Это лекции по общей физике, которые читал физик-теоретик. Они совсем не похожи ни на один известный курс. Это может показаться странным: основные принципы классической физики, да и не только классической, но и квантовой, давно установлены, курс общей физики читается во всем мире в тысячах учебных заведений уже много лет и ему пора превратиться в стандартную последовательность известных фактов и теорий, подобно, например, элементарной геометрии в школе. Однако даже математики считают, что их науке надо учить по-другому. А уж о физике и говорить нечего: она столь интенсивно развивается, что даже лучшие педагоги все время сталкиваются с большими трудностями, когда им надо рассказывать студентам о современной науке. Они жалуются, что им приходится ломать то, что принято называть старыми или привычными представлениями. Но откуда берутся привычные представления? Обычно они попадают в м-олодые головы в школе от таких же педагогов, которые потом будут говорить о недоступности идей современной науки. Поэтому прежде чем подойти к сути дела, приходится тратить много времени на то, чтобы убедить слушателей в ложности того, что было ранее внушено им как очевидная и непреложная истина. Было бы дико сначала рассказывать школьникам «для простоты», что Земля плоская, а потом, как открытие, сообщать о ее шарообразности. А так
---------"•"" "-"11 rruTt, nn KOTODOMV
будущие специалисты входят в современный мир идей теории относительности и квантов? Осложняет дело также то обстоятельство, что большей частью лектор и слушатели — люди разных поколений, и лектору очень трудно уйти от соблазна вести слушателей той знакомой и надежной дорогой, по которой он сам в свое время дошел до желанных высот. Однако старая дорога не вечно остается лучшей. Физика развивается очень быстро, и, чтобы не отставать от нее, надо менять пути ее изучения. Все согласны с тем, что физика — одна из самых интересных наук. В то же время многие учебники физики никак не назовешь интересными. В таких учебниках изложено все, что следует по программе. Там обычно объясняется, какую пользу приносит физика и как важно ее изучать, но из них очень редко можно понять, почему заниматься физикой интересно. А ведь эта сторона вопроса тоже заслуживает внимания. Как же можно сделать скучный предмет и интересным и современным? Об этом прежде всего должны подумать те физики, которые сами работают с увлечением и умеют передать это увлечение другим. Пора экспериментов уже наступила. Цель их — найти наиболее эффективные способы обучения физике, которые позволили бы быстро передать новому поколению весь тот запас знаний, который накоплен наукой за всю ее историю. Поиски новых путей в преподавании также всегда были важной частью науки. Преподавание, следуя развитию науки, должно непрерывно менять свои формы, ломать традиции, искать новые методы. Здесь важную роль играет то обстоятельство, что в науке все время происходит удивительный процесс своеобразного упрощения, который позволяет просто и кратко изложить то, что когда-то потребовало много лет работы.
Чрезвычайно интересная попытка в этом направлении была предпринята в Калифорнийском Технологическом институте (США), который сокращенно называют КАЛТЕХ, где группа профессоров и преподавателей после многочисленных дискуссий разработала новую программу по общей физике, а один ,из участников этой группы, крупный американский физик Ричард Фейнман, прочел лекции.
Лекции Фейнмана отличаются тем, что они обращены к слушателю, живущему во второй половине XX века, который уже
,:6
многое знает или слышал. Поэтому в лекциях не тратится время на объяснение «ученым языком» того, что и так известно. Зато в них увлекательно рассказывается, как человек изучает окружающую его природу, о достигнутых сегодня границах в познании мира, о том, какие проблемы наука решает сегодня и будет решать завтра.
Лекции читались в 1961 — 1962 и 1962—1963 учебных годах; они записывались на магнитофон, а потом (и это оказалось само по себе трудной задачей) «переводились» на «письменный английский» профессорами М. Сэндсом и Р. Лейтоном. В этом своеобразном «переводе» сохранены многие особенности живой речи лектора, ее живость, шутки, отступления. Однако это очень ценное качество лекций отнюдь не было главным и самодовлеющим. Не менее важным были созданные лектором оригинальные методы изложения, в которых отразилась яркая научная индивидуальность автора, его точка зрения на пути обучения студентов физике. Это, разумеется, не случайно. Известно, что и в своих научных работах Фейнман всегда находил новые методы, которые очень быстро становились общепринятыми. Работы Фейнмана по квантовой электродинамике, статистике принесли ему широкое признание, а его метод — так называемые «диаграммы Фейнмана»—используется сейчас практически во всех областях теоретической физики.
