Feynman imparte clases de física. "Simetría en leyes físicas"

Capítulo 1

ÁTOMOS EN MOVIMIENTO

§ 1. Introducción

§ 3. Procesos atómicos

§ 4. Reacciones químicas

§ 1. Introducción

Este curso de física de dos años está diseñado para garantizar que usted, el lector, esté a punto de convertirse en físico. Supongamos que no es tan necesario, ¡pero qué maestro no lo espera! Si realmente quieres ser físico, tienes que trabajar duro. Después de todo, ¡doscientos años de rápido desarrollo del campo de conocimiento más poderoso significan algo! Tal abundancia de material, tal vez, no se pueda dominar en cuatro años; después de eso, todavía necesita asistir a cursos especiales.

Y, sin embargo, todo el resultado del colosal trabajo realizado durante estos siglos puede condensarse, reducirse a un pequeño número de leyes que resumen todo nuestro conocimiento. Sin embargo, estas leyes tampoco son fáciles de aprender, y sería simplemente deshonesto que comenzaras a estudiar un tema tan difícil sin tener a mano algún esquema, algún esquema de la relación de algunas partes de la ciencia con otras. Los tres primeros capítulos constituyen un esquema de este tipo. En estos capítulos nos familiarizaremos con cómo se relaciona la física con otras ciencias, cómo estas otras ciencias se relacionan entre sí y qué es la ciencia en sí. Esto nos ayudará a "sentir" el tema de la física.

Puede preguntar: ¿por qué no de inmediato, en la primera página, no traer las leyes básicas y luego solo mostrar cómo funcionan en diferentes condiciones? Después de todo, esto es exactamente lo que hacen en geometría: formulan axiomas, y luego todo lo que queda es sacar conclusiones. (No es una mala idea: decir en 4 minutos lo que ni siquiera puedes hacer en 4 años). Es imposible hacer esto por dos razones. Primero, no conocemos todas las leyes básicas; por el contrario, cuanto más aprendemos, ¡más se expanden los límites de lo que necesitamos saber! En segundo lugar, la formulación precisa de las leyes de la física está asociada con muchas ideas y conceptos inusuales que requieren matemáticas igualmente inusuales para describirlos. Se necesita mucha práctica para aprender a comprender el significado de las palabras. Entonces su propuesta no se aprobará. Tendremos que movernos poco a poco, paso a paso.

Cada paso en el estudio de la naturaleza es siempre solo una aproximación a la verdad, o más bien, a lo que consideramos verdadero. Todo lo que aprendemos es una especie de aproximación, porque sabemos que no conocemos todas las leyes. Todo se estudia solo para volverse incomprensible nuevamente o, en el mejor de los casos, para requerir corrección.

El principio de la ciencia, casi su definición, es este: la piedra de toque de todo nuestro conocimiento es la experiencia. La experiencia, el experimento, es el único juez de la "verdad" científica. ¿Y cuál es la fuente del conocimiento? ¿De dónde provienen las leyes que probamos? Sí, de la misma experiencia; nos ayuda a deducir leyes, en él se esconden pistas sobre ellas. Y más allá de eso, también se necesita imaginación para ver algo grande e importante detrás de las pistas, para adivinar la imagen inesperada, simple y hermosa que surge detrás de ellas, y luego organizar un experimento que nos convenza de la exactitud de la suponer. Este proceso de imaginación es tan difícil que hay una división del trabajo: hay físicos teóricos, imaginan, piensan y adivinan nuevas leyes, pero no montan experimentos, y hay físicos experimentales cuya ocupación es experimentar, imaginar, piensa y adivina.

Dijimos que las leyes de la naturaleza son aproximaciones; primero se descubren las leyes "incorrectas" y luego las "correctas". Pero, ¿cómo puede la experiencia ser "incorrecta"? Bueno, en primer lugar, por la razón más simple: cuando algo anda mal en tus dispositivos y no lo notas. Pero tal error es fácil de detectar, solo necesita verificar y verificar todo. Bueno, si no encuentra fallas en las nimiedades, ¿pueden los resultados del experimento seguir siendo erróneos? Pueden, debido a la falta de precisión. Por ejemplo, la masa de un objeto parece no cambiar; una peonza pesa lo mismo que una peonza. Entonces la "ley" está lista para ti: la masa es constante y no depende de la velocidad. Pero esta "ley", resulta que está mal. Resultó que la masa crece con una velocidad creciente, pero solo para un crecimiento notable se necesitan velocidades cercanas a la de la luz. La ley correcta es la siguiente: si la velocidad de un objeto es inferior a 100 km / seg, la masa es constante dentro de una millonésima. Aproximadamente en esta forma aproximada, esta ley es verdadera. Se podría pensar que prácticamente no existe una diferencia significativa entre la antigua ley y la nueva. Si y no. Para velocidades ordinarias, puede olvidarse de las reservas y, en una buena aproximación, considerar la afirmación de que la masa es constante como una ley. Pero en altas velocidades comenzaremos a cometer errores, y cuanto más, mayor será la velocidad.

Pero lo más maravilloso es que con punto común vista, cualquier ley aproximada es absolutamente incorrecta. Nuestra visión del mundo requerirá una revisión incluso cuando la masa cambie incluso una gota. Ésta es una propiedad característica de la imagen general del mundo, que está detrás de las leyes. Incluso un efecto pequeño a veces requiere un cambio profundo en nuestros puntos de vista.

