ذرات بنيادي؛ از پل ديراك تا ريچارد فاينمن

به قسمت دوازدهم مجموعه مقالات گذري بر فيزيك كوانتوم خوش آمديد. در يازده قسمت گذشته، مباحث و اتفاقات بسياري در جهان فيزيك را نقد و مطالعه كرده‌ايم. در اين قسمت وارد مباحثه ذرات بنيادي مي‌شويم و گشت‌و‌گذار در دنياي ذرات مي‌پردازيم. در اين قسمت به سراغ دو تن از بزرگان علم فيزيك مي‌رويم. يكي از آن‌ها بسيار آرام، متين و گاها منزوي و ديگري بسيار فعال و پر شور و هيجان است. در اين قسمت با پل ديراك و ريچارد فاينمن آشنا مي‌شويم و از اتفاقات علمي آن زمان را مرور مي‌كنيم.

ريچارد فاينمن نامي شناخته شده در دنياي فيزيك است. او معلمي بي‌بديل و فيزيكداني خلاق بود. برخلاف بسياري از فيزيكدانان به‌شدت خوش مشرب بود و حرف‌هايش براي همه اقشار جامعه جذابيت داشت، چرا كه داستان‌سرايي حاذق بود. از سوي ديگر پل ديراك، يك فيزيكدان آرام و گريزان از جامعه بود. تمام زندگي او در دفتر كارش خلاصه مي‌شود و غرق در زيبايي فيزيك و پيوند ميان فيزيك و رياضيات بود. 

اين مقاله نزديك به ۸ هزار كلمه محتوا دارد و براي آن كه راحت‌تر مطالعه شود به ۲ قسمت تقسيم شده است. بديهي است كه اين جنس مقالات با اخبار روزانه تفاوت ساختاري فاحشي دارند و هدف آن‌ها افزايش دانش، بينش و سواد حقيقي شما است. بنابراين اگر تمايل به خواندن آن داريد، حتما آن را ذخيره كنيد و در طول مدت زمان حداقل ۲ روز مطالعه كنيد. به مانند قسمت‌هاي قبلي، تمامي سعي نگارنده بر اين بوده است، كه مطالب به زباني ساده و گيرا بيان شود و با مطالعه، جمع‌آوري و مطالعه‌ي چندين جزوه رايگان سعي شده است، تا بر اين اصل مهم خود وفادار بمانيم.

داستان زندگي پل ديراك مانند يك رمان روان شناختي غمگين است. او در تمام دوره‌ي كودكي، نوجواني و اوايل بلوغ در بريستول انگلستان تحت سلطه‌ي يك پدر مردم گريز بود. چارلز ديراك ارتباطات اجتماعي را بي‌فايده مي‌دانست و برداشت غم‌بار خود از زندگي را بر خانواده‌اش تحميل مي‌كرد. او در دانشگاه بريستول، زبان فرانسه تدريس مي‌كرد و درس فرانسه را با خود به خانه نيز مي‌آورد، به اين صورت كه پل را مجبور مي‌كرد، تا سر ميز شام با او فرانسه صحبت كند. اين رفتار فاجعه‌بار، ريشه در كودكي چارلز ديراك در سوييس داشت كه در بيست سالگي از خانه فرار كرده بود.

البته وضع پل به اين بدي نشد ولي به پدرش علاقه‌اي هم نداشت. هنگامي كه پل ديراك كه در سال ۱۹۳۳ برنده جايزه نوبل شد، از پدرش براي شركت در مراسم اعطاي جوايز دعوت نكرد. و هنگامي كه پدرش در سال ۱۹۳۶ درگذشت، پل در نامه‌اي به همسرش نوشت؛

اكنون احساس مي‌كنم كه خيلي آزادتر هستم.

درس‌هاي فرانسه در سر ميز شام، مهارت كلامي چنداني براي پل به ارمغان نياورد. در يك كلام، او ساكت بود! ديراك بعدها درباره‌ي كم حرفي خود چنين نوشت؛

چون فهميدم، نمي‌توانم منظور خود را به فرانسه بيان كنم، تصميم گرفتم كه ساكت بمانم تا آن‌كه حتي بخواهم به انگليسي صحبت كنم. بنابراين از همان هنگام كه خيلي هم زود شروع شد، خيلي كم حرف شدم!

ارتباطات او با همكارانش نيز به همين شكل ادامه داشت. او پاسخ همكاران را با كمترين كلمات ممكن مي‌داد. او در پاسخ به پرسش‌هاي مستقيم بر مبناي واقعيات پاسخ مي‌داد و ممكن بود پنج روز طول بكشد، تا بتوان يك پاسخ پنج كلمه‌اي او را فهميد. او به نيلز بور كه برعكس او خيلي حرف مي‌زد يك روز گفته بود؛

وقتي جوان بودم، آموختم كه نبايد هيچ جمله‌اي را آغاز كنم مگر بدانم كه چگونه مي‌خواهم آن را به پايان برم.

سلطه‌ي پدر، به‌صورت منفي ديراك را به سوي سرنوشتش راند. پل نمي‌توانست عليه نفوذ پدرش قيام كند و از اين رو، كمبود زندگي اجتماعي و احساسي خود را با تمركز بر رياضي و فيزيك جبران مي‌كرد.

معلم‌هاي دبيرستان، متوجه استعداد او شدند و تشويقش كردند. دانشگاه بريستول، جايي كه پدرش تدريس مي‌كرد انتخاب طبيعي او براي تحصيلات عالي بود. اما دروس دانشگاه او مناسب يك فيزيكدان خوش ذوق نبود، چارلز ديراك هردو پسر خود را مجبور كرد، كه مهندسي بخوانند. رجينالد برادر پل كه مي‌خواست دكتر شود، در مهندسي موفق نبود و عاقبت بر اثر افسردگي شديد، دست به خودكشي زد. پل منفعل‌تر و كمتر در بند آينده بود، در دروس مهندسي موفق بود و درس‌هاي ارزشمندي از آن‌ها آموخت. او به اين نكته پي برد، كه شايد نتوان قوانين فيزيك را به نحو مناسبي با زبان رياضي محض بيان كرد، بلكه براي اين هدف شايد احكام رياضي شهودي، مناسب‌تر باشند. بااين‌حال، كار عملي در زمينه‌ي مهندسي و فناوري به درد ديراك نمي‌خورد و پس از اتمام تحصيل، نتوانست كاري پيدا كند، بنابراين دو سال ديگر در دانشگاه بريستول ماند و به تحصيل رياضي پرداخت.

كمبريج نجات بخش ديراك بود، در سال ۱۹۲۳ در سن بيست و يك سالگي به‌عنوان دانشجوي پژوهشگر به كمبريج رفت. يعني براي گذراندن همان دوره‌اي كه رادرفورد در دهه‌ي قبل از آن گذرانده بود. انتخاب اول ديراك پژوهش درباره‌ي «انديشه متخصصينيه نسبيت» (براي اطلاع بيشتر به قسمت چهارم مراجعه كنيد) بود. استاد راهنماي او در اين پروژه رالف فاولر بود. اين انتخاب براي ديراك مبارك بود، چرا كه فاولر داماد رادرفورد بود و شايد تنها حلقه‌ي اتصال ميان انديشه متخصصينيه‌پردازان و آزمايشگران در آزمايشگاه كاونديش به حساب مي آمد.

به سختي مي‌شد فاولر را براي مشاوره پيدا كرد، ولي اين موضوع ديراك را چندان ناراحت نمي‌كرد، او تنها كار مي‌كرد و نياز به راهنمايي هر روزه نداشت. با راهنمايي‌هاي دورادور فاولر، ديراك وارد جهان انديشه متخصصينيه‌ي اتمي و فيزيك آماري شد و چيزي را يافت كه پيش‌تر در انديشه متخصصينيه‌ي نسبيت، او را تحت تأثير قرار داده بود؛ يعني تصاوير زيبا و جذاب رياضي از طبيعت!

ديراك بعدها مي‌نويسد؛

فاولر من را با حوزه‌ي كاملا جديد اتم رادرفورد، بور و اخبار تخصصيرفلد آشنا كرد. قبل از آن، چيزي درباره انديشه متخصصينيه بور نشنيده بودم. اين انديشه متخصصينيه چشمانم را كاملا باز كرد. از اينكه مي‌ديدم معادلات الكتروديناميك كلاسيك را نمي‌توان در مورد اتم به كار برد، خيلي شگفت زده شدم. من هميشه اتم‌ها را موجوداتي كاملا فرضي در انديشه متخصصين مي‌گرفتم و حالا مي‌ديدم كساني هستند، كه درواقع با ساختار اتم‌ها سروكار دارند. 

