Feynman fizik dersleri veriyor. "Fizik yasalarında simetri"

Bölüm 1

HAREKET HALİNDEKİ ATOMLAR

§ 1. Giriş

§ 3. Atomik süreçler

§ 4. kimyasal reaksiyonlar

§ 1. Giriş

Bu iki yıllık fizik kursu, okuyucu olarak sizin fizikçi olmanızı sağlamak için tasarlanmıştır. Kabul, bu çok gerekli değil, ancak öğretmenin bunu ummadığı şey! Gerçekten fizikçi olmak istiyorsan çok çalışmalısın. Ne de olsa, en güçlü bilgi alanının iki yüz yıllık hızlı gelişimi bir anlam ifade ediyor! Böyle bir malzeme bolluğu, belki de dört yıl içinde öğrenemeyeceksiniz; özel kurslar takip eder.

Yine de, bu yüzyıllar boyunca yapılan muazzam çalışmanın tüm sonucu, tüm bilgimizi özetleyen az sayıda yasaya indirgenebilir. Bununla birlikte, bu yasaları kavramak da kolay değildir ve elinizde bir şema, bilimin bazı bölümlerinin diğerleriyle ilişkisinin bir taslağı olmadan böylesine zor bir konuyu incelemeye başlamanız, sizin için sadece sahtekârlık olur. İlk üç bölüm böyle bir deneme. Bu bölümlerde fiziğin diğer bilimlerle nasıl bağlantılı olduğunu, bu diğer bilimlerin birbirleriyle nasıl ilişkili olduğunu ve bilimin kendisinin ne olduğunu öğreneceğiz. Bu, fiziğin konusunu "hissetmemize" yardımcı olacaktır.

Soruyorsunuz: neden hemen, ilk sayfada temel yasaları vermiyorsunuz ve sonra sadece farklı koşullarda nasıl çalıştıklarını göstermiyorsunuz? Sonuçta, geometride yaptıkları tam olarak budur: aksiyomları formüle ederler ve sonra sadece sonuç çıkarmak kalır. (Fena fikir değil: 4 seneye koyamayacağınızı 4 dakikada söylemek.) Bunu yapmak iki nedenle mümkün değil. İlk olarak, tüm temel yasaları bilmiyoruz; tam tersine, ne kadar çok bilirsek, bilmemiz gerekenlerin sınırları o kadar genişler! İkincisi, fizik yasalarının tam formülasyonu, tanımları için eşit derecede olağandışı matematik gerektiren birçok olağandışı fikir ve kavramla ilişkilidir. Sadece kelimelerin anlamlarını anlamak için çok fazla pratik yapmak gerekiyor. Yani teklifiniz işe yaramayacak. Adım adım, adım adım ilerlememiz gerekecek.

Doğayı incelemede atılan her adım, her zaman gerçeğe, daha doğrusu bizim gerçek olarak kabul ettiğimiz şeye yalnızca bir yaklaşımdır. Tüm öğrendiklerimiz bir tür yaklaşıklıktır, çünkü henüz tüm yasaları bilmediğimizi biliyoruz. Her şey yeniden anlaşılmaz hale gelmek için ya da en iyi ihtimalle düzeltme gerektirmek için incelenir.

Bilimin ilkesi, neredeyse tanımı şudur: Tüm bilgimizin mihenk taşı deneyimdir. Deneyim, deney, bilimsel "gerçeğin" tek yargıcıdır. Bilginin kaynağı nedir? Test ettiğimiz yasalar nereden geliyor? Evet, aynı deneyimden; yasaları çıkarmamıza yardımcı olur, onların ipuçları içinde gizlenir. Bunun yanı sıra ipuçlarının arkasında büyük ve önemli bir şey görmek, arkalarında ortaya çıkan beklenmedik, basit ve güzel resmi tahmin etmek ve ardından bizi doğruluğuna ikna edecek bir deney kurmak için hayal gücüne de ihtiyaç vardır. tahminin. Bu hayal kurma süreci o kadar zordur ki, bir iş bölümü vardır: teorik fizikçiler vardır, yeni yasalar hayal ederler, düşünürler ve tahmin ederler, ancak deneyleri kurmazlar ve işi deneyler kurmak olan deneysel fizikçiler vardır, hayal et, düşün ve tahmin et.

Doğa yasalarının yaklaşık değerler olduğunu söyledik; önce “yanlış” yasalar keşfedilir, ardından “doğru” olanlar. Ama deneyim nasıl "yanlış" olabilir? İlk olarak, en basit nedenden dolayı: cihazlarınızda bir şeyler ters gittiğinde, ancak bunu fark etmiyorsunuz. Ancak böyle bir hatayı yakalamak kolaydır, sadece her şeyi kontrol etmeniz ve kontrol etmeniz yeterlidir. Peki, önemsiz şeylerde hata bulamazsanız, deneyin sonuçları yine de hatalı olabilir mi? Belki de kesinlik eksikliğinden dolayı. Örneğin, bir nesnenin kütlesi değişmemiş gibi görünür; bir topaç, bir topaç ile aynı ağırlığa sahiptir. Yani "yasa" sizin için hazır: kütle sabittir ve hıza bağlı değildir. Ancak ortaya çıktığı gibi bu “yasa” yanlıştır. Kütlenin artan hızla arttığı, ancak yalnızca gözle görülür bir artış için ışığa yakın hızların gerekli olduğu ortaya çıktı. Doğru yasa şudur: Bir cismin hızı 100 km/s'den azsa, kütlesi milyonda bir oranında sabittir. Bu yasa yaklaşık olarak bu yaklaşık biçimde doğrudur. Eski yasa ile yeni yasa arasında pratikte önemli bir fark olmadığı düşünülebilir. Evet ve hayır. Sıradan hızlar için, çekinceler unutulabilir ve iyi bir yaklaşımla, kütlenin sabit olduğu ifadesini bir yasa olarak kabul edebiliriz. Ama üzerinde yüksek hızlar hata yapmaya başlayacağız ve ne kadar çoksa, hız o kadar yüksek olur.

Ama en dikkat çekici şey şu ki ortak nokta herhangi bir yaklaşık yasa kesinlikle yanlıştır. Dünya görüşümüz, kütle biraz değişse bile revizyon gerektirecektir. Bu, yasaların ardındaki dünyanın genel resminin karakteristik bir özelliğidir. Küçük bir etki bile bazen görüşlerimizde derin bir değişiklik gerektirir.