Entonces, ¿qué debemos aprender primero? ¿Deberíamos enseñar las leyes correctas pero inusuales con sus conceptos extraños y difíciles, por ejemplo, la teoría de la relatividad, el espacio-tiempo tetradimensional, etc.? ¿O empezar con una simple ley de "masa constante"? Aunque es aproximado, lo hace sin ideas difíciles. El primero, sin duda, es más agradable, más atractivo; el primero es muy tentador, pero el segundo es más fácil de comenzar, y luego es el primer paso hacia una comprensión más profunda de la idea correcta. Esta pregunta surge todo el tiempo cuando enseñas física. En diferentes etapas del curso lo resolveremos de diferentes formas, pero en cada etapa intentaremos delinear lo que ahora se sabe y con qué precisión, cómo encaja con el resto y qué puede cambiar cuando aprendamos más sobre él.

Pasemos a nuestro esquema, a un esbozo de nuestra comprensión de la ciencia moderna (principalmente la física, pero también otras ciencias cercanas a ella), para que cuando más adelante tengamos que ahondar en diferentes temas, seamos capaces de ver en qué se encuentra. su base, por qué son interesantes y cómo encajan en estructura general.

Entonces, ¿cómo se ve la imagen del mundo?

§ 2. La sustancia consta de átomos

Si, como resultado de alguna catástrofe mundial, todos los acumulados el conocimiento científico sería destruido y solo una frase pasaría a las generaciones futuras de seres vivos, entonces, ¿qué enunciado, compuesto por el menor número de palabras, aportaría la mayor cantidad de información? Creo que esta es una hipótesis atómica (se puede llamar no una hipótesis, sino un hecho, pero esto no cambia nada): todos los cuerpos consisten en átomos: cuerpos pequeños que están en movimiento continuo, se atraen a una distancia corta, pero repeler si uno de ellos está más apretado para presionar contra el otro. En esta única frase, como verás, contiene una cantidad increíble de información sobre el mundo, solo debes aplicar un poco de imaginación y un poco de consideración.

Para mostrar el poder de la idea del átomo, imagina una gota de agua de 0,5 cm de tamaño, si la miramos con atención, no veremos nada más que agua, agua tranquila y sólida. Incluso bajo el mejor microscopio óptico con un aumento de 2000x, cuando la gota adquiere el tamaño de una habitación grande, todavía veremos agua relativamente tranquila, a menos que algún tipo de "balones de fútbol" comience a retorcerse sobre ella. Este Paramecia es algo muy interesante. Puede detenerse en esto y hacer la paramecia, sus cilios, observar cómo se contrae y se afloja, y agitar la mano para aumentar aún más (a menos que quiera mirarlo desde adentro). La biología se ocupa del paramecio, pasamos junto a ellos y, para ver mejor el agua, lo volveremos a aumentar 2000 veces. Ahora el desnivel crecerá hasta los 20 km, y veremos cómo algo está pululando en él; ahora ya no es tan tranquilo y sólido, ahora se parece a una multitud en un estadio el día de un partido de fútbol a vista de pájaro. ¿De qué está lleno? Para ver mejor, acerquemos otras 250 veces. Veremos algo parecido a la fig. 1.1.

HIGO. 1.1. Una gota de agua (aumentada mil millones de veces).

Esta es una gota de agua magnificada mil millones de veces, pero, por supuesto, esta imagen es condicional. En primer lugar, las partículas se muestran aquí de forma simplificada, con bordes afilados; esta es la primera inexactitud. Por simplicidad, están ubicados en un avión, pero de hecho deambulan en las tres dimensiones: esta es la segunda. La imagen muestra "manchas" (o círculos) de dos variedades: negro (oxígeno) y blanco (hidrógeno); se puede ver que dos hidrógenos están unidos a cada oxígeno. (Este grupo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno se llama molécula). Finalmente, la tercera simplificación es que las partículas reales en la naturaleza tiemblan y rebotan constantemente, girando y girando entre sí. Tienes que imaginar en la imagen no el descanso, sino el movimiento. La figura tampoco puede mostrar cómo las partículas "se adhieren entre sí", se atraen, se adhieren una a una, etc. Podemos decir que sus grupos completos están de alguna manera "pegados". Sin embargo, ninguno de los cuerpecitos es capaz de atravesar al otro. Si intentas empujar con fuerza uno contra el otro, se empujarán.

El radio de los átomos es aproximadamente igual a 1 o 2 por 10 -8 cm. Un valor de 10 -8 cm es angstroms, por lo que el radio de un átomo es 1 o 2 angstroms (A). Aquí hay otra forma ...

