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Richard Phillips Feynman était un physicien théoricien américain, connu pour ses travaux sur la formulation de l'intégrale de chemin de la mécanique quantique, la théorie de l'électrodynamique quantique, la physique de la superfluidité de l'hélium liquide refroidi, ainsi que ses travaux en physique des particules pour lesquels il a proposé le modèle des partons. Pour ses contributions au développement de l'électrodynamique quantique, Feynman a reçu le prix Nobel de physique en 1965 conjointement avec Julian Schwinger et Shin'ichirō Tomonaga.
Feynman a développé un schéma de représentation pictural largement utilisé pour les expressions mathématiques décrivant le comportement des particules subatomiques, qui devint plus tard connu sous le nom de diagrammes de Feynman. Au cours de sa vie, Feynman est devenu l'un des scientifiques les plus connus du monde. Dans un sondage réalisé en 1999 par le journal britannique Physics World auprès de 130 éminents physiciens du monde entier, il a été classé parmi les dix plus grands physiciens de tous les temps.
Il a participé au développement de la bombe atomique pendant la Seconde Guerre mondiale et est devenu connu du grand public dans les années 1980 en tant que membre de la Commission Rogers, le panel qui a enquêté sur la catastrophe de la navette spatiale Challenger. En plus de ses travaux en physique théorique, Feynman a été reconnu comme ayant ouvert la voie au domaine de l'informatique quantique et introduit le concept de nanotechnologie. Il a occupé la chaire Richard C. Tolman en physique théorique à l'Institut de technologie de la Californie.
Feynman était un vulgarisateur enthousiaste de la physique par le biais de livres et de conférences, notamment une conférence de 1959 sur la nanotechnologie descendante intitulée There's Plenty of Room at the Bottom et la publication en trois volumes de ses cours de premier cycle, The Feynman Lectures on Physics. Feynman est également devenu connu grâce à ses livres semi-autobiographiques Surely You're Joking, Mr. Feynman! et What Do You Care What Other People Think?, ainsi que des livres écrits à son sujet tels que Tuva or Bust! de Ralph Leighton et la biographie Genius: The Life and Science of Richard Feynman de James Gleick.
Enfance
Feynman est né le 11 mai 1918, à Queens, New York, de Lucille née Phillips, une femme au foyer, et de Melville Arthur Feynman, un directeur commercial originaire de Minsk en Biélorussie (alors partie de l'Empire russe). Feynman a parlé tardivement et n'a pas parlé avant après son troisième anniversaire. À l'âge adulte, il parlait avec un accent de New York assez marqué pour être perçu comme une affectation ou une exagération—au point que ses amis Wolfgang Pauli et Hans Bethe ont une fois commenté que Feynman parlait comme un « voyou ». Le jeune Feynman a été fortement influencé par son père, qui l'encourageait à poser des questions pour remettre en question la pensée orthodoxe, et qui était toujours prêt à enseigner quelque chose de nouveau à Feynman. De sa mère, il a acquis le sens de l'humour qu'il a conservé tout au long de sa vie. Enfant, il avait un talent pour l'ingénierie, entretenait un laboratoire expérimental à domicile, et se délectait de réparer des radios. Quand il était à l'école primaire, il a créé un système d'alarme antieffraction à domicile tandis que ses parents étaient dehors pour faire des courses.
Quand Richard avait cinq ans, sa mère a donné naissance à un frère cadet, Henry Phillips, qui est décédé à quatre semaines. Quatre ans plus tard, la sœur de Richard, Joan, est née et la famille a déménagé à Far Rockaway, Queens. Bien qu'ils soient séparés par neuf ans, Joan et Richard étaient proches, et tous deux partageaient une curiosité pour le monde. Bien que leur mère pensait que les femmes manquaient de capacité à comprendre de telles choses, Richard a encouragé l'intérêt de Joan pour l'astronomie, et Joan est finalement devenue astrophysicienne.