Peki ilk önce neyi incelememiz gerekiyor? Görelilik kuramı, dört boyutlu uzay-zaman vb. garip ve zor kavramlarıyla doğru ama olağandışı yasaları öğretelim mi? Yoksa basit "sabit kütle" yasasıyla mı başlamalıyız? Yaklaşık olmasına rağmen, zor fikirler olmadan yönetir. Birincisi kuşkusuz daha hoş, daha çekici; ilki çok cezbedicidir, ancak ikincisiyle başlamak daha kolaydır ve o zaman doğru fikri daha derinden anlamak için ilk adımdır. Fizik öğretirken bu soru her zaman ortaya çıkar. Kursun farklı aşamalarında farklı şekilde çözeceğiz, ancak her aşamada şu anda bilinenleri ve ne doğrulukla, diğerleriyle nasıl tutarlı olduğunu ve daha fazlasını öğrendiğimizde nelerin değişebileceğini sunmaya çalışacağız.

Şemamıza, modern bilim anlayışımızın bir taslağına geçelim (öncelikle fizik, ama aynı zamanda ona yakın diğer bilimler), böylece daha sonra farklı konulara girmemiz gerektiğinde, onların temelinde ne yattığını görebiliriz, Ne için ilginçler ve nasıl uyuyorlar? Genel yapı.

Peki dünyanın resmi nasıl görünüyor?

§ 2. Madde atomlardan oluşur

Bazı küresel felaketlerin bir sonucu olarak, birikmiş tüm bilimsel bilgi Gelecek nesil canlılara sadece bir cümle aktarılacak olsaydı, o zaman en az sayıda kelimeden oluşan hangi ifade en fazla bilgiyi getirirdi? Bunun atomik hipotez olduğuna inanıyorum (buna bir hipotez değil, bir gerçek diyebilirsiniz, ancak bu hiçbir şeyi değiştirmez): tüm cisimler atomlardan oluşur - sürekli hareket halinde olan küçük cisimler, kısa bir mesafede çeker, ancak biri diğerine daha sıkı bastırılırsa itin. Bu tek cümle, göreceğiniz gibi, dünya hakkında inanılmaz miktarda bilgi içeriyor, sadece biraz hayal gücü ve biraz düşünmeniz gerekiyor.

Atom fikrinin gücünü göstermek için 0,5 cm büyüklüğünde bir su damlası hayal edin, yakından bakarsak su, sakin, sürekli sudan başka bir şey göremeyiz. 2000x büyütmede en iyi optik mikroskop altında bile, damla büyük bir odanın boyutunu aldığında, bazı "futbolların" içinden geçmeye başlaması dışında, nispeten sakin su görmeye devam edeceğiz. Bu paramecium çok ilginç bir şey. Bu noktada, paramecium'a, kirpiklerine bakabilir, nasıl büzüştüğünü ve çözüldüğünü izleyebilir ve (içeriden incelemek istemiyorsanız) daha fazla artış için elinizi sallayabilirsiniz. Biyoloji paramecia ile ilgilenir ve biz onların yanından geçeceğiz ve suyu daha da iyi görmek için tekrar 2000 katına çıkaracağız. Şimdi düşüş 20 km'ye kadar büyüyecek ve içinde bir şeylerin nasıl iç içe olduğunu göreceğiz; şimdi o kadar sakin ve sağlam değil, kuşbakışı bir futbol maçı gününde stadyumdaki bir kalabalığı andırıyor. Neyle iç içe? Daha iyi görmek için 250 kez daha yakınlaştıralım. Gözümüz Şekil 2'ye benzer bir şey görecektir. 1.1.

İncir. 1.1. Bir damla su (bir milyar kez büyütülmüş).

Bu, milyarlarca kez büyütülmüş bir su damlası, ancak elbette bu resim şartlı. Her şeyden önce, parçacıklar burada basitleştirilmiş bir şekilde keskin kenarlarla tasvir edilmiştir - bu ilk yanlışlıktır. Basit olması için bir düzlemde bulunurlar, aslında üç boyutta da dolaşırlar - bu ikinci. Şekil, siyah (oksijen) ve beyaz (hidrojen) olmak üzere iki çeşit "lekeleri" (veya daireleri) göstermektedir; her oksijene iki hidrojenin bağlı olduğu görülebilir. (Böyle bir oksijen atomu ve iki hidrojen atomundan oluşan bir gruba molekül denir.) Son olarak, üçüncü basitleştirme, doğadaki gerçek parçacıkların sürekli titreyip zıplamaları, kendi etrafında dönmeleri ve dönmeleridir. Resimde dinlenmeyi değil, hareketi hayal etmelisiniz. Şekilde parçacıkların nasıl "birbirine yapıştığını", çekildiklerini, birbirine yapıştığını vb. göstermek de imkansızdır. Tüm gruplarının bir şeyle "yapıştırılmış" olduğu söylenebilir. Ancak bedenlerin hiçbiri diğerinin içinden geçemez. Birini diğerine karşı zorlamaya çalışırsanız, geri iteceklerdir.

Atomların yarıçapı 10 -8 cm'de yaklaşık 1 veya 2'ye eşittir. 10 -8 cm değeri bir angstromdur, dolayısıyla bir atomun yarıçapı 1 veya 2 angstroma eşittir (A). İşte başka bir yol...

