前言
罗杰·彭罗斯
1996年12月
要知晓理查德·费曼成为一代宗师缘何如此，那就得对这位科学家的卓越成就作出恰当的评估。理查德·费曼肯定是20世纪理论物理学界的杰出人物当中的一个。他对这个领域有着重要的贡献，那便是全面拓展将量子理论运用到当代前沿研究范畴所采用的独特方式，并且借此对这个领域的当代景象造成重大的影响。下列这些工具属于现代的理论物理学家所借助的极为基本应用之列，它有费曼路径积分，还有费曼图以及费曼规则，这些乃是在对将量子的理论规则运用到各个具体领域时所必需的，像电子量子理论、质子和光子的相关量子 ，它们正是构成了让量子规则和爱因斯坦狭义相对论的要求相互契合的处理办法的基本元件，虽然这些之中不存在哪一个是轻轻松松弄明白的，然而，费曼极为独特的处理方式永远会让它们极为清晰明白，彻底拆除在早先做法里没必要的复杂化。涉及科学研究方面，费曼所具备的独一无二的创新能力，和他身为一名教师时展现出的不一样的才能紧密相关。他拥有一种极为特殊的天赋，依靠这种天赋，他能够躲开那些常常致使物理结果的本质变得难以明白的复杂性，同时还能深入地理解那些深奥且不容易理解的基本物理原理。
然而，在公众观念里，费曼更被人知晓的是，他的滑稽诙谐，他喜欢搞恶作剧，他藐视权势，他的手鼓表演，他与女性既有深挚的交往也有肤浅的往来，他会出没在脱衣舞夜总会，到了晚年有想要踏足地处中亚的偏僻国度图瓦的冒险尝试，还有许许多多其他的言行举止 。不容置疑的是，理查德·费曼绝对是极其聪慧的，他那快似闪电般的演算速率，他开宝箱之技艺，与安保部门的精妙周旋，以及解读古玛雅经文的成果——更别提他最终斩获的诺贝尔奖——皆无疑证实了这一点。然而，身为20世纪造诣极深且极具独创性的思想家之一，这些成果当中没有任何一项能全然展现他在物理学家以及其他科学家中所拥有的无可争辩的地位。
其为，著名的、身为物理学家同时也是作家那费曼所提出其最为重要那种思想之际的一位早期合作者，弗里曼·戴森，于1948年春天，当时他仍旧身为康奈尔大学研究生之时，在给其身处英国父母的一封信里写道，“费曼乃是年轻的美国教授，天才成分与小丑特质各占一半，他那份极为旺盛的活力让所有物理学家及其孩子们都能开怀大笑。然而，我最近发觉，他所具备的品格远远不止这些……”多年之后，在1988年他又如此这般写道：“一个真实写照反倒该这么讲，费曼既是天才又是小丑。”。内涵深刻的思想，以及洋溢着欢乐的逗趣，并非是多重人格里彼此孤立的元素……他一面进行思索，一面实施逗趣 。
的确如此，在他演讲时，他的才智自然展现，且常常不同寻常。在整场演讲里，他操控着听众的注意力，却决不会偏离演讲目的，即对自然法则完全原汁原味、深刻理解的表达。借由笑声，他的听众得以放松且毫无拘束，不会因那些有点吓人的数学表达式以及高深莫测的物理概念而沮丧。另外，虽说他乐意身处公众场合，且无疑是个杂耍演员，但这并非他表演的目的。他的目的在于，向公众去传播，关于基本物理概念的某些基本认识，以及为恰如其分地表述这些概念，所必需的基本数学工具的某些基本认识。
他成功驾驭听众注意力时，笑声至关重要，然而，对于物理基本认识的传播，更关键的他方法的直接性。确实是这样，他有着一种格外直接、讲求实际的风格。他轻视那种几乎没物理内容的不切实际的哲学思辨。就连他对数学的态度也有点类似。他几乎从不因卖弄数学严谨性而用数学，可是，对于他所需的数学，他有独特技巧，且能以极其明晰的方式表述出来。他从不接受他人给予的好处，对于那些别人觉得正确却未曾经过自身独立思考判断的观点，也绝不轻易接纳。所以呀，他的方式不管是在所做的研究工作里，还是在开展的教学进程中，都是格外新颖的。这样一来，当费曼的方法和以往的方法显著不一样的时候，按照费曼的方法去做会更有成效，这个念头将会是一个颇具把握的赌注。
