Річард Філліпс Фейнман (Файнман) (11 травня 1918 - 15 лютого 1988) - Видатний американський фізик. Один з творців квантової електродинаміки. У 1943-1945 входив до числа розробників атомної бомби в Лос-Аламосі. Розробив метод інтегрування за траєкторіями в квантовій механіці (1948), А також т. Зв. метод діаграм Фейнмана (1949) В квантової теорії поля, за допомогою яких можна пояснювати перетворення елементарних частинок. Запропонував Партон модель нуклона (1969), Теорію квантових вихрів. Реформатор методів викладання фізики у вузі. Лауреат Нобелівської премії з фізики (1965, спільно з С. Томонага і Дж. Швінгера).
Біографія
Американський фізик Річард Філліпс Фейнман народився в Нью-Йорку, в сім'ї Мелвілла Артура Фейнмана і уродженої Люсіль Філліпс. Разом з молодшою сестрою він виріс у Фар-Рокевей, у Квінсі (район Нью-Йорка).
Батько Фейнмана, завідувач відділом збуту фабрики з виготовлення форменого одягу, живив глибокий інтерес до природничих наук і заохочував сина у проведенні експериментів в домашній лабораторії. Разом зі своїм шкільним приятелем Фейнмана влаштовував для сусідів уявлення, показуючи нехитрі хімічні фокуси.
Ще будучи учнем середньої школи, він заробляв на дрібні витрати лагодженням радіоприймачів. Ставши капітаном шкільної команди з алгебри, Фейнман виявив здатність швидко вирішувати головоломні математичні завдання, розглядаючи їх в цілому і уникаючи громіздких обчислень.
Після закінчення середньої школи в 1935 р Фейнман поступив в Массачусетський технологічний інститут (МТІ) і в 1939 р закінчив його з дипломом бакалавра з фізики. У МТІ, згадував згодом Фейнман, він усвідомив, що «найбільш важливою проблемою того часу було незадовільний стан квантової теорії електрики і магнетизму (квантової електродинаміки)».
Квантова електродинаміка займається вивченням взаємодій між елементарними частинками і між частинками і електромагнітним полем.
Безліч положень існувала тоді теорії, створеної Вернером Гейзенбергом, Вольфгангом Паулі і П.А. М. Дираком, отримали блискуче підтвердження, але в її структурі були і не зовсім ясні моменти, наприклад нескінченна маса і нескінченний заряд електрона.
Фейнман почав розробляти радикально нові теоретичні підходи до вирішення цих проблем. Він назвав допущення про дію електрона на самого себе (а саме воно було джерелом появи нескінченностей, або расходимостей) «дурним» і запропонував вважати, що електрони відчувають дію тільки з боку інших електронів, причому з запізненням через розділяє їх відстані.
Такий підхід дозволяв виключити саме поняття поля і тим самим позбутися від інших нескінченностей, що доставляли чимало клопоту. Хоча Фейнману і не вдалося досягти задовільних результатів, нетрадиційність мислення він зберіг на всі наступні роки.
У 1939 р Фейнман вступив до аспірантури Прінстонського університету і отримав Прокторскую стипендію. В аспірантурі він продовжив експерименти з різними підходами до квантової електродинаміки, навчаючись на помилках, відкидаючи невдалі схеми і пробуючи безліч нових ідей, частина яких народжувалася в бесідах з його керівником Джоном А. Уиллером.
Фейнман прагнув зберегти принцип запізнілого дії одного електрона на інший: електрон, який відчуває дію з боку іншого електрона, в свою чергу впливає на нього з певним додатковим запізненням, подібно до світла, відбивається назад, до свого джерела.
За порадою Уиллера Фейнман припустив, що таке відображення полягає в випущенні не тільки звичайної запізнілої хвилі, але і «випереджаючої», що досягає електрон до того, як починається його рівноваги вплив на інший електрон.
Парадоксальний хід часу, поточного не тільки вперед, але і тому, його не турбував, як зізнавався згодом Фейнман: «До того часу я вже в достатній мірі став фізиком, щоб не говорити:« О ні, це неможливо! »
Дослідження в галузі фізики
Після багатьох місяців математичних прикидок, невдач і спроб знайти нові підходи Фейнман досяг успіху в перетворенні понять і рівнянь з різних точок зору. Йому вдалося знайти оригінальні шляхи включення квантової механіки в класичну електродинаміку і розробити методи, що дозволяють просто і швидко отримувати результати, які потребують при традиційному підході громіздких обчислень.