Rus baskısının okuyucularına

Bunlar teorik bir fizikçi tarafından verilen genel fizik dersleridir. Bilinen herhangi bir kursa hiç benzemiyorlar. Garip görünebilir: temel ilkeler klasik fizik ve sadece klasik değil, aynı zamanda kuantum, uzun zamandır kurulmuştur, kurs genel fizik dünya çapında binlerce oku Eğitim Kurumları yıllardır ve standart bir diziye dönüşme zamanı bilinen gerçekler ve teoriler, örneğin okuldaki ilköğretim geometrisi gibi. Bununla birlikte, matematikçiler bile bilimlerinin farklı şekilde öğretilmesi gerektiğine inanırlar. Ve fizik hakkında konuşmayalım bile: o kadar yoğun bir şekilde gelişiyor ki, en iyi öğretmenler bile öğrencilere modern bilim hakkında bilgi vermeleri gerektiğinde her zaman büyük zorluklarla karşılaşıyorlar. Eski ya da alışılmış fikirler denen şeyi kırmak zorunda olduklarından şikayet ederler. Ama alışılmış fikirler nereden geliyor? Genellikle aynı öğretmenlerden okulda genç yöneticilere girerler, daha sonra modern bilimin fikirlerinin erişilemezliği hakkında konuşacaklar. Bu nedenle, konunun özüne inmeden önce, daha önce onlardan esinlenilenlerin açık ve tartışılmaz bir gerçek olarak yanlış olduğuna dinleyicileri ikna etmeye çalışmak için çok zaman harcamak gerekir. Okul çocuklarına önce “basitlik için” Dünya'nın düz olduğunu söylemek ve sonra bir keşif olarak küreselliği hakkında rapor vermek çılgınlık olurdu. Ve geleceğin uzmanlarının dünyaya giriş yolu bu saçma örnekten çok mu uzak? modern dünya görelilik ve kuantum teorisi fikirleri? Konu, konuşmacı ve dinleyicilerin büyük bir bölümünün farklı kuşaklardan insanlar olması gerçeğiyle de karmaşıktır ve öğretim görevlisinin, dinleyicileri kendisinin izlediği tanıdık ve güvenilir yol boyunca yönlendirmenin cazibesinden kaçınması çok zordur. bir kez istenen yüksekliklere ulaştı. Ancak, eski yol her zaman en iyisi olarak kalmaz. Fizik çok hızlı gelişiyor ve ona ayak uydurabilmek için çalışma yöntemlerini değiştirmek gerekiyor. Fiziğin en önemli bilimlerden biri olduğu konusunda herkes hemfikirdir. ilginç bilimler. Aynı zamanda, birçok fizik ders kitabı ilginç olarak adlandırılamaz. Bu tür ders kitaplarında programı takip eden her şey belirtilir. Genellikle fiziğin faydalarının ne olduğunu ve onu çalışmanın ne kadar önemli olduğunu açıklarlar, ancak fizik çalışmanın neden onlardan ilginç olduğunu çok nadiren anlayabilirsiniz. Ancak konunun bu yönü de dikkati hak ediyor. Sıkıcı bir konuyu nasıl hem ilginç hem de modern hale getirebilirsiniz? Her şeyden önce, kendisi tutkuyla çalışan ve bu tutkuyu başkalarına aktarabilen fizikçiler bunu düşünmelidir. Deneme zamanı çoktan geldi. Amaçları en çok etkili yollar bilimin tarihi boyunca biriktirdiği tüm bilgi birikimini yeni nesle hızlı bir şekilde aktarmayı mümkün kılacak fizik öğretimi. Öğretimde yeni yollar arayışı da her zaman bilimin önemli bir parçası olmuştur. Bilimin gelişimini takip eden öğretim, sürekli biçimlerini değiştirmeli, gelenekleri kırmalı ve yeni yöntemler aramalıdır. Burada önemli bir rol, bilimde her zaman bir tür basitleştirmenin şaşırtıcı bir süreci olduğu gerçeğiyle oynanır; bu, bir zamanlar uzun yıllar çalışmayı gerektiren şeyi basitçe ve kısaca belirtmenize izin verir.

Kaliforniya'da bu yönde son derece ilginç bir girişimde bulunuldu. Teknoloji Enstitüsü Bir grup profesör ve öğretmenin sayısız tartışmadan sonra genel fizik alanında yeni bir program geliştirdiği ve bu grubun katılımcılarından biri olan tanınmış Amerikalı fizikçi Richard Feynman'ın ders verdiği CALTECH olarak kısaltılan (ABD) (ABD).

Feynman'ın dersleri, 20. yüzyılın ikinci yarısında yaşayan, zaten çok şey bilen veya işiten bir dinleyiciye hitap etmesiyle ayırt edilir. Bu nedenle derslerde zaten bilinenleri “öğrenilmiş dilde” açıklamakla zaman kaybedilmez. Öte yandan, bir insanın çevresindeki doğayı nasıl incelediğini, dünya bilgisinde bugün ulaşılan sınırlar hakkında, bilimin bugün hangi sorunları çözdüğünü ve yarın çözeceğini büyüleyici bir şekilde anlatıyorlar.

1961-1962 ve 1962-1963 yıllarında dersler verildi akademik yıllar; bunlar bir teybe kaydedildi ve daha sonra (ve bu başlı başına zor bir iş olduğu ortaya çıktı) profesörler M. Sands ve R. Layton tarafından "yazılı İngilizceye" "çevrildi". Bu tuhaf "çeviri", öğretim görevlisinin canlı konuşmasının, canlılığının, esprilerinin, ara konuşmalarının birçok özelliğini korur. Ancak, derslerin bu çok değerli niteliği hiçbir şekilde asıl ve kendi kendine yeterli değildi. Yazarın parlak bilimsel kişiliğini, öğrencilere fizik öğretme yolundaki bakış açısını yansıtan öğretim görevlisi tarafından oluşturulan materyali sunmanın orijinal yöntemleri daha az önemli değildi. Bu, elbette, tesadüfi değildir. Bilinmektedir ki, onların bilimsel belgeler Feynman her zaman hızla kabul edilen yeni yöntemler buluyordu. Feynman'ın kuantum elektrodinamiği ve istatistikleri üzerine çalışmaları ona geniş bir tanınırlık kazandırdı ve onun yöntemi -sözde "Feynman diyagramları"- şimdi teorik fiziğin neredeyse tüm alanlarında kullanılıyor.

İnsanlar bu dersler hakkında ne derse desinler, sunum tarzına hayran olsalar da, eski güzel geleneklerin yıkılmasından yakınsalar da, tartışılmaz bir şey var: pedagojik deneyimler. Muhtemelen, herkes yazarın belirli konuları sunma tarzına katılmayacak, herkes hedef ve beklentilerin değerlendirilmesine katılmayacak. modern fizik. Ancak bu, diğer görüşleri yansıtacak yeni kitapların ortaya çıkması için bir teşvik görevi görecektir. Bu deney.

Ama soru sadece ne anlatılacağı değil. Daha az önemli olmayan başka bir soru - bunun hangi sırayla yapılması gerektiği. Genel fizik dersinde bölümlerin düzenlenmesi ve sunum sırası her zaman şartlı bir konudur. Bilimin tüm bölümleri birbiriyle o kadar bağlantılıdır ki, neyin önce söylenip neyin daha sonra söyleneceğine karar vermek genellikle zordur.

