Ричард Филлипс Фейнман (Файнман) (11 мая 1918 — 15 февраля 1988) — выдающийся американский физик. Один из создателей квантовой электродинамики. В 1943-1945 заходил в число разработчиков атомной бомбы в Лос-Аламосе. Разработал способ интегрирования по траекториям в квантовой механике (1948), также т. н. способ диаграмм Фейнмана (1949) в квантовой теории поля, при помощи которых есть возможность разъяснять перевоплощения простых частиц. Предложил партонную модель нуклона (1969), теорию квантованных вихрей. Реформатор способов преподавания физики в вузе. Лауреат Нобелевской премии по физике (1965, вместе с С. Томонагой и Дж. Швингером).
Биография
Американский физик Ричард Филлипс Фейнман родился в Нью-Йорке, в родне Мелвилла Артура Фейнмана и урожденной Люсиль Филлипс. Совместно с младшей сестрой он вырос в Фар-Рокэвэй, в Куинсе (район Нью-Йорка).
Отец Фейнмана, заведующий отделом сбыта фабрики по изготовлению форменной одежки, питал глубочайший энтузиазм к естественным наукам и поощрял отпрыска в проведении тестов в домашней лаборатории. Совместно со своим школьным товарищем Фейнмана устраивал для соседей представления, демонстрируя нехитрые хим фокусы.
Еще будучи учеником средней школы, он зарабатывал на маленькие расходы починкой радиоприемников. Став капитаном школьной команды по алгебре, Фейнман нашел способность стремительно решать головоломные математические задачки, рассматривая их в целом и избегая массивных вычислений.
По окончании средней школы в 1935 г. Фейнман поступил в Массачусетский технологический институт (МТИ) и в 1939 г. закончил его с дипломом бакалавра по физике. В МТИ, вспоминал потом Фейнман, он понял, что «наиболее принципиальной неувязкой тех пор было неудовлетворительное состояние квантовой теории электричества и магнетизма (квантовой электродинамики)».
Квантовая электродинамика занимается исследованием взаимодействий меж простыми частичками и меж частичками и электрическим полем.
Огромное количество положений существовавшей тогда теории, сделанной Вернером Гейзенбергом, Вольфгангом Паули и П.А. М. Дираком, получили блестящее доказательство, однако в ее структуре были и не совершенно ясные моменты, к примеру нескончаемая масса и нескончаемый заряд электрона.
Фейнман начал разрабатывать конструктивно новые теоретические подходы к решению этих заморочек. Он именовал допущение о действии электрона на себя самого (а конкретно оно было источником возникновения бесконечностей, либо расходимостей) «глупым» и предложил считать, что электроны испытывают действие только со стороны других электронов, при этом с запаздыванием из-за разделяющего их расстояния.
Таковой подход позволял исключить само понятие поля и тем самым избавиться от других бесконечностей, доставлявших много морок. Хотя Фейнману и не удалось достигнуть удовлетворительных результатов, нетрадиционность мышления он сохранил на все следующие годы.
В 1939 г. Фейнман поступил в аспирантуру Принстонского института и получил Прокторскую стипендию. В аспирантуре он продолжил опыты с разными подходами к квантовой электродинамике, учась на ошибках, отбрасывая плохие схемы и пробуя огромное количество новых мыслях, часть которых рождалась в беседах с его управляющим Джоном А. Уиллером.
Фейнман стремился сохранить принцип запаздывающего действия 1-го электрона на иной: электрон, испытывающий действие со стороны другого электрона, в свою очередь повлияет на него с определенным дополнительным запаздыванием, подобно свету, отражающемуся вспять, к собственному источнику.
По совету Уиллера Фейнман представил, что такое отражение состоит в испускании не только лишь обыкновенной запаздывающей волны, да и «опережающей», достигающей электрон до того, как начинается его возмущающее действие на иной электрон.
Феноминальный ход времени, текущего не только лишь вперед, да и вспять, его не волновал, как признавался потом Фейнман: «К тому времени я уже в достаточной мере стал физиком, чтоб не говорить: «О нет, это нереально!»
Исследования в области физики
После многих месяцев математических прикидок, неудач и попыток отыскать новые подходы Фейнман преуспел в преобразовании понятий и уравнений с разных точек зрения. Ему удалось отыскать уникальные пути включения квантовой механики в традиционную электродинамику и создать способы, дозволяющие просто и стремительно получать результаты, требующие при классическом подходе массивных вычислений.