A los lectores de la edición rusa

Se trata de conferencias sobre física general impartidas por un físico teórico. No se parecen en nada a ningún otro curso conocido. Esto puede sonar extraño: principios básicos física clásica, y no solo la clásica, sino también la cuántica, se han establecido desde hace mucho tiempo, el curso Física General leer en todo el mundo en miles Instituciones educacionales desde hace muchos años y es hora de que se convierta en una secuencia estándar hechos conocidos y teorías, como, por ejemplo, la geometría elemental en la escuela. Sin embargo, incluso los matemáticos creen que su ciencia debería enseñarse de manera diferente. Y no hay nada que decir sobre la física: se está desarrollando tan intensamente que incluso los mejores profesores se enfrentan constantemente a grandes dificultades cuando necesitan hablar a los estudiantes sobre la ciencia moderna. Se quejan de que tienen que romper lo que comúnmente se llama creencias antiguas o familiares. Pero, ¿de dónde vienen las nociones familiares? Por lo general, se meten en cabezas jóvenes en la escuela de los mismos maestros, que luego hablarán sobre la inaccesibilidad de las ideas de la ciencia moderna. Por tanto, antes de llegar al meollo del asunto, hay que dedicar mucho tiempo a intentar convencer a los oyentes de la falsedad de lo que se les sugirió previamente como una verdad obvia e inmutable. Sería descabellado al principio decirles a los escolares "por simplicidad" que la Tierra es plana, y luego, como descubrimiento, informar de su esfericidad. ¿Está tan lejos de este absurdo ejemplo que el camino por el que se adentran los futuros especialistas mundo moderno ideas de la teoría de la relatividad y cuantos? El asunto también se complica por el hecho de que en su mayor parte el conferenciante y el público son personas de diferentes generaciones, y al conferenciante le resulta muy difícil evitar la tentación de llevar al público por el camino familiar y confiable por el que él mismo una vez alcanzado las alturas deseadas. Sin embargo, el camino antiguo no siempre es el mejor. La física se está desarrollando muy rápidamente y, para seguirle el ritmo, es necesario cambiar las formas de estudiarla. Todo el mundo está de acuerdo en que la física es una de las más ciencias interesantes... Al mismo tiempo, muchos libros de texto de física no son de ninguna manera interesantes. En tales libros de texto se indica todo lo que sigue al programa. Por lo general, explica los beneficios de la física y la importancia de estudiarla, pero rara vez es posible comprender a partir de ellos por qué es interesante hacer física. Pero este aspecto del problema también merece atención. ¿Cómo puedes hacer que un tema aburrido sea interesante y moderno? En primer lugar, deberían pensar en ello aquellos físicos que trabajan con entusiasmo y saben transmitir esta pasión a los demás. Ya ha llegado el momento de la experimentación. Su objetivo es encontrar la mayor cantidad formas efectivas la enseñanza de la física, lo que permitiría transferir rápidamente a la nueva generación todo el acervo de conocimientos acumulado por la ciencia a lo largo de su historia. Encontrar nuevas formas de enseñar siempre ha sido una parte importante de la ciencia. La enseñanza, siguiendo el desarrollo de la ciencia, debe cambiar continuamente sus formas, romper tradiciones, buscar nuevos métodos. Aquí juega un papel importante el hecho de que en la ciencia todo el tiempo hay un proceso asombroso de una especie de simplificación, que hace posible delinear simple y brevemente lo que alguna vez requirió muchos años de trabajo.

En California se hizo un intento extremadamente interesante en esta dirección. Instituto de Tecnologia(EE. UU.), Que se abrevia como KALTECH, donde un grupo de profesores y profesores, después de numerosas discusiones, desarrolló un nuevo programa en física general, y uno de los miembros de este grupo, el destacado físico estadounidense Richard Feynman, dio conferencias.

Las conferencias de Feynman se distinguen por estar dirigidas al oyente que vive en la segunda mitad del siglo XX, que ya sabe u oye mucho. Por tanto, en las conferencias no se pierde tiempo en explicar lo que ya se conoce en el "lenguaje aprendido". Pero cuentan de manera fascinante cómo una persona estudia la naturaleza que lo rodea, sobre los límites alcanzados hoy en el conocimiento del mundo, sobre qué problemas resuelve la ciencia hoy y resolverá mañana.

Se dieron conferencias en 1961-1962 y 1962-1963 años académicos; se grabaron en una grabadora y luego (y esto resultó ser una tarea difícil en sí misma) "traducidos" al "inglés escrito" por los profesores M. Sands y R. Leighton. Este tipo de "traducción" conserva muchas de las características del animado discurso del conferenciante, su vivacidad, bromas, digresiones. Sin embargo, esta valiosa cualidad de las conferencias no fue de ninguna manera la principal y autosuficiente cualidad. No menos importantes fueron los métodos originales de presentar el material creado por el profesor, que reflejaba la brillante individualidad científica del autor, su punto de vista sobre el camino de la enseñanza de la física a los estudiantes. Esto, por supuesto, no es accidental. Se sabe que en su trabajos científicos Feynman siempre encontró nuevos métodos que fueron generalmente aceptados muy rápidamente. Los trabajos de Feynman sobre electrodinámica cuántica y estadística le brindaron un amplio reconocimiento, y su método, los llamados "diagramas de Feynman", se utiliza ahora en casi todas las áreas de la física teórica.

Independientemente de lo que digan sobre estas conferencias, admiraron el estilo de presentación o lamentaron la ruptura de las buenas tradiciones antiguas, una cosa sigue siendo indiscutible: debemos comenzar experiencias pedagógicas... Probablemente, no todos estarán de acuerdo con la manera en que el autor presenta ciertos temas, no todos estarán de acuerdo con la evaluación de objetivos y perspectivas. física moderna... Pero esto servirá de incentivo para la aparición de nuevos libros, que reflejarán otros puntos de vista. Este es un experimento.

Pero la pregunta no es solo qué decir. No menos importante es otra cuestión: en qué orden debe hacerse. La ubicación de las secciones dentro del curso de física general y la secuencia de presentación es siempre una cuestión condicional. Todas las partes de la ciencia están tan entrelazadas entre sí que a menudo es difícil decidir qué se debe presentar primero y qué después.