Bununla birlikte, çoğu üniversite programında ve mevcut ders kitaplarında bazı gelenekler hala korunmaktadır.

Olağan sunum sırasının reddedilmesi bunlardan biridir. ayırt edici özellikleri Feynman'ın dersleri. Onlar sadece hakkında konuşmakla kalmıyorlar özel görevler, aynı zamanda fiziğin bir dizi başka bilimde işgal ettiği yer, doğal fenomenleri tanımlama ve inceleme yolları hakkında. Diğer bilimlerin temsilcilerinin -mesela matematikçiler- Feynman'ın bu bilimlere ayırdığı yeri kabul etmeyecekleri muhtemeldir. Bir fizikçi olarak onun için "kendi" bilimi elbette en önemli görünüyor. Ancak bu durum onun anlatımında fazla yer kaplamaz. Ancak onun hikayesi, fizikçiyi araştırmacının zor işini yapmaya iten nedenleri ve şimdi aşılmaz görünen zorluklarla karşı karşıya kaldığında sahip olduğu şüpheleri canlı bir şekilde yansıtıyor.

Genç bir doğa bilimci, yalnızca bilimle uğraşmanın neden ilginç olduğunu anlamakla kalmamalı, aynı zamanda zaferlerin ne kadar pahalı olduğunu ve onlara giden yolların bazen ne kadar zor olduğunu da hissetmelidir.

Ayrıca, yazar ilk başta matematiksel aparattan vazgeçerse veya sadece derslerde sunulanı kullanırsa, okuyucunun ilerledikçe matematiksel bagajını arttırması gerekeceği akılda tutulmalıdır. Ancak deneyimler gösteriyor ki matematiksel analiz(en azından temellerini) öğrenmek artık fizikten daha kolay.

Feynman'ın dersleri ABD'de üç büyük cilt halinde yayınlandı. Birincisi esas olarak mekanik ve ısı teorisi, ikincisi - elektrodinamik ve fizik üzerine dersler içerir. sürekli ortam, ve üçüncü - kuantum mekaniği. Kitabın daha çok sayıda okuyucuya ulaşmasını sağlamak ve kullanımı daha kolay hale getirmek için Rusça baskısı küçük baskılar halinde yayınlanacaktır. İlk dördü Amerikan baskısının ilk cildine karşılık gelir.

Bu kitaptan kimler yararlanacak? Her şeyden önce, tamamını okuyacak olan öğretmenlere: Fizik öğretimine nasıl başlanacaklarına dair hakim görüşleri değiştirmeyi düşünmelerini sağlayacaktır. Daha sonra öğrenciler okuyacak. Derslerde öğrendiklerine ek olarak içinde birçok yeni şey bulacaklar. Tabii ki, okul çocukları da okumaya çalışacak. Çoğu, her şeyin üstesinden gelmekte zorlanacak, ancak okuyup anlayabilecekleri, modern bilim, her zaman zor olan ama asla sıkıcı olmayan yol. Bunu geçebileceğine inanmayan biri bu kitabı incelemeye kalkışmamalıdır! Ve son olarak, herkes okuyabilir. Sadece zevk için okuyun. Bu da çok faydalıdır. Feynman, önsözünde, deneyiminin sonuçlarını çok yüksek düzeyde değerlendirmez: Kursuna katılan öğrencilerin çok azı tüm dersleri öğrendi. Ama böyle olmalı.

Rus baskısının okuyucularına

Bunlar teorik bir fizikçi tarafından verilen genel fizik dersleridir. Bilinen herhangi bir kursa hiç benzemiyorlar. Bu garip görünebilir: klasik fiziğin temel ilkeleri ve sadece klasik değil, aynı zamanda kuantum, uzun süredir yerleşiktir, genel fizik dersi tüm dünyada binlerce eğitim kurumunda uzun yıllardır öğretilmektedir ve Örneğin, okuldaki ilköğretim geometrisi gibi, bilinen gerçeklerin ve teorilerin standart bir dizisine dönüşme zamanı. Bununla birlikte, matematikçiler bile bilimlerinin farklı şekilde öğretilmesi gerektiğine inanırlar. Ve fizik hakkında konuşmayalım bile: o kadar yoğun bir şekilde gelişiyor ki, en iyi öğretmenler bile öğrencilere modern bilim hakkında bilgi vermeleri gerektiğinde her zaman büyük zorluklarla karşılaşıyorlar. Eski ya da alışılmış fikirler denen şeyi kırmak zorunda olduklarından şikayet ederler. Ama alışılmış fikirler nereden geliyor? Genellikle aynı öğretmenlerden okulda genç yöneticilere girerler, daha sonra modern bilimin fikirlerinin erişilemezliği hakkında konuşacaklar. Bu nedenle, konunun özüne inmeden önce, daha önce onlardan esinlenilenlerin açık ve tartışılmaz bir gerçek olarak yanlış olduğuna dinleyicileri ikna etmeye çalışmak için çok zaman harcamak gerekir. Okul çocuklarına önce “basitlik için” Dünya'nın düz olduğunu söylemek ve sonra bir keşif olarak küreselliği hakkında rapor vermek çılgınlık olurdu. Fakat geleceğin uzmanlarının görelilik ve kuantum teorisinin modern fikir dünyasına girmeleri bu saçma örnekten uzak mı? Konu, konuşmacı ve dinleyicilerin büyük bir bölümünün farklı kuşaklardan insanlar olması gerçeğiyle de karmaşıktır ve öğretim görevlisinin, dinleyicileri kendisinin izlediği tanıdık ve güvenilir yol boyunca yönlendirmenin cazibesinden kaçınması çok zordur. bir kez istenen yüksekliklere ulaştı. Ancak, eski yol her zaman en iyisi olarak kalmaz. Fizik çok hızlı gelişiyor ve ona ayak uydurabilmek için çalışma yöntemlerini değiştirmek gerekiyor. Fiziğin en ilginç bilimlerden biri olduğu konusunda herkes hemfikirdir. Aynı zamanda, birçok fizik ders kitabı ilginç olarak adlandırılamaz. Bu tür ders kitaplarında programı takip eden her şey belirtilir. Genellikle fiziğin faydalarının ne olduğunu ve onu çalışmanın ne kadar önemli olduğunu açıklarlar, ancak fizik çalışmanın neden onlardan ilginç olduğunu çok nadiren anlayabilirsiniz. Ancak konunun bu yönü de dikkati hak ediyor. Sıkıcı bir konuyu nasıl hem ilginç hem de modern hale getirebilirsiniz? Her şeyden önce, kendisi tutkuyla çalışan ve bu tutkuyu başkalarına aktarabilen fizikçiler bunu düşünmelidir. Deneme zamanı çoktan geldi. Amaçları, bilimin tarihi boyunca biriktirdiği tüm bilgi birikimini hızla yeni nesle aktaracak fizik öğretiminin en etkili yollarını bulmaktır. Öğretimde yeni yollar arayışı da her zaman bilimin önemli bir parçası olmuştur. Bilimin gelişimini takip eden öğretim, sürekli biçimlerini değiştirmeli, gelenekleri kırmalı ve yeni yöntemler aramalıdır. Burada önemli bir rol, bilimde her zaman bir tür basitleştirmenin şaşırtıcı bir süreci olduğu gerçeğiyle oynanır; bu, bir zamanlar uzun yıllar çalışmayı gerektiren şeyi basitçe ve kısaca belirtmenize izin verir.

