Čitateljima ruskog izdanja
To su predavanja iz opće fizike koja drži teorijski fizičar. Oni uopće nisu slični nijednom poznatom tečaju. Ovo se može činiti čudnim: osnovni principi klasične fizike, i ne samo klasične, već i kvantne, odavno su uspostavljeni, tečaj opće fizike podučava se diljem svijeta u tisućama obrazovne ustanove već dugi niz godina i krajnje je vrijeme da se pretvori u standardni niz poznatih činjenica i teorija, kao što je npr. elementarna geometrija u školi. Međutim, čak i matematičari smatraju da bi se njihova znanost trebala podučavati drugačije. A o fizici da i ne govorimo: ona se toliko intenzivno razvija da se i najbolji učitelji stalno suočavaju s velikim poteškoćama kada učenicima trebaju govoriti o suvremenoj znanosti. Žale se da moraju prekinuti ono što se naziva starim ili uobičajenim idejama. Ali odakle dolaze uobičajene ideje? Obično upadaju u mlade glave u školi od istih učitelja, koji će onda govoriti o nedostupnosti ideja. moderna znanost. Stoga, prije nego što se pređe na srž stvari, treba potrošiti mnogo vremena pokušavajući uvjeriti slušatelje u lažnost onoga što im je prethodno nadahnuto kao očigledna i nepobitna istina. Bilo bi ludo prvo školarcima “jednostavnije radi” reći da je Zemlja ravna, a onda, kao otkriće, izvijestiti o njezinoj sferičnosti. I je li put kojim budući specijalisti ulaze u svijet tako daleko od ovog apsurdnog primjera? moderni svijet ideje teorije relativnosti i kvantne? Stvar je komplicirana i činjenicom da su najvećim dijelom predavači i slušatelji ljudi različitih generacija, te je predavaču vrlo teško izbjeći iskušenje da slušatelje povede poznatim i pouzdanim putem, kojim je i sam kad jednom dosegne željene visine. No, stari put ne ostaje uvijek najbolji. Fizika se vrlo brzo razvija, a da bi išla ukorak s njom potrebno je promijeniti načine njezina proučavanja. Svi se slažu da je fizika jedna od naj zanimljive znanosti. U isto vrijeme, mnogi udžbenici fizike ne mogu se nazvati zanimljivima. U takvim udžbenicima je navedeno sve što slijedi program. Obično objašnjavaju koje su dobrobiti fizike i koliko ju je važno učiti, ali vrlo rijetko iz njih možete shvatiti zašto je studiranje fizike zanimljivo. Ali i ova strana pitanja zaslužuje pozornost. Kako možete učiniti dosadnu temu zanimljivom i modernom? Prije svega, o tome bi trebali razmišljati oni fizičari koji i sami rade sa strašću i koji tu strast mogu prenijeti i drugima. Vrijeme za eksperimentiranje već je došlo. Njihov cilj je pronaći najviše učinkovite načine nastave fizike, koja bi omogućila brzo prenošenje na novi naraštaj cjelokupnog znanja koje je znanost akumulirala kroz svoju povijest. Potraga za novim putovima u nastavi također je uvijek bila važan dio znanosti. Nastava, prateći razvoj znanosti, mora neprestano mijenjati svoje oblike, razbijati tradiciju i tražiti nove metode. Ovdje važnu ulogu igra činjenica da u znanosti cijelo vrijeme postoji nevjerojatan proces svojevrsnog pojednostavljivanja, koji vam omogućuje da jednostavno i kratko navedete ono što je nekad zahtijevalo dugogodišnji rad.
Iznimno zanimljiv pokušaj u tom smjeru učinjen je na Kalifornijskom institutu za tehnologiju (SAD), koji se skraćeno naziva CALTECH, gdje je skupina profesora i nastavnika nakon brojnih rasprava razvila novi program iz opće fizike, a jedan od sudionika u ovoj skupini predavanja je držao istaknuti američki fizičar Richard Feynman.
Feynmanova predavanja izdvajaju se činjenicom da su upućena slušatelju koji živi u drugoj polovici 20. stoljeća, a koji već mnogo zna ili je čuo. Stoga se na predavanjima ne gubi vrijeme objašnjavajući “naučenim jezikom” ono što je već poznato. S druge strane, one na fascinantan način opisuju kako čovjek proučava prirodu oko sebe, o tome do kojih je granica danas došlo u spoznaji svijeta, o tome koje probleme znanost rješava danas, a koje će rješavati sutra.