ديراك به‌زودي آموخت، كه چگونه خلاقيت علمي خود را پرورش دهد و آن را بيان كند و بعد از حدود يك سال اقامت در كمبريج از يك دانشجو، به مرتبه‌ي يك دانشمند داراي كارهاي منتشر شده ترقي پيدا كرد. طي دو سال بعد از آن، او به اولين دستاورد از مجموعه دستاوردهاي عظيم خود در زمينه مكانيك كوانتومي دست يافت. او به ندرت با فيزيكدانان ديگر همكاري مي‌كرد. از مجموع بيش از دويست و پنجاه مقاله‌ي منتشر شده‌ي او، تنها تعداد كمي با همكاري ديگران نوشته شده‌ است. او حتي ترديد داشت تا در مورد انديشه متخصصينيه‌هايش، پيش از انتشار، با همكارانش گفت‌وگو كند، او مخفي كاري نمي‌كرد، بلكه مانند اينشتين و گيبس به توانايي خود به‌عنوان يك انديشه متخصصينيه پرداز آن قدر اطمينان داشت، كه اساسا نيازي به تأييد ديگران احساس نمي‌كرد. بازديد كنندگاني كه از گوتينگن و كپنهاگ به سراغ او مي‌آمدند، از عادت‌هاي كاري ديراك متعجب مي‌شدند، چرا كه در آنجا، كار گروهي سازمان يافته عاملي ضروري براي پيشرفت به شمار مي‌رفت.

هنگامي كه ديراك از يادگيري زير انديشه متخصصين فاولر فارغ شد و شروع به مطالع و پژوهش درباره‌ي دنياي سريعا گسترش يابنده‌ي مكانيك كوانتومي كرد، متوجه وجود دو روش مختلف شد. يكي از اين دو روش، مكانيك ماتريسي ( براي مطالعه‌ي بيشتر درباره‌ي آن به اين مقاله مراجعه كنيد) بود كه از سوي اعضاي مكتب گوتينگن (هايزنبرگ، بورن، و جوردان) حمايت مي‌شد. روش دوم، مكانيك موجي شرودينگر(براي مطالعه‌ي بيشتر درباره‌ي آن به اين مقاله مراجعه كنيد) بود كه در زوريخ سوييس هواداران بسيار داشت.

روش ماتريسي با جدول‌هايي از اعداد (ماتريس‌ها) كار مي‌كند و از بعضي قواعد جبر شامل جمع، تفريق، ضرب، انعكاس، تبديل و ... پيروي مي‌كند. مكانيك موجي ريشه در حسابان دارد؛ معادله‌ي اساسي آن كه معادله شرودينگر ناميده مي‌شود، يك معادله‌ي انرژي به‌صورت معادله‌ي ديفرانسيل است.

براي ديراك اين هضم اين اتفاق از انديشه متخصصين رياضي غيرقابل قبول بود و از انديشه متخصصين او مكانيك كوانتومي به دو روش مختلف نياز نداشت، چرا كه مكانيك ماتريسي و مكانيك موجي با مسائل يكساني سروكار داشتند و به جواب‌هاي يكساني نيز منجر مي‌شدند. از اين رو، هر دوي آن‌ها بايد نماينده‌ي يك زبان رياضي واحد و خوش ساخت‌تر باشند. ديراك نخست كار خود را بر اين قاعده‌ي عجيب ضرب هايزنبرگ متمركز كرد، كه براي ماتريس‌هاي مكانيك هايزنبرگ xy مساوي yx نيست!

اين سخت بدين معنا است كه در ماتريس‌هاي هايزنبرگ xy برابر yx نيست و اين يعني xy - yx برابر صفر نيست. بنابراين رياضي چيزي به اسم جابه‌جا گر را تعريف كرد، كه چنين نمايش داده مي‌شود؛

اين موجود رياضي شباهت ظاهري بسياري با كروشه پواسون دارد. اين موجود رياضي را انديشه متخصصينيه پردازان قرن نوزدهم به كار گرفتند، تا مكانيك نيوتوني را به‌صورت مختصر و جامع درآورند. ديراك در نخستين مقاله‌ي مهم علمي خود كه در سال ۱۹۲۵ منتشر شد، نشان داد كه ميان مكانيك كلاسيكي كه با كروشه‌هاي پواسون بيان مي‌شود و مكانيك كوانتومي كه با نمادگذاري كروشه‌هاي خودش بيان مي‌شود، هماهنگي حيرت‌آوري وجود دارد. انديشه متخصصينيه پردازان ديگر نيز در مسير همين انديشه متخصصينيه حركت مي‌كردند، اما كار استادانه ديراك چيز ديگري بود. ماكس بورن از ديدن مقاله‌ي ديراك به‌حدي شگفت زده شده بود كه بعدها چنين يادآوري مي‌كند؛

نام ديراك براي من كاملا نا آشنا بود. به‌انديشه متخصصين مي‌رسيد كه مؤلف مقاله، جوانكي جوياي نام باشد، با وجود اين، همه چيز در مقاله‌ي او كاملا در جاي خود و تحسين برانگيز بود.

اين اتفاق چندان براي هايزنبرگ خوشايند نبود و او در نامه‌اي كه براي پائولي نوشته بود، اين نكته را ذكر مي‌كند كه يك انگليسي توانسته تمام روابط رياضي مربوط به كار او را مستقلا دوباره انجام دهد و اين اتفاق چندان براي او و ماكس بورن خوشحال كننده نيست. اما به هرحال اهميت كار ديراك در اين بود، كه نشان داد انديشه متخصصينيه هايزنبرگ كاملا درست است. 

اما «جوانك» حرف‌ها بسيار زيادي براي گفتن داشت و اين مقاله تنها شروع كار او بود. در سال ۱۹۲۶ او مكانيك كوانتومي را به سطح رياضي بالاتري رساند، سطحي كه در وراي دو قطبي مكانيك ماتريسي و مكانيك موجي قرار داشت و اين در حقيقت همان «انديشه متخصصينيه‌ي تبديل» بود!

اين انديشه متخصصينيه به بيان ساده، نشان داد كه چگونه مي‌توان يك روايت از مكانيك كوانتومي را به روايت ديگر تبديل كرد و نشان داد كه انتخاب مكانيك ماتريسي يا مكانيك موجي تنها به سليقه‌ي متخصص يا اقتضاي موقعيت بستگي دارد. ديراك در انديشه متخصصينيه‌ي تبديل خود، جوهره‌ي منطقي مكانيك كوانتومي را نشان داد و به آن افتخار مي‌كرد. او بعدها نوشت:

پيشبرد و به سرانجام رساندن اين كار (انديشه متخصصينيه‌ي تبديل) بيش از هر مقاله‌ي ديگري كه قبل يا بعد از آن درباره‌ي مكانيك كوانتومي نوشته‌ام برايم لذت‌بخش بوده است.

عادت ديراك به كار در انزوا موجب مي‌شد، تا حتي همكاران او در كمبريج هم ندانند، كه كار بعدي او چه خواهد بود. او به‌حدي خاموش و ساكت عمل مي‌كرد كه گويي كشفيات او از آسمان نازل و بر او يك شبه وحي مي‌شدند. به همين ترتيب انديشه متخصصينيه‌ي نسبيتي الكترون كه بسياري از تحليل‌گران آن را بزرگ‌ترين كار ديراك در فيزيك مي‌دانند در سال ۱۹۲۸ از آسمان فرو افتاد!

براي مطالعه اجمالي مسئله‌ي انرژي بايد از نزديك نگاهي به معادله‌ي شرودينگر بيندازيم، براي يك الكترون آزاد (الكتروني كه به اتم مقيد نيست)، اين معادله ‌مقدار انرژي جنبشي را برحسب تكانه محاسبه مي‌كند. در مكانيك نيوتوني، انرژي جنبشي را با نماد E نشان مي‌دهيم و با فرمول زير محاسبه مي‌شود؛

E = 1/2 mv²

كه در آن m جرم ذره و v سرعت آن است. همچنين تكانه را با نماد p نمايش داده و فرمول آن چنين است؛ (حاصل ضرب جرم ذره در سرعت آن)

p = mv

بنابراين با كمي بازي رياضي و تركيب مي‌توان به رابطه‌ي زير دست پيدا كرد؛

E = p²/2m

شرودينگر قواعدي را فراهم كرد كه اين معادله‌ي كلاسيك را به يك معادله‌ي كوانتوم مكانيكي تبديل كند كه رفتارهاي الكترون‌هاي آزاد را شرح مي‌دهد. شكل معادله‌ي شرودينگر به‌صورت زير است:

در اين معادله ψ يكي از مهم‌ترين اجزاي مكانيك كوانتومي است و آن را تابع موج مي‌ناميم. مباحثه بيشتر درباره‌ي جزييات اين معادله و حوادث مرتبط با تكامل با آن را به جزوه رايگان‌هاي فيزيك دانشگاهي مي‌سپاريم و به‌طور كلي به كاري كه ديراك انجام داد، مي‌پردازيم. 

