Ричард Филипс Фейнман QED е странна теория за светлината и материята.

Автор: Файнман Р.
Издател: М.: Наука
Година на издаване: 1988 г
Страници: 144
ISBN 5-02-013883-5
Прочетете:
Изтегляне: stsiv1988.djvu

БИБЛИОТЕКА КВАНТ

БРОЙ 66

Р. ФАЙНМАН

БИБЛИОТЕКА КВАНТ бр.66

Р. ФАЙНМАН

СТРАННА ТЕОРИЯ ЗА СВЕТЛИНАТА И МАТЕРИЯТА

Превод от английски О. Л. ТИХОДЕЕВА С. Г. ТИХОДЕЕВА

Редактирано от

Член-кореспондент на Академията на науките на СССР Л. Б. ОКУН

ГЛАВНА РЕДАКЦИЯ НА МОСКВА "НАУКА".

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКА ЛИТЕРАТУРА 1988г

UDC 535 (023)

Ричард П. Файнман

СТРАННАТА ТЕОРИЯ ЗА СВЕТЛИНАТА И

AIIx Мемориални лекции на Г. Маутнер

Принстън, Ню Джърси: Princeton University Press, 1985 г

РЕДАКЦИОННА КОЛЕГИЯ:

Академик Ю.А. Осипян (председател), академик A.N. Колмогоров (заместник-председател), д-р по физика и математика. Науки A.I. Буздий (научен секретар), академик А.А. Абрикосов, академик A.S. Боровик-Романов, академик Б.К. Vainshteii, заслужил учител на RSFSR B.V. Воздвиженски, академик В.Л. Гинзбург, академик Ю.В. Гуляев, академик А.П. Ершов, проф. С. П. Капица, академик А. Б. Мигдал, академик С. П. Новиков, академик на Академията на педагогическите науки на СССР В. Г. Разумовски, академик Р. З. Сагдеев, професор Я. А. Смородински, академик С. Л. Соболев, член-кореспондент на Академията на СССР на науките Д. К. Фаддеев

Файнман Р.

QED-странна теория на светлината и материята: Транс. от английски - М.: Наука. гл. изд. физика и математика лит., 1988.- 144 с. - (Б-чка "Квант". Брой 66.) ISBN 5-02-013883-5

Популярна книга за класическата и квантовата електродинамика, предоставяща качествено обяснение на много красиви физически ефекти.

За ученици, студенти, учители.

"Свят" 57-87

ISBN 5-02-013883-5

ПРЕДГОВОР ОТ РЕДАКТОРА НА ПРЕВОДА

Книгата, която държите в ръцете си е уникална. Неговият автор, забележителен физик теоретик, един от основните създатели на съвременната квантова електродинамика, говори за основите на тази наука с изключително умение.

Въпреки че лекциите, съставляващи книгата, са адресирани към хуманисти, книгата без съмнение ще бъде прочетена с голям интерес и голяма полза от гимназист, студент по физика, учител по физика и професионален физик.

Научавайки за предстоящото руско издание, Ричард Файнман изпраща писмо, съдържащо някои корекции и пояснения на оригиналния английски текст. Всички те са взети предвид при превода.

Докато книгата все още беше в производство, дойде тъжната новина за смъртта на 15 февруари 1988 г. на забележителния теоретичен физик на нашия век, великия физик-учител Ричард Файнман.

Л. Б. Окун

ПРЕДГОВОР ОТ ЛЕОНАРД МОТЕПА

Мемориалната лекция на Elike J. Mautner беше организирана в чест на съпругата ми Elike, която почина през 1982 г. Elike беше специалист по английска литература, но имаше постоянен интерес към много области на науката. Затова на нейно име е създадена фондация с цел ежегодно провеждане на поредица от лекции, които да запознават мислещите и заинтересованите хора с идеите и постиженията на науката.

Много съм доволен, че Ричард Файнман се съгласи да изнесе първата поредица от лекции. Ние сме приятели от 55 години, от детството във Фар Рокауей, Ню Йорк. Ричард познаваше Елайк от около 22 години и тя отдавна искаше той да събере обяснение на физиката на елементарните частици, което да бъде разбираемо за нея и други неспециалисти.

Освен това бих искал да изразя своята благодарност на онези, които участваха в създаването на фондация Elike J. Mautner и направиха тези лекции възможни.

Лос Анджелис, Калифорния, май 1983 г

ВЪВЕДЕНИЕ ОТ РАЛФ ЛЕЙТЪН

Ричард Файнман стана легендарен в света на физиката заради уникалния си начин да гледа на света: не приемайки нищо за даденост и обмисляйки всичко наново, той често постига оригинално и задълбочено разбиране на природата, а стилът му се характеризира със свежест и елегантност простота.

Известен е и като ентусиазиран учител по физика. Файнман, който отхвърли безброй предложения да изнесе реч в престижно общество или организация, може да се окаже лесна мишена за студент, минаващ покрай кабинета му, който иска да говори в клуба по физика на местното училище.