Predavanja su održana 1961.-1962. i 1962.-1963 akademske godine; snimljeni su na magnetofon, a zatim (što se pokazalo kao težak zadatak) profesori M. Sands i R. Layton "prevedeni" na "pisani engleski". U ovom osebujnom "prijevodu" sačuvane su mnoge značajke lektorova živog govora, njegova živost, šale, digresije. No, ta vrlo vrijedna kvaliteta predavanja nipošto nije bila glavna i samodostatna. Ništa manje važne nisu bile originalne metode prezentiranja materijala koje je stvorio predavač, a koje su odražavale svijetlu znanstvenu osobnost autora, njegovo stajalište o putu poučavanja studenata fizike. To, naravno, nije slučajno. Poznato je da u njihovoj znanstvenih radova Feynman je uvijek pronalazio nove metode koje su brzo postale prihvaćene. Feynmanovi radovi na kvantnoj elektrodinamici i statistici donijeli su mu široko priznanje, a njegova metoda - takozvani "Feynmanovi dijagrami" - danas se koristi u gotovo svim područjima teorijske fizike.
Što god ljudi govorili o tim predavanjima, bilo da se dive stilu izlaganja ili žale za rušenjem dobrih starih tradicija, jedno ostaje neosporno: s pedagoškim eksperimentima se mora početi. Vjerojatno se neće svi složiti s autorovim načinom iznošenja određenih pitanja, neće se svi složiti s ocjenom ciljeva i perspektiva moderne fizike. Ali to će poslužiti kao poticaj za pojavu novih knjiga koje će odražavati drugačija gledišta. Ovo je eksperiment.
Ali pitanje nije samo što reći. Ne manje važno je drugo pitanje - kojim redom to treba učiniti. Raspored dijelova unutar kolegija opće fizike i redoslijed izlaganja uvijek je uvjetno pitanje. Svi dijelovi znanosti toliko su međusobno povezani da je često teško odlučiti što treba reći prvo, a što kasnije.
Međutim, određene tradicije još uvijek su sačuvane u većini sveučilišnih programa i dostupnih udžbenika.
Odbacivanje uobičajenog slijeda izlaganja jedno je od razlikovnih obilježja Feynmanova predavanja. Oni govore ne samo o specifičnim problemima, već io mjestu koje fizika zauzima u nizu drugih znanosti, o načinima opisivanja i proučavanja prirodnih pojava. Vjerojatno se predstavnici drugih znanosti - recimo matematičari - neće složiti s mjestom koje Feynman dodjeljuje tim znanostima. Njemu kao fizičaru "svoja" znanost, naravno, izgleda najvažnija. Ali ta okolnost ne zauzima mnogo mjesta u njegovu izlaganju. Ali njegova priča zorno odražava razloge koji tjeraju fizičara da radi težak posao istraživača, kao i sumnje koje ima kada se suoči s poteškoćama koje se sada čine nepremostivim.
Mladi prirodoslovac mora ne samo shvatiti zašto je zanimljivo baviti se znanošću, već i osjetiti koliko su pobjede skupe i koliko su ponekad teški putevi do njih.
Također treba imati na umu da ako je autor u početku odustao od matematičkog aparata ili koristio samo onaj predstavljen u predavanjima, tada će čitatelj, kako napreduje, morati povećati svoju matematičku prtljagu. Međutim, iskustvo pokazuje da je matematičku analizu (barem njene osnove) danas lakše naučiti nego fiziku.
Feynmanova predavanja objavljena su u SAD-u u tri velika toma. Prvi sadrži uglavnom predavanja iz mehanike i teorije topline, drugi - elektrodinamiku i fiziku kontinuiranih medija, a treći - kvantnu mehaniku. Kako bi knjiga bila dostupna što većem broju čitatelja i što prikladnija za korištenje, rusko izdanje bit će objavljeno u malim nakladama. Prva četiri od njih odgovaraju prvom svesku američkog izdanja.
Kome će ova knjiga koristiti? Prije svega učiteljima koji će je pročitati u cijelosti: potaknut će ih na razmišljanje o promjeni dosadašnjih stavova o tome kako započeti s poučavanjem fizike. Zatim će ga učenici pročitati. U njoj će osim onoga što nauče na predavanjima pronaći mnogo toga novoga. Naravno, potrudit će se čitati i školarci. Većina njih teško će sve svladati, ali ono što budu mogli pročitati i razumjeti pomoći će im da uđu u modernu znanost čiji je put uvijek težak, ali nikad dosadan. Svatko tko ne vjeruje da ga može položiti, neka se ne upušta u proučavanje ove knjige! I konačno, svi ostali ga mogu pročitati. Samo čitajte iz užitka. Ovo je također od velike pomoći. Feynman u svom predgovoru ne ocjenjuje visoko rezultate svog iskustva: premalo studenata koji su pohađali njegov tečaj naučilo je sva predavanja. Ali tako treba biti.