Sin embargo, en la mayoría de los programas universitarios y libros de texto disponibles, aún se conservan ciertas tradiciones.

El rechazo de la secuencia habitual de presentación es uno de los características distintivas Conferencias de Feynman. No solo hablan de Tareas específicas, sino también sobre el lugar que ocupa la física en varias otras ciencias, sobre las formas de describir y estudiar los fenómenos naturales. Probablemente, representantes de otras ciencias, digamos matemáticos, no estarán de acuerdo con el lugar que Feynman le da a estas ciencias. Para él, como física, "su propia" ciencia, por supuesto, parece la más importante. Pero esta circunstancia no ocupa mucho espacio en su presentación. Pero su historia refleja claramente las razones que inducen al físico a realizar el arduo trabajo del investigador, así como las dudas que surgen cuando se enfrenta a dificultades que ahora parecen insuperables.

Un joven naturalista no solo debe entender por qué es interesante hacer ciencia, sino también sentir lo caras que son las victorias y lo difíciles que son a veces los caminos que conducen a ellas.

También debe tenerse en cuenta que si al principio el autor prescindió del aparato matemático o utilizó solo el que se presenta en las conferencias, entonces el lector, a medida que avanza, deberá aumentar su bagaje matemático. Sin embargo, la experiencia demuestra que Análisis matemático(al menos sus conceptos básicos) ahora es más fácil de aprender que la física.

Las conferencias de Feynman se publicaron en Estados Unidos en tres grandes volúmenes. El primero contiene principalmente conferencias sobre mecánica y teoría del calor, el segundo, electrodinámica y física. medios continuos y el tercero es la mecánica cuántica. Para que el libro esté disponible para un mayor número de lectores y para que su uso sea más cómodo, la edición rusa se publicará en pequeñas ediciones. Los cuatro primeros corresponden al primer volumen de la edición americana.

¿Quién se beneficiará de este libro? En primer lugar, a los profesores que lo leerán en su totalidad: les hará pensar en cambiar las opiniones predominantes sobre cómo empezar a enseñar física. Además, los estudiantes lo leerán. En él encontrarán muchas cosas nuevas, además de lo que aprendan en las conferencias. Por supuesto, los escolares también intentarán leerlo. A la mayoría de ellos les resultará difícil superarlo todo, pero lo que puedan leer y comprender les ayudará a meterse en ciencia moderna, cuyo camino siempre es difícil, pero nunca aburrido. Cualquiera que no crea que puede aprobarlo, ¡no debería retomar el estudio de este libro! Finalmente, todos los demás pueden leerlo. Leer solo por diversión. Esto también es muy útil. En su introducción, Feynman no valora muy bien los resultados de su experiencia: muy pocos estudiantes que asistieron a su curso han dominado todas las conferencias. Pero debería ser así.

A los lectores de la edición rusa

Se trata de conferencias sobre física general impartidas por un físico teórico. No se parecen en nada a ningún otro curso conocido. Esto puede parecer extraño: los principios básicos de la física clásica, y no solo la clásica, sino también la cuántica, se han establecido desde hace mucho tiempo, el curso de física general se ha leído en todo el mundo en miles de instituciones educativas durante muchos años, y es tiempo para que se convierta en una secuencia estándar de hechos y teorías conocidas, como, por ejemplo, la geometría elemental en la escuela. Sin embargo, incluso los matemáticos creen que su ciencia debería enseñarse de manera diferente. Y no hay nada que decir sobre la física: se está desarrollando tan intensamente que incluso los mejores profesores se enfrentan constantemente a grandes dificultades cuando necesitan hablar a los estudiantes sobre la ciencia moderna. Se quejan de que tienen que romper lo que comúnmente se llama creencias antiguas o familiares. Pero, ¿de dónde vienen las nociones familiares? Por lo general, se meten en cabezas jóvenes en la escuela de los mismos maestros, que luego hablarán sobre la inaccesibilidad de las ideas de la ciencia moderna. Por tanto, antes de llegar al meollo del asunto, hay que dedicar mucho tiempo a intentar convencer a los oyentes de la falsedad de lo que se les sugirió previamente como una verdad obvia e inmutable. Sería descabellado al principio decirles a los escolares "por simplicidad" que la Tierra es plana, y luego, como descubrimiento, informar de su esfericidad. ¿Y el camino por el que los futuros especialistas entran en el mundo moderno de las ideas de la teoría de la relatividad y los cuantos está tan lejos de este absurdo ejemplo? El asunto también se complica por el hecho de que en su mayor parte el conferenciante y el público son personas de diferentes generaciones, y al conferenciante le resulta muy difícil evitar la tentación de llevar al público por el camino familiar y confiable por el que él mismo una vez alcanzado las alturas deseadas. Sin embargo, el camino antiguo no siempre es el mejor. La física se está desarrollando muy rápidamente y, para seguirle el ritmo, es necesario cambiar las formas de estudiarla. Todo el mundo está de acuerdo en que la física es una de las ciencias más interesantes. Al mismo tiempo, muchos libros de texto de física no son de ninguna manera interesantes. En tales libros de texto se indica todo lo que sigue al programa. Por lo general, explica los beneficios de la física y la importancia de estudiarla, pero rara vez es posible comprender a partir de ellos por qué es interesante hacer física. Pero este aspecto del problema también merece atención. ¿Cómo puedes hacer que un tema aburrido sea interesante y moderno? En primer lugar, deberían pensar en ello aquellos físicos que trabajan con entusiasmo y saben transmitir esta pasión a los demás. Ya ha llegado el momento de la experimentación. Su objetivo es encontrar las formas más efectivas de enseñanza de la física, que permitan transferir rápidamente a la nueva generación todo el acervo de conocimientos que ha acumulado la ciencia a lo largo de su historia. Encontrar nuevas formas de enseñar siempre ha sido una parte importante de la ciencia. La enseñanza, siguiendo el desarrollo de la ciencia, debe cambiar continuamente sus formas, romper tradiciones, buscar nuevos métodos. Aquí juega un papel importante el hecho de que en la ciencia todo el tiempo hay un proceso asombroso de una especie de simplificación, que hace posible delinear simple y brevemente lo que alguna vez requirió muchos años de trabajo.