Religion
Les parents de Feynman venaient tous deux de familles juives mais n'étaient pas religieux, et dans sa jeunesse, Feynman se décrivait comme un « athée avoué ». Bien des années plus tard, dans une lettre à Tina Levitan, refusant une demande d'informations pour son livre sur les lauréats du prix Nobel juifs, il a déclaré : « Sélectionner, pour approbation, les éléments particuliers qui proviennent d'une supposée hérédité juive, c'est ouvrir la porte à toutes sortes de non-sens sur la théorie raciale », ajoutant : « à treize ans, j'avais non seulement adhéré à d'autres points de vue religieux, mais j'avais aussi cessé de croire que le peuple juif est en quelque sorte « le peuple élu » ». Plus tard dans sa vie, lors d'une visite au Séminaire théologique juif, il a découvert le Talmud pour la première fois. Il a vu qu'il contenait le texte original dans un petit carré sur la page, et l'entourant se trouvaient des commentaires écrits au fil du temps par différentes personnes. De cette façon, le Talmud avait évolué, et tout ce qui était discuté était soigneusement enregistré. Malgré son admiration, Feynman a été déçu par le manque d'intérêt pour la nature et le monde extérieur exprimé par les rabbins, qui ne se souciaient que des questions qui découlaient du Talmud.
Feynman a fréquenté la Far Rockaway High School, une école à Far Rockaway, Queens, qui a également été fréquentée par ses collègues lauréats du prix Nobel Burton Richter et Baruch Samuel Blumberg. En commençant le lycée, Feynman a été rapidement promu dans une classe de mathématiques supérieure. Un test de QI administré au lycée a estimé son QI à 125—élevé mais « simplement respectable », selon le biographe James Gleick. Sa sœur Joan a mieux réussi, ce qui lui a permis de prétendre qu'elle était plus intelligente. Des années plus tard, il a refusé de rejoindre Mensa International, déclarant que son QI était trop bas. Le physicien Steve Hsu a déclaré à propos du test :
Je soupçonne que ce test a mis l'accent sur la capacité verbale, par rapport à la capacité mathématique. Feynman a obtenu le score le plus élevé aux États-Unis avec une large marge à l'examen de la compétition de mathématiques Putnam, notoirement difficile... Il avait également les scores les plus élevés jamais enregistrés aux examens d'admission aux cycles supérieurs en mathématiques/physique à Princeton... Les capacités cognitives de Feynman étaient peut-être un peu déséquilibrées... Je me souviens d'avoir examiné des extraits d'un cahier que Feynman tenait en tant qu'étudiant de premier cycle... [il] contenait un certain nombre de fautes d'orthographe et d'erreurs grammaticales. Je doute que Feynman se soit beaucoup soucié de telles choses.
Quand Feynman avait 15 ans, il s'est enseigné la trigonométrie, l'algèbre avancée, les séries infinies, la géométrie analytique, et le calcul différentiel et intégral. Avant d'entrer à l'université, il expérimentait et dérivait des sujets mathématiques tels que la demi-dérivée en utilisant sa propre notation. Il a créé des symboles spéciaux pour les fonctions logarithme, sinus, cosinus et tangente afin qu'elles ne ressemblent pas à trois variables multipliées ensemble, et pour la dérivée, pour éliminer la tentation d'annuler les d. Membre de la Arista Honor Society, au cours de sa dernière année de lycée, il a remporté le Championnat de mathématiques de l'Université de New York. Son habitude de caractérisation directe dérangeait parfois les penseurs plus conventionnels ; par exemple, l'une de ses questions, en apprenant l'anatomie féline, était « Avez-vous une carte du chat ? » (se référant à un tableau anatomique).