Bu yönde son derece ilginç bir girişim, bir grup profesör ve öğretmenin sayısız tartışmadan sonra genel fizikte yeni bir program geliştirdiği ve katılımcılardan birinin CALTECH olarak kısaltılan California Institute of Technology'de (ABD) yapıldı. Bu grupta, önde gelen Amerikalı fizikçi Richard Feynman, dersler okuyor.

Feynman'ın dersleri, 20. yüzyılın ikinci yarısında yaşayan, zaten çok şey bilen veya işiten bir dinleyiciye hitap etmesiyle ayırt edilir. Bu nedenle derslerde zaten bilinenleri “öğrenilmiş dilde” açıklamakla zaman kaybedilmez. Öte yandan, bir insanın çevresindeki doğayı nasıl incelediğini, dünya bilgisinde bugün ulaşılan sınırlar hakkında, bilimin bugün hangi sorunları çözdüğünü ve yarın çözeceğini büyüleyici bir şekilde anlatıyorlar.

1961-1962 ve 1962-1963 eğitim-öğretim yıllarında dersler verilmiş; bunlar bir teybe kaydedildi ve daha sonra (ve bu başlı başına zor bir iş olduğu ortaya çıktı) profesörler M. Sands ve R. Layton tarafından "yazılı İngilizceye" "çevrildi". Bu tuhaf "çeviri", öğretim görevlisinin canlı konuşmasının, canlılığının, esprilerinin, ara konuşmalarının birçok özelliğini korur. Ancak, derslerin bu çok değerli niteliği hiçbir şekilde asıl ve kendi kendine yeterli değildi. Yazarın parlak bilimsel kişiliğini, öğrencilere fizik öğretme yolundaki bakış açısını yansıtan öğretim görevlisi tarafından oluşturulan materyali sunmanın orijinal yöntemleri daha az önemli değildi. Bu, elbette, tesadüfi değildir. Feynman'ın bilimsel çalışmalarında her zaman çok hızlı bir şekilde genel kabul gören yeni yöntemler bulduğu bilinmektedir. Feynman'ın kuantum elektrodinamiği ve istatistikleri üzerine çalışmaları ona geniş bir tanınırlık kazandırdı ve onun yöntemi -sözde "Feynman diyagramları"- şimdi teorik fiziğin neredeyse tüm alanlarında kullanılıyor.

Bu dersler hakkında ne söylerlerse söylesinler - sunum tarzına hayran kalmış olsalar da, eski güzel geleneklerin yıkılmasından yakınmış olsalar da- bir şey tartışılmaz kalır: pedagojik deneyler başlamalıdır. Muhtemelen, herkes yazarın belirli konuları sunma tarzına katılmayacak, herkes modern fiziğin amaçlarının ve beklentilerinin değerlendirilmesine katılmayacak. Ancak bu, diğer görüşleri yansıtacak yeni kitapların ortaya çıkması için bir teşvik görevi görecektir. Bu deney.

Ama soru sadece ne anlatılacağı değil. Daha az önemli olmayan başka bir soru - bunun hangi sırayla yapılması gerektiği. Genel fizik dersinde bölümlerin düzenlenmesi ve sunum sırası her zaman şartlı bir konudur. Bilimin tüm bölümleri birbiriyle o kadar bağlantılıdır ki, neyin önce söylenip neyin daha sonra söyleneceğine karar vermek genellikle zordur.

Bununla birlikte, çoğu üniversite programında ve mevcut ders kitaplarında bazı gelenekler hala korunmaktadır.

Alışılmış sunum sırasının reddedilmesi, Feynman derslerinin ayırt edici özelliklerinden biridir. Sadece belirli problemlerden değil, aynı zamanda fiziğin bir dizi başka bilimde işgal ettiği yerden, doğal fenomenleri tanımlamanın ve incelemenin yolları hakkında da bilgi verirler. Diğer bilimlerin temsilcilerinin -mesela matematikçiler- Feynman'ın bu bilimlere ayırdığı yeri kabul etmeyecekleri muhtemeldir. Bir fizikçi olarak onun için "kendi" bilimi elbette en önemli görünüyor. Ancak bu durum onun anlatımında fazla yer kaplamaz. Ancak onun hikayesi, fizikçiyi araştırmacının zor işini yapmaya iten nedenleri ve şimdi aşılmaz görünen zorluklarla karşı karşıya kaldığında sahip olduğu şüpheleri canlı bir şekilde yansıtıyor.

Genç bir doğa bilimci, yalnızca bilimle uğraşmanın neden ilginç olduğunu anlamakla kalmamalı, aynı zamanda zaferlerin ne kadar pahalı olduğunu ve onlara giden yolların bazen ne kadar zor olduğunu da hissetmelidir.