Poglavlje 1
ATOMI U POKRETANJU
§ 1. Uvod
§ 3. Atomski procesi
§ četiri. kemijske reakcije
§ 1. Uvod
Ovaj dvogodišnji tečaj fizike osmišljen je kako bi osigurao da ćete vi, čitatelji, uskoro postati fizičar. Doduše, to i nije toliko potrebno, ali koji se učitelj tome ne nada! Ako stvarno želite biti fizičar, morate se potruditi. Uostalom, dvjesto godina ubrzanog razvoja najmoćnijeg polja znanja nešto znači! Takvo obilje gradiva, možda, nećete naučiti za četiri godine; nakon čega slijede posebni tečajevi.
Pa ipak, cijeli rezultat kolosalnog rada obavljenog tijekom ovih stoljeća može se sažeti - svesti na mali broj zakona koji sažimaju svo naše znanje. Međutim, te zakone također nije lako shvatiti i bilo bi jednostavno nepošteno da počnete proučavati tako tešku temu bez neke sheme pri ruci, neke skice odnosa nekih dijelova znanosti s drugima. Prva tri poglavlja su takav esej. Kako je fizika povezana s drugim znanostima, kako su te druge znanosti međusobno povezane te što je sama znanost, upoznat ćemo se u ovim poglavljima. To će nam pomoći da "osjetimo" predmet fizike.
Pitate: zašto ne odmah, na prvoj stranici, dati osnovne zakone, a zatim tek pokazati kako oni funkcioniraju različitim uvjetima? Uostalom, to je upravo ono što rade u geometriji: formuliraju aksiome, a onda ostaje samo izvući zaključke. (Nije loša ideja: u 4 minute navesti što ne možete staviti u 4 godine.) To je nemoguće učiniti iz dva razloga. Prvo, ne poznajemo sve osnovne zakone; naprotiv, što više znamo, to se više šire granice onoga što moramo znati! Drugo, točna formulacija zakona fizike povezana je s mnogim neobičnim idejama i konceptima koji zahtijevaju jednako neobičnu matematiku za svoj opis. Potrebno je puno vježbe samo da bi se naučilo razumjeti značenje riječi. Dakle, vaša ponuda neće uspjeti. Morat ćemo ići postupno, korak po korak.
Svaki korak u proučavanju prirode uvijek je samo približavanje istini, odnosno onome što smatramo istinom. Sve što učimo je neka aproksimacija, jer znamo da još ne poznajemo sve zakone. Sve se proučava samo da opet postane neshvatljivo ili, u najboljem slučaju, zahtijeva ispravak.
Načelo znanosti, gotovo njezina definicija, je ovo: temelj našeg znanja je iskustvo. Iskustvo, eksperiment je jedini sudac znanstvene "istine". Što je izvor znanja? Odakle dolaze zakoni koje testiramo? Da, iz istog iskustva; pomaže nam da deduciramo zakone, njihove naznake vrebaju u njemu. A osim toga, potrebna je i mašta da se iza natuknica vidi nešto veliko i važno, da se pogodi neočekivana, jednostavna i lijepa slika koja iza njih nastaje, a zatim da se postavi eksperiment koji bi nas uvjerio u ispravnost. od nagađanja. Taj proces imaginacije je toliko težak da postoji podjela rada: postoje teorijski fizičari, oni zamišljaju, smišljaju i nagađaju nove zakone, ali ne postavljaju pokuse, a postoje eksperimentalni fizičari čiji je posao postavljati pokuse, oni koji rade na eksperimentima, a oni rade na eksperimentima. zamislite, razmislite i pogađajte.
Rekli smo da su zakoni prirode aproksimacije; prvo se otkrivaju "krivi" zakoni, a zatim oni "točni". Ali kako iskustvo može biti "pogrešno"? Pa, prvo, iz najjednostavnijeg razloga: kada nešto nije u redu s vašim uređajima, ali vi to ne primjećujete. Ali takvu je pogrešku lako uhvatiti, samo trebate sve provjeriti i provjeriti. Pa, ako ne nalazite greške u sitnicama, mogu li rezultati eksperimenta i dalje biti pogrešni? Možda zbog nedostatka točnosti. Na primjer, masa objekta izgleda nepromijenjena; vrč teži isto kao i vrč. Dakle, "zakon" je spreman za vas: masa je konstantna i ne ovisi o brzini. Ali ovaj “zakon”, kako se pokazalo, nije u redu. Pokazalo se da masa raste s povećanjem brzine, ali samo za zamjetan porast potrebne su brzine bliske svjetlosnoj. Točan zakon je sljedeći: ako je brzina tijela manja od 100 km/s, masa je konstantna s točnošću do milijuntog dijela. Ovaj zakon je istinit u približno ovom obliku. Moglo bi se pomisliti da praktički nema bitne razlike između starog i novog zakona. Da i ne. Za obične brzine možemo zaboraviti na rezerve i u dobroj aproksimaciji tvrdnju da je masa konstantna smatrati zakonom. Ali pri velikim brzinama počet ćemo griješiti, a što više, to je brzina veća.