Un intento extremadamente interesante en esta dirección se realizó en el Instituto de Tecnología de California (EE. UU.), Que se abrevia como KALTECH, donde un grupo de profesores y maestros, después de numerosas discusiones, desarrolló un nuevo programa en física general, y uno de los miembros de este grupo, el destacado físico estadounidense Richard Feynman, leyó conferencias.

Las conferencias de Feynman se distinguen por estar dirigidas al oyente que vive en la segunda mitad del siglo XX, que ya sabe u oye mucho. Por tanto, en las conferencias no se pierde tiempo en explicar lo que ya se conoce en el "lenguaje aprendido". Pero cuentan de manera fascinante cómo una persona estudia la naturaleza que lo rodea, sobre los límites alcanzados hoy en el conocimiento del mundo, sobre qué problemas resuelve la ciencia hoy y resolverá mañana.

Se dictaron conferencias en los años académicos 1961-1962 y 1962-1963; se grabaron en una grabadora y luego (y esto resultó ser una tarea difícil en sí misma) "traducidos" al "inglés escrito" por los profesores M. Sands y R. Leighton. Este tipo de "traducción" conserva muchas de las características del animado discurso del conferenciante, su vivacidad, bromas, digresiones. Sin embargo, esta valiosa cualidad de las conferencias no fue de ninguna manera la principal y autosuficiente cualidad. No menos importantes fueron los métodos originales de presentar el material creado por el profesor, que reflejaba la brillante individualidad científica del autor, su punto de vista sobre el camino de la enseñanza de la física a los estudiantes. Esto, por supuesto, no es accidental. Se sabe que en sus trabajos científicos, Feynman siempre encontró nuevos métodos que muy rápidamente se volvieron generalmente aceptados. Los trabajos de Feynman sobre electrodinámica cuántica y estadística le brindaron un amplio reconocimiento, y su método, los llamados "diagramas de Feynman", se utiliza ahora en casi todas las áreas de la física teórica.

No importa lo que digan de estas conferencias, admiraron el estilo de presentación o se lamentaron por la ruptura de las buenas tradiciones antiguas, una cosa sigue siendo indiscutible: es necesario comenzar experimentos pedagógicos. Probablemente, no todos estarán de acuerdo con la manera en que el autor presenta ciertas preguntas, no todos estarán de acuerdo con la evaluación de los objetivos y perspectivas de la física moderna. Pero esto servirá de incentivo para la aparición de nuevos libros, que reflejarán otros puntos de vista. Este es un experimento.

Pero la pregunta no es solo qué decir. No menos importante es otra cuestión: en qué orden debe hacerse. La ubicación de las secciones dentro del curso de física general y la secuencia de presentación es siempre una cuestión condicional. Todas las partes de la ciencia están tan entrelazadas entre sí que a menudo es difícil decidir qué se debe presentar primero y qué después.

Sin embargo, en la mayoría de los programas universitarios y libros de texto disponibles, aún se conservan ciertas tradiciones.

El rechazo de la secuencia habitual de presentación es una de las características distintivas de las conferencias de Feynman. No solo hablan de problemas específicos, sino también del lugar que ocupa la física en varias otras ciencias, sobre las formas de describir y estudiar los fenómenos naturales. Probablemente, representantes de otras ciencias, digamos matemáticos, no estarán de acuerdo con el lugar que Feynman le da a estas ciencias. Para él, como físico, "su propia" ciencia, por supuesto, parece la más importante. Pero esta circunstancia no ocupa mucho espacio en su presentación. Pero su historia refleja claramente los motivos que inducen al físico a realizar el arduo trabajo del investigador, así como las dudas que surgen cuando se enfrenta a dificultades que ahora parecen insuperables.

Un joven naturalista no solo debe entender por qué es interesante hacer ciencia, sino también sentir lo caras que son las victorias y lo difíciles que son a veces los caminos que conducen a ellas.