Önsözden Rus baskısının okuyucularına:
Fiziğin en ilginç bilimlerden biri olduğu konusunda herkes hemfikirdir. Aynı zamanda, birçok fizik ders kitabı ilginç olarak adlandırılamaz. Bu tür ders kitaplarında programı takip eden her şey belirtilir. Genellikle fiziğin faydalarının ne olduğunu ve onu çalışmanın ne kadar önemli olduğunu açıklarlar, ancak fizik çalışmanın neden onlardan ilginç olduğunu çok nadiren anlayabilirsiniz. Ancak konunun bu yönü de dikkati hak ediyor. Sıkıcı bir konuyu nasıl hem ilginç hem de modern hale getirebilirsiniz? Her şeyden önce, kendisi tutkuyla çalışan ve bu tutkuyu başkalarına aktarabilen fizikçiler bunu düşünmelidir. Deneme zamanı çoktan geldi. Amaçları, bilimin tarihi boyunca biriktirdiği tüm bilgi birikimini hızla yeni nesle aktaracak fizik öğretiminin en etkili yollarını bulmaktır. Öğretimde yeni yollar arayışı da her zaman bilimin önemli bir parçası olmuştur. Bilimin gelişimini takip eden öğretim, sürekli biçimlerini değiştirmeli, gelenekleri kırmalı ve yeni yöntemler aramalıdır. Burada, bilimde her zaman, bir zamanlar uzun yıllar çalışmayı gerektiren şeyi basitçe ve kısaca belirtmenize izin veren, bir tür basitleştirmenin şaşırtıcı bir sürecinin olduğu durumu önemli bir rol oynar.

Bu yönde son derece ilginç bir girişim, bir grup profesör ve öğretmenin sayısız tartışmadan sonra genel fizikte yeni bir program geliştirdiği ve katılımcılardan birinin CALTECH olarak kısaltılan California Institute of Technology'de (ABD) yapıldı. Bu grupta, önde gelen Amerikalı fizikçi Richard Feynman, dersler okuyor.

Feynman'ın dersleri, 20. yüzyılın ikinci yarısında yaşayan, zaten çok şey bilen veya işiten bir dinleyiciye hitap etmesiyle ayırt edilir. Bu nedenle derslerde zaten bilinenleri “öğrenilmiş dilde” açıklamakla zaman kaybedilmez. Öte yandan, bir insanın çevresindeki doğayı nasıl incelediğini, dünya bilgisinde bugün ulaşılan sınırlar hakkında, bilimin bugün hangi sorunları çözdüğünü ve yarın çözeceğini büyüleyici bir şekilde anlatıyorlar.

1961-1962 ve 1962-1963 eğitim-öğretim yıllarında dersler verilmiş; bunlar bir teybe kaydedildi ve daha sonra (ve bu başlı başına zor bir iş olduğu ortaya çıktı) profesörler M. Sands ve R. Layton tarafından "yazılı İngilizceye" "çevrildi". Bu tuhaf "çeviri", öğretim görevlisinin canlı konuşmasının, canlılığının, esprilerinin, ara konuşmalarının birçok özelliğini korur. Ancak, derslerin bu çok değerli niteliği hiçbir şekilde asıl ve kendi kendine yeterli değildi. Yazarın parlak bilimsel kişiliğini, öğrencilere fizik öğretme yolundaki bakış açısını yansıtan öğretim görevlisi tarafından oluşturulan materyali sunmanın orijinal yöntemleri daha az önemli değildi. Bu, elbette, tesadüfi değildir. Feynman'ın bilimsel çalışmalarında her zaman çok hızlı bir şekilde genel kabul gören yeni yöntemler bulduğu bilinmektedir. Feynman'ın kuantum elektrodinamiği ve istatistikleri üzerindeki çalışması ona geniş bir tanınırlık kazandırdı ve onun yöntemi -sözde "Feynman diyagramları"- şimdi teorik fiziğin neredeyse tüm alanlarında kullanılıyor.

İnsanlar bu dersler hakkında ne söylerse söylesin - sunum tarzına hayran olsalar da, eski güzel geleneklerin yıkılmasından yakınsalar da - bir şey tartışılmaz: pedagojik deneyler başlamalıdır. Muhtemelen, herkes yazarın belirli konuları sunma tarzına katılmayacak, herkes modern fiziğin amaçlarının ve beklentilerinin değerlendirilmesine katılmayacak. Ancak bu, diğer görüşleri yansıtacak yeni kitapların ortaya çıkması için bir teşvik görevi görecektir. Bu deney. Ama soru sadece ne anlatılacağı değil. Daha az önemli olmayan başka bir soru - bunun hangi sırayla yapılması gerektiği.

Genel fizik dersinde bölümlerin düzenlenmesi ve sunum sırası her zaman şartlı bir konudur. Bilimin tüm bölümleri birbiriyle o kadar bağlantılıdır ki, neyin önce söylenip neyin daha sonra söyleneceğine karar vermek genellikle zordur. Bununla birlikte, çoğu üniversite programında ve mevcut ders kitaplarında bazı gelenekler hala korunmaktadır.

Alışılmış sunum sırasının reddedilmesi, Feynman derslerinin ayırt edici özelliklerinden biridir. Sadece belirli problemlerden değil, aynı zamanda fiziğin bir dizi başka bilimde işgal ettiği yerden, doğal fenomenleri tanımlamanın ve incelemenin yolları hakkında da bilgi verirler. Muhtemelen, diğer bilimlerin temsilcileri - örneğin matematikçiler - Feynman'ın bu bilimlere atadığı yerle aynı fikirde olmayacaklardır. Bir fizikçi olarak onun için "kendi" bilimi elbette en önemli görünüyor. Ancak bu durum onun anlatımında fazla yer kaplamaz. Ancak onun hikayesi, fizikçiyi araştırmacının zor işini yapmaya iten nedenleri ve şimdi aşılmaz görünen zorluklarla karşı karşıya kaldığında sahip olduğu şüpheleri canlı bir şekilde yansıtıyor.

Genç bir doğa bilimci, yalnızca bilimle uğraşmanın neden ilginç olduğunu anlamakla kalmamalı, aynı zamanda zaferlerin ne kadar pahalı olduğunu ve onlara giden yolların bazen ne kadar zor olduğunu da hissetmelidir.

Ayrıca, yazar ilk başta matematiksel aparattan vazgeçerse veya sadece derslerde sunulanı kullanırsa, okuyucunun ilerledikçe matematiksel bagajını arttırması gerekeceği akılda tutulmalıdır. Ancak deneyimler, matematiksel analizin (en azından temellerinin) artık fizikten daha kolay öğrenildiğini göstermektedir.