Feynman a postulé à l'Université Columbia mais a été rejeté en raison de leur quota pour le nombre de juifs admis. À la place, il a fréquenté le Massachusetts Institute of Technology, où il a rejoint la fraternité Pi Lambda Phi. Bien qu'il ait initialement étudié les mathématiques, il a ensuite changé pour l'ingénierie électrique, car il considérait les mathématiques comme trop abstraites. Réalisant qu'il « était allé trop loin », il a alors changé pour la physique, qu'il prétendait être « quelque part entre les deux ». En tant qu'étudiant de premier cycle, il a publié deux articles dans Physical Review. L'un d'eux, co-écrit avec Manuel Vallarta, s'intitulait « The Scattering of Cosmic Rays by the Stars of a Galaxy ».
Vallarta a initié son étudiant à un secret de la publication mentor-protégé : le nom du scientifique senior vient en premier. Feynman a eu sa revanche quelques années plus tard, quand Heisenberg a conclu un livre entier sur les rayons cosmiques avec la phrase : « un tel effet ne doit pas être attendu selon Vallarta et Feynman ». Quand ils se sont rencontrés par la suite, Feynman a demandé avec joie si Vallarta avait vu le livre d'Heisenberg. Vallarta savait pourquoi Feynman souriait. « Oui », a-t-il répondu. « Tu es le dernier mot dans les rayons cosmiques. »
L'autre était sa thèse de fin d'études, sur « Forces in Molecules », basée sur une idée de John C. Slater, qui était suffisamment impressionné par l'article pour le faire publier. Aujourd'hui, on le connaît sous le nom de théorème de Hellmann-Feynman.
En 1939, Feynman a reçu un baccalauréat et a été nommé Putnam Fellow. Il a obtenu un score parfait aux examens d'admission aux études supérieures de l'Université de Princeton en physique—un exploit sans précédent—et un score remarquable en mathématiques, mais a obtenu de mauvais résultats aux portions histoire et anglais. Le chef du département de physique là-bas, Henry D. Smyth, avait une autre préoccupation, écrivant à Philip M. Morse pour demander : « Feynman est-il juif ? Nous n'avons pas de règle définitive contre les juifs mais devons maintenir leur proportion dans notre département raisonnablement petite en raison de la difficulté de les placer. » Morse a concédé que Feynman était effectivement juif, mais a rassuré Smyth que la « physionomie et le comportement » de Feynman « ne montrent cependant aucune trace de cette caractéristique ».
Les participants au premier séminaire de Feynman, qui portait sur la version classique de la théorie de l'absorbeur de Wheeler-Feynman, comprenaient Albert Einstein, Wolfgang Pauli et John von Neumann. Pauli a fait le commentaire perspicace que la théorie serait extrêmement difficile à quantifier, et Einstein a dit qu'on pourrait essayer d'appliquer cette méthode à la gravité en relativité générale, ce que Sir Fred Hoyle et Jayant Narlikar ont fait bien plus tard en tant que théorie de Hoyle-Narlikar de la gravité. Feynman a reçu un doctorat de Princeton en 1942 ; son directeur de thèse était John Archibald Wheeler. Dans sa thèse de doctorat intitulée « The Principle of Least Action in Quantum Mechanics », Feynman a appliqué le principe d'action stationnaire à des problèmes de mécanique quantique, inspiré par le désir de quantifier la théorie de l'absorbeur de Wheeler-Feynman de l'électrodynamique, et a jeté les bases de la formulation de l'intégrale de chemin et des diagrammes de Feynman. Une idée clé était que les positons se comportaient comme des électrons se déplaçant vers l'arrière dans le temps. James Gleick a écrit :
C'était Richard Feynman approchant le sommet de ses pouvoirs. À vingt-trois ans... il n'y avait peut-être maintenant aucun physicien sur terre qui pouvait égaler sa commande exubérante sur les matériaux natifs de la science théorique. Ce n'était pas seulement une facilité en mathématiques (bien qu'il soit devenu clair... que la machinerie mathématique qui émergeait de la collaboration Wheeler-Feynman dépassait la propre capacité de Wheeler). Feynman semblait posséder une aisance terrifiant avec la substance derrière les équations, comme Einstein au même âge, comme le physicien soviétique Lev Landau—mais très peu d'autres.