وظيفه‌ي ديراك، آن‌گونه كه خودش مي‌پنداشت آن بود، كه معادله ديفرانسيلي به شكل معادله‌ي نسبيتي ابداع كند، كه تا حد امكان از همان قواعدي پيروي كند، كه پيش‌تر به شرودينگر كمك كرده بودند. اين كار، مسئوليت بسيار سنگيني بود كه به ابتكار رياضي زيادي نياز داشت. پس از دو ماه كار ديراك به آن‌چه مي‌خواست رسيد و معادله‌ي الكترون نسبيتي در زيباترين شكل خود درآمد:

iγ.∂ψ = mψ

مانند بعضي ديگر از معادلات بزرگ فيزيك انديشه متخصصيني (مانند معادله‌ي ميدان گرانشي اينشتين)، معادله‌ي الكترون ديراك، به آن سادگي كه به‌انديشه متخصصين مي‌رسد، نيست و تمام جنبه‌هاي ديفرانسيلي معادله در نماد ∂ متراكم شده است. اين معادله الكترون آزادي را توصيف مي‌كند، كه تحت تأثير يك ميدان خارجي قرار ندارد. اگر اين معادله را به‌گونه‌اي بسط دهيم تا تأثير ميدان الكترومغناطيسي اعمال شده را نيز در بر بگيرد، اتفاق شگفت‌آوري رخ مي‌دهد، زيرا بدون آن‌كه انديشه متخصصينيه‌پرداز هيچ‌گونه قصد قبلي داشته يا دستكاري كرده باشد، خود معادله نشان مي‌دهد، كه الكترون‌ها حركت اسپيني دارند. بدين ترتيب حدس هميشگي فيزيكدانان به يقين تبديل شد و ثابت شد كه نسبيت و اسپين به‌يك ديگر مربوط هستند.

در آن زمان، انديشه متخصصينيه‌ي ديراك را يك معجزه به حساب آوردند. معجزه اين انديشه متخصصينيه آن بود، كه حركت اسپيني الكترون را استنتاج كرد. كاري كه پيش از ديراك هيچ‌يك از انديشه متخصصينيه‌هاي آن زمان به آن نزديك هم نشده بودند. 

فيزيكدانان انديشه متخصصيني براي ساختن انديشه متخصصينيه‌هاي خود همان قدر كه به روال‌هاي دقيق و منطقي نيازمند هستند، محتاج الهام هنرمندانه‌اند. بنابراين نمي‌توان تنها با تكيه بر استدلال سرراست، يك انديشه متخصصينيه‌ي بزرگ پديد آورد، همان‌طور كه نمي‌توان تنها به كمك يك جزوه رايگان درسي اصول آهنگ‌سازي، يك سمفوني بزرگ پديد آورد! يك آهنگساز موفق بايد گوش دقيق تنظيم شده داشته باشد، به همين‌صورت يك انديشه متخصصينيه پرداز بايد بصيرت خوب تنظيم شده داشته باشد. آهنگساز و انديشه متخصصينيه‌پرداز، هر دو در جست‌وجو و اميد دستيابي به نوعي زيبايي در كارشان هستند.

ديراك معتقد بود، كه يك قانون فيزيكي بايد داراي زيبايي رياضي باشد. اين يك اصل اساسي براي او بود كه فلسفه‌ي فكري وي را در بر مي‌گرفت. ديراك خطاب به فيزيكدانان انديشه متخصصيني مي‌گويد؛

حداقل براي شروع، بگذاريد كه رياضي راهنماي شما باشد. ابتدا با رياضيات زيبا، به‌خاطر خود رياضي، بازي كنيد، سپس مطالعه كنيد كه آيا اين رويه شما را به يك فيزيك جديد راهنمايي مي‌كند يا خير. دنبال زمينه‌هاي مشترك بگرديد، شايد بتوان وضعيت را اين‌گونه تشريح كرد، كه رياضيدان در حال نوعي بازي است كه قواعد آن را خود ابداع مي‌كند، اما فيزيكدان مشغول يك بازي است، كه قواعد آن را طبيعت وضع مي‌كند! اما با گذشت زمان، آشكار خواهد شد كه قواعد مورد علاقه‌ي رياضيدان، همان قواعدي است كه طبيعت برگزيده است!

اينشتين در جايي گفته بود كه؛ «رياضيات، اصل سازنده است» ديراك با اين حرف كاملا موافق بود و در تأييد آن گفت:

شايد بتوان گفت، كه خداوند رياضيدان بسيار ماهري است و در ساخت عالم از رياضيات بسيار پيشرفته‌اي استفاده كرده است.

ديراك بر اين نكته تأكيد داشت كه زيبايي رياضي، مترادف سادگي نيست. ساده‌ترين انديشه متخصصينيه شايد بهترين انديشه متخصصينيه باشد، ولي الزاما چنين نيست. به‌طور مثال انديشه متخصصينيه‌ي گرانش نيوتن، بسيار ساده‌تر از انديشه متخصصينيه‌ي اينشتين است ولي انديشه متخصصينيه‌ي اينشتين عميق‌تر است و بيشتر به خاطر زيبايي‌اش مورد تحسين قرار گرفته است. يكي از زيبايي‌‌هاي انديشه متخصصينيه‌ي اينشتين كه اكثريت فيزيكدانان با آن موافقند اين است، كه اين انديشه متخصصينيه بدون استدلال تجربي پديد آمده است و به‌خاطر ارزش‌هاي زيبايي شناختي آن بايد درست باشد!

يكي از معروف‌ترين ابداعات ديراك، «تابع دلتا ديراك» نام دارد كه با نماد δ نمايش داده مي‌شود. هنگامي كه ديراك استفاده از آن را آغاز كرد، به لحاظ رياضي چندان مورد توجه نبود. مدت‌ها پس از آنكه او تابع دلتا را به‌طور تصادفي براي مكانيك كوانتومي خودش به كار گرفت، رياضيدانان مشروعيت صوري آن را نشان دادند.

جولان دادن ديراك در دنياي رياضيات به‌عنوان يك فيزيكدان، به مذاق بسيار از رياضيدانان خوش نمي‌آمد و در حقيقت بزرگ‌ترين منتقدان او رياضيدانان بودند. يك رياضيدان آمريكايي به‌نام گرت بركوف در نامه‌اي نوشت؛

برخلاف انتظار، متوجه شدم درحالي‌كه روش ديراك براي نماياندن سيستم‌هاي فيزيكي بسيار متداول است، اما حاوي هيچ اصل شناخته شده‌اي از رياضيات نيست. ديراك شماري آزادي‌هاي رياضي براي خود قائل مي‌شود. از انديشه متخصصين من ديراك دست‌كم در درك اصول، سازگاري منطقي و امكانات بسط يك انديشه متخصصينيه‌ي اساسي نسبتا ضعيف است.

ديراك، قسمت اعظم كار سازنده‌ي خود را در خلال سال‌هاي ۱۹۲۵ تا ۱۹۳۳ انجام داد. در آن دوران، او به‌عنوان يكي از چهره‌هاي اصلي علم در قرن بيستم ظاهر شد و چهره‌ي فيزيك را دگرگون كرد. در سال ۱۹۳۲ استاد كرسي لوكاسي دانشگاه كمبريج شد، كه زماني متعلق به نيوتن بود. يك سال پس از استادي در كمبريج، ديراك جايزه‌ي نوبل را دريافت كرد. ديراك همواره از شهرت و تجمل‌گرايي گريزان بود و سكوت و فرار از جمعيت را ترجيح مي‌داد. به همين دليل در ابتدا قصد داشت كه جايزه‌ي فيزيك نوبل را نپذيرد، چرا كه از شهرتي كه اين جايزه براي او ايجاد مي‌كرد، بيمناك بود. 

ارنست رادرفورد او را قانع كرد، كه اين جايزه را بپذيرد، چرا كه از انديشه متخصصين رادرفورد، رد كردن اين جايزه شهرتي بسيار بيشتر از پذيرفتن آن براي ديراك به ارمغان مي‌آورد و اين آن چيزي نيست كه مرد انگليسي دنبال آن باشد. 

ديراك كه در دهه‌ي ۱۹۳۰ انديشه متخصصينيه‌اي براي الكترون‌هاي آزاد تدوين كرده بود، قدم بعدي را برداشت و تلاشي طولاني را آغاز كرد، تا انديشه متخصصينيه‌اي درباره‌ي الكتروديناميك كوانتومي (به اختصار آن را QED مي‌نامند)  بسازد اين انديشه متخصصينيه درباره‌ي برهم كنش الكترون با الكترون يا ذرات بنيادي ديگر سخت مي‌گفت.

متاسفانه خلاقيت و تلاش اين بار او را ياري نكردند و درك او از زيبايي رياضي، برخلاف كارهاي گذشته‌اش، راهنماي او در اكتشاف موفقيت‌آميز نشد. انديشه متخصصينيه‌اي كه در اواخر دهه‌ي ۱۹۴۰ در كانون توجه قرار گرفت و موجب حل مسائل الكتروديناميك شد، ويژگي‌هايي داشت، كه ديراك نمي‌توانست آن‌ها را بپذيرد.

انديشه متخصصينيه‌ي جديدي كه ريچارد فاينمن، جوليان شوينگر، شيني چيرو توموناگا و فريمن دايسون به وجود آوردند، به‌عنوان ابزاري براي محاسبه‌ي ويژگي‌هاي الكترون و مطالعه برهم‌كنش‌هاي ميان همه نوع ذرات بنيادي، موفقيت شگرفي يافت. اما معادلات انديشه متخصصينيه حاوي كميت‌هاي نامتناهي پنهان بود، كه به شكل رياضي انديشه متخصصينيه صدمه مي‌زدند.