费曼最中意拿来讲授传递信息方式的是口头交流，他不常轻易投身于印好的文字之中。他的科学论文里会有“费曼特性”出现，然而读起来就好似降了调那般。费曼的才智在他的演讲里尽显无疑，他那广为人知的《物理学讲义》基本上是他演讲记录的校订稿，由罗伯特·B．莱顿和马修·桑德斯负责，对于每一个阅读这份演讲稿的人，它那些赫然醒目的特性是明显可见的。这个呈献给众人的小册子《费曼讲物理：相对论》，是从那些记录整理而来的。然而，哪怕在此处，仅仅印出来的文字致使某些东西显著丢失了。我坚信，要体会费曼演讲中充满的所有活力，就得亲自聆听他的声音。如此，费曼方法的直接性、他对权势的傲慢，以及他的幽默便会成为我们能够即刻分享的财产。幸运的是，所有这些演讲，都被记录在了这本书中，它给予我们这种机会。而我则强烈地予以建议，只要存在机会，起码先去听几段，这些演讲的录音。一旦聆听了，费曼用带有纽约这个现代化大都市的声调，说出的有说服力、迷人且风趣的解说词，我们便不会忘记他是怎样进行演讲的。当我们阅读他的讲稿时，这些录音，向我们供应一种理解其意义的图像。然而，不管我们究竟有没有真正去研读那些讲稿，我们都能够分享到某些显著让人激动不已的事物，在费曼对支配我们这个宇宙的各式各样的运作方式的不同寻常的规律展开探索，不断地探索，持续地探索时，他亲自体会到了这种激情。
这本小册子，是经过精心挑选的，它有六次演讲，其程度比费曼早些时候演讲汇集成的《费曼讲物理：入门》里的六个问题，稍微高那么一点。另外，这些演讲，相互配合得恰如其分，构成了现代理论物理学中一个最重要领域的，完美而具有说服力的解说 。
这个领域是相对论，它在20世纪初首次闯进人类意识里。爱因斯坦的名字明显出现在这个领域的公众观念中。无疑，是爱因斯坦于1905年首次清楚阐明相对论深刻原理，为物理学所努力的这个新领域奠定基础。然而，在他之前，有许多其他人，尤其是H.A．洛伦兹和H．庞加莱，已意识到当时新物理学的多数基本观念。另外，在爱因斯坦之前的几个世纪里，伟大科学家伽利略和牛顿曾指出，在他们所创立的动力学理论当中，一个处于匀速运动状态的观测者所感知到的物理定律，应当与一个静止状态的观测者所感知到的完全相同。后来，当J.C．麦克斯韦在1865年发表了支配电磁场以及光传播的方程组后，这种观点的关键问题才显现出来。结论好像是：伽利略和牛顿的相对性原理不再适用；依据麦克斯韦方程组，光必然是以确定的速度进行传播。因此，依据这样一个事实，也就是唯有静止的观测者才会察觉到光速在各个方向是相同的，进而把一个静止的观测者和运动的观测者区分开来。洛伦兹、庞加莱以及爱因斯坦的相对性原理跟伽利略和牛顿的不一样，然而它同样有着这样的含义：一个做匀速运动的观测者所感知到的物理定律的确和一个静止观测者所感知到的完全相同。
除此之外，于新的相对论里面，麦克斯韦方程组与该原理相契合，并且，不管观测者有可能朝着哪一个方向，或者是以何种速率进行运动，所测量到的光速在各个方向之上是一个确定不变的常数。怎样去达成这个如魔法般的奇妙之事，从而协调那些明显让人绝望的相互矛盾的要求呢？我会把这个问题留给费曼，让他运用自身独特的方式予以讲解。
物理学当中体会到对称性这个数学概念力量的首个领域或许是相对论，对称性是个常见概念而言，然而，怎样依据一套数学表达式去运用这个概念，人们却不太熟知物理学家的争辩，况且，为了让一个方程组契合狭义相对论原理，人们所需的恰恰就是这样一个概念，并且，为了与相对性原理相符，必定存在一个对称变换，把一个观测者的观测量转变成其他观测者的相对应的量。相对性原理表明，对于一个处于匀速运动状态的观测者而言，恰似对于一个静止不动的观测者而言那般，物理现象呈现出“看起来是相同的”这种情况。之所以会运用对称性这个概念，是由于物理定律在每一位观测者眼中皆是相同的，并且，“对称性”进而宣称，某些事物从两个全然不同的观点去看具备相同的行为表现。费曼将用到具有这种特性的抽象问题之上的方法极为直截了当，他能够以一种让不具备任何特殊数学知识以及抽象思维天赋的人易于接纳的方式来表述这种概念。
尽管相对论揭示出了以前未曾认识到的额外对称性，然而，物理学里一些更现代的进展已表明，某些先前被视作普遍适用的对称性实际上不知为何被破坏掉了。这种情况在1957年给物理学界带来了一回意义最为深远的冲击，就像李政道、杨振宁和吴健雄的工作所展现的那般，在某些基本物理过程中，一个物理系统跟其镜面反射所遵循的规律不一样。实际上，费曼参与了能够包容这种不对称性的物理理论的发展研究。因此制度大全，他在这本小册子中的解说会生动地延展，当大自然的奥秘持续地被揭示出来，是这样的情形。 。