Del prefacio a los lectores de la edición rusa:
Todo el mundo está de acuerdo en que la física es una de las ciencias más interesantes. Al mismo tiempo, muchos libros de texto de física no son de ninguna manera interesantes. En tales libros de texto se indica todo lo que sigue al programa. Por lo general, explica los beneficios de la física y la importancia de estudiarla, pero rara vez es posible comprender a partir de ellos por qué es interesante hacer física. Pero este aspecto del problema también merece atención. ¿Cómo puedes hacer que un tema aburrido sea interesante y moderno? En primer lugar, deberían pensar en ello aquellos físicos que trabajan con entusiasmo y saben transmitir esta pasión a los demás. Ya ha llegado el momento de la experimentación. Su objetivo es encontrar las formas más efectivas de enseñanza de la física, que permitan transferir rápidamente a la nueva generación todo el acervo de conocimientos que ha acumulado la ciencia a lo largo de su historia. Encontrar nuevas formas de enseñar siempre ha sido una parte importante de la ciencia. La enseñanza, siguiendo el desarrollo de la ciencia, debe cambiar continuamente sus formas, romper tradiciones, buscar nuevos métodos. Aquí juega un papel importante el hecho de que en la ciencia todo el tiempo hay un proceso asombroso de una especie de simplificación, que hace posible delinear de manera simple y concisa lo que alguna vez requirió muchos años de trabajo.

Un intento extremadamente interesante en esta dirección se realizó en el Instituto de Tecnología de California (EE. UU.), Que se abrevia como KALTECH, donde un grupo de profesores y maestros, después de numerosas discusiones, desarrolló un nuevo programa en física general, y uno de los miembros de este grupo, el destacado físico estadounidense Richard Feynman, leyó conferencias.

Las conferencias de Feynman se distinguen por estar dirigidas al oyente que vive en la segunda mitad del siglo XX, que ya sabe u oye mucho. Por tanto, en las conferencias no se pierde tiempo en explicar lo que ya se conoce en el "lenguaje aprendido". Pero cuentan de manera fascinante cómo una persona estudia la naturaleza que lo rodea, sobre los límites alcanzados hoy en el conocimiento del mundo, sobre qué problemas resuelve la ciencia hoy y resolverá mañana.

Se dictaron conferencias en los años académicos 1961-1962 y 1962-1963; se grabaron en una grabadora y luego (y esto resultó ser una tarea difícil en sí misma) "traducidos" al "inglés escrito" por los profesores M. Sands y R. Leighton. Este tipo de "traducción" conserva muchas de las características del animado discurso del conferenciante, su vivacidad, bromas, digresiones. Sin embargo, esta valiosa cualidad de las conferencias no fue de ninguna manera la principal y autosuficiente cualidad. No menos importantes fueron los métodos originales de presentar el material creado por el profesor, que reflejaba la brillante individualidad científica del autor, su punto de vista sobre el camino de la enseñanza de la física a los estudiantes. Esto, por supuesto, no es accidental. Se sabe que en sus trabajos científicos, Feynman siempre encontró nuevos métodos que muy rápidamente se volvieron generalmente aceptados. Los trabajos de Feynman sobre electrodinámica cuántica y estadística le brindaron un amplio reconocimiento, y su método, los llamados "diagramas de Feynman", se utiliza ahora en casi todas las áreas de la física teórica.

Independientemente de lo que digan de estas conferencias, admiraron el estilo de presentación o se lamentaron por la ruptura de las buenas y antiguas tradiciones, una cosa sigue siendo indiscutible: es necesario comenzar experimentos pedagógicos. Probablemente, no todos estarán de acuerdo con la manera en que el autor presenta ciertas preguntas, no todos estarán de acuerdo con la evaluación de los objetivos y perspectivas de la física moderna. Pero esto servirá de incentivo para la aparición de nuevos libros, que reflejarán otros puntos de vista. Este es un experimento. Pero la pregunta no es solo qué decir. No menos importante es otra cuestión: en qué orden debe hacerse.

La ubicación de las secciones dentro del curso de física general y la secuencia de presentación es siempre una cuestión condicional. Todas las partes de la ciencia están tan entrelazadas entre sí que a menudo es difícil decidir qué se debe presentar primero y qué después. Sin embargo, en la mayoría de los programas universitarios y libros de texto disponibles, aún se conservan ciertas tradiciones.

El rechazo de la secuencia habitual de presentación es una de las características distintivas de las conferencias de Feynman. No solo hablan de problemas específicos, sino también del lugar que ocupa la física en varias otras ciencias, sobre las formas de describir y estudiar los fenómenos naturales. Probablemente, representantes de otras ciencias, digamos matemáticos, no estarán de acuerdo con el lugar que Feynman le da a estas ciencias. Para él, como física, "su propia" ciencia, por supuesto, parece la más importante. Pero esta circunstancia no ocupa mucho espacio en su presentación. Pero su historia refleja claramente las razones que inducen al físico a realizar el arduo trabajo del investigador, así como las dudas que surgen cuando se enfrenta a dificultades que ahora parecen insuperables.

Un joven naturalista no solo debe entender por qué es interesante hacer ciencia, sino también sentir lo caras que son las victorias y lo difíciles que son a veces los caminos que conducen a ellas.

También debe tenerse en cuenta que si al principio el autor prescindió del aparato matemático o utilizó solo el que se presenta en las conferencias, entonces el lector, a medida que avanza, deberá aumentar su bagaje matemático. Sin embargo, la experiencia muestra que el análisis matemático (al menos sus fundamentos) es ahora más fácil de aprender que la física.