ديراك به مدت چند دهه تلاش كرد، تا زيبايي را به معادلات الكتروديناميك بازگرداند ولي هرگز آن‌چه را كه مي‌جست، نيافت! او در سال ۱۹۷۹ در سن هفتاد و هفت سالگي در يك ارزيابي نوميدانه نوشت؛

در حقيقت، من تمام عمر خود را صرف يافتن معادلات بهتري براي الكتروديناميك كوانتومي كرده‌ام و تا به حال موفق نشده‌ام، ولي به اين كار ادامه خواهم داد.

سرنوشت ديراك مانند اينشتين بود. اينشتين سال‌هاي بسياري را صرف جست‌وجويي بي‌حاصل براي يافتن انديشه متخصصينيه‌ي واحدي براي ميدان‌هاي گرانشي و الكترومغناطيسي كرد.

ديراك و اينشتين از بعضي جهات شبيه به يكديگر بودند. هر دو از دانشمندان بزرگ قرن و به‌دنبال زيبايي و سادگي در فيزيك انديشه متخصصيني بودند. ديراك در سال‌هاي پاياني عمر خود بيش از آن‌كه براي فيزيك سودمند باشد، به رياضي معتاد شده بود و تا روزهاي پاياني عمر خود نيز، دست از تحقيق و فعاليت بر نداشت. بهترين قدرداني از ديراك، كلامي است كه نيلز بور درباره او بيان كرد. او گفت:

در ميان تمام فيزيكدانان، پل ديراك ناب‌ترين روح و روان را دارد.

پايان قسمت اول

دانشمندان بزرگ نابغه‌اند و نابغه‌ها معمولا زندگي غيرعادي دارند. در مقالات قبلي نمونه‌هاي متعددي از اين مدل دانشمندان را مطالعه كرده‌ايم. ريچارد فاينمن، يكي از بزرگ‌ترين نابغه‌هاي علمي بود و در عين‌حال يكي از نامتعارف‌ترين زندگي‌ها را داشت.

او بيشتر عمر خود را در جامعه‌ي دانشگاهي گذراند. مدت كوتاهي در دانشگاه كورنل مشغول بود و ساير زمان را در دانشگاه كلتك گذراند. فاينمن گاهي از مسير دانشگاه خارج مي‌شد و سر از كلوپ‌هاي شبانه و قمار سر در مي‌آورد. فاينمن علاوه‌بر دانش فيزيك، خوش قيافه و بلند قد بود و مهارت زيادي در تعريف كردن داستان‌هاي سرگرم‌كننده داشت. 

همسر اول فاينمن به بيماري سل دستگاه لنفاوي مبتلا بود. هنگامي كه ريچاد دانشجوي تحصيلات تكميلي پرينستون بود، آرلين همسر او در بيمارستان در همان حوالي بستري بود. همسر اول فاينمن در سال ۱۹۴۵ درگذشت و هم زماني اين اتفاق با درگذشت پدر وي در سال بعد، افسردگي و اشكالات روحي متعدد را براي او در پي داشت.

فاينمن چه به‌عنوان فيزيك‌دان و چه در بخش‌هاي ديگر زندگي، همواره يك ماجراجو بود. او نمي‌توانست به يك مسئله پژوهشي روي آورد، مگر آن‌كه كل موضوع را به شيوه‌ي خودش بازسازي كند يا به آن جهتي تازه دهد. روي تخته سياهش در كالتك اين پيام نوشته شده بود؛

آن‌چه را نمي‌توانم خلق كنم، نمي‌توانم بفهمم!

فاينمن در پايان نامه‌ي دكتراي خود رهيافتي كاملا جديد به مكانيك كوانتومي داشت، كه با رويكرد هايزنبرگ، شرودينگر و ديراك تفاوت داشت، سپس اين روش را با موفقيت چشمگيري براي انديشه متخصصينيه برهم كنش‌هاي الكترون و فوتون به كار گرفت.

او هيچ ترسي از ترديد و عدم قطعيت نداشت. ترديد، انگيزه‌ي او بود و به اكتشاف مي‌انجاميد. او از اينكه حل يك معما معمولا به معماي ديگري مي‌انجاميد، ناراحت نمي‌شد، چرا كه شناخت بيشتر به معماي ژرف‌تر و شگفت‌انگيزتري مي‌انجاميد و باعث نفوذ در عمق بيشتر مي‌شد. هرگز نگران پاسخ نااميد كننده نمي‌شد و با دلخوشي و اعتماد به نفس هر سنگ جديدي را زير و رو مي‌كرد، تا به شگفتي باورنكردني مي‌رسيد. 

يكي از جزوه رايگان‌هاي فاينمن با عنوان «حتما شوخي مي‌كنيد آقاي فاينمن» اين چنين آغاز مي‌شود؛

حقايقي در مورد زمان‌بندي من؛ من در سال ۱۹۱۸ در شهركي به‌نام «فار راك‌اوي» در حومه‌ي نزديك به درياي نيويورك به دنيا آمدم.

ساكنان فار راك‌اوي مردماني سخت‌كوش بودند و زندگي متوسط آبرومندانه‌اي داشتند. پدر ريچارد فردي حكيم بود، كه شايد اگر امكانات لازم را داشت، دانشمند مي‌شد. خواهر ريچارد، جوآن، نيز فيزيكدان شد. برخلاف بسياري از فيزيكدانان، ريچارد ارتباط بسيار خوبي با خانواده‌ي خود داشت و به‌خصوص با پدر خود ارتباط عميقي داشت. در حقيقت پدر ريچارد، اولين آموزگار او بود. 

ريچارد در دبيرستان به رياضيات و علوم طبيعي علاقه‌مند بود. او مقدمات حسابان را از جزوه رايگان «حسابان براي اهل عمل»، كه به جزوه رايگانخانه مدرسه اضافه شده بود، خودش خواند. سپس در كلاس فيزيك ممتاز آبرام بادر شركت كرد. بادر مكانيك آماري و مكانيك كوانتومي را در دانشگاه كلمبيا خوانده بود، اما وقتي پولش تمام شد، در دوره‌ي دكتري ترك تحصيل كرد و به معلمي روي آورد.

او معلمي مطلع و دلسوز بود و به سرعت متوجه استعداد ريچارد شد. پس از مدتي بادر جزوه رايگان حسابان پيشرفته فردريك وودز را به ريچارد معرفي كرد تا مطالعه كند. پس از يك ماه ريچارد جزوه رايگان را كامل خواند و به پرسش‌هاي بادر پاسخ داد. 

بادر درس‌هاي جالبي از فيزيك را به ريچارد آموخت. او بر اهميت تابع‌هاي انرژي تأكيد كرد. او متذكر شد، مجموع تابع انرژي جنبشي (با علامت T نشان داده مي‌شود) و تابع انرژي پتانسيل(با علامت V نشان داده مي‌شود) «هاميلتوني» خوانده مي‌شود با علامت H نشان داده مي‌شود. 

H = T + V

با استفاده همين دو تابع، يك تابع ديگر تعريف مي‌شود و به آن «لاگرانژي» مي‌گويند، كه به شكل زير تعريف مي‌شود و حاصل تفاضل انرژي پتانسيل از انرژي جنبشي است.

H = T - V

تابع هاميلتوني در معادله‌هاي ديفرانسيلي ظاهر مي‌شود و براي توصيف حركت جسم بايد آن را حل كرد (يعني از آن انتگرال گرفت) و اين كار گاهي دشوار است. تابع لاگرانژي از راه رياضي كاملا متفاوتي به همان نتيجه مي‌انجامد. روش آن نيز چنين است كه در هر مسير ممكني كه جسم متحرك دنبال مي‌كند، نسبت به زمان انتگرال مي‌گيرند تا تابع ديگري موسوم به «كنش» به دست بيايد كه آن را با S نشان مي‌دهند؛

S = ∫Ldt

جنبه‌ي خاص كنش، موسوم به اصل كم‌ترين كنش، آن است كه براي هر مسير واقعي كه جسم متحرك دنبال كند، كنش كمترين مقدار، كمينه است. اين تابع عملا مقيد شده است تا كمينه‌ترين مسيري را كه متحرك مي‌تواند دنبال كند، مشخص كند. شهود فيزيكي موضوع براي ريچارد به‌شدت جذاب بود و درباره‌ي آن گفت؛

به‌جاي معادله‌هاي ديفرانسيل، اين خاصيت ويژگي‌هاي كل مسير را مشخص مي‌كند و اين من مجذوب خود كرده است. اين بزرگ‌ترين كشف زندگي من بود و ساير عمرم در تمام كارهايم به گونه‌اي با «كنش» بازي كردم و همواره براي من دوست داشتني بوده است.

ريچارد از دبيرستان با موفقيت فارغ‌التحصيل شد و بيشتر امتيازهاي ممكن را بدست آورد. دانشگاه مرحله‌ي بعدي براي او بود. او در مؤسسه فناوري ماساچوست (MIT) پذيرفته شد و در پاييز سال ۱۹۳۵ به‌همراه ديگر دانشجويان وارد كمبريج ماساچوست شد.