Что бы ни говорили об этих лекциях — восторгались стилем изложения или сокрушались по поводу ломки старых добрых традиций,— одно остается бесспорным: надо начинать педагогические опыты. Наверное, не все согласятся с манерой автора излагать те или иные вопросы, не все согласятся с оценкой целей и перспектив современной физики. Но это послужит стимулом к появлению новых книг, в которых получат отражение другие взгляды. Это и есть эксперимент.
Но вопрос состоит не только в том, что рассказывать. Не менее важен и другой вопрос—в каком порядке это надо делать. Расположение разделов внутри курса общей физики и последовательность изложения — вопрос всегда условный. Все части науки настолько связаны друг с другом, что часто трудно решить, что надо излагать сначала, а что потом.
Однако в большинстве вузовских программ и имеющихся учебников до сих пор сохраняются определенные традиции.
Отказ от привычной последовательности изложения — одна из отличительных особенностей фейнмановских лекций. В них рассказано не только о конкретных задачах, но и о месте, которое занимает физика в ряде других наук, о путях описания и изучения явлений природы. Вероятно, представители других наук — скажем, математики — не согласятся с тем местом, которое отводит этим наукам Фейнман. Для него, как физика, «своя» наука, конечно, выглядит самой главной. Но это обстоятельство не занимает много места в его изложении. Зато в его рассказе ярко отражаются те причины, которые побуждают физика вести тяжелую работу исследователя, а также те сомнения, которые у него возникают, когда он сталкивается с трудностями, кажущимися сейчас непреодолимыми.
Молодой естествоиспытатель должен не только понять, почему интересно заниматься наукой, но и почувствовать, какой дорогой ценой достаются победы и как порой бывают тяжелы дороги, к ним ведущие.
Надо также иметь в виду, что если сначала автор обходился без математического аппарата или использовал лишь тот, который изложен в лекциях, то от читателя, по мере продвижения его вперед, будет требоваться увеличение его математического багажа. Впрочем, опыт показывает, что математический анализ (по крайней мере его основы) выучивается сейчас легче, чем физика.
Лекции Фейнмаиа вышли в США в трех больших томах. Первый содержит в основном лекции по механике и теории теплоты, второй — электродинамику и физику сплошных сред, а третий — квантовую механику. Чтобы книга была доступна большему числу читателей и чтобы ею было удобнее пользоваться, русское издание будет выходить небольшими выпусками. Первые четыре из них соответствуют первому тому американского издания.
Кому будет полезна эта книга? Прежде всего — преподавателям, которые ее прочтут целиком: она заставит их задуматься об изменении сложившихся взглядов на то, как начинать обучать физике. Далее, ее прочтут студенты. Они найдут в ней много нового в дополнение к тому, что они узнают на лекциях. Конечно, ее попытаются читать и школьники. Большинству из них будет трудно одолеть все, но и то, что они смогут прочесть
и понять, поможет им войти в современную науку, путь в которую всегда бывает трудным, но никогда не бывает скучным. Тому, кто не верит, что может пройти его, не стоит браться за изучение этой книги! И, наконец, ее могут читать все остальные. Читать просто так, для удовольствия. Это тоже очень полезно. Фейнман в своем предисловии оценивает результаты своего опыта не очень высоко: слишком малая доля студентов, прослушавших его курс, усвоили все лекции. Но так и должно быть. Первый опыт редко приносит полный успех. Новые идеи всегда находят вначале лишь немного сторонников и лишь постепенно
становятся привычными.
Я. Смородинский
Январь 1965
Оглавление
К читателям русского издания ,........... 5
Предисловие Р.Фейнмана.............. 10
Предисловие..................... 16
Глава 1. Атомы в движении............ 21
§ 1. Введение................. 21
§ 2. Вещество состоит из атомов......... 23
§ 3. Атомные процессы............ 28
§ 4. Химические реакции.......... 32
Глава 2. Основные физические воззрения . . 37
§ 1. Введение................. 37
§ 2. Физика до 1920 года............ 40
§ 3. Квантовая физика............. 45
§ 4. Ядра и частицы............. 49
Глава 3. Физика и другие науки......... 55
§ 1. Введение................ 55
§ 2. Химия.................. 55
§ 3. Биология........... .... 57
§ 4. Астрономия............... 64
§ 5. Геология................ 66
§ 6. Психология.............. 67
§ 7. С чего все пошло?............. 68
Глава 4. Сохранение энергии.......... 71
§ 1. Что такое энергия?........... 71
§ 2. Потенциальная энергия тяготения..... 73
§ 3. Кинетическая энергия.......... 79
§ 4. Прочие формы энергии.......... 80
Глава 5. Время и расстояние.......... 85
§ 1. Движение................ 85
§ 2. Время................. 86
§ 3. Короткие времена............. 87
§ 4. Большие времена............ 89
§ 5. Единицы и стандарты времени........ 92
§ 6. Большие расстояния............ 93
§ 7. Малые расстояния............ 97
Глава 6. Вероятность.............. 102
§ 1. Вероятность и правдоподобие...... 102
§ 2. Флуктуации............... 105
§ 3. Случайные блуждания........... 110
§ 4. Распределение вероятностей....... 114
§ 5. Принцип неопределенности......, 118
Глава 7. Теория тяготения............ 122
§ 1. Движение планет............ 122
§ 2. Законы Кеплера............ 123
§ 3. Развитие динамики..........., 124
§ 4. Ньютонов закон тяготения....... 125
§ 5. Всемирное тяготение........... 129
§ 6. Опыт Кавендиша............. 134
§ 7. Что такое тяготение?........... 135
§ 8. Тяготение и относительность....... 139
Глава 8. Движение............... 140
§ 1. Описание движения............ 140
§ 2. Скорость................ . 144
§ 3. Скорость как производная......... 148
§ 4. Расстояние как интеграл......... 151
§ 5. Ускорение................, 152
Глава 9. Динамические законы Ньютона . , . , 157
§ 1. Импульс и сила............... 157
§ 2. Компоненты скорости, ускорения и силы 160
§ 3. Что такое сила?.............. 162
§ 4. Смысл динамических уравнений...... 163
§ 5. Численное решение уравнений...... 164
§ 6. Движение планет............. 167
Глава 10. Закон сохранения импульса...... 174
§ 1. Третий закон Ньютона.......... 174
§ 2. Закон сохранения импульса....... 176
§ 3. Импульс все-таки сохраняется!...... 181
§ 4. Импульс и энергия........... 185
§ 5. Релятивистский импульс........ 188
Глава 11. Векторы............... 191
§ 1. Симметрия в физике........... 191
§ 2. Переносы начала............ 192
§ 3. Вращения................ 195
§ 4. Векторы................ 198
§ 5. Векторная алгебра............ 200
§ 6. Законы Ньютона в векторной записи .... 203
§ 7. Скалярное произведение векторов .... 205
Глава 12. Характеристики силы......... 209
§ 1. Что есть сила?............. 209
§ 2. Трение................ 213
§ 3. Молекулярные силы........... 217
§ 4. Фундаментальные силы. Поля ....... 219 .
§ 5. Псевдосилы............... 225
§ 6. Ядерные силы.............. 227
Глава 13. Работа и потенциальная энергия (I) . . 229
§ 1. Работа падающего тела......... 229
§ 2. Работа, выполняемая тяжестью...... 233
§ 3. Сложение энергий........... 237
§ 4. Поле тяготения больших тел......... 239
Глава 14. Работа и потенциальная энергия (II) . , 243
§ 1. Работа................. 243
§ 2. Движение при наложенных связях...... 246
§ 3. Консервативные силы.......... 247
§ 4. Некоисервативные силы......... 252
§ 5. Потенциалы и поля........... 254
Приложение ................... 259
Цена: 150руб.