¿Quién se beneficiará de este libro? En primer lugar, a los profesores que lo leerán en su totalidad: les hará pensar en cambiar las opiniones predominantes sobre cómo empezar a enseñar física. Además, los estudiantes lo leerán. En él encontrarán muchas cosas nuevas, además de lo que aprendan en las conferencias. Por supuesto, los escolares también intentarán leerlo. A la mayoría de ellos les resultará difícil superarlo todo, pero lo que puedan leer y comprender les ayudará a entrar en la ciencia moderna, cuyo camino siempre es difícil, pero nunca aburrido. Cualquiera que no crea que puede aprobarlo, ¡no debería retomar el estudio de este libro! Finalmente, todos los demás pueden leerlo. Leer solo por diversión. Esto también es muy útil. En su introducción, Feynman no valora muy bien los resultados de su experiencia: muy pocos estudiantes que asistieron a su curso han dominado todas las conferencias. Pero debería ser así. La primera experiencia rara vez es un éxito total. Las nuevas ideas siempre encuentran al principio solo unos pocos partidarios y solo gradualmente se vuelven familiares.

"La física es como el sexo: puede que no dé resultados prácticos, pero esta no es una razón para no hacerlo"- el lema con el que Richard Feynman pasó por la vida, cautivando a miles de personas con su pasión desenfrenada. Un científico ingenioso, un microbiólogo curioso, un reflexivo experto en escritura maya, artista, músico y también un entusiasta cracker seguro, Feynman dejó un vasto legado científico en el campo de la física teórica y un número considerable de discursos en los que el profesor trató de transmitir para nosotros su admiración por el genio y la sencillez de la naturaleza, muchas leyes que aún somos incapaces de comprender.

En este sentido, el Messenger de Feynman da conferencias sobre el tema "La naturaleza de las leyes físicas", leído por él en 1964 en la Universidad de Cornell, es un mini-libro de texto universal sobre física, en el que los logros de esta ciencia y los problemas a los que se enfrentan los investigadores se presentan de forma breve, nítida, accesible y emocional. Sí, han pasado 50 años, mucho ha cambiado (se adelantó la teoría de las cuerdas, se descubrió el bosón de Higgs, la existencia de la energía oscura, la expansión del Universo), pero los fundamentos, esas leyes físicas de las que habla Feynman , son una clave universal con la que puede acercarse con confianza al conocimiento descubrimientos de última generación científicos en este campo. Sin embargo, puede prescindir de este patetismo pragmático: las conferencias de Feynman son increíbles y atraerán a todos los que se paran paralizados ante la grandeza de la naturaleza y la armonía que impregna todo en nuestro mundo, desde la disposición de la célula hasta la disposición del Universo. . Al final, como dijo el propio Feynman,. Así que disfrute.

Conferencia número 1

"La ley de la gravitación universal"

En esta conferencia, Richard Feynman presenta a la audiencia la ley de la gravitación universal como un ejemplo de una ley física, cuenta la historia de su descubrimiento, rasgos característicos, distinguiéndola de otras leyes, y las extraordinarias consecuencias que conllevó el descubrimiento de la gravedad. Otro científico aquí reflexiona sobre la inercia y lo asombroso que está todo organizado:

Esta ley se llamó "La mayor generalización lograda por la mente humana". Pero ya por las palabras introductorias, probablemente entendiste que no estoy interesado tanto en la mente humana como en las maravillas de la naturaleza, que puede obedecer leyes tan elegantes y simples como la ley de la gravedad. Por tanto, no hablaremos de lo inteligentes que somos al descubrir esta ley, sino de lo sabia que es la naturaleza que la observa.

Conferencia número 2

"La conexión entre física y matemáticas"

Las matemáticas son el idioma hablado por naturaleza, según Richard Feynman. Todos los argumentos a favor de esta conclusión: vea el video.

Ninguna cantidad de argumentos intelectuales puede transmitir el sentimiento sordo de la música. Del mismo modo, ningún argumento intelectual puede transmitir al hombre la comprensión de la naturaleza. "Otra cultura". Los filósofos intentan hablar de la naturaleza sin matemáticas. Estoy tratando de describir la naturaleza matemáticamente. Pero si no me entienden, no es porque sea imposible. Quizás mi fracaso se deba a que los horizontes de estas personas son demasiado limitados y consideran al hombre como el centro del Universo.

Conferencia número 3

"Grandes leyes de conservación"

Aquí Richard Feynman comienza a hablar de los principios generales que impregnan toda la variedad de leyes físicas, prestando especial atención al principio de la ley de conservación de la energía: la historia de su descubrimiento, aplicación en diversos campos y los misterios que la energía plantea para científicos.

La búsqueda de las leyes de la física es como un juego de bloques para niños, a partir del cual debes armar una imagen completa. Tenemos una gran variedad de cubos, y cada día hay más y más. Muchos están al margen y no parecen encajar con el resto. ¿Cómo sabemos que todos pertenecen al mismo grupo? ¿Cómo sabemos que juntos tienen que hacer una imagen completa? No hay certeza absoluta y esto nos preocupa un poco. Pero el hecho de que muchos de los cubos tengan algo en común es alentador. Todos están dibujados cielo azul, todos están hechos del mismo tipo de madera. Todas las leyes físicas están sujetas a las mismas leyes de conservación.

Fuente de video: Evgeny Kruychkov / Youtube

Conferencia número 4

"Simetría en leyes físicas"

Conferencia sobre las peculiaridades de la simetría de las leyes físicas, sus propiedades y contradicciones.

