ریچارد فاینمن

ریچارد فاینمن در ۱۱ مه ۱۹۱۸[4] در کویینز نیویورک زاده شد. مادرش لوسی خانه‌دار و پدر او ملویل آرتور فاینمن، بازرگانی بود که یونیفرم نظامی می‌فروخت.[5] اصل و نسب پدر و مادر او از روسیه و لهستان بود و هر دوی آن‌ها اشکنازی بودند.[6] با این که پدر و مادرش یهودی‌تبار بودند، پدر بر خلاف مادر خداناباور بود. به باور خود فاینمن، پدرش تأثیر زیادی روی او داشت و آن‌ها از صحبت دربارهٔ پدیده‌های مختلف لذت می‌بردند. مادرش شوخ‌طبع بود، که این شوخ‌طبعی را ریچارد از او به ارث برد؛ میراثی که تا پایان عمر با خود داشت.

همانند آلبرت اینشتین و ادوارد تلر، ریچارد حرف‌زدن را دیر آموخت.[7][8] او تا سه‌سالگی هنوز نخستین کلمه‌اش را هم بر زبان نیاورده بود. در بزرگسالی، او لهجهٔ غلیط بروکلینی‌اش را حفظ کرده بود. این لهجه به قدری متمایز بود که گاهی دیگران آن را نوعی تظاهر و اغراق می‌پنداشتند.[9][10] دوستان نزدیک فاینمن، ولفگانگ پاولی و هانس بیته نظرشان این بود که فاینمن مثل یک «خیابان‌گرد» صحبت می‌کند.

فاینمن از کودکی به علوم مهندسی علاقه‌مند بود. او آزمایشگاه خانگی کوچکی برای خود داشت و وسایل برقی را تعمیر می‌کرد. خواهر وی، جوآن فاینمن نیز بعدها متخصص اخترفیزیک شد.[11]

فاینمن در دبیرستان فار راک‌اوی تحصیل می‌کرد. دو برنده دیگر جایزه نوبل، برتون ریکتر و باروخ ساموئل بلومبرگ هم از دانش‌آموختگان همین دبیرستان بوده‌اند.[12] در دبیرستان، ضریب هوشی وی بر اساس یک آزمون نامشخص ۱۲۳ تخمین زده شد. او در ۱۵ سالگی، مثلثات، هندسه تحلیلی، دیفرانسیل و انتگرال و حد مجموع را از بر بود. او برای پذیرش در دانشگاه کلمبیا اقدام کرد، اما به علت سهمیه محدودی که دانشگاه برای یهودیان داشت پذیرفته نشد.[5] به جای کلمبیا او به ام‌آی‌تی رفت و آن‌جا به انجمن برادری فی بتا دلتا پیوست. [13] در دوران کارشناسی، فاینمن دو مقاله در مجلهٔ Physical Review منتشر کرد. [14] یکی از این مقالات با عنوان «پراکندگی پرتوهای کیهانی به وسیلهٔ ستارگان یک کهکشان»[15] را با همکاری مانوئل والاراتا نوشته بود.

مقالهٔ دیگر فاینمن، تز سال آخرش دربارهٔ «نیروهای میان مولکول‌ها»[17] بود. این مقاله بر مبنای ایده‌ای از جان سی اسلتر بود. اسلتر به قدری از تز فاینمن راضی بود که آن را در ژورنالی منتشر کرد. امروزه موضوع رسالهٔ فاینمن با نام قضیهٔ هل‌مان-فاینمن شناخته می‌شود.

او در سال ۱۹۳۹ از ام‌آی‌تی مدرک کارشناسی گرفت[18] و در همین سال برنده بورسیه پاتنام شد.[19] فاینمن در آزمون‌های ورودی تحصیلات تکمیلی دانشگاه پرینستون از سوالات فیزیک نمرهٔ کامل گرفت که بی‌سابقه بود و نمرهٔ ریاضی‌اش هم بسیار بالا بود؛ اما نمره‌اش در تاریخ و انگلیسی تعریفی نداشت. اما رئیس دپارتمان فیزیک پرینستون (هنری د ولف اسمیت) نگرانی دیگری داشت. در نامه‌ای به فیلیپ ام مورس او این چنین نوشته بود: «آیا فاینمن یهودی است؟ ما هیج قانون مشخصی علیه یهودیان نداریم اما تمایل داریم که جمعیت نسبی آن‌ها را در دپارتمانمان به طرز معقولی پایین نگه داریم.»[20] مورس تأیید کرد که فاینمن در واقع یهودی است اما به اسمیت اطمینان داد که «به هر حال، قیافه و رفتار فاینمن هیچ اثری از این ویژگی‌اش ندارد.»[20]

تصویر کارت شناسایی فاینمن در پروژه منهتن

سال ۱۹۴۱ در حالی که آتش جنگ جهانی دوم در اروپا شعله‌ور شده بود، فاینمن در ایالات متحدهٔ فارغ از جنگ، تابستانی را در مرکز تسلیحاتی فرانکفورد در پنسیلوانیا به کار بر روی مسائل مربوط به پرتاب موشک‌های بالستیک گذراند.[21][22] پس از حمله به پرل هاربر که ایالات متحده وارد جنگ شد، او توسط رابرت آر ویلسون استخدام شد. در این زمان ویلسون در پروژه‌ای که بعداً به پروژه منهتن تبدیل شد، مشغول کار بر روی روش‌های تولید اورانیوم غنی‌شده برای بمب اتمی بود.[23][24] تیم ویلسون در پرینستون مشغول کار بر روی دستگاهی به نام ایزوترون بودند؛ دستگاهی که با کمک نیروی الکترومغناطیس اورانیوم-۲۳۵ را از اورانیوم-۲۳۸ جدا می‌کرد. در همین حال تیم ارنست ارلاندو لارنس مشغول توسعهٔ کالوترون بود که همین کار را با شیوه‌ای متفاوت انجام می‌داد. در تئوری، ایزوترون چندین مرتبه از کالوترون بهینه‌تر بود اما تلاش فاینمن و پائول الوم برای اثبات این که در عمل هم همین‌طور است راه به جایی نمی‌برد. سرانجام، به پیشنهاد لارنس توسعهٔ ایزوترون نیمه‌کاره رها شد.[25]

در این زمان (اوایل ۱۹۴۳) رابرت اوپنهایمر مشغول برپاسازی آزمایشگاه لوس آلاموس بود؛ آزمایشگاهی سری در تخت‌تپهای دورافتاده در نیومکزیکو که بنا بود بمب اتمی در آن‌جا طراحی و ساخته شود. تیم ویلسون در پرینستون پیشنهادی مبنی برای همکاری در این پروژه دریافت کرد. ویلسون بعدها این رویداد را این‌گونه به خاطر می‌آورد: «مثل یک گروهان از سربازان، همه‌مان با هم برای رفتن به لوس آلاموس ثبت نام کردیم.»[26] مثل بسیاری از فیزیکدانان جوان، فاینمن خیلی زود مجذوب کاریزمای اوپنهایمر شد. اوپنهایمری که از شیکاگو با تلفن راه دور با فاینمن تماس گرفت تا بگوید که برای آرلین (همسر فاینمن) بیمارستانی در البوکرکی پیدا کرده‌است. فاینمن از جملهٔ نخستین کسانی بود که عازم نیومکزیکو شد. در ۲۸ مارس ۱۹۴۳ او همراه با آرلین که راه‌آهن برایش ویلچری فراهم کرده بود با قطار به مقصد نیومکزیکو حرکت کردند.[27]

فاینمن (وسط) همراه با رابرت اوپنهایمر (نفر سمت راستی فاینمن از دید بیننده) در یک دورهمی در آزمایشگاه لوس آلاموس در زمان اجرای پروژه منهتن

در لوس آلاموس، فاینمن به بخش تئوری (T) پیوست که توسط هانس بیته اداره می‌شد.[28] بیته تحت تأثیر مهارت فاینمن قرار گرفت و او را سرپرست یک گروه کرد.[29] بیته و فاینمن فرمول بیته–فاینمن را برای محاسبهٔ انرژی آزاد شدهٔ حاصل از یک بمب اتمی شکافتی توسعه دادند. فرمول آن‌ها بر مبنای کارهای رابرت سربر به دست آمده بود.[30] به عنوان یک فیزیکدان تازه‌وارد، نقش فاینمن در پروژهٔ منهتن مرکزی نبود. او در بخش تئوری، سرپرست گروهی محاسباتی متشکل از رایانه‌های انسانی بود. به همراه استنلی فرانکل و نیکولاس متروپلیس، او در برپاسازی سیستمی مبتنی بر استفاده از کارت‌های پانچِ آی‌بی‌ام برای محاسبات همکاری داشت.[31] کارهای دیگر او در لوس آلاموس شامل محاسبهٔ معادلات نوترون برای یک رآکتورِ هسته‌ایِ کوچک به نام «Water Boiler» (به معنای دیگ بخار) بود. هدف این رآکتور، اندازه‌گیری میزان نزدیکی یک توده از مواد هسته‌ای به حالت بحرانی بود.[32] برای تکمیل کارش روی این رآکتور، فاینمن به آزمایشگاه ملی اوک ریج فرستاده شد و در آنجا مهندسان را برای طراحی روندهای ایمنی برای ذخیرهٔ مواد پرتوزا یاری کرد. این روندها باید از وقوع انفجار بحرانی جلوگیری می‌کردند، به ویژه در مواقعی که اورانیوم غنی‌شده با آب تماس پیدا می‌کرد که می‌توانست به عنوان یک آرام‌کننده نوترون عمل کند.[33] فاینمن همچنین مسئول محاسبات مربوط به طرح بمب اورانیومی دوگانه بود که در نهایت معلوم شد ساختش ناممکن است.[34][35]

فاینمن اسماً در دانشگاه ویسکانسین به عنوان استادیار استخدام شده بود، اما در هنگام مشارکت در پروژهٔ منهتن مرخصی بدون حقوق گرفته بود.[36] در سال ۱۹۴۵ فاینمن نامه‌ای از کالجِ Letters and Science این دانشگاه دریافت کرد که از او خواسته شده بود تا در سال تحصیلی آینده تدریس کند. از آن‌جا که او بازگشت و تدریس را نپذیرفت، استخدام او لغو شد. چند سال بعد، فاینمن در یک سخنرانی در این دانشگاه به شوخی گفت: «عالی است که دوباره در تنها دانشگاهی هستم که به قدر کافی عاقل بوده که مرا اخراج کند.»[37]

در ۳۰ اکتبر ۱۹۴۳، دوست فاینمن هانس آلبرشت بیته به رئیس دپارتمان فیزیک دانشگاهش یعنی کرنل نامه‌ای نوشت تا او را به استخدام فاینمن تشویق کند. در ۲۸ فوریه ۱۹۴۴، رابرت باکر که او هم از کرنل[38] و از دانشمندان ارشد لوس آلاموس بود[39] استخدام فاینمن را توصیه کرد.[40] این توصیه‌ها به پیشنهاد کاری برای او در اوت ۱۹۴۴ منجر شد که فاینمن آن را پذیرفت. اوپنهایمر نیز امیدوار بود که فاینمن را در دانشگاه خودش، دانشگاه کالیفرنیا، استخدام کند، اما رئیس دپارتمان فیزیک این دانشگاه، ریموند تی. برگ در استخدام فاینمن دودل بود. در نهایت در می ۱۹۴۵ دانشگاه کالیفرنیا پیشنهادی برای فاینمن فرستاد که فاینمن ردش کرد. با این حال، کرنل قبول کرد که معادل همان حقوق ۳۹۰۰ دلاری را به او بپردازد که دانشگاه به فاینمن پیشنهاد کرده بود.[40] فاینمن یکی از نخستین اعضای رهبری آزمایشگاه لوس آلاموس بود که آنجا را ترک کرد. با ترک لوس آلاموس در اکتبر ۱۹۴۵ او راهی ایتاکا، نیویورک مقر کرنل شد.[41]

نمودار فاینمن نابود شدن متقابل یک جفت الکترون/پوزیترون

از آنجا که او دیگر در آزمایشگاه لوس آلاموس کار نمی‌کرد، دیگر از قانون سربازی معاف نبود و در پاییز ۱۹۴۶ به خدمت ارتش فراخوانده شد. او از رفتن به سربازی با تظاهر به بیماری روانی رهایی یافت و ارتش در یک بررسی پزشکی به او معافیت نوع F-4 به دلیل عدم سلامت روانی داد.[42][43] ممکن است که این ارزیابی تا حدی هم درست بوده باشد چرا که در این هنگام فاینمن به دلیل مرگ ناگهانی پدرش در ۸ اکتبر ۱۹۴۶ از افسردگی رنج می‌برد.[44] در ۱۷ اکتبر ۱۹۴۶، او نامه‌ای به همسر درگذشته‌اش آرلین نوشت که در آن عشق عمیق و دلشکستگی‌اش را بیان می‌کرد. فاینمن تا آخر عمر نامه را نگه داشت. نامه مهر و موم شده بود و تنها پس از مرگ فاینمن باز شد. نامه با این جمله تمام می‌شد: «من را به خاطر پست نکردن این نامه ببخش، اما نشانی‌ات را نمی‌دانم.»[45]

سال‌های حضور در مؤسسه فناوری کالیفرنیا معروف به کالتک، دوره پر دستاوردی برای فاینمن بود. او بر روی الکترودینامیک کوانتومی کار کرد که جایزه نوبل را برایش به ارمغان آورد. دقت پیش‌بینی‌های این نظریه با آزمایش‌های بسیاری تأیید شده‌است. فاینمن دو صورت‌بندی متفاوت از این نظریه ارائه کرد: نخست رهیافت انتگرال مسیر، و دیگر نمودارهای فاینمن. هردوی این صورت‌بندی‌ها از شیوه جمع تاریخ‌ها استفاده می‌کنند. علاوه بر این، او توضیحی برای ابرشارگی هلیم مایع در دماهای بسیار پایین ارائه کرد. توضیح او بر پایه مکانیک کوانتوم و نظریه فیزیکدان روسی لاندائو دربارهٔ ابرشارگی بود.

فاینمن به همراه ماری گل-من مدلی را برای توصیف واپاشی ضعیف توسعه داد که نشان می‌داد جفتیدگی جریان در این فرایند ترکیبی از جریان محوری و جریان برداری است. (تجزیه یک نوترون به یک الکترون، یک پروتون و یک پادنوترینو مثالی از یک واکنش واپاشی ضعیف است) هر چند که ای سی جورج سودارشان و رابرت مارشاک هم تقریباً هم‌زمان با فاینمن و گل‌مان مدل مشابهی را ارائه کردند، اما کار فاینمن و گل‌مان به عنوان پیشرفتی اساسی تلقی می‌شد. چرا که برهم‌کنش‌های نیروی هسته‌ای ضعیف را به طرز شسته و رفته‌ای بر مبنای جریان‌های برداری و محوری توضیح می‌داد و نظریه واپاشی بتای سال ۱۹۳۳ انریکو فرمی را به توضیحی برای نقض زوجیت ذرات بنیادی مجهز می‌کرد. [46]

فاینمن وقتی که یک استاد کالتک بود ال‌اس‌دی را امتحان کرد. او هم‌چنین تجربیاتی برای فهم هوشیاری با ماری‌جوآنا و کتامین در تانک‌های توهم مشهور جان لیلی داشت. [47] او مصرف الکل را هنگامی متوقف کرد که نشانه‌های ابتدایی اعتیاد به الکل را نشان داد. چرا که نمی‌خواست هیچ کاری به مغزش آسیب برساند. [48]

انفجار شاتل چلنجر در ۱۹۸۶

فاینمن نقش مهمی در کمیسیون راجرز (هیئت ریاست جمهوری تشکیل شده برای بررسی فاجعه چلنجر) داشت. هنگام پخش زنده تلویزیونی یکی از جلسه‌های این کمیسیون، فاینمن با آزمایشی نشان داد که پلیمر استفاده شده در واشرهای چنبری شاتل خاصیت ارتجاعی خود را در دمای پایین از دست می‌دهد. او این کار را با فشردن نمونه‌ای از این ماده با یک گیره و فروبردن آن در لیوان آب خنکی که جلویش بود انجام داد. در رای نهایی، کمیته مذکور علت فاجعه را خرابی یکی از واشرهای درزگیری در یکی از موشک‌های پیشران جامد دانست.

تمبر یادبود ریچارد فاینمن - انتشار در سال ۲۰۰۵ - آمریکا

فاینمن در سال‌های آخر عمرش از دو سرطان نادر رنج می‌برد: لیپوسارکما و بیماری والدنشتروم. بعد از یک عمل جراحی کوتاه برای درمان بیماری والدنشتروم، او در ۱۵ فوریه ۱۹۸۸ در سن ۶۹ سالگی در مرکز پزشکی یو سی ال ای در گذشت. آخرین کلمات او این بود: «از این که دو بار بمیرم متنفرم، خیلی کسل‌کننده است.»