伴随着物理学持续发展，用于表述崭新物理定律的数学形式体系同样需要发展。一旦数学工具被精妙地运用到对应课题里，物理学就好似变得愈发简单。矢量运算的概念便是其中一个实例。三维矢量运算最初是为处理普通空间的物理学问题而得以发展的，它为我们呈上了一件用于表述物理定律的宝贵工具，牛顿物理学定律便是如此这般的定律，这些定律在空间的任何一个方向都无更为优先的情况。采用另外一种方式来表述这个特性物理学家的争辩，那便是，物理定律于寻常的空间旋转当中具备对称性。费曼让矢量表示法再度拥有十分强大的威力，使得阐述这种定律的基本思想再次大放光彩。
然而，相对论向我们表明，在这种对称变换所涵盖的作用范围里，时间同样应当被纳入考量，所以需要运用四维矢量进行运算。费曼在这本小册子当中，为我们介绍了这种运算。这本小册子还让我们意识到，不但时间和空间都得被视作同一个四维体系的不同层面，而且在相对论的方案里，对于能量和动量也有着相同的要求。
从物理角度来看，这一观点认为宇宙的历史应当被视作一个四维时空，而非那种被当作随时间演进的三维空间，此观点毫无疑问是现代物理学的基本原理。这是一个其内涵不容易被理解领会的观点。甚至就连爱因斯坦再第1次听闻这个观点的时候都未曾认同它。实际上，空间 - 时间的这个观点并非是爱因斯坦所提出的观点，尽管是这样，然而在公众的脑海当中，这个观点却常常被认定是爱因斯坦所创造出来的。在1908年，也就是庞加莱和爱因斯坦系统阐述狭义相对论之后的几年，俄国国籍但有德国籍身份的几何学家H．明可夫斯基，首次提出了四维时空的观点，明可夫斯基曾是爱因斯坦在苏黎世工学院求学时的一位老师，在一次著名演讲里，明可夫斯基宣称：“今后，孤立的空间，还有孤立的时间注定会退隐成纯粹的阴影，唯有两者之间的某些统一才会留存下来作为一个独立的实体。”。
我在上面所提及的费曼，其最具影响力的科学发现，源自于他进行量子力学研究之际，所运用的时空方法。所以，关于空间 - 时间对于费曼的工作而言，以及对于现代物理学普遍来说，其重要性是毋庸置疑的。正是基于此情形，费曼在推广他自身那般着重其物理意义的时空概念之时，具备说服力便不会让人觉得意外了。相对论并非是毫无根据凭空想象出来的哲学体系，空间 - 时间也并非仅仅只是数学的形式体系，它是我们身处其中的这个真实宇宙的基本要素 。
在爱因斯坦对时空概念习以为常后，他把该概念完全纳入自己思考问题的方式。此概念成为其推广理论广义相对论的基本要素，广义相对论是狭义相对论相关内容（前面介由洛伦兹、庞加莱和爱因斯坦提出的相对论）的推广。在爱因斯坦广义相对论中，时空变为弯曲，引力现可结合到这种弯曲里 。明显地，这是个不容易领会的观念，在这一辑演讲汇编的最后那一讲里，费曼未曾尝试去叙述，为了得以让爱因斯坦的理论获得完整且系统的表述所必备的详尽数学工具。然而，为了能使我们明白上述基本概念，他运用有着深刻见解的、颇为引人入胜的类比，做出了极为生动的表述。
费曼在全部演讲里，都竭尽所能维持其叙述的精确性，每当他做出的简化、或者开展的类比，存有任何有可能被误解、或者引致错误结论的风险时，他差不多总是会对自己讲出的话语附加相应条件。然而，我认为他针对爱因斯坦广义相对论的场方程所做的简化阐释，需要一个他压根就没有给出的条件。首先，在爱因斯坦的理论里，作为引力源的“有效”质量，并非简单地依据爱因斯坦的E=mc2与能量等同，这是其一。接下来，取而代之的是，这个源是能量密度加上压强的总和，这是其二。然后，正是这个源令引力造成向内加速的行为，这是其三。最后，有了这个附加的条件，费曼的解说就完美了，并且为物理学理论的这种最完美和自洽的特性准备了一个极好的介绍。
把费曼的演讲针对并当之无愧地指向那些，那些呢，是不论出于专业所需，还是仅仅凭借兴趣，就渴望成为物理学家的人，这话没错；可它们无疑也适合那些并没有这个愿望的人。费曼坚信，对此我也同意，按照已然被认识到的现代物理学的基本原理，去传播我们对于宇宙的认知，相较于仅从物理课所规定的教学内容里获取到的知识，其重要性要广泛得多 。甚至到了他的晚年，那时，他参与了“挑战者号”灾难事故的调查，于此期间，他煞费苦心，在国家电视节目的平台上进行证明，表明灾难的缘由乃是某些于日常事件当中本就应当能够觉察得到的事物，并且，他还在电视摄像机的镜头面前做了一个简单却令人信服的实验，以此用来阐明航天飞机的“O”形环在寒冷状况之下的脆弱特性。
他毫无疑问是一名杂耍表演者，有时甚至堪称一个小丑，然而，其最主要的目标向来严肃且郑重，可是，有什么事情的目标能比于最深层次去认识我们这个宇宙的特质更为严肃郑重呢？在传播这种认知方面，理查德·费曼所处的地位是至高无上的。