Ali najčudnije je da je s općeg gledišta svaki približni zakon apsolutno pogrešan. Naš će pogled na svijet zahtijevati reviziju čak i kad se masa makar malo promijeni. Ovo je karakteristično svojstvo opće slike svijeta koja stoji iza zakona. Čak i mali učinak ponekad zahtijeva duboku promjenu naših pogleda.
Dakle, što prvo trebamo proučiti? Hoćemo li poučavati točne, ali neobične zakone s njihovim čudnim i teškim konceptima, kao što je teorija relativnosti, četverodimenzionalni prostor-vrijeme itd.? Ili bismo trebali početi s jednostavnim zakonom "konstantne mase"? Iako je približan, snalazi se bez teških ideja. Prvi je, bez sumnje, ugodniji, privlačniji; prvi je vrlo primamljiv, ali s drugim je lakše započeti, a onda je to prvi korak prema dubljem razumijevanju prave ideje. Ovo pitanje se stalno pojavljuje kada predajete fiziku. Na različite faze naravno, riješit ćemo to na različite načine, ali u svakoj fazi pokušat ćemo navesti ono što je sada poznato i s kojom točnošću, kako se slaže s ostatkom i što bi se moglo promijeniti kada saznamo više o tome.
Prijeđimo na našu shemu, na ocrtavanje našeg poimanja moderne znanosti (prvenstveno fizike, ali i drugih njoj bliskih znanosti), kako bismo, kada kasnije budemo morali ulaziti u različita pitanja, vidjeli što leži u njihovoj osnovi, Po čemu su zanimljivi i kako se uklapaju ukupna struktura.
Kako onda izgleda slika svijeta?
§ 2. Tvar se sastoji od atoma
Ako se kao posljedica neke globalne katastrofe sve akumulirano znanstveno znanje Kada bi se budućim generacijama živih bića prenijela samo jedna fraza, koja bi izjava, sastavljena od najmanje riječi, donijela najviše informacija? Vjerujem da je ovo atomska hipoteza (možete to nazvati ne hipotezom, već činjenicom, ali to ništa ne mijenja): sva su tijela sastavljena od atoma - mala tijela koja su u stalnom kretanju, privlače se na maloj udaljenosti, ali odbijaju ako je jedna od njih čvršće pritisnuta uz drugu. Ova jedna rečenica, kao što ćete vidjeti, sadrži nevjerojatnu količinu informacija o svijetu, samo trebate na nju primijeniti malo mašte i malo promišljanja.
Da bismo pokazali snagu ideje atoma, zamislimo kap vode veličine 0,5 cm. Ako je pažljivo pogledamo, tada nećemo vidjeti ništa osim vode, mirne, čvrste vode. Čak i pod najboljim optičkim mikroskopom pri povećanju od 2000x, kada kap poprimi veličinu velike prostorije, i dalje ćemo vidjeti relativno mirnu vodu, samo što će kroz nju početi promicati neke "nogometne lopte". Ovaj paramecij je vrlo zanimljiva stvar. U ovom trenutku možete se zadržati i pogledati paramecij, njegove resice, gledati kako se skuplja i otpušta, i mahnuti rukom na daljnje povećanje (osim ako ga ne želite pregledati iznutra). Biologija se bavi paramecijom, a mi ćemo proći pored njih i, da bismo još bolje vidjeli vodu, opet ćemo je povećati za 2000 puta. Sada će pad narasti do 20 km, pa ćemo vidjeti kako u njemu nešto vrvi; sad više nije tako mirno i čvrsto, sad iz ptičje perspektive podsjeća na gužvu na stadionu na dan nogometne utakmice. Čime vrvi? Da bismo ga bolje vidjeli, povećajmo još 250 puta. Naše će oči vidjeti nešto slično Sl. 1.1.
sl. 1.1. Kap vode (uvećana milijardu puta).