Одной из более успешных его мыслях было применение принципа меньшего действия, основанного на предположении о том, что природа выбирает для заслуги определенной цели более экономный путь. Хотя Фейнман и не был удовлетворен своими достижениями, но он сознавал, что ему удалось значительно продвинуться в решении трудности, а его работа получила признание.
Фейнман опубликовал свою диссертацию «Принцип меньшего действия в квантовой механике» («The Principle of Least Action in Quantum Mechanics») и в 1942 г. получил докторскую степень по физике.
Незадолго до окончания диссертации Фейнман получил приглашение на работу от группы принстонских физиков, занимавшихся разделением изотопов урана для нужд Манхэттенского проекта, т.е. для сотворения атомной бомбы.
С 1942 по 1945 г. Фейнман возглавлял в Лос-Аламосе (штат Нью-Мексико) группу, работавшую в отделе Ханса А. Бете. Даже в эти годы он находил время размышлять во время поездок в автобусе, производя нужные вычисления на обрывках бумаги, над предстоящим развитием предложенного им варианта квантовой электродинамики.
В Лос-Аламосе Фейнман общался с Нильсом Бором, Энрико Ферми. Робертом Оппенгеймером и другими ведущими физиками. Он был посреди тех, кто находился при первых испытаниях атомной бомбы в Алмогордо (штат Нью-Мексико).
После окончания войны, летнее время 1945 г. Фейнман провел, работая с Хансом А. Бете в компании «Дженерал электрик» в Скенектади (штат New-york). Потом он стал адъюнкт-профессором теоретической физики в Корнеллском институте.
Тем временем перед квантовой электродинамикой встали новые вопросы. Так, в 1947 г. Уиллис Э. Лэмб при помощи прецизионных тестов показал, что два энергетических уровня, которые, по теории Дирака, должны могли быть соответствовать одному и тому же значению энергии, в реальности немного отличаются («лэмбовский сдвиг»).
Другое расхождение меж теорией и тестом было установлено Поликарпом Кушем, обнаружившим, что свой магнитный момент электрона более чем на 0,1 % превосходит его орбитальный магнитный момент.
Делая упор на основополагающие работы Бете, Фейнман приступил было к решению этих базовых заморочек, однако скоро у него наступил период застоя, вызванный, по его собственному воззрению, тем, что физика закончила доставлять ему удовольствие как умственная игра.
По прошествии какого-то времени он случаем оказался очевидцем того, как в кафетерии Корнеллского института некто забавлялся, подбрасывая тарелку в воздух, и заинтересовался зависимостью меж скоростью вращения тарелки и ее «рысканием». Фейнману удалось вывести уравнения, описывающие полет тарелки.
Это упражнение позволило ему вернуть духовные силы, и он возобновил свою работу над квантовой электродинамикой. «То, что я делал, казалось, не имело особенного значения, — писал потом Фейнман, — однако в реальности в этом был заложен величавый смысл. Диаграммы и все прочее, за что я получил Нобелевскую премию, берут свое начало в той, казалось бы, глупой возне с летающей тарелкой».
«Все прочее» было новым вариантом теории, в каком квантовоэлектродинамические взаимодействия рассматривались с новейшей точки зрения — линии движения в пространстве-времени. Говорят, что частичка распространяется из исходной точки линии движения в конечную; вероятные взаимодействия «по дороге» выражаются в определениях их относительных вероятностей. Эти вероятности суммируются в ряды (время от времени всеохватывающие), для вычисления которых Фейнман разработал правила и графическую технику (диаграммы Фейнмана).
Снаружи обыкновенные, однако очень комфортные, диаграммы обширно употребляются в почти всех областях физики. Фейнману удалось разъяснить «лэмбовский сдвиг», магнитный момент электрона и другие характеристики частиц.
Независимо от Фейнмана и друг от друга, исходя из других теоретических подходов, Джулиус С. Швингер и Синьитиро Томонага практически вместе с этим предложили свои варианты квантовой электродинамики и смогли преодолеть главные трудности.
Применяемая ими математическая процедура получила заглавие перенормировки. Доставивших столько проблем расходимостей удалось избежать, постулируя положительные и отрицательные бесконечности, которые практически целиком компенсируют друг друга, а остаток (к примеру, заряд электрона) соответствует экспериментально измеренным значениям. Квантовая электродинамика Фейнмана — Швингера — Томонаги считается более четкой из узнаваемых сейчас физических теорий. Корректность ее доказана экспериментально в широком спектре масштабов — от субатомных до астрономических.
Вместе со Швингером и Томонагой Фейнману была присуждена Нобелевская премия по физике 1965 г. «за фундаментальные работы по квантовой электродинамике, имевшие глубочайшие последствия для физики простых частиц». В речи на церемонии вручения премии Ивар Валлер из Шведской царской академии отметил, что лауреаты привнесли новые идеи и способы в старенькую теорию и сделали новейшую, занимающую сейчас центральное положение в физике.
Она не только лишь разъясняет прежние расхождения меж теорией и тестом, да и позволяет поглубже осознать поведение мю-мезона и других частиц в ядерной физике, трудности твердого тела и статистической механики.
Фейнман оставался в Корнеллском институте до 1950 г., после этого перебежал в Калифорнийский технологический институт на должность доктора теоретической физики. Там же в 1959 г. он занял почетную должность, учрежденную в память Ричарда Чейса Толмена.
Кроме работ по квантовой электродинамике, Фейнман предложил атомное разъяснение теории водянистого гелия, развитой советским физиком Львом Ландау. Гелий, переходящий в жидкое состояние при 4°К (-269°С), становится сверхтекучим около 2°К.
Динамика сверхтекучего гелия резко контрастирует с законами, которым удовлетворяют обыденные воды: при течении он остывает, а не греется; свободно протекает через микроскопически узенькие отверстия, «презрев» силу тяжести, вползает вверх по стенам сосуда.
Фейнман вывел ротоны, постулированные Ландау для разъяснения необыкновенного поведения сверхтекучего гелия. Это разъяснение заключается в том, что атомы очень прохладного гелия агрегируют в ротоны, образуя нечто вроде дымовых колец.
Совместно со своим сотрудником Марри Гелл-Манном Фейнман занес значимый вклад в создание теории слабеньких взаимодействий, подобных, как испускание бета-частиц радиоактивными ядрами. Эта теория родилась из диаграмм Фейнмана, позволяющих графически представить взаимодействия простых частиц и их вероятные перевоплощения.
Последние работы Фейнмана посвящены сильному взаимодействию, т.е. силам, удерживающим нуклоны в ядре и действующим меж субъядерными частичками, либо «партонами» (к примеру, кварками), из которых состоят протоны и нейтроны.
Оригинальность мышления и артистизм Фейнмана как лектора оказали воздействие на целое поколение студентов-физиков. Его способ интуитивного угадывания формулы и следующего подтверждения ее корректности находит больше подражателей, чем критиков.
Воздействие как его теорий, так и его личности чувствуется в каждом разделе современной физики простых частиц.
Личная жизнь
Фейнман был три раза женат. Арлен X. Гринбаум, с которой он вступил в брак в 1941 г., погибла от туберкулеза в 1945 г., когда Фейнман был в Лос-Аламосе. Его брак с Мэри Луиз Белл, заключенный в 1952 г., завершился разводом. В 1960 г. он женился в Великобритании на Гвенет Ховарт. У их родились отпрыск и дочь.
Искренний и неуважительный к авторитетам, Фейнман заходил в состав президентской комиссии, расследовавшей происшествия взрыва галлактического корабля многоразового использования «Челенджер» в 1986 г. Он составил свой тринадцатистраничный отчет, в каком критиковал ответственных служащих Государственного управления аэронавтики и галлактических исследовательских работ (НАСА) за то, что те дали «одурачить себя», не заметив существенных недочетов в конструкции галлактического корабля.
Человек неуемной любознательности и многосторонних интересов, Фейнман с наслаждением играл на барабанах «бонго», изучал японский язык, отрисовывал и занимался живописью, учавствовал в дешифровке текстов майя и проявлял живой энтузиазм к чудесам парапсихологии, относясь к ним, но, с значительной долей скептицизма.
Кроме Нобелевской премии, Фейнман был удостоен премии Альберта Эйнштейна Мемориального фонда Льюиса и Розы Страусе (1954), премии по физике Эрнеста Орландо Лоуренса Комиссии по атомной энергии Соединенных Штатов Америки (1962) и интернациональной золотой медали Нильса Бора Датского общества инженеров-строителей, электриков и механиков (1973).
Фейнман был членом Американского физического общества. Бразильской академии и Английского царского общества. Он был избран членом Государственной академии США, однако позже вышел в отставку.
Источники:
n-t.ru — биография Р. Фейнмана
ru.wikipedia.org — Фейнман в Википедии
dic.academic.ru — полная биография Р. Фейнмана
Array