فاينمن ابتدا به لحاظ فكري در MIT سرگردان بود. رشته رياضي برايش جالب بود، تا آن‌كه از مدير گروه رياضي پرسيد؛ با داشتن مدرك رياضي به‌جز تدريس چه مي‌توان كرد؟ و مدير گروه پاسخ داد: خب، مي‌توانيد آمارگر، محاسبه نرخ‌هاي بيمه در شركت بيمه شويد و اضافه كرد، دانشجوياني كه اين پرسش‌ها را مطرح مي‌كنند معمولا جوهر و ويژگي‌هاي رياضيدان‌ها را ندارند.

انتخاب بعدي فاينمن مهندسي برق بود، اما دريافت كه ذوق آن را هم ندارد و در نهايت با حذف برخي رشته هاي ديگر، سرانجام به فيزيك رسيد. اين انتخابي عاقلانه بود؛ چرا كه MIT يك گروه فيزيك قوي داشت.

مدير گروه فيزيك، جان اسليتر همكار بور و مؤلف يك جزوه رايگان درسي پرمحتوا بود. يكي از جزوه رايگان‌هاي او به‌نام «آشنايي با فيزيك انديشه متخصصيني» براي دانشجويان سال آخر و دوره‌ي تحصيلات تكميلي الزامي بود. فاينمن و دوست استثنايي او تد ولتون با اندكي دلواپسي تصميم گرفتند، كه اين درس را در سال دوم بگذرانند، اما جاي نگراني نبود؛ چرا كه آنان به سطح دانشجويان سال آخر رسيده بودند.

آنان متون مقدماتي مكانيك كوانتومي و نسبيت را خودشان خوانده و در باره‌ي آن‌ها مباحثه كرده بودند. در آن زمان (اواسط سال‌هاي ۱۹۳۰)، مكانيك كوانتومي هنوز موضوعي جديد بود و در دوره‌هاي درسي استاندارد با عمق كمي تدريس مي‌شد. بنابراين از طرف گروه يادگيريي، تصميم گرفته شد كه مكانيك كوانتومي كارامد در يك دوره‌ي خاص به فاينمن، ولتون و يك دانشجوي ديگر به‌طور فشرده تدريس شود. آنان كار را با اصول مكانيك كوانتومي پيچيده‌ي ديراك آغاز كردند و سپس روي يك پروژه‌ي پژوهشي كه شامل محاسبات مفصلي درباره‌ي ويژگي‌هاي اتمي با توابع موج هيدروژن يا هيدروژن مانند، متمركز شدند.

در آن زمان كامپيوترها و ماشين‌ حساب‌هاي الكتريكي هنوز وجود نداشتند. بنابراين كار با معادله‌هاي مكانيك كوانتومي درعين‌حال كه جذابيت فيزيكي داشت، يك روي سخت و خسته‌كننده به‌نام محاسبات داشت. بااين‌حال اين دو نفر خسته نشدند و كار را به سرانجام رساندند. در آن هنگام، فاينمن به مقدار كافي، شناخت از نسبيت و مكانيك كوانتومي به دست آورده بود، كه معادله‌ي معتبري براي مكانيك كوانتومي نسبيتي پيشنهاد كند.

سال آخر حضور فاينمن در MIT با يك كشف بزرگ در پايان‌نامه‌ي او خاتمه يافت. اسليتر از او خواسته بود، تا اين واقعيت را توضيح دهد، كه چرا كوارتز بر اثر گرم شدن كمتر از مواد ديگر (اكثريت مواد) منبسط مي‌شود. فاينمن حل اين مسئله را چنين شرح مي‌دهد؛

ابتدا فرض كردم كوارتز در فضا ثابت است، اندازه آن هم ثابت است و در جست و جوي آن برآمدم، كه چه نيروها و تنش‌هايي بر آن وارد مي‌شوند. سپس براي شروع تجزيه و تحليل اين موضوع، قضيه‌اي را بيان و ثابت كردم، كه آن را شيمي فيزيكدانان به‌عنوان وسيله‌اي استاندارد براي محاسبات مولكولي پذيرفته‌اند. اين قضيه بيان مي‌كند كه به‌طور كلي، در كوارتز يا جاهاي ديگر، هسته‌ي اتم نيروي الكتروستاتيك هسته‌ها و الكترون‌هاي اطراف را حس مي‌كند. الكترون‌ها در مكانيك كوانتومي به‌صورت لكه‌هاي ابر مانند سه‌بعدي در انديشه متخصصين گرفته مي‌شوند.

نسخه‌ي خلاصه شده اين پايان نامه در ژورنال معتبر Physical Review Letters منتشر شد. براي تحصيلات تكميلي، فاينمن در انديشه متخصصين داشت كه كار خود را در MIT ادامه دهد، اما پس از صحبت‌هايي كه با اسليتر داشت، تصميم گرفت كه به پرينستون كوچ كند.

پرينستون دستياري پژوهشي را به فاينمن پيشنهاد كرد و به او گفته شد كه استاد مشاور او، يوجين ويگنرا خواهد بود. ويگنر انديشه متخصصينيه‌پرداز كوانتومي مجارستاني بود، كه به نسل ديراك، فرمي، هايزنبرگ و پائولي تعلق داشت. هنگامي كه فاينمن وارد پرينستون شد، متوجه شد كه يك تغيير كوچك ايجاد شده است و استاد او جان ويلر خواهد بود. ويلر تنها شيش سال از فاينمن بزرگ‌تر بود و اهميت ويژه‌اي براي دانشجويان خود قائل بود. فاينمن در نخستين جلسه با ويلر، به ژست ساعت جيبي او توجه كرد و در جلسه‌ي بعدي ساعت خودش را درآورد و عمدا دركنار ساعت ويلر گذاشت. هر دو به‌شدت خنديدند و به سراغ كار فيزيك رفتند.

يكي از مسائل عجيبي كه ويلر روي آن كار مي‌كرد، اشكال دير پاي انديشه متخصصينيه‌ي الكترون، يعني «خود- انرژي» الكترون بود. الكترون‌ها بار دارند و بارهاي الكتريكي، ميدان الكترومغناطيسي توليد مي‌كنند، كه به نوبه‌ي خود با الكترون برهم‌كنش دارد. انرژي اين خود-برهم‌كنش را در صورتي مي‌توان با انديشه متخصصينيه‌ي كلاسيك يا كوانتومي محاسبه كرد، كه الكترون اندازه محدودي داشته باشد. اما انديشه متخصصينيه نسبيت اين محدوديت را ايجاد مي‌كند كه مجاز نمي داند، الكترون‌ها به‌جز نقطه، چيز ديگر باشند؛ يعني بايد شعاع آن‌ها صفر باشد!

اين واقعيت كه ظاهرا ساده و بي ضرر به‌انديشه متخصصين مي‌رسد، ده‌ها سال انديشه متخصصينيه پردازان را ناكام گذاشته بود. وقتي آنان مي‌كوشيدند، تا خود-انرژي يك الكترون با اندازه-نقطه را محاسبه كنند، مقدار بي‌نهايت به دست مي‌آوردند، نتيجه‌اي كه ازلحاظ رياضي بي‌معني است. بي نهايت‌ها اعداد معتبري نيستند، آنان را نمي‌توان با اطمينان جمع، ضرب يا تقسيم كرد.

اشكال بي نهايت به اين علت بروز مي‌كند كه انديشه متخصصينيه فرض مي‌كند، برهم‌كنش‌هاي الكترون را ميدان‌هاي الكترومغناطيسي منتقل مي‌كنند. ويلر پيشنهاد كرد براي اصلاح ريشه‌اي انديشه متخصصينيه، مفهوم ميدان را كنار بگذاريم، در اين صورت انديشه متخصصينيه از مفهوم اشكال آفرين برهم‌كنش الكترون با خودش خلاص مي‌شود. اين يك بازگشت به اصل «كنش-از دور» بود، كه با ظهور انديشه متخصصينيه ميدان سركوب شده بود.

ويلر و فاينمن موفق به بسط يك انديشه متخصصينيه‌ي كلاسيك معتبر شدند، اما از عهده يافتن يك انديشه متخصصينيه كوانتومي متناظر آن، برنيامدند. با اين همه، فاينمن گام مهمي در اين جهت برداشت و راهي يافت، تا مكانيك كوانتومي را بازنويسي كند، به‌طوري ‌كه متكي بر يك معادله ديفرانسيل، مانند معادله‌ي شرودينگر نباشد، چرا كه معادلات ديفرانسيل زبان رياضي صحيحي براي رهيافت ويلر نبودند. فاينمن احتمال وقوع يك رويداد مانند عبور يك الكترون از يك نقطه در فضا و زمان به نقطه‌ي ديگر را با جمع‌بندي مهم هر مسير ممكن كه دو رويداد را به يكديگر متصل كند، محاسبه كرد. ويلر چنان تحت تأثير دستاورد شاگردش قرار گرفت، كه اين اتفاق را به اطلاع اينشتين رساند و از فاينمن تعريف كرد.