Тази книга е рисковано начинание, което, доколкото знаем, никога не е било опитвано досега. Това е честно, праволинейно обяснение за неспециалистите на една доста сложна тема - квантовата електродинамика. Тя е проектирана по такъв начин, че да даде на заинтересования читател правилна представа за типа разсъждения, до които физиците прибягват, за да обяснят поведението на природата.

Ако планирате да учите физика (или вече учите), в тази книга няма да намерите нищо, което да трябва да „учите отново“. Това е пълно описание, точно във всеки детайл, на определена рамка, върху която ще почиват нови, подобрени концепции без модификация. За тези от вас, които вече са учили физика, това ще бъде откровение за това какво всъщност правите, когато извършвате сложни изчисления!

Като дете Ричард Файнман е вдъхновен да изучава смятане от една книга, която започва със следното: „Това, което един глупак може да направи, може и друг“. Той би искал да се обърне към своите читатели с подобни думи: "Това, което един глупак може да разбере, друг може да разбере."

Намерих тази книга на рафта на моя брат физик. Прочетох на корицата, че това е поредица от лекции за ХУМАНИТАРИТЕ и останах възхитен. „Хей, това е книга, написана за мен, не за теб“ - с тези думи аз експроприирах тези лекции за себе си и започнах да разбирам дълго време джунглата на квантовата електродинамика.

Квантовата електродинамика, разбира се, е завладяваща и полезна (въпреки че е малко вероятно да мога да приложа това знание в живота, освен да се покажа пред моите приятели и другари), но в същото време е изключително трудно, на места напълно неразбираемо, а мозъчната експлозия е гарантирана за хуманитарните науки. Особено в края на книгата, където Файнман преминава от свойствата на светлината (и не беше трудно да се разберат концепциите за интерференция, отражение и частицово-вълновата теория на светлината) към структурата на света и елементарните частици. Когато стана дума за многоцветни кварки, глуони, мюони и W-бозони, бях почти объркан и не можех да си представя всичко. Е, не е възможно да разбера античастиците, тъй като в моя реален свят е невъзможно да се движа назад във времето!

В тази книга Ричард Файнман обяснява какво е светлина, от какво е съставена материята и как си взаимодействат частиците, но не обяснява защо това се случва. И обичам въпроса "защо?" И когато Фейнман, използвайки стрелки върху графики, завъртяни под определени ъгли, обяснява как да изчислим вероятностите светлината да премине или да се отрази от стъклото, аз упорито се опитвах да намеря отговора на въпроса защо някои фотони се отразяват, а други не. Най-важното е, че Файнман казва как да се използва QED (което по същество е теорията на вероятността за елементарни частици, използвайки техники на векторна алгебра). И с помощта на QED той е готов да обясни почти всеки процес във Вселената (с изключение на гравитацията и нещо друго). И цялата квантова електродинамика се свежда до 3 действия:

1. Фотон лети от едно място на друго
2. Електронът лети от едно място на друго
3. Електронът излъчва или поглъща фотон.

нищо ли не разбираш Тогава прочетете тези лекции - и ще разберете нещо!

Тези, които са чели автобиографията на Файнман, знаят, че той има страхотно чувство за хумор. И дори когато изнася лекции, този физик не се превръща във важен и замислен професор, той все още иронизира себе си и публиката, често се шегува и не губи своя чар. О, жалко, че никога няма да мога да присъствам на неговите лекции и да ги слушам на живо! Ако имах възможност да направя това, определено нямаше да пропусна нито една лекция, дори и да не разбирах зелено-антисини глуони и b-кварки. Между другото, b-quark означава кварк за красота, тоест „хубав кварк“. Има и „странни кварки“, „кварки на очарованието“ и не толкова сладки „нагоре“ и „надолу“ кварки.

Е, в заключение, кратка история за това как лекциите на Файнман вече са ми били полезни в живота.

Всъщност под разреза...

Дълго време приятелите ми се опитваха да ме убедят да гледам сериала „Теория за Големия взрив“, но аз все отказах. Но след лекциите на Файнман тя все пак реши да се включи в следващата серия. Спомняте ли си как започва?

Шелдън: Ако фотонът е насочен към равнина с два процепа, единият от които има детектор, няма да има смущения. Ако няма детектор, ще има. Ако върнете детектора, когато фотонът е напуснал равнината, но не е достигнал крайната точка, смущението ще изчезне отново.
Леонард: Съгласен съм. И каква е шегата?
Шелдън: Нищо. Просто добра идея за щампа върху тениска.

Уникален автограф на известната диаграма на Файнман, подписан от самия Файнман; изображението е предоставено с любезното съдействие на Jay M. Pasachoff, професор по астрономия на Fields Memorial в колежа Williams. Диаграмата беше изобразена на първите страници на неговия екземпляр от първото издание QED.

Предговор на редактора на превода

Л. Б. Окун

Предговор от Леонард Маутнер

Лекцията „В памет на Еликс Дж. Маутнер“ беше организирана в чест на съпругата ми Еликс, която почина през 1982 г. Еликс е учил английска литература, но винаги е имал интерес към много области на науката. Затова на нейно име е създадена фондация с цел ежегодно провеждане на поредица от лекции, които да запознават мислещите и заинтересованите хора с идеите и постиженията на науката.