Ovo je kap vode uvećana milijardu puta, ali, naravno, ova slika je uvjetna. Prije svega, čestice su ovdje prikazane na pojednostavljen način, s oštrim rubovima - ovo je prva netočnost. Radi jednostavnosti, nalaze se u ravnini, zapravo, lutaju u sve tri dimenzije - ovo je drugo. Slika prikazuje "mrlje" (ili krugove) dvije vrste - crne (kisik) i bijele (vodik); vidi se da su na svaki kisik bila vezana dva vodika. (Takva skupina atoma kisika i dva atoma vodika zove se molekula.) Konačno, treće pojednostavljenje je da stvarne čestice u prirodi neprestano podrhtavaju i poskakuju, vrte se i okreću jedna oko druge. Na slici morate zamisliti ne odmor, već kretanje. Na slici je također nemoguće prikazati kako se čestice "lijepe jedna za drugu", privlače, lijepe jedna za jednu itd. Može se reći da su cijele njihove skupine nečim "zalijepljene". Međutim, niti jedno od tijela ne može se progurati kroz drugo. Ako pokušate natjerati jednog na drugoga, oni će se odgurnuti.
Polumjer atoma približno je jednak 1 ili 2 u 10 -8 cm. Vrijednost od 10 -8 cm je angstrem, pa je polumjer atoma jednak 1 ili 2 angstrema (A). Evo još jednog načina...
Čitateljima ruskog izdanja
To su predavanja iz opće fizike koja drži teorijski fizičar. Oni uopće nisu slični nijednom poznatom tečaju. Ovo se može činiti čudnim: osnovni principi klasične fizike, i ne samo klasične, već i kvantne, odavno su uspostavljeni, kolegij opće fizike se godinama podučava diljem svijeta u tisućama obrazovnih institucija, i to je vremena da se pretvori u standardni slijed poznatih činjenica i teorija, poput, primjerice, elementarne geometrije u školi. Međutim, čak i matematičari smatraju da bi se njihova znanost trebala podučavati drugačije. A o fizici da i ne govorimo: ona se toliko intenzivno razvija da se i najbolji učitelji stalno suočavaju s velikim poteškoćama kada učenicima trebaju govoriti o suvremenoj znanosti. Žale se da moraju prekinuti ono što se naziva starim ili uobičajenim idejama. Ali odakle dolaze uobičajene ideje? Obično upadaju u mlade glave u školi od istih učitelja, koji će onda govoriti o nedostupnosti ideja moderne znanosti. Stoga, prije nego što se pređe na srž stvari, treba potrošiti mnogo vremena pokušavajući uvjeriti slušatelje u lažnost onoga što im je prethodno nadahnuto kao očigledna i nepobitna istina. Bilo bi ludo prvo školarcima “jednostavnije radi” reći da je Zemlja ravna, a onda, kao otkriće, izvijestiti o njezinoj sferičnosti. No, je li put kojim budući stručnjaci ulaze u suvremeni svijet ideja teorije relativnosti i kvantiteta daleko od ovog apsurdnog primjera? Stvar je komplicirana i činjenicom da su najvećim dijelom predavači i slušatelji ljudi različitih generacija, te je predavaču vrlo teško izbjeći iskušenje da slušatelje povede poznatim i pouzdanim putem, kojim je i sam kad jednom dosegne željene visine. No, stari put ne ostaje uvijek najbolji. Fizika se vrlo brzo razvija, a da bi išla ukorak s njom potrebno je promijeniti načine njezina proučavanja. Svi se slažu da je fizika jedna od najzanimljivijih znanosti. U isto vrijeme, mnogi udžbenici fizike ne mogu se nazvati zanimljivima. U takvim udžbenicima je navedeno sve što slijedi program. Obično objašnjavaju koje su dobrobiti fizike i koliko ju je važno učiti, ali vrlo rijetko iz njih možete shvatiti zašto je studiranje fizike zanimljivo. Ali i ova strana pitanja zaslužuje pozornost. Kako možete učiniti dosadnu temu zanimljivom i modernom? Prije svega, o tome bi trebali razmišljati oni fizičari koji i sami rade sa strašću i koji tu strast mogu prenijeti i drugima. Vrijeme za eksperimentiranje već je došlo. Njihov cilj je pronaći najučinkovitije načine poučavanja fizike, koji bi novom naraštaju brzo prenijeli cjelokupno znanje koje je znanost akumulirala kroz svoju povijest. Potraga za novim putovima u nastavi također je uvijek bila važan dio znanosti. Nastava, prateći razvoj znanosti, mora neprestano mijenjati svoje oblike, razbijati tradiciju i tražiti nove metode. Ovdje važnu ulogu igra činjenica da u znanosti cijelo vrijeme postoji nevjerojatan proces svojevrsnog pojednostavljivanja, koji vam omogućuje da jednostavno i kratko navedete ono što je nekad zahtijevalo dugogodišnji rad.
Iznimno zanimljiv pokušaj u tom smjeru učinjen je na Kalifornijskom institutu za tehnologiju (SAD), koji se skraćeno naziva CALTECH, gdje je skupina profesora i nastavnika nakon brojnih rasprava razvila novi program iz opće fizike, a jedan od sudionika u ovoj skupini predavanja je držao istaknuti američki fizičar Richard Feynman.