Однією з найбільш вдалих його ідей було застосування принципу найменшої дії, заснованого на припущенні про те, що природа вибирає для досягнення певної мети найбільш економічний шлях. Хоча Фейнман і не був задоволений своїми досягненнями, проте він усвідомлював, що йому вдалося істотно просунутися у вирішенні проблеми, а його робота отримала визнання.
Фейнман опублікував свою дисертацію «Принцип найменшої дії в квантовій механіці» («The Principle of Least Action in Quantum Mechanics») і в 1942 р отримав докторський ступінь з фізики.
Незадовго до завершення дисертації Фейнман отримав запрошення на роботу від групи Прінстонського фізиків, що займалися розподілом ізотопів урану для потреб Манхеттенського проекту, тобто для створення атомної бомби.
З 1942 по 1945 р Фейнман очолював в Лос-Аламосі (штат Нью-Мексико) групу, яка працювала у відділі Ханса А. Бете. Навіть у ці роки він знаходив час роздумувати під час поїздок в автобусі, виробляючи необхідні обчислення на клаптиках паперу, над подальшим розвитком запропонованого ним варіанту квантової електродинаміки.
У Лос-Аламосі Фейнман спілкувався з Нільсом Бором, Енріко Фермі. Робертом Оппенгеймером та іншими провідними фізиками. Він був серед тих, хто був присутній при перших випробуваннях атомної бомби в Алмогордо (штат Нью-Мексико).
Після закінчення війни, літо 1945 Фейнман провів, працюючи з Хансом А. Бете в компанії «Дженерал електрик» в Скенектаді (штат Нью-Йорк). Потім він став ад'юнкт-професором теоретичної фізики в Корнеллського університету.
Тим часом перед квантової електродинаміки постали нові питання. Так, в 1947 р Вілліс Е. Лемб за допомогою прецизійних експериментів показав, що два енергетичних рівня, які, за теорією Дірака, мали б відповідати одному і тому ж значенню енергії, насправді злегка відрізняються («лембовскій зрушення»).
Інша розбіжність між теорією і експериментом було встановлено Полікарпом Кушем, який виявив, що власний магнітний момент електрона більш ніж на 0,1% перевищує його орбітальний магнітний момент.
Спираючись на основоположні роботи Бете, Фейнман приступив було до вирішення цих фундаментальних проблем, але незабаром у нього наступив період застою, викликаний, на його власну думку, тим, що фізика перестала доставляти йому насолоду як інтелектуальна гра.
По закінченні якогось часу він випадково опинився свідком того, як в кафетерії Корнельського університету хтось розважався, підкидаючи тарілку в повітря, і зацікавився залежністю між швидкістю обертання тарілки і її «рисканням». Фейнману вдалося вивести рівняння, що описують політ тарілки.
Ця вправа дозволило йому відновити душевні сили, і він відновив свою роботу над квантової електродинаміки. «Те, що я робив, здавалося, не мало особливого значення, - писав згодом Фейнман, - але насправді в цьому був закладений великий сенс. Діаграми і все інше, за що я отримав Нобелівську премію, беруть свій початок в тій, здавалося б, безглуздою метушні з літаючою тарілкою ».
«Все інше» було новим варіантом теорії, в якому квантовоелектродінаміческіе взаємодії розглядалися з нової точки зору - траєкторії в просторі-часі. Кажуть, що частка поширюється з початкової точки траєкторії в конечную- можливі взаємодії «по дорозі» виражаються в термінах їх відносних ймовірностей. Ці ймовірності підсумовуються в ряди (іноді комплексні), для обчислення яких Фейнман розробив правила і графічну техніку (діаграми Фейнмана).
Зовні прості, але надзвичайно зручні, діаграми широко використовуються в багатьох галузях фізики. Фейнману вдалося пояснити «лембовскій зрушення», магнітний момент електрона і інші властивості частинок.
Незалежно від Фейнмана і один від одного, виходячи з інших теоретичних підходів, Джуліус С. Швінгера і Синьитиро Томонага майже одночасно запропонували свої варіанти квантової електродинаміки і зуміли подолати основні труднощі.
Використовувана ними математична процедура отримала назву перенормировки. Що доставили стільки неприємностей расходимостей вдалося уникнути, постулируя позитивні і негативні нескінченності, які майже повністю компенсують один одного, а залишок (наприклад, заряд електрона) відповідає експериментально виміряним значенням. Квантова електродинаміка Фейнмана - Швінгера - Томонага вважається найбільш точною з відомих нині фізичних теорій. Правильність її підтверджена експериментально в широкому діапазоні масштабів - від субатомних до астрономічних.
