與時間方向相反的箭頭表示反費米子。

兩個粒子的相互作用量由反應截面積所量化，其大小取決於它們的碰撞，

該相互作用發生的機率尤其重要。如果該相互作用的強度不太大﹝即是能 夠用微擾理論解決﹞，這反應截面積﹝或更準確來說是對應的時間演變算 子、分佈函數或 S 矩陣﹞能夠用一系列的項﹝戴森級數﹞所表示，這些項 能描述一段短時間所發生的故事，像以下的例子：

本圖中，電子與正電子湮滅產生虛光子，而該虛光子生成夸克－反夸克組，

然後其中一個放射出一個膠子。（時間由左至右，一維空間由上至下）

兩個粒子的相互作用量由反應截面積所量化，其大小取決於它們的碰撞，

該相互作用發生的機率尤其重要。如果該相互作用的強度不太大﹝即是能 夠用微擾理論解決﹞，這反應截面積﹝或更準確來說是對應的時間演變算 子、分佈函數或 S 矩陣﹞能夠用一系列的項﹝戴森級數﹞所表示，這些項 能描述一段短時間所發生的故事，像以下的例子：

本圖中，K 介子（由一上夸克與反奇夸克組成）在弱相互作用下衰變成三個 π 介子，中間步驟有 W 玻色子及膠子參與。

1.兩個具有一定相對速度的粒子在自由地移動﹝由兩條向著大致方向的線 表示﹞

2.它們遇到對方﹝兩線連於第一點──頂點﹞

3.它們在同一路徑上漫步﹝兩線合二為一﹞

4.然後再度分開﹝第二個頂點﹞

但它們發覺自己的速度已變，而且再也不和之前一樣（兩線從最後的頂點 向上──有時樣式會因應粒子所經歷的轉變而有所不同）

這故事能夠以圖來表示，這一般來說要比記起對應戴森級數的數學公式要 容易得多。這種圖被稱為費曼圖。它們在戴森級數迅速趨向極限時才有意 義。由於它們能夠說簡易的故事，而且由跟早期的氣泡室實驗相似，所以 費曼圖變得非常普及。

粒子物理學中，計算散射反應截面積的難題簡化成加起所有可能存在的居 間態振幅﹝每一個對應微擾理論又稱戴森級數的一個項﹞。用費曼圖表示 這些狀態，比瞭解當年冗長計算容易得多。從該系統的基礎拉格朗日量能 夠得出費曼法則，費曼就是用該法則表明如何計算圖中的振幅。每一條內 線對應虛粒子的分佈函數；每一個線相遇頂點給出一個因子和來去的兩 線，該因子能夠從相互作用項的拉格朗日量中得出，而線則約束了能量、

動量和自旋。費曼圖因此是出現在戴森級數每一個項的因子的符號寫法。

作為微擾的展開式，費曼圖不能包涵非微擾效應。除了它們在作為數學技 巧的價值外，費曼圖為粒子的相互作用提供了深入的科學理解。粒子會在 每一個可能的方式下相互作用：實際上，居間的虛粒子超越光速是允許的。

每一個終態的機率然後就從所有如此的機率中得出。這跟量子力學的功能 積分表述有密切關係，該表述（路徑積分）也是由費曼發明的。如此計算 如果在缺少經驗的情況下使用，通常會得出圖的振幅為無窮大，這個答案 在物理理論中是要不得的。問題在於粒子自身的相互作用被錯誤地忽視 了。重整化的技巧彌補了這個效應並消除了麻煩的無窮大項。經過這樣的 重整化後，用費曼圖做的計算通常能與實驗結果準確地吻合。

參考書目：

天才費曼（Christopher Sykesm 原著）

你管別人怎麼想（Richard P.Feynman 原著）

別鬧了，費曼先生（Richard P.Feynman 原著）

費曼的主張（Richard P.Feynman 原著）

參考資料：

維基百科

SCIENCE HOBBYIST