Bu kitaptan kimler yararlanacak? Her şeyden önce, tamamını okuyacak olan öğretmenlere: Fizik öğretimine nasıl başlanacaklarına dair hakim görüşleri değiştirmeyi düşünmelerini sağlayacaktır. Daha sonra öğrenciler okuyacak. Derslerde öğrendiklerine ek olarak içinde birçok yeni şey bulacaklar. Tabii ki, okul çocukları da okumaya çalışacak. Çoğu, her şeyin üstesinden gelmekte zorlanacak, ancak okuyup anlayabilecekleri, her zaman zor ama asla sıkıcı olmayan modern bilime girmelerine yardımcı olacaktır. Bunu geçebileceğine inanmayan biri bu kitabı incelemeye kalkışmamalıdır! Ve son olarak, herkes okuyabilir. Sadece zevk için okuyun. Bu da çok faydalıdır. Feynman, önsözünde, deneyiminin sonuçlarını çok yüksek düzeyde değerlendirmez: Kursuna katılan öğrencilerin çok azı tüm dersleri öğrendi. Ama böyle olmalı. İlk deneyim nadiren tam başarı getirir. Yeni fikirler her zaman başlangıçta sadece birkaç destekçi bulur ve ancak yavaş yavaş alışkanlık haline gelir.

"Fizik seks gibidir: pratik sonuçlar vermeyebilir, ama bu yapmamak için bir sebep değil"- Richard Feynman'ın hayatını sürdürdüğü, dizginlenemez tutkusuyla binlerce insanı büyüleyen slogan. Usta bir bilim adamı, meraklı bir mikrobiyolog, Maya yazıları konusunda düşünceli bir uzman, bir sanatçı, bir müzisyen ve yarı zamanlı hevesli bir kasa hırsızı olan Feynman, teorik fizik alanında kapsamlı bir bilimsel miras ve önemli sayıda konuşma bıraktı. profesör doğanın dehasına ve sadeliğine olan hayranlığını bize aktarmaya çalıştı. , hala anlayamadığımız birçok yasa.

Bu anlamda Feynman'ın Haberci Dersleri konuyla ilgili "Fiziksel Kanunların Karakteri" 1964 yılında Cornell Üniversitesi'nde okuduğu, fizik üzerine evrensel bir mini ders kitabı olup, bu bilimin başarıları ve araştırmacıların karşılaştığı problemler kısaca, keskin, erişilebilir ve duygusal olarak sunulmaktadır. Evet, 50 yıl geçti, çok şey değişti (sicim teorisi ortaya atıldı, Higgs bozonu keşfedildi, karanlık enerjinin varlığı, Evrenin genişlemesi), ama Feynman'ın bahsettiği o temeller, o fizik kanunları. , kişinin tanımaya güvenle yaklaşabileceği evrensel bir anahtardır. en son keşifler Bu alandaki bilim adamları. Bununla birlikte, bu pragmatik pathos olmadan da yapabilirsiniz: Feynman'ın dersleri şaşırtıcı ve Doğanın büyüklüğü ve dünyamızdaki her şeye nüfuz eden ahenk karşısında uyuşukluk içinde duran herkese hitap edecek - hücrenin yapısından vücudun yapısına kadar. Evren. Sonuçta, Feynman'ın kendisinin dediği gibi, . Öyleyse tadını çıkaralım.

ders #1

"Yerçekimi kanunu"

Bu derste Richard Feynman, izleyicilere bir fiziksel yasa örneği olarak evrensel yerçekimi yasasını tanıtıyor, keşfinin tarihçesinden bahsediyor, belirgin özellikleri onu diğer yasalardan ayıran ve yerçekiminin keşfinin gerektirdiği olağanüstü sonuçlar hakkında. Burada başka bir bilim adamı, atalet ve her şeyin ne kadar şaşırtıcı çalıştığını yansıtıyor:

Bu yasanın adı "insan aklının ulaştığı en büyük genelleme." Ancak giriş sözlerinden, muhtemelen insan zihniyle değil, evrensel yerçekimi yasası gibi zarif ve basit yasalara uyabilen doğanın harikalarıyla ilgilendiğimi anladınız. Bu nedenle, bu yasayı keşfettiğimiz için ne kadar akıllı olduğumuzdan değil, onu gözlemleyen doğanın ne kadar akıllı olduğundan bahsedeceğiz.

2. Ders

"Fizik ve matematik arasındaki bağlantı"

Richard Feynman'a göre matematik, doğanın konuştuğu dildir. Bu sonucun lehine tüm argümanlar - videoya bakın.

Hiçbir entelektüel akıl yürütme, müzik duygusunu sağırlara aktaramaz. Aynı şekilde, hiçbir entelektüel argüman da doğa anlayışını insana aktaramaz. "başka bir kültür". Filozoflar doğa hakkında matematik olmadan konuşmaya çalışırlar. Doğayı matematiksel olarak tanımlamaya çalışıyorum. Ama beni anlamıyorlarsa, bu imkansız olduğu için değil. Belki de başarısızlığım, bu insanların ufkunun çok sınırlı olmasından ve insanı evrenin merkezi olarak görmelerinden kaynaklanmaktadır.

ders #3

"Büyük Koruma Kanunları"

Burada, Richard Feynman, enerjinin korunumu yasası ilkesine özellikle dikkat ederek, tüm fiziksel yasalara nüfuz eden genel ilkeler hakkında konuşmaya başlar: keşif tarihi, çeşitli alanlardaki uygulamaları ve gizemleri. enerji bilim adamlarına poz veriyor.

Fizik yasalarını aramak, tüm resmi toplamanız gereken bir çocuk küp oyunu gibidir. Çok sayıda küpümüz var ve her gün onlardan daha fazlası var. Birçoğu kenarda yatıyor ve geri kalanına yaklaşmıyor gibi görünüyor. Hepsinin aynı kümeden olduğunu nereden biliyoruz? Birlikte bütün bir resim oluşturmaları gerektiğini nasıl bilebiliriz? Mutlak bir kesinlik yok ve bu bizi biraz endişelendiriyor. Ancak küplerin çoğunun ortak bir yanının olması cesaret verici. hepsi boyanmış Mavi gökyüzü hepsi aynı tür ahşaptan yapılmıştır. Tüm fiziksel yasalar aynı korunum yasalarına tabidir.

Video kaynağı: Evgeny Kruychkov / Youtube

ders #4

"Fizik yasalarında simetri"

Fizik yasalarının simetrisinin özellikleri, özellikleri ve çelişkileri üzerine ders.