درحالي‌كه فاينمن و ويلر مباني فيزيك را يكي از پس ديگري مي‌كاويدند، زندگي شخصي فاينمن ناآرام بود. وضعيت سلامتي، آرلين، نامزد ريچارد فاينمن، روزبه‌روز وخيم‌تر مي‌شد و در نهايت مشخص شد كه آرلين به بيماري سل سيستم لنفاوي مبتلا شده است و هيچ‌گاه بهبود نخواهد يافت. با وجود مخالفت شديد اطرافيان، ريچارد و آرلين تصميم به ازدواج گرفتند، آنان در سال ۱۹۴۲ به‌طور رسمي ازدواج كردند.

بازي با دُم شير

در پاييز سال ۱۹۳۹، جنگ جهاني دوم در اروپا آغاز شد. در ابتداي سال، نيلز بور اخبار شكافت هسته‌اي را براي فيزيكدانان آمريكايي آورد و با همراهي ويلر، يك انديشه متخصصينيه شكافت اورانيم طراحي كرد. در سال ۱۹۳۹، اينشتين پذيراي دو پناهنده‌ي مجارستاني؛ لئو زيلارد و يوجين ويگنر شد و نامه‌ي آنان براي رئيس جمهور روزولت را امضا كرد.

مضمون نامه، هشدار امكان و خطرهاي غيرقابل تصور سلاح‌هاي هسته‌اي بود. واكنش دولت آمريكا در ابتدا كند و اداري مآبانه بود، اما در سال ۱۹۴۱، با پيشروي ارتش آلمان در اروپا، بمباران پرل هاربور توسط ژاپني‌ها و اطلاع از اينكه شكافت اورانيم در آلمان كشف شده است، پروژه اورانيم ايالات متحده، با آهنگ غيرمنتظره‌اي پول و متخصص جذب مي‌كرد. در اواخر سال ۱۹۴۲ همه فعاليت‌ها به گروه‌هايي از مهندسان ارتش محول شد، كه مدير كل امور اجرايي آن ژنرال لسلي گرووز بود.

فاينمن پس از ترديد اوليه درباره‌ي فعاليت مرتبط با جنگ، به پروژه‌اي در پرينستون پيوست، كه مدير آن رابرت ويلسون بود. هدف اين كار توسعه‌ي دستگاهي به‌نام ايزوترون (isotron) براي جدا كردن ايزوتوب كمياب اورانيوم-۲۳۵ از اورانيوم-۲۳۸ فراوان بود. اما روش ويلسون چندان مورد پسند قرار نگرفت و در رقابت با طرح‌هاي ديگر كنار گذاشته شد.

در سال ۱۹۴۳ زماني فرا رسيد، كه آزمايشگاه بمب در لوس آلاموس، نيومكزيكو، تحت مديريت رابرت اپنهايمر درهايش را گشود. اپنهايمر در سراسر كشور به گشت‌و‌گذار پرداخت، تا فيزيكدانان، شيميدانان، مهندسان و رياضيدانان مورد انديشه متخصصينش را استخدام كند. فاينمن در بهار سال ۱۹۴۳، جزو نخستين كساني بود كه به اپنهايمر پيشنهاد شد. بدين ترتيب ريچارد و همسرش آرلين راهي سانتافه شدند. آرلين در يك آسايشگاه مخصوص استقرار يافت و ريچارد آخر هر هفته به او سر مي‌زد. 

استعداد فاينمن در لوس آلاموس به سرعت او را بر سر زبان‌ها انداخت. هانس بته، فيزيكدان هسته‌اي كه از دانشگاه كورنل براي رياست يكي از بخش‌هاي انديشه متخصصيني آمده بود، به‌شدت تحت تأثير استعداد فاينمن قرار گرفت و او را به سرپرستي يك گروه برگزيد. در آن زمان فاينمن تنها بيست و پنج سال داشت و جوان‌ترين فرد حاضر در لوس آلاموس بود. گروه تحت رهبري فاينمن، مسؤليت بخش محاسبات را بر عهده داشت. در آن زمان، كامپيوترها چندان توسعه نيافته بودند. در حقيقت «كامپيوترها» كساني بودند كه با ماشين حساب‌هاي مكانيكي كار مي‌كردند.

محدوديت‌هاي لوس آلاموس همه ساكنان آن را تحت تأثير قرار داده بود، اما بيش از همه فاينمن را آزار مي داد. او و آرلين با سانسور مي جنگيدند. او در لوس آلاموس كاملا بي‌قرار بود و مدام به فكر انجام كارهاي خلاقانه و گاها عجيب و غريب بود. گاهي شب‌ها در حالت نامتعادل آواز مي‌خواند، يا به‌دنبال كلك زدن به ماشين كوكولا بود. (دستگاهي كه در آن سكه مي‌اندازند و به‌طور خودكار نوشابه را بر مي‌دارند) 

يكي از تفريح‌هاي او بازكردن قفل گاو صندوق‌ها بود. او با تركيب كردن، نبوغ، صبر و روانشناسي متخصصدي تبديل به يك قفل بازكن حرفه‌اي شده بود. او قفل كمد همكاران خود را باز مي‌كرد و براي آنان يادداشت‌هاي ترسناك و دلهره‌آور به‌جاي مي‌گذاشت و همكاران خود را به‌جهت غفلت‌هاي امنيتي سرزنش مي‌كرد. اين شوخي‌هاي فاينمن سبب آن شده بود، كه تصور شود او جاسوس است و چيزي نمانده بود، ريچارد با شيطت‌هايش سر خود را به باد دهد!

در سال ۱۹۴۵، آرلين درگذشت و ريچارد به‌شدت از اين اتفاق متاثر شد. اما برخلاف زندگي شخصي ريچارد، وضعيت كاري روزبه‌روز بهتر مي‌شد. در جولاي ۱۹۴۵، پروژه‌ي بمب، با آزمايش ترينيتي يك بمب پلوتونيومي به اوج تماشايي و ابهت رسيده بود. به‌طور كلي همه‌ي حاضرين در لوس آلاموس(احتمالا به‌جز بخش امنيت) از عملكرد فاينمن رضايت كامل داشتند و از عملكرد او تعريف و تمجيد بسيار انجام مي‌شد.

فعاليت او به‌قدري درخشان بود كه وي سيلي از پيشنهاد‌ها برترين دانشگا‌هاي ايالات متحده براي حضور در هيئت علمي را دريافت كند. شاخص‌ترين نام‌هاي اين ليست دانشگاه بركلي و كورنل بود. در نهايت فاينمن تصميم گرفت تا به دانشگاه كورنل ملحق شود، چرا كه كار كردن با هانس بته براي او جذاب بود و هانس در كورنل حضور داشت. بدين ترتيب فاينمن ۲۷ ساله استاد دانشگاه كورنل شد.

در تابستان سال ۱۹۴۷، بيست و پنج فيزيكدان در جزيره‌ شلتر گردهم آمدند. حضور در اين همايش تنها با دعوت بود و نخبگان جامعه فيزيك از جمله اپنهايمر، بته، فاينمن، ويلر، ويليس لم و جوليان شوينگر حضور داشتند. اين همايش مدل آمريكايي همايش‌هاي سولوي بود.

جوليان شوينگر معاصر فاينمن و مانند فاينمن درباره انديشه متخصصينيه برهم كنش‌هاي الكترون - فوتون، كه به‌عنوان الكتروديناميك كوانتومي يا QED معروف شده بود، به‌شدت كار مي‌كرد. شوينگر در نوجواني محجوب، استثنايي و شديدا علاقه‌مند به فيزيك و رياضيات بود. وقتي وارد كالج شهر نيويورك (CCNY) شد، هيچ چيز ديگري براي او اهميت نداشت. او به كلاس نمي رفت و وقت خود را در جزوه رايگانخانه صرف خواندن جزوه رايگان‌هاي فيزيك پيشرفته مي‌كرد؛ مقالات ديراك تأثير فراواني روي او داشت.

وضعيت درسي شوينگر در CCNY  چندان قابل تعريف نبود. اما او ديد عميقي نسبت به مباحثي فيزيك مانند مكانيك كوانتومي داشت. در نهايت با انديشه متخصصين مثبت هاينس بته و با وجود مدرك نه‌چندان خوب، شوينگر در دانشگاه كلمبيا پذيرفته شد.

شوينگر كار تحقيقي دوره‌ي متخصص كارشناسي خود در كلمبيا را پيش از آن‌كه فارغ التحصيل شود، تكميل كرده بود و درحالي‌كه هنوز دانشجوي متخصص كارشناسي بود، مقاله‌اي درباره پراكندگي نوترون منتشر كرد و ادامه آن كار، پايان نامه دكتري او شد. او خجالتي بودنش را كنار گذاشت و شيوه تدريس ماهرانه‌اي به‌دست آورد. شوينگر در غياب رابي، مكانيك كوانتومي تدريس مي‌كرد.