Feynmanova predavanja izdvajaju se činjenicom da su upućena slušatelju koji živi u drugoj polovici 20. stoljeća, a koji već mnogo zna ili je čuo. Stoga se na predavanjima ne gubi vrijeme objašnjavajući “naučenim jezikom” ono što je već poznato. S druge strane, one na fascinantan način opisuju kako čovjek proučava prirodu oko sebe, o tome do kojih je granica danas došlo u spoznaji svijeta, o tome koje probleme znanost rješava danas, a koje će rješavati sutra.
Predavanja su održana 1961.-1962. i 1962.-1963. akademske godine; snimljeni su na magnetofon, a zatim (što se pokazalo kao težak zadatak) profesori M. Sands i R. Layton "prevedeni" na "pisani engleski". U ovom osebujnom "prijevodu" sačuvane su mnoge značajke lektorova živog govora, njegova živost, šale, digresije. No, ta vrlo vrijedna kvaliteta predavanja nipošto nije bila glavna i samodostatna. Ništa manje važne nisu bile originalne metode prezentiranja materijala koje je stvorio predavač, a koje su odražavale svijetlu znanstvenu osobnost autora, njegovo stajalište o putu poučavanja studenata fizike. To, naravno, nije slučajno. Poznato je da je Feynman u svojim znanstvenim radovima pronalazio uvijek nove metode, koje su vrlo brzo postale općeprihvaćene. Feynmanovi radovi na kvantnoj elektrodinamici i statistici donijeli su mu široko priznanje, a njegova metoda - takozvani "Feynmanovi dijagrami" - danas se koristi u gotovo svim područjima teorijske fizike.
Što god ljudi govorili o tim predavanjima, bilo da se dive stilu izlaganja ili žale za rušenjem dobrih starih tradicija, jedno ostaje neosporno: s pedagoškim eksperimentima se mora početi. Vjerojatno se neće svi složiti s autorovim načinom iznošenja određenih pitanja, neće se svi složiti s ocjenom ciljeva i perspektiva moderne fizike. Ali to će poslužiti kao poticaj za pojavu novih knjiga koje će odražavati drugačija gledišta. Ovo je eksperiment.
Ali pitanje nije samo što reći. Ne manje važno je drugo pitanje - kojim redom to treba učiniti. Raspored dijelova unutar kolegija opće fizike i redoslijed izlaganja uvijek je uvjetno pitanje. Svi dijelovi znanosti toliko su međusobno povezani da je često teško odlučiti što treba reći prvo, a što kasnije.
Međutim, određene tradicije još uvijek su sačuvane u većini sveučilišnih programa i dostupnih udžbenika.
Odbacivanje uobičajenog slijeda izlaganja jedno je od razlikovnih obilježja Feynmanovih predavanja. Oni govore ne samo o specifičnim problemima, već io mjestu koje fizika zauzima u nizu drugih znanosti, o načinima opisivanja i proučavanja prirodnih pojava. Vjerojatno se predstavnici drugih znanosti - recimo matematičari - neće složiti s mjestom koje Feynman dodjeljuje tim znanostima. Njemu kao fizičaru "svoja" znanost, naravno, izgleda najvažnija. Ali ta okolnost ne zauzima mnogo mjesta u njegovu izlaganju. Ali njegova priča zorno odražava razloge koji tjeraju fizičara da radi težak posao istraživača, kao i sumnje koje ima kada se suoči s poteškoćama koje se sada čine nepremostivim.
Mladi prirodoslovac mora ne samo shvatiti zašto je zanimljivo baviti se znanošću, već i osjetiti koliko su pobjede skupe i koliko su ponekad teški putevi do njih.
"Fizika je poput seksa: možda neće dati praktične rezultate, ali to nije razlog da se ne bavite time"- slogan je s kojim je Richard Feynman išao kroz život, osvajajući tisuće ljudi svojom neobuzdanom strašću. Genijalni znanstvenik, radoznali mikrobiolog, promišljeni poznavatelj majanskog pisma, umjetnik, glazbenik i povremeno zagriženi obijač sefova, Feynman je iza sebe ostavio opsežnu znanstvenu ostavštinu na polju teorijske fizike i znatan broj govora u kojima profesor nam je pokušao prenijeti svoje divljenje genijalnosti i jednostavnosti prirode., mnoge zakonitosti koje još uvijek ne možemo dokučiti.