L'une des conditions de la bourse de Feynman à Princeton était qu'il ne pouvait pas être marié ; néanmoins, il a continué à voir sa bien-aimée du lycée, Arline Greenbaum, et était déterminé à l'épouser une fois qu'il aurait obtenu son doctorat malgré le fait qu'elle était gravement malade de la tuberculose. C'était une maladie incurable à l'époque, et on ne s'attendait pas à ce qu'elle vive plus de deux ans. Le 29 juin 1942, ils ont pris le ferry pour Staten Island, où ils se sont mariés à l'hôtel de ville. La cérémonie n'a été assistée par aucune famille ni amis et a été témoin d'une paire d'étrangers. Feynman ne pouvait embrasser Arline que sur la joue. Après la cérémonie, il l'a amenée à l'hôpital Deborah, où il la visitait les fins de semaine.
Projet Manhattan
En 1941, alors que la Seconde Guerre mondiale faisait rage en Europe mais que les États-Unis n'étaient pas encore en guerre, Feynman a passé l'été à travailler sur des problèmes de balistique à l'Arsenal de Frankford en Pennsylvanie. Après l'attaque de Pearl Harbor qui a entraîné les États-Unis dans la guerre, Feynman a été recruté par Robert R. Wilson, qui travaillait sur les moyens de produire de l'uranium enrichi pour utilisation dans une bombe atomique, dans le cadre de ce qui allait devenir le Projet Manhattan. À l'époque, Feynman n'avait pas encore obtenu un diplôme d'études supérieures. L'équipe de Wilson à Princeton travaillait sur un appareil appelé isotron, destiné à séparer électromagnétiquement l'uranium-235 de l'uranium-238. Cela s'est fait d'une manière très différente de celle utilisée par le calutron qui était en cours de développement par une équipe sous l'ancien mentor de Wilson, Ernest O. Lawrence, au laboratoire de rayonnement de l'Université de Californie. Sur le papier, l'isotron était plusieurs fois plus efficace que le calutron, mais Feynman et Paul Olum ont eu du mal à déterminer si c'était pratique. Finalement, sur recommandation de Lawrence, le projet d'isotron a été abandonné.
À ce moment, au début de 1943, Robert Oppenheimer établissait le Laboratoire de Los Alamos, un laboratoire secret sur un plateau au Nouveau-Mexique où les bombes atomiques seraient conçues et construites. Une offre a été faite à l'équipe de Princeton d'être redéployée là. « Comme une bande de soldats professionnels », se souvenait Wilson plus tard, « nous nous sommes inscrits, en masse, pour aller à Los Alamos. » Comme beaucoup d'autres jeunes physiciens, Feynman est bientôt tombé sous le charme du charismatique Oppenheimer, qui a téléphoné Feynman de longue distance depuis Chicago pour l'informer qu'il avait trouvé un sanatorium à Albuquerque, Nouveau-Mexique, pour Arline. Ils ont été parmi les premiers à partir pour le Nouveau-Mexique, quittant en train le 28 mars 1943. La compagnie de chemin de fer a fourni à Arline un fauteuil roulant, et Feynman a payé supplémentaire pour une chambre privée pour elle.
À Los Alamos, Feynman a été assigné à la Division théorique (T) de Hans Bethe, et a impressionné Bethe suffisamment pour être nommé chef de groupe. Lui et Bethe ont développé la formule de Bethe-Feynman pour calculer le rendement d'une bombe à fission, qui s'appuyait sur les travaux précédents de Robert Serber. En tant que jeune physicien, il n'était pas au cœur du projet. Il a administré le groupe de calcul de calculateurs humains dans la division théorique. Avec Stanley Frankel et Nicholas Metropolis, il a aidé à établir un système d'utilisation d'IBM
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