در سال ۱۹۴۸ فرصت آن پيش آمده بود، كه شوينگر صحنه گرداني كند. او انديشه متخصصينيه دقيق الكتروديناميك كوانتومي را بسط داده بود، كه جابه‌جايي لمب را به درستي محاسبه مي‌كرد. يك جنبه ضروري از انديشه متخصصينيه شوينگر، كه از بعضي گذشتگان وام گرفته بود، حذف همه جملات بي‌نهايت از مانديشه متخصصين و قرار دادن آن‌ها در عامل‌هايي بود، كه شامل جرم و بار الكتروني اندازه گيري شده بودند. اين روال «باز بهنجارش» انديشه متخصصينيه را از انديشه متخصصين رياضي مشكوك مي‌سازد، چرا كه بي‌نهايت‌ها هنوز در جاي خود هستند، اما آن‌ها ديگر مانعي براي محاسبات به وجود نمي‌آورند.

انديشه متخصصينيه شوينگر پيچيده بود. او آن را در يك جلسه طولاني در يك روز تمام، ارائه كرد. به‌جز اپنهايمر، معدودي ديگر هم بيانات او را تا آخر دنبال كردند. به‌انديشه متخصصين دايسون، انديشه متخصصينيه شوينگر «بنابر اصول متعارف ساخته شده و شاهكاري از فن رياضي بود.»

فاينمن نيز در اين همايش ارائه داشت، اما چندان چشمگير نبود. او هم، انديشه متخصصينيه كارآمدي از الكتروديناميك كوانتومي داشت، كه جابه‌جايي لمب محاسبه مي‌كرد، اما اساس آن شهودي و تصويري بود، آن چيزي نبود كه مخاطبان برجسته همايش با آن مأنوس باشند. دايسون در اين رابطه مي‌نويسد:

درك فيزيك فاينمن از اين لحاظ براي مردم عادي دشوار بود، كه او از معادلات استفاده نمي‌كرد. او جواب‌ها را صرفا به‌صورت ذهني و بدون مطرح كردن معادلات مي‌نوشت. او تصويري فيزيكي از مسير وقايعي كه روي مي‌دهند، در ذهن داشت و اين تصوير راه‌حل‌ها را با كمترين محاسبه به او مي‌داد. بديهي است كساني كه زندگي خود را به حل كردن مسئله گذرانده بودند، از كار او مبهوت مي‌شدند، ذهن آنان تحليلي، اما ذهن فاينمن تصويري بود.

فاينمن مي‌دانست كه كارش درست است، اما براي قانع كردن ديگران نياز به وسيله رياضي داشت. در نهايت يك بريتانيايي تبار به‌نام فريمن دايسون با تركيب كردن انديشه متخصصينيه‌ي فاينمن و شوينگر يك مقاله نفس‌گير منتشر كرد كه درك ما از چگونگي تعامل ماده و نور را براي ايجاد دنياي ملموس گسترش مي‌داد. اين انديشه متخصصينيه در نهايت منجر به گسترش الكتروديناميك كوانتومي يا همان QED شد. گرچه در نهايت دايسون سهمي از جايزه نوبل فيزيك نبرد، اما فاينمن در سال ۱۹۶۵ جايزه‌ي فيزيك نوبل را مال خود كرد.

فاينمن در اواسط سال‌هاي ۱۹۶۰، سهم عمده‌اي در انديشه متخصصينيه سه نيرو، از چهار نوع نيروي بنيادي كه فيزيكدانان مي‌شناختند داشت. اين سه نيرو شامل برهم‌كنش‌هاي الكترومغناطيسي، برهم‌كنش‌هاي ضعيف و برهم‌كنش‌هاي گرانشي بود. فاينمن، پس از كسب جايزه نوبل در سال ۱۹۶۵، توجه خود را به چهارمين نيروي بنيادي معطوف كرد، نيرويي كه واسطه «برهم‌كنش‌هاي قوي» در داخل و ميان ذرات تشكيل‌دهنده هسته‌ها، پروتون‌ها و نوترون‌ها بود.

ساختار داشتن پروتون‌ها و نوترون‌ها، برخلاف الكترون‌ها كه بي‌ساختار تلقي مي‌شوند، دهه‌ها بركسي پوشيده نبود. مدل فاينمن براي ساختار هادرون طوري طراحي شده بود، تا با آزمايش‌هايي كه آن وقت در مركز شتاب‌دهنده خطي استنفورد انجام مي‌شد سازگار باشد. در اين مركز پروتون‌ها با الكترون‌هاي فوق‌العاده پرانرژي بمباران مي‌شدند. «هادرون» اصطلاحي عام براي پروتون‌ها، نوترون‌ها و ذرات ديگري است كه با برهم‌كنش‌هاي قوي آن‌ها را به هم پيوند مي‌دهد.

اگر رهيافت ديداري معمولي فاينمن را در انديشه متخصصين بگيريم، او از خود مي‌پرسيد؛ اگر يك الكترون پرسرعت بود كه به يك هادرون نزديك و با آن برهم كنش مي‌كرد، چه ميديد. فرض اصلي او اين بود، كه هادرون‌ها حاوي ذرات باردار سخت نقطه‌اي به‌نام «پارتون» هستند، كه تقريبا آزادانه درون محدوده هادرون شناورند.

آثار نسبيتي نيز چشمگير خواهد بود؛ هادرون‌ها، از انديشه متخصصينات الكترون‌ها، كلوچه وار پهن شده‌اند و زمان آن‌ها نيز كند شده است، به‌طوري‌ كه پارتون‌ها تقريبا ساكن به‌انديشه متخصصين مي‌رسند. اكثر الكترون‌ها از ميان هادرون كلوچه‌اي، بدون برهم‌كنش مي‌گذرند، اما تعدادي از آن‌ها همچون گلوله بيليارد با پارتون‌ها برخورد مي‌كنند. اين مدل ساده‌اي بود (كه شباهت‌هايي با تصويري كه رادرفورد براي شمارش پراكندگي ذرات آلفا به كار مي‌برد نيز داشت) كه در ميان انديشه متخصصينيه‌پردازان و آزمايشگران شتاب‌دهنده استنفورد، رواج يافت.

موراي گل-مان نيز انديشه متخصصينيه‌اي براي ساختار هادرون داشت كه شامل ذرات نقطه‌اي محصور مي‌شد. مدل كوارك صريح‌تر از مدل پارتون فاينمن بود؛ كوارك‌ها حامل بار الكتريكي بودند، كه كسري از بار پروتون بود و سه تاي آن‌ها كه با برهم‌كنش قوي به هم مي‌پيوستند، يك پروتون توليد مي‌شد.

در ابتدا فاينمن يكي از منتقدان اين مدل بود، براي مدتي خود گل‌-مان درباره واقعيت ابتكارش ترديد داشت. به‌خصوص قبول كردن بار كسري براي انديشه متخصصينيه پردازان دشوار بود؛ بار پروتون همواره غيرقابل تقسيم در انديشه متخصصين گرفته مي‌شد. اين امر كه دليلي براي وجود كوارك آزاد خارج از محدوده هادرون وجود نداشت و هنوز هم ندارد، به موضوع كمكي نمي‌كند.

فاينمن تا سال ۱۹۷۰ كه مجموعه‌ي بزرگي از داده‌ها درباره‌ي ذرات را، با دو تن از دانشجويانش، كامل كرد در مورد كوارك‌ها ترديد داشت. اما سرانجام متقاعد و طرفدار «كوارك» شد. او در مقاله‌ي گزارش مطالعه نوشت؛

تصوير كوارك مي‌تواند سرانجام كل ميدان فيزيك هادرون را در برگيرد. داده‌ها به طرزي مرموز، برازش خوبي از يك مدل خاص را نشان مي‌دهند.

البته گل-مان از اينكه زمان زيادي طول كشيد، تا فاينمن كوارك‌ها را بپذيرد، كمي آزرده خاطر بود.

فاينمن به ندرت، با پذيرفتن درجات افتخاري، دعوت به ايراد سخنراني‌ها و انتصاب به عضويت كميته‌ها، نقش يك دانشمند ممتاز وظيفه‌شناس بي‌نقص را بازي مي‌كرد. اما وقتي يك مسئوليت همگاني را مي‌پذيرفت، پيامدهاي شگرفي داشت، خدمت او در كميسيوني كه فاجعه چلنجر را تحقيق مي‌كرد، بيش از هر كار ديگري كه كرده بود، مورد توجه همگان قرار گرفت.

در هشتم ژانويه سال ۱۹۸۶، شاتل فضايي چلنجر، در يك هواي فوق‌العاده سرد، سكوي پرتاب در فلوريدا را ترك كرد. هفتاد و سه ثانيه پس از پرواز، شاتل منفجر شد و هر هفت سرنشين آن در دم كشته شدند. چند روز پس از حادثه، ويليام گراهام رئيس اداره ملي هوانوردي و فضا (NASA)، با مراجعه به فاينمن از او خواست تا به كميسيوني بپيوندد، كه درباره حادثه تحقيق مي‌كند.

فاينمن درباره اهميت علمي برنامه شاتل و رفتن به واشينگتن كه محل اجلاس كميسيون بود، ترديد داشت. او در جزوه رايگانش با عنوان «به چه چيز اهميت مي دهيد؟» مي‌گويد:

من مرامي دارم كه به هيچ جاي نزديك واشينگتن نروم و با دولت هيچ كاري نداشته باشم.