Dado que hablo de las leyes de la simetría, me gustaría decirles que en relación con ellas han surgido varios problemas nuevos. Por ejemplo, cada partícula elemental le corresponde una antipartícula: para un electrón es un positrón, para un protón es un antiprotón. En principio, podríamos crear la denominada antimateria, en la que cada átomo estaría compuesto por las correspondientes antipartículas. Entonces, un átomo de hidrógeno ordinario consta de un protón y un electrón. Si tomamos un antiprotón, cuya carga eléctrica es negativa, y un positrón y los combinamos, obtenemos un átomo de hidrógeno. tipo especial, por así decirlo, un átomo de antihidrógeno. Además, se encontró que, en principio, tal átomo no sería peor que uno ordinario y que de esta manera sería posible crear la propia antimateria. diferente tipo... Ahora bien, está permitido preguntar, ¿se comportará tal antimateria exactamente como nuestra materia? Y, hasta donde sabemos, la respuesta a esta pregunta debe ser sí. Una de las leyes de la simetría es que si hacemos un dispositivo de antimateria, entonces se comportará exactamente como un dispositivo de nuestra materia ordinaria. Es cierto que vale la pena llevar estas instalaciones en un solo lugar, ya que se producirá la aniquilación y solo volarán chispas.

Conferencia número 5

"La diferencia entre el pasado y el futuro"

Uno de los mas conferencias interesantes Feynman, que, irónicamente, sigue siendo el único sin traducir. No se desanime, para aquellos que no intentan comprender las sutilezas del inglés científico, pueden leer el capítulo del mismo nombre del libro del científico, para todos los demás, publicamos la versión en inglés del discurso del físico.

Recordamos el pasado, pero no recordamos el futuro. Nuestra conciencia de lo que podría suceder es de un tipo muy diferente a la de lo que probablemente ya haya sucedido. El pasado y el presente se perciben psicológicamente de maneras completamente diferentes: para el pasado tenemos un concepto tan real como la memoria, y para el futuro, el concepto de aparente libre albedrío. Estamos seguros de que de alguna manera podemos influir en el futuro, pero ninguno de nosotros, con la posible excepción de los solitarios, cree que es posible cambiar el pasado. Arrepentimiento, arrepentimiento y esperanza son palabras que claramente trazan la línea entre el pasado y el futuro.<…>... Pero si todo en este mundo está hecho de átomos y nosotros también estamos formados por átomos y obedecemos leyes físicas, entonces lo más natural es la diferencia obvia entre el pasado y el futuro, esta irreversibilidad de todos los fenómenos se explicaría por el hecho de que algunas leyes El movimiento de los átomos tiene una sola dirección: que las leyes atómicas no son las mismas en relación con el pasado y el futuro. En algún lugar debe haber un principio como: "Puedes hacer un palo con un árbol, pero no puedes hacer un árbol con un palo", en relación con lo cual nuestro mundo está cambiando constantemente su carácter de árbol de Navidad a uno de palo, y esta irreversibilidad de las interacciones debería ser la causa de la irreversibilidad de todos los fenómenos de nuestra vida.

Conferencia número 6

"Probabilidad e incertidumbre: una mirada a la naturaleza de la mecánica cuántica"

Así es como el propio Feynman plantea el problema de la probabilidad y la incertidumbre:

La teoría de la relatividad establece que si piensas que dos eventos sucedieron al mismo tiempo, entonces este es solo tu punto de vista personal, y alguien más con la misma razón puede argumentar que uno de estos fenómenos sucedió antes que el otro, entonces el concepto de simultaneidad resulta ser puramente subjetivo<…>... Por supuesto, no puede ser de otra manera, ya que en nuestro La vida cotidiana estamos tratando con enormes cúmulos de partículas, procesos muy lentos y otras condiciones muy específicas, por lo que nuestra experiencia solo nos da una idea muy limitada de la naturaleza. Sólo una pequeña proporción de los fenómenos naturales puede extraerse de la experiencia directa. Y solo con la ayuda de mediciones muy sutiles y experimentos cuidadosamente preparados se puede lograr una visión más amplia de las cosas. Y luego comenzamos a enfrentarnos con sorpresas. Lo que observamos no es en absoluto lo que hubiéramos supuesto, en absoluto lo que imaginamos. No tenemos que forzar más nuestra imaginación en orden, como en ficción, para imaginar lo que no es en realidad, pero para comprender lo que realmente está sucediendo. De esto es de lo que quiero hablar hoy.

Conferencia número 7

"En busca de nuevas leyes"

Estrictamente hablando, de lo que voy a hablar en esta conferencia no se puede llamar una característica de las leyes de la física. Cuando hablamos de la naturaleza de las leyes físicas, al menos podemos asumir que estamos hablando de la naturaleza misma. Pero ahora quiero hablar no tanto de la naturaleza como de nuestra relación con ella. Me gustaría contarles sobre lo que hoy consideramos conocido, lo que queda por adivinar y cómo se adivinan las leyes de la física. Alguien incluso sugirió que lo mejor sería que, como te dije, poco a poco te explico cómo adivinar la ley, y en conclusión te abriré nueva ley... No sé si podré hacerlo.

Richard Feynman sobre el material que impulsa todas las leyes físicas (sobre la materia), sobre el problema de la incompatibilidad de los principios físicos, sobre el lugar de los supuestos tácitos en la ciencia y, por supuesto, sobre cómo se descubren nuevas leyes.