第一章

在帕薩迪納（Pasadena）的加利福尼亞林蔭大道（California Boulevard）上，橄欖樹(shù)成排的加州理工校園一幢灰色的水泥建筑里，一位瘦削的長(zhǎng)發(fā)男子走進(jìn)了他簡(jiǎn)樸的辦公室。一些年紀(jì)還不及這位教授三分之一的學(xué)生停下腳步，在走廊上望著他。即使他今天不來(lái)上班，也不會(huì)有人說(shuō)什么，只是，任何事都無(wú)法阻止他前來(lái)，尤其是手術(shù)，他再也不允許手術(shù)的影響去破壞日常生活。

戶外，明亮的陽(yáng)光灑在棕櫚樹(shù)上，但是已不再如夏日那般酷熱。群山拔地而起，山上的棕色漸退，開(kāi)始披上綠色的新裝，更適宜植被生長(zhǎng)的冬季就要來(lái)臨①。這位教授不知道自己還能再親眼見(jiàn)證多少次季節(jié)的交替變化；他深知自己患上了一種無(wú)藥可醫(yī)的疾病。他熱愛(ài)生命，但同樣尊重自然法則，而不是盲目相信奇跡。1978年夏天，當(dāng)他首次發(fā)現(xiàn)自己身患罕見(jiàn)癌癥時(shí)，就查閱了文獻(xiàn)資料。根據(jù)記錄，這種病的五年生存率一般不到10%。實(shí)際上，沒(méi)有人能存活十年。而他已經(jīng)進(jìn)入了自己的第四年。

大約四十年前，在他跟這些學(xué)生差不多年紀(jì)時(shí)，就給著名期刊《物理評(píng)論》（Physical Review）寄過(guò)一系列論文。這些論文涉及一些新奇的小圖②，它們雖不及物理學(xué)所使用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)語(yǔ)言正式，卻帶來(lái)了思考量子力學(xué)的全新方式，當(dāng)時(shí)鮮少有人相信他的方法，但是他暗在心中揣度，如果有一天，期刊上登載的全是他的圖，那該多有意思啊。事實(shí)證明，這些圖所表示的方法不僅準(zhǔn)確無(wú)誤、頗為實(shí)用，而且還具有劃時(shí)代的意義，到了1981年底，《物理評(píng)論》中隨處可見(jiàn)他的小圖。它們幾乎可以媲美那些名垂青史的經(jīng)典圖例。他完全可以與那些知名人物并駕齊驅(qū)，至少在科學(xué)界是這樣的。

過(guò)去幾年里，教授一直在研究一個(gè)新問(wèn)題。他學(xué)生時(shí)代即已提出的方法在應(yīng)用于量子電動(dòng)力學(xué)（Quantum Electrod-ynamics）的理論時(shí)取得了巨大的成功。這一理論研究的是電磁力控制圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子的行為。這些電子賦予原子化學(xué)性質(zhì)和光譜特性（它們發(fā)射和吸收一系列的光）。因此，研究這些特殊電子及其行為的物理學(xué)分支就被稱為原子物理學(xué)（Atomic Physics）。自從這位教授的學(xué)生時(shí)代以來(lái)，物理學(xué)家早已在核物理學(xué)（Nuclear Physics）這一新領(lǐng)域中取得了偉大的進(jìn)展。核物理學(xué)的研究不僅關(guān)注原子的電子結(jié)構(gòu)，還涉及原子核內(nèi)質(zhì)子和中子之間可能產(chǎn)生的更加劇烈的相互作用。盡管質(zhì)子同樣受到控制原子中電子行為電磁力的作用，但這些相互作用主要由一種新的力來(lái)控制，并且它的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電磁力。它有一個(gè)貼切的名字叫作“強(qiáng)核力”（Strong Force）。