او دليل ديگري هم براي نرفتن داشت، كه نمي‌گفت. او از سال ۱۹۷۸ با نوع نادري از سرطان شكم مبارزه مي‌كرد و در سال ۱۹۸۶، درست پيش از فراخوان NASA، دريافته بود كه او دچار نوع نادري سرطان مغز استخوان نيز شده است. در نهايت فاينمن پس از گفت‌وگويي كه با دوستان خود داشت، تصميم گرفت، كه اين پيشنهاد را بپذيرد و چمدانش را براي سفر به واشنگتن بست. او پيش از عزيمت به واشنگتن به سرعت طرح موتور پيش‌رانش شاتل را مطالعه كرد و به‌طور كلي با روند آن آشنا شد، سپس شبانه به واشينگتن پرواز كرد، تا به موقع در نخستين اجلاس حاضر شود.

رويكرد فاينمن بسيار متفاوت از ديگر اعضاي كميسيون بود. چرا كه او هيچ‌گونه وابستگي به هيچ‌نهادي نداشت و همين امر باعث مي‌شد كه به‌طور موشكافانه و دقيق به‌دنبال چرايي حادثه باشد. اين در حالي است كه بعضي ديگر از اعضاي كميسيون، مانند نيل آرمسترانگ معتقد بود كه تحقيق در رابطه با اين موضوع ضرورتي ندارد.

اصلي‌ترين دليل اين حادثه «حلقه‌هاي O شكل» قلمداد مي‌شد. اين لاستيك‌ها به‌عنوان واشر آب‌بندي ميان بخش‌هاي موشك‌هاي سوخت جامد قرار مي‌گرفتند. هر يك از آن‌ها در حدود يك چهارم اينچ و محيط آن‌ها سي و هفت فوت بود. حلقه‌هاي معمولي يك شكاف ساكن را آب بندي مي‌كند، فاينمن اين گونه توضيح مي‌دهد؛

در مورد شاتل، با افزايش فشار در موشك، شكاف منبسط مي‌شود و براي حفظ آب‌بندي، لاستيك بايد با سرعت كافي منبسط شود، تا شكاف را ببندد و در هنگام پرتاب در كسري از ثانيه شكاف باز شود. بنابراين خاصيت كشساني لاستيك يكي از موارد بسيار مهم طرح ساختمان شاتل مي‌شود.

همچنين مهندسان تيوكول، شركت سازنده اين واشرها، در شب پيش از پرتاب، به هنگام بازبيني آمادگي پرتاب به NASA تذكر دادند، كه اگر دما زير ۱۲ درجه سلسيوس باشد، شاتل نبايد پرواز كند. دماي صبح هنگام پرتاب شاتل منفي دو درجه سلسيوس بود، كه نزديك به ۱۵ درجه از دماي كف كمتر است. 

فاينمن در يك ارائه‌ي عمومي به‌همراه يك انبردست و يك گيره‌ي كوچك C در مقابل دوربين‌ها چنين توضيح داد؛

من اين حلقه‌ي لاستيكي را از درزگير مورد استفاده راكت‌ها ساخته‌ام. آن را در يخ گذاشتم و كشف كردم كه وقتي براي مدتي با اين گيره C شكل به آن فشار مي‌آوريم و سپس گيره را بر مي‌داريم، لاستيك به حالت اوليه برنمي‌گردد، بلكه به همان شكل و اندازه باقي مي‌ماند. به عبارت ديگر، دست كم به مدت چند ثانيه و بيشتر از آن، هنگامي كه لاستيك در دماي ۰ درجه سلسيوس باشد، خاصيت كشساني در اين ماده به‌خصوص وجود ندارد. باور من اين است كه اين موضوع براي مسئله ما اهميت خاصي دارد.

فاينمن ماه‌ها وقت خود را صرف اين مطالعه كرد، به مراكز فضايي در فلوريدا، آلاباما، تگزاس و مراكز پيمانكاران سفر كرد. در نهايت گزارش او چندان به مذاق كميسيون خوش نيامد. گزارش او در نهايت به‌صورت پيوست كنار گذاشته شد. او كار خود را با اين گفته به پايان رساند:

براي يك فناوري موفق، واقعيت بايد، مقدم بر روابط عمومي باشد، زيرا طبيعت را نمي‌توان فريب داد.

فاينمن بنابر قضاوت همتايانش، معلم بزرگي بود. اما همچون ديگر فعاليت‌هايش، او راه خودش را رفت. در كالتك هرگز در گردهمايي اعضاي گروه فيزيك شركت نمي‌كرد، از كارهاي كميته اجتناب مي‌كرد، هرگز در پي كمك‌هاي مالي تحقيقاتي نبود، سخنرانان سمينار را با پرسش‌هاي كنايه‌آميز به ستوه مي‌آورد و دانشجوي دكتري معدودي را مي‌پذيرفت. يكي از همكاران او در كالتك مي‌گويد؛

بيشتر ما از او مي‌ترسيديم، در گردهمايي‌هاي دانشكده، اگر كسي چيزي مي‌گفت كه او با آن موافق نبود، با زباني تند او را سرجايش مي نشاند. حماقت را ابدا تحمل نمي‌كرد.

در دانشكده هيچكس به او نزديك نمي‌شد، از سوي ديگر در دفترش هميشه به روي دانشجويان باز بود و سال‌هاي بسيار يك درس غيررسمي به‌نام فيزيك X را تدريس مي‌كرد كه موضوع آن را دانشجويان انتخاب كردند. هركسي به‌جز اعضاي دانشكده مي‌توانست در جلسات درس او حاضر شود.

براي فاينمن، كلاس درس صحنه نمايش معلمي بود. در آنجا مي بايد درام، شگفتي، كمدي و فصاحت كلام وجود داشته باشد. پس از سال‌ها فعاليت، او تصميم گرفت كه عصاره‌ي فهم خود از فيزيك را دراختيار دانشجويان قرار دهد، بنابراين تصميم به تدريس فيزيك سال اول دانشگاه گرفت و تا سال‌هاي متمادي به اين امر اهتمام ورزيد. او به منتقداني كه درباره بي‌روح بودن علم گلايه مي‌كردند چنين پاسخ مي‌دهد:

شاعران مي‌گويند علم، زيبايي ستارگان را ناديده مي‌گيرد، چرا كه آن‌ها(دانشمندان) ستارگان را صرفا گوي‌هايي از گاز هيدروژن مي‌دانند. هيچ چيز «ساده» نيست! من هم مي‌توانم ستارگان را شبانگاه در آسمان بيابان ببينم و زيبايي آن‌ها را احساس كنم. ولي آيا آن‌ها را كمتر از آنچه هست ميبينم يا بيشتر؟ پهنه‌ي آسمان تخيل مرا به كار مي‌اندازد، چشم كوچك من مي‌تواند نور چند ميليون ساله را ببيند، از يك طرح عظيم كه من جزئي از آنم شايد خميرمايه من از ستاره بعضا فراموش شده‌اي بيرون افتاده باشد، آن طور كه فورا بيرون مي‌افتد. اين طرح چيست و چه مفهومي دارد، يا چرا چنين است؟ ضرري ندارد كه اندكي بيشتر درباره‌ي اين معماي مرموز بدانيم! زيرا حقيقت بسيار حيرت انگيزتر از آن است كه هر يك از هنرمندان گذشته تصور مي‌كردند. چرا شاعران امروزي از آن صحبت نمي‌كنند. شاعران چگونه كساني‌اند كه اگر سياره مشتري مردي بود در باره‌ آن سخن مي‌گفتند، اما اگر كره‌ي چرخان بسيار بزرگي از متان و آمونياك باشد، بايد سكوت كنند؟

براي دانشجويان، مخاطبان، همكاران، دوستان و حتي رقيبان حضور فاينمن، بيش از همه نيروي حياتي بانشاط و ماندگار بود. او چيزي را از دست نمي‌داد و درباره‌ي همه چيز كنجكاو بود. او از گفتن اينكه «من بايد چيزي باشم كه نيستم» لذت مي‌برد. او طبل نواز ماهري شد. او زيست‌شناسي يادگرفت و به‌عنوان دستيار يادگيريي به هنگام فرصت مطالعاتي، در گروه زيست‌ شناسي كالتك كار كرد. او يكي از نخستين كساني بود، كه به امكانات فناوري دستگاه‌هاي بسيار كوچك و بهره‌برداري از آن‌ها پي برد، اين فناوري امروزه نانوتكنولوژي ناميده مي‌شود. او به‌طور شايسته‌اي به فنوني از هنرهاي تصويري، ترسيمي و رمز گشايي دست يافت. 

من هم نگران مرگ هستم اما وقتي به اندازه‌ي من عمر كني و داستان‌هاي بي‌شماري براي  مردم تعريف كرده باشي، حتي پس از مرگ هم به‌طور كامل از ياد نخواهي رفت.

سرانجام در ۱۵ فوريه‌ي ۱۹۸۸ ريچارد فاينمن مرد تكرار نشدني دنياي فيزيك چشم از جهان بست.