Много съм доволен, че Ричард Файнман се съгласи да изнесе първата поредица от лекции. Ние сме приятели от 55 години, от детството във Фар Рокауей, Ню Йорк. Ричард познаваше Еликс от около 22 години и тя отдавна искаше той да събере обяснение на физиката на елементарните частици, което тя и други лаици да могат да разберат.

Освен това бих искал да изразя благодарността си към онези, които участваха в създаването на фондация Elix J. Mautner и направиха тези лекции възможни.

Лос Анджелис, Калифорния, май 1983 г

Въведение от Ралф Лейтън

Ричард Файнман става легендарен в света на физиката заради уникалния си начин да гледа на света: не приемайки нищо за даденост и обмисляйки всичко наново, той често постига оригинално и дълбоко разбиране на природата, а стилът му се характеризира със свежест и елегантна простота .

Тази книга е рисковано начинание, което, доколкото ни е известно, не е правено досега. Това е честно, праволинейно обяснение за непрофесионална аудитория на една доста сложна тема - квантовата електродинамика. Тя е проектирана по такъв начин, че да даде на заинтересования читател правилна представа за типа разсъждения, до които физиците прибягват, за да обяснят поведението на природата.

Ако планирате да учите физика (или вече учите), в тази книга няма да намерите нищо, което да трябва да „учите отново“. Това е пълно описание, точно във всеки детайл, на определена рамка, върху която ще почиват нови, подобрени концепции без модификация. За тези от вас, които вече са учили физика, това ще бъде откровение за това, което правите в действителностнаправено чрез извършване на сложни изчисления!

Пасадена, Калифорния, февруари 1985 г

Тази книга е препис от лекции, които изнесох по квантова електродинамика в Калифорнийския университет. Лекциите са записани и редактирани от моя добър приятел Ралф Лейтън. Трябва да се каже, че ръкописът е претърпял значителни промени. Опитът на г-н Лейтън в преподаването и писането се оказа много ценен в нашия опит да представим този централен клон на физиката на по-широка аудитория.

Често в „популярните“ презентации на науката се постига привидна простота за сметка на описание на нещо съвсем различно, за сметка на значително изкривяване на това, което се опитват да опишат. Уважението към нашата тема не ни позволи да направим това. Прекарахме много часове в дискусии, опитвайки се да постигнем максимална яснота и простота и безкомпромисно отхвърляйки изкривяването на истината.

Лекция 1. Въведение

Еликс Маутнер много се интересуваше от физика и често ме молеше да й обяснявам нещата. Обясних всичко добре (по същия начин, по който обяснявам на студентите в Калтех, когато идват при мен в четвъртък), но накрая не можах да кажа кое ми беше най-интересно: винаги се забивахме в лудите идеи на квантовата механика. Казах й, че не мога да го обясня за час или вечер - ще отнеме много време - но обещах, че някой ден ще подготвя серия от лекции на тази тема.

Приготвих няколко лекции и отидох да ги тествам в Нова Зеландия - защото Нова Зеландия е далеч и ако лекциите не бяха успешни, нямаше да е нищо! В Нова Зеландия решиха, че лекциите са добри. И така, това са лекциите, които всъщност подготвих за Еликс, но за съжаление сега не мога да се обърна директно към нея.

Бих искал да ви разкажа за известенвъв физиката, а не за неизвестното. Обикновено хората се интересуват от най-новите разработки, които ни позволяват да преминем от една теория към друга, така че не е възможно да кажем нищо за теория, която сме разбрали напълно. Те винаги искат да знаят това, което ние самите не знаем. Ето защо, вместо да ви обърквам с много половинчати, малко проучени теории, бих искал да говоря за тема, която е проучена много задълбочено. Обичам тази област на физиката и мисля, че е прекрасна. Нарича се квантова електродинамика или накратко QED.

Основната цел на моите лекции е да опиша възможно най-точно странната теория за взаимодействието на светлината и материята или по-точно взаимодействието на светлината и електроните. Ще отнеме много време, за да обясня всичко, което искам. Но ни предстоят четири лекции, така че няма да бързам и ще го измислим.

Историята на физиката се състои от синтезиране на няколко теории, базирани на много явления. Например топлинните, светлинните, звуковите, движещите се и гравитационните явления са известни отдавна. Въпреки това, след като сър Исак Нютон обясни законите на движението, се оказа, че някои от тези на пръв поглед несвързани неща са различни аспекти на едно и също явление. Например, звуковите явления не са нищо повече от движение на въздушни атоми. Така звукът вече не се счита за нещо отделно от движението. Също така беше открито, че топлинните явления лесно се обясняват със законите на движението. Така огромни части от физиката се сляха в една по-проста теория. От друга страна, гравитацията не може да се обясни със законите на движението и дори днес тя стои отделно от всички други теории. Гравитацията все още не може да бъде обяснена с други явления.