U tom smislu, Feynman's Messenger Lectures on the top "Karakter fizičkih zakona", koji je pročitao 1964. na Sveučilištu Cornell, univerzalni je mini-udžbenik fizike, u kojem su kratko, britko, pristupačno i emotivno prikazana dostignuća ove znanosti i problemi s kojima se istraživači suočavaju. Da, prošlo je 50 godina, puno toga se promijenilo (postavljena je teorija struna, otkriven Higgsov bozon, postojanje tamne energije, širenje Svemira), ali ti temelji, ti fizikalni zakoni o kojima govori Feynman , univerzalni su ključ s kojim se s pouzdanjem može pristupiti upoznavanju s najnovijim otkrićima znanstvenika na ovom području. No, može se i bez te pragmatične patetike: Feynmanova predavanja su nevjerojatna i svidjet će se svima koji ukočeno stoje pred veličinom Prirode i skladom koji prožima sve u našem svijetu - od strukture stanice do strukture svemir. Uostalom, kako je sam Feynman rekao, . Pa uživajmo.
Predavanje #1
"Zakon gravitacije"
U ovom predavanju Richard Feynman gledatelje upoznaje sa zakonom gravitacija kao primjer fizikalnog zakona, priča priču o njegovom otkriću, istaknute značajke koji ga razlikuju od drugih zakona, te o izvanrednim posljedicama koje je za sobom povuklo otkriće gravitacije. Još jedan znanstvenik ovdje razmišlja o inerciji i tome kako sve nevjerojatno funkcionira:
Ovaj zakon se zvao "najveća generalizacija do koje je došao ljudski um". Ali već od otvaranje primjedbe vjerojatno ste shvatili da me ne zanima toliko ljudski um, koliko čuda prirode, koja se može pokoravati tako elegantnim i jednostavnim zakonima kao što je zakon univerzalne gravitacije. Stoga nećemo govoriti o tome koliko smo pametni što smo otkrili ovaj zakon, nego o tome koliko je priroda mudra koja ga se pridržava.
Predavanje #2
"Veza fizike i matematike"
Matematika je jezik kojim priroda govori, prema Richardu Feynmanu. Sve argumente u korist ovog zaključka - pogledajte u videu.
Nikakvo intelektualno zaključivanje ne može prenijeti osjećaj glazbe gluhima. Na isti način, nikakvi intelektualni argumenti ne mogu čovjeku prenijeti razumijevanje prirode. „druga kultura“. Filozofi pokušavaju govoriti o prirodi bez matematike. Pokušavam matematički opisati prirodu. Ali ako me ne razumiju, to nije zato što je nemoguće. Možda je moj neuspjeh posljedica činjenice da su horizonti ovih ljudi previše ograničeni i da čovjeka smatraju središtem svemira.
Predavanje #3
"Veliki zakoni očuvanja"
Ovdje Richard Feynman počinje govoriti o općim načelima koja prožimaju svu raznolikost fizikalnih zakona, obraćajući posebnu pozornost na načelo zakona održanja energije: povijest njegovog otkrića, njegove primjene u raznim područjima i misterije koje energija predstavlja znanstvenicima.
Potraga za zakonima fizike je poput dječje igre kockica iz koje treba sakupiti cijelu sliku. Imamo ogroman broj kockica, a svakim danom ih je sve više. Mnogi leže sa strane i kao da ne prilaze ostalima. Kako znamo da su svi iz istog skupa? Kako znamo da bi zajedno trebali činiti cijelu sliku? Apsolutne sigurnosti nema i to nas malo zabrinjava. No ohrabruje činjenica da mnoge kocke imaju nešto zajedničko. Na svima je naslikano plavo nebo, svi su izrađeni od iste vrste drveta. Svi fizikalni zakoni podliježu istim zakonima očuvanja.
Izvor videa: Evgeny Kruychkov / Youtube
Predavanje #4
"Simetrija u fizičkim zakonima"
Predavanje o značajkama simetrije fizikalnih zakona, njezinim svojstvima i proturječnostima.
Budući da govorim o zakonima simetrije, želio bih vam reći da se u vezi s njima pojavilo nekoliko novih problema. Na primjer, svaki elementarna čestica njemu odgovara antičestica: za elektron je to pozitron, za proton je antiproton. U principu, mogli bismo stvoriti takozvanu antimateriju, u kojoj bi svaki atom bio sastavljen od odgovarajućih antičestica. Dakle, obični atom vodika sastoji se od jednog protona i jednog elektrona. Ako uzmemo jedan antiproton, električno punjenje koji je negativan, i jedan pozitron i spojimo ih, tada dobivamo atom vodika posebne vrste, da tako kažemo, atom antivodika. Štoviše, utvrđeno je da takav atom u načelu ne bi bio ništa lošiji od običnog te da bi na taj način bilo moguće stvoriti antimateriju najrazličitijih vrsta. Sada je dopušteno pitati hoće li se takva antimaterija ponašati na potpuno isti način kao naša materija? I, koliko znamo, odgovor na ovo pitanje trebao bi biti da. Jedan od zakona simetrije je da ako napravimo biljku antimaterije, ona će se ponašati točno kao biljka napravljena od naše obične materije. Istina, vrijedno je dovesti ove instalacije na jedno mjesto, jer će doći do uništenja i samo će iskre letjeti.
