Richard Phillips Feynman QED to dziwna teoria światła i materii.

Autor: Feinman R.
Wydawca: M.: Nauka
Rok wydania: 1988
Strony: 144
ISBN 5-02-013883-5
Czytać:
Pobierać: stsiv1988.djvu

BIBLIOTEKA KWANTOWA

ZADANIE 66

R. FEINMAN

BIBLIOTEKA KVANT numer 66

R. FEINMAN

DZIWNA TEORIA ŚWIATŁA I MATERII

Tłumaczenie z języka angielskiego: O. L. TIKHODEEVA: S. G. TIKHODEEVA

Edytowany przez

Członek korespondent Akademii Nauk ZSRR L. B. OKUN

MOSKWA „NAUKA” GŁÓWNY SERWIS REDAKCYJNY

LITERATURA FIZYCZNA I MATEMATYCZNA 1988

UDC 535(023)

Richarda P. Feynmana

DZIWNA TEORIA ŚWIATŁA I

Wykłady pamiątkowe AIIx G. Mautnera

Princeton, New Jersey: Princeton University Press, 1985

ZESPÓŁ REDAKCYJNY:

Akademik Yu.A. Osipyan (przewodniczący), akademik A.N. Kołmogorow (zastępca przewodniczącego), doktor fizyki i matematyki. Nauki AI Buzdii (sekretarz naukowy), akademik A.A. Abrikosov, akademik A.S. Borovik-Romanov, akademik B.K. Vainshteii, Czczony Nauczyciel RSFSR B.V. Vozdvizhensky, akademik V.L. Ginzburg, akademik Yu.V. Gulyaev, akademik A.P. Ershov, profesor S. P. Kapitsa, akademik A. B. Migdal, akademik S. P. Novikov, akademik Akademii Nauk Pedagogicznych ZSRR V. G. Razumovsky, akademik R. Z. Sagdeev, profesor Ya. A. Smorodinsky, akademik S. L Sobolev, członek korespondent Akademii ZSRR Nauk D. K. Faddeev

Feynmana R.

QED – dziwna teoria światła i materii: przeł. z angielskiego - M.: Nauka. Ch. wyd. fizyka i matematyka lit., 1988. - 144 s. - (B-chka „Quantum”. Wydanie 66.) ISBN 5-02-013883-5

Popularna książka o elektrodynamice klasycznej i kwantowej, zawierająca jakościowe wyjaśnienie wielu pięknych efektów fizycznych.

Dla uczniów, studentów, nauczycieli.

„Świat” 57-87

ISBN 5-02-013883-5

WSTĘP REDAKTORA TŁUMACZEŃ

Książka, którą trzymasz w rękach jest wyjątkowa. Jej autor, wybitny fizyk teoretyczny, jeden z głównych twórców współczesnej elektrodynamiki kwantowej, z niezwykłą umiejętnością mówił o podstawach tej nauki.

Choć wykłady składające się na książkę adresowane były do humanistów, książka ta niewątpliwie będzie czytana z dużym zainteresowaniem i pożytkiem zarówno przez licealistę, studenta fizyki, nauczyciela fizyki, jak i fizyka zawodowego.

Dowiedziawszy się o nadchodzącym wydaniu rosyjskim, Richard Feynman wysłał list zawierający poprawki i wyjaśnienia oryginalnego tekstu angielskiego. Wszystkie są brane pod uwagę podczas tłumaczenia.

Gdy książka była jeszcze w przygotowaniu, nadeszła smutna wiadomość o śmierci 15 lutego 1988 roku wybitnego fizyka teoretycznego naszego stulecia, wielkiego fizyka-nauczyciela Richarda Feynmana.

L. B. Okun

PRZEDMOWA LEONARDA MOTHEPY

Wykład pamiątkowy Elike J. Mautnera został zorganizowany na cześć mojej żony Elike, która zmarła w 1982 roku. Elike studiowała literaturę angielską, ale stale interesowała się wieloma dziedzinami nauki. Dlatego też powołano fundację jej imienia, której zadaniem jest prowadzenie corocznego cyklu wykładów przybliżających ludziom myślącym i zainteresowanym idee i osiągnięcia nauki.

Bardzo się cieszę, że Richard Feynman zgodził się wygłosić pierwszą serię wykładów. Jesteśmy przyjaciółmi od 55 lat, od dzieciństwa w Far Rockaway w stanie Nowy Jork. Richard znał Elike od około 22 lat i od dawna chciała, aby przygotował wyjaśnienie fizyki cząstek elementarnych, które byłoby zrozumiałe dla niej i innych laików.

Ponadto pragnę wyrazić wdzięczność tym, którzy przyczynili się do powstania Fundacji Elike J. Mautner i umożliwili realizację tych wykładów.

Los Angeles, Kalifornia, maj 1983

WSTĘP RALPHA LAYTONA

Richard Feynman stał się legendą w świecie fizyki dzięki swojemu wyjątkowemu sposobowi patrzenia na świat: nie przyjmując niczego za oczywiste i przemyślając wszystko od nowa, często osiągał oryginalne i głębokie zrozumienie natury, a jego styl cechowała świeżość i elegancka prostota .

Znany jest również jako entuzjastyczny nauczyciel fizyki. Feynman, który odrzucił niezliczone oferty wygłoszenia przemówienia w prestiżowym stowarzyszeniu lub organizacji, może być łatwym celem dla ucznia przechