如果一幅画相当于一千个词汇的价值,那么一个图形就可能等价于许多复杂的数学公式。费曼图就是阐述和预测的有力工具。

美国物理学家理查德 · 费曼管以各种方式反复指出,“没有人通晓量子力学”。我们怎样去理解他的这句话呢?费曼是量子电动力学方面的权威,也是一个能对非专业的听众解释高深物理的富于说服力的演讲者,我们不能从字面上去理解他的格言。

他肯定不会表明,掌握量子力学的基本原理是不可能的,他也不会打算完全放弃量子力学的数学具有的解析上的和预见性的效验。反之,他的断言可以根据他自己研究物理时采用物理模型化和图示法的趋向而得到说明。

他一直对物理行为可以完全不需要具体的形象化就用代数的常规方法表示出来这一点表示怀疑。“真是奇怪。我不理解,如果不把物理行为描绘出来,我们怎么能够写出数学表达式和计算出事物的发展演化。”

弗里曼 · 戴森回忆遭 :“理查德 · 费曼是一个物质世界的物理学家,他是凭借着具体的事物进行思考的。数学是一种累赘,是或多或少作为一种不可避免的弊端存在着而人们后来又不得不依附于它的某种东西"。

现在普遍存在的“费曼图"已经可以对那些不能直接用图形表示的现象赋予了图形编码。在1949年那篇首次提出他的方法的论文中,费曼提出了“基本相互作用”的典型例证,在这个相互作用中电子和一个质子发生交换。电子用粗线画出,而一个“虚量子"的交换过程用波形线表示,它在图形上表明,光子可以从一个电子中发射出来而被其他电子吸收,或者是当电子在时间上向后运动时,则过程恰好相反。不管怎么说,结果都是两个电子的偏转,利用它们角度的偏移加以表示。(见附图)

费曼图从表面上看很像物理学家已经利用了几个世纪的那些简单的图形。但是,它们是具有异常功效的组件。在它们的时空坐标中,费曼能够避开把电子和正电子分别处理的那些冗长的数学公式。所有的式子都以一种优先的而且甚至是直接的计算方式集中在一个图形中。

图形从许多方面快速地和经济地阐明和预示出它们既是直观地又是解析的。费曼自己就曾经以一种特有的图像方式描绘了直观的组成部分 :“它很像需求一只蜈蚣,它的脚是从后面长出来的——这一点可以很快地达到,但是我不能完全确信的是在头部有什么东西在闪烁以及事情会如何继续下去。我知道它是已经部分解出的方程式和方程式正在说明的某些正在发生的一些视觉图形的一种狂热性的混合物,但是它并不像我正在应用的那些词汇那样是分离开来的。”

图形反映了费曼的信念 :“在自然的现象中间存在着一种韵律和一个图像,它们对于肉眼而且仅对于分析的肉眼是不那么一目了然的”。

这样一种图形的有效基本原理和相配对的方程式提供了一种绝妙的工具。但是,人们有理由想知道,它是否也压抑了某些思想,虽然与费曼图允许它们自身所期望的想法相比这些思想是次要的。

“两个电子相互作用”的费曼图

[ Nature,1998年7月16日]