Predavanje #5
"Razlika između prošlosti i budućnosti"
Jedno od najzanimljivijih Feynmanovih predavanja, koje je, ironično, ostalo jedino neprevedeno. Ne biste trebali klonuti duhom - za one koji ne pokušavaju razumjeti zamršenosti znanstvenog engleskog jezika, možete pročitati istoimeno poglavlje iz znanstvenikove knjige, za sve ostale - postavljamo englesku verziju govora fizičara.
Sjećamo se prošlosti, ali se ne sjećamo budućnosti. Naša svijest o tome što bi se moglo dogoditi je sasvim drugačija od one o onome što se vjerojatno već dogodilo. Prošlost i sadašnjost psihološki se percipiraju posve različito: za prošlost imamo tako stvaran pojam kao što je sjećanje, a za budućnost imamo pojam prividne slobodne volje. Sigurni smo da na neki način možemo utjecati na budućnost, ali nitko od nas, osim možda samotnjaka, ne misli da je moguće promijeniti prošlost. Pokajanje, žaljenje i nada riječi su koje jasno povlače granicu između prošlosti i budućnosti.<…>. Ali ako je sve na ovom svijetu sazdano od atoma, pa smo i mi sazdani od atoma i pokoravamo se fizikalnim zakonima, onda je najprirodnija ta očita razlika između prošlosti i budućnosti, ta nepovratnost svih pojava bi se objasnila činjenicom da neki zakoni gibanja atoma imaju samo jedan smjer – da atomski zakoni nisu isti u odnosu na prošlost i budućnost. Negdje mora postojati princip poput: "Možete napraviti štap od božićnog drvca, ali ne možete napraviti božićno drvce od štapa" u vezi s čime naš svijet neprestano mijenja svoj karakter od božićnog drvca do štapa, a ta nepovratnost međudjelovanja trebala bi biti razlogom nepovratnosti svih pojava našeg života.
Predavanje #6
"Vjerojatnost i neizvjesnost - pogled na prirodu kvantne mehanike"
Evo kako sam Feynman postavlja problem vjerojatnosti i neizvjesnosti:
Teorija relativnosti kaže da ako vjerujete da su se dva događaja dogodila u isto vrijeme, onda je to samo vaše osobno gledište, a netko drugi može s istim razlogom tvrditi da se jedan od tih fenomena dogodio prije drugog, pa koncept simultanosti pokazuje se čisto subjektivnim.<…>. Naravno, drugačije i ne može biti, budući da se u svakodnevnom životu bavimo ogromnim nakupinama čestica, vrlo sporim procesima i drugim vrlo specifičnim uvjetima, tako da nam naše iskustvo daje samo vrlo ograničenu predodžbu o prirodi. Samo se vrlo mali dio prirodnih fenomena može saznati iz izravnog iskustva. A samo uz pomoć vrlo suptilnih mjerenja i pažljivo pripremljenih eksperimenata može se postići širi pogled na stvari. A onda počinjemo nailaziti na iznenađenja. Ono što vidimo uopće nije ono što smo mogli očekivati, uopće nije ono što smo zamišljali. Moramo jače napregnuti svoju maštu, ne da, kao u fikciji, zamislimo ono čega zapravo nema, nego da shvatimo što se stvarno događa. O tome želim danas razgovarati.
Predavanje #7
"U potrazi za novim zakonima"
Strogo govoreći, ono o čemu ću govoriti u ovom predavanju ne može se nazvati karakterizacijom zakona fizike. Kada govorimo o prirodi fizikalnih zakona, možemo barem pretpostaviti da govorimo o samoj prirodi. Ali sada ne želim govoriti toliko o prirodi koliko o našem odnosu prema njoj. Htio bih vam govoriti o onome što danas smatramo poznatim, o onome što tek treba naslutiti i o tome kako se pogađaju zakoni u fizici. Netko je čak predložio da bi bilo najbolje da ti, kao što sam ti rekao, postupno objašnjavam kako pogađaš zakon, i da ti na kraju otkrijem novi zakon. Ne znam mogu li to učiniti.
Richard Feynman o materijalu koji pokreće sve fizikalne zakone (o materiji), o problemu nekompatibilnosti fizikalnih principa, o mjestu tihih pretpostavki u znanosti i, naravno, o tome kako se otkrivaju novi zakoni.