Спільно зі Швінгера і Томонага Фейнману була присуджена Нобелівська премія з фізики 1965 «за фундаментальні роботи з квантової електродинаміки, що мали глибокі наслідки для фізики елементарних частинок». У промові на церемонії вручення премії Івар Валлер з Шведської королівської академії наук зазначив, що лауреати привнесли нові ідеї та методи в стару теорію і створили нову, що займає нині центральне положення у фізиці.
Вона не тільки пояснює колишні розбіжності між теорією і експериментом, але і дозволяє глибше зрозуміти поведінку мю-мезона та інших частинок в ядерній фізиці, проблеми твердого тіла і статистичної механіки.
Фейнман залишався в Корнеллського університету до 1950 р, після чого перейшов в Каліфорнійський технологічний інститут на посаду професора теоретичної фізики. Там же в 1959 р він зайняв почесну посаду, започатковану в пам'ять Річарда Чейса Толмена.
Крім робіт з квантової електродинаміки, Фейнман запропонував атомне пояснення теорії рідкого гелію, розвиненою радянським фізиком Львом Ландау. Гелій, що переходить у рідкий стан при 4 ° К (-269 ° С), стає надтекучим близько 2 ° К.
Динаміка надтекучого гелію різко контрастує з законами, яким задовольняють звичайні рідини: при течії він остигає, а не нагревается- вільно протікає крізь мікроскопічно вузькі отвори, «знехтувавши» силу тяжіння, вповзає вгору по стінках посудини.
Фейнман вивів ротони, постульовані Ландау для пояснення незвичайної поведінки надтекучого гелію. Це пояснення полягає в тому, що атоми дуже холодного гелію агрегує в ротони, утворюючи щось на зразок димових кілець.
Разом зі своїм співробітником Маррі Гелл-Манном Фейнман вніс істотний внесок у створення теорії слабких взаємодій, таких, як випускання бета-частинок радіоактивними ядрами. Ця теорія народилася з діаграм Фейнмана, що дозволяють графічно представити взаємодії елементарних частинок і їх можливі перетворення.
Останні роботи Фейнмана присвячені сильному взаємодії, тобто силам, що утримує нуклони в ядрі та чинним між суб'ядерними частками, або «Партон» (наприклад, кварками), з яких складаються протони і нейтрони.
Оригінальність мислення і артистизм Фейнмана як лектора вплинули на ціле покоління студентів-фізиків. Його метод інтуїтивного вгадування формули і подальшого докази її правильності знаходить більше наслідувачів, ніж критиків.
Вплив як його теорій, так і його особистості відчувається в кожному розділі сучасної фізики елементарних частинок.
Особисте життя
Фейнман був тричі одружений. Арлен X. Гринбаум, з якою він одружився в 1941 р, померла від туберкульозу в 1945 р, коли Фейнман був у Лос-Аламосі. Його шлюб з Мері Луїз Белл, укладений в 1952 р, закінчився розлученням. У 1960 р він одружився в Англії на Гвенет Ховарт. У них народилися син і дочка.
Щирий і непочтітельний до авторитетів, Фейнман входив до складу президентської комісії, що розслідувала обставини вибуху космічного корабля багаторазового використання «Челенджер» в 1986 р Він склав власний трінадцатістранічний звіт, в якому критикував відповідальних співробітників Національного управління аеронавтики і космічних досліджень (НАСА) за те, що ті дали «обдурити себе», не помітивши істотних недоліків у конструкції космічного корабля.
Людина невгамовної допитливості і різнобічних інтересів, Фейнман із задоволенням грав на барабанах «бонго», вивчав японську мову, малював і займався живописом, брав участь у дешифрування текстів майя і виявляв жвавий інтерес до чудес парапсихології, ставлячись до них, однак, з неабиякою часткою скепсису .
Крім Нобелівської премії, Фейнман був удостоєний премії Альберта Ейнштейна Меморіального фонду Льюїса і Рози Страусе (1954), премії з фізики Ернеста Орландо Лоуренса Комісії з атомної енергії Сполучених Штатів Америки (1962) та міжнародної золотої медалі Нільса Бора Датського товариства інженерів-будівельників, електриків і механіків (1973).
Фейнман був членом Американського фізичного товариства. Бразильської академії наук і Лондонського королівського товариства. Він був обраний членом Національної академії наук США, але пізніше вийшов у відставку.
Джерела:
- біографія Р. Фейнмана
- Фейнман у Вікіпедії
- повна біографія Р. Фейнмана