Simetri yasalarından bahsettiğim için, onlarla bağlantılı olarak birkaç yeni problemin ortaya çıktığını söylemek isterim. Örneğin, her temel parçacık ona karşılık gelen bir antiparçacık vardır: elektron için pozitrondur, proton için antiprotondur. Prensipte, her bir atomun karşılık gelen antiparçacıklardan oluştuğu sözde antimaddeyi yaratabilirdik. Böylece, sıradan bir hidrojen atomu, bir proton ve bir elektrondan oluşur. Elektrik yükü negatif olan bir antiproton ve bir pozitron alıp bunları birleştirirsek, bir hidrojen atomu elde ederiz. özel Tip deyim yerindeyse, bir antihidrojen atomu. Ayrıca, prensipte böyle bir atomun sıradan bir atomdan daha kötü olmayacağı ve bu şekilde antimaddenin yaratılmasının mümkün olacağı bulundu. farklı tür. Şimdi, böyle bir antimadde bizim maddemizle aynı şekilde mi davranacak? Ve bildiğimiz kadarıyla bu sorunun cevabı evet olmalıdır. Simetri yasalarından biri, antimaddeden bir bitki yaparsak, o da sıradan maddemizden bir bitki gibi tamamen aynı şekilde davranacaktır. Doğru, imha meydana geleceği ve sadece kıvılcımlar uçacağı için bu tesisleri tek bir yere getirmeye değer.

Ders #5

"Geçmiş ve gelecek arasındaki fark"

En iyilerinden biri ilginç dersler Feynman, ironik bir şekilde tercüme edilmeyen tek kitap olmaya devam ediyor. Cesaretinizi kaybetmemelisiniz - bilimsel İngilizcenin inceliklerini anlamaya çalışmayanlar için, bilim insanının kitabından aynı adı taşıyan bölümü herkes için okuyabilirsiniz - fizikçinin konuşmasının İngilizce versiyonunu yerleştiriyoruz.

Geçmişi hatırlıyoruz ama geleceği hatırlamıyoruz. Ne olabileceğine dair farkındalığımız, muhtemelen zaten olmuş olandan çok farklı bir türdendir. Geçmiş ve şimdi psikolojik olarak oldukça farklı algılanır: geçmiş için hafıza gibi gerçek bir kavramımız var ve gelecek için görünürdeki özgür irade kavramına sahibiz. Geleceği bir şekilde etkileyebileceğimizden eminiz, ancak olası yalnızlar dışında hiçbirimiz geçmişi değiştirmenin mümkün olduğunu düşünmüyoruz. Tövbe, pişmanlık ve umut, geçmişle gelecek arasındaki çizgiyi net bir şekilde çizen kelimelerdir.<…>. Ama bu dünyadaki her şey atomlardan yapılmışsa ve biz de atomlardan yapılmışsak ve fiziksel yasalara uyuyorsak, o zaman en doğal şey geçmiş ile gelecek arasındaki bu bariz farktır, tüm fenomenlerin bu tersinmezliği şu gerçekle açıklanır. bazı atomik hareket yasalarının yalnızca bir yönü olduğunu - atom yasalarının geçmiş ve gelecekle ilgili olarak aynı olmadığını. Bir yerde şöyle bir ilke olmalı: "Bir Noel ağacından bir çubuk yapabilirsiniz, ancak bir çubuktan bir Noel ağacı yapamazsınız" dünyamızın karakterini sürekli olarak Noel ağacından sopaya değiştirmesiyle bağlantılı olarak ve etkileşimlerin bu geri döndürülemezliği, hayatımızın tüm fenomenlerinin geri döndürülemezliğinin nedeni olmalıdır.

Ders #6

"Olasılık ve belirsizlik - kuantum mekaniğinin doğasına bir bakış"

Feynman'ın kendisi olasılık ve belirsizlik sorununu şu şekilde ortaya koyuyor:

Görelilik teorisi, iki olayın aynı anda gerçekleştiğine inanıyorsanız, o zaman bu sadece sizin kişisel bakış açınızdır ve bir başkası aynı nedenle bu fenomenlerden birinin diğerinden önce gerçekleştiğini iddia edebilir, bu yüzden kavram eşzamanlılığın tamamen öznel olduğu ortaya çıkıyor.<…>. Tabii ki, başka türlü olamaz, çünkü bizim Günlük yaşam büyük parçacık birikimleri, çok yavaş süreçler ve diğer çok özel koşullarla uğraşıyoruz, böylece deneyimlerimiz bize yalnızca çok sınırlı bir doğa fikri veriyor. Doğal fenomenlerin yalnızca çok küçük bir kısmı doğrudan deneyimden elde edilebilir. Ve ancak çok ince ölçümlerin ve dikkatle hazırlanmış deneylerin yardımıyla, olaylara daha geniş bir bakış açısı kazandırılabilir. Ve sonra sürprizlerle karşılaşmaya başlıyoruz. Gördüklerimiz hiç de umduğumuz, hayal ettiğimiz gibi değil. Hayal gücümüzü sırayla değil, daha fazla zorlamamız gerekiyor. kurgu, gerçekte orada olmayanı hayal etmek için, ama gerçekte ne olduğunu anlamak için. Bugün hakkında konuşmak istediğim şey bu.

Ders #7

"Yeni yasa arayışı içinde"

Açıkçası, bu derste bahsedeceğim şeye fizik yasalarının bir karakterizasyonu denemez. Fiziksel yasaların doğası hakkında konuştuğumuzda, en azından doğanın kendisinden bahsettiğimizi varsayabiliriz. Ama şimdi doğa hakkında değil, ona karşı tutumumuz hakkında konuşmak istiyorum. Bugün bildiklerimizi, henüz tahmin edilemeyenleri ve fizikteki yasaların nasıl tahmin edildiğini size anlatmak istiyorum. Hatta birisi, size söylediğim gibi, yasayı nasıl tahmin edeceğinizi yavaş yavaş açıklamamın ve sonuç olarak size açıklamamın en iyisi olacağını bile önerdi. yeni yasa. Yapabilir miyim bilmiyorum.

Richard Feynman, tüm fiziksel yasaları (madde hakkında), fiziksel ilkelerin uyumsuzluğu sorunu hakkında, bilimde sessiz varsayımların yeri hakkında ve elbette yeni yasaların nasıl keşfedildiği hakkında.