為了描述這種強(qiáng)核力，人們創(chuàng)造出一種全新的理論。這一理論與量子電動(dòng)力學(xué)在數(shù)學(xué)上有一定的相似之處，它的命名也反映出了這一點(diǎn)——量子色動(dòng)力學(xué)（Quantum Chromod-ynamics，盡管名字中帶有“色”字，但是它與我們所認(rèn)知的顏色無(wú)關(guān)）。原則上，量子色動(dòng)力學(xué)精確且定量地描述了質(zhì)子、中子和相關(guān)粒子以及它們之間的相互作用——它們?nèi)绾蜗嗷ソY(jié)合，或者在碰撞中如何表現(xiàn)。但是，我們應(yīng)該怎樣從理論中提煉出對(duì)這些過(guò)程的描述呢？教授的方法大體上適用于這一新理論，只不過(guò)存在一些實(shí)際困難。雖然量子色動(dòng)力學(xué)已經(jīng)取得了一定的成就，但是在許多情況下，無(wú)論是教授本人還是其他人，都不知道如何利用他的圖或者其他方法從理論中獲得精確的數(shù)值預(yù)測(cè)。理論學(xué)者甚至無(wú)法計(jì)算出質(zhì)子的質(zhì)量——這是一個(gè)非?；镜奈锢砹?，很早以前就被實(shí)驗(yàn)人員精確測(cè)量出來(lái)過(guò)。

教授想，在僅剩的幾個(gè)月或者幾年光陰里，或許他還將繼續(xù)與量子色動(dòng)力學(xué)，這一當(dāng)時(shí)公認(rèn)最重要的問(wèn)題之一打交道。為了積蓄研究所需要的精力和意志，他告訴自己，多年來(lái)無(wú)法成功攻克這一難題的人，都缺乏他所具備的某些特質(zhì)。至于這些特質(zhì)是什么，理查德·費(fèi)曼本人也不太確定：可能是一種古怪的生活態(tài)度。不管這些特質(zhì)是什么，它們都功不可沒(méi)——他曾獲得過(guò)一次諾貝爾獎(jiǎng)，不過(guò)，如果考慮到他整個(gè)職業(yè)生涯在各個(gè)領(lǐng)域所取得的重要突破，那么或許再頒給他兩三次獎(jiǎng)也不為過(guò)。

與此同時(shí)，1980年，在伯克利以北幾百千米的地方，一個(gè)年輕人發(fā)表了幾篇論文，用自己的新方法解決了原子物理學(xué)中一些古老的謎團(tuán)。他的方法為一些難題提供了思路，但是依舊存在一個(gè)問(wèn)題。他想象中的世界是一個(gè)具有無(wú)窮多個(gè)維度的空間。在這個(gè)世界里，不僅有上/下、左/右和前/后，還有數(shù)不清的其他方向。研究這樣的宇宙，對(duì)我們生存的三維空間真的有用嗎？是否可以將這種方法推廣到其他研究，比如更加超前的核物理領(lǐng)域？事實(shí)證明，這一方法的前景不可限量，這位年輕人還因此獲得了加州理工的初級(jí)教職，而且和費(fèi)曼在同一層辦公。

在收到這份工作邀約的當(dāng)晚，我回想起自己前半生的經(jīng)歷，我曾經(jīng)躺在床上，想象第二天初中開(kāi)學(xué)的情景。我還記得，自己最擔(dān)心的就是體育課——課后要在其他男孩面前洗澡。其實(shí)我真正懼怕的是別人的嘲笑。到了加州理工，可能我也會(huì)面臨這些問(wèn)題。在帕薩迪納，沒(méi)有指導(dǎo)教授，沒(méi)有輔導(dǎo)教員，我只能自己想辦法解決最優(yōu)秀的物理學(xué)家所能想到的最困難問(wèn)題。對(duì)我來(lái)說(shuō)，無(wú)法提出卓越見(jiàn)解的物理學(xué)家和“活死人”差不多。在加州理工這樣的地方，他同樣會(huì)遭到排擠，并且很快就會(huì)下崗。

那么我到底有沒(méi)有卓越的見(jiàn)解呢？還是我的問(wèn)題本身就有問(wèn)題呢？于是，我便去找同層辦公室里那位瘦骨嶙峋、即將不久于人世的長(zhǎng)發(fā)教授聊天。他所告訴我的，正是本書(shū)所要傳達(dá)的主題。

①加州理工學(xué)院所在的洛杉磯常年少雨，降雨多在冬季，冬季的日間氣溫也在20攝氏度上下，較為適宜植物生長(zhǎng)?！g者注

②費(fèi)曼圖是理查德·費(fèi)曼所創(chuàng)立的一種用形象化的方法，方便地處理量子場(chǎng)中各種粒子相互作用的圖，本書(shū)各章最前面的圖形即為費(fèi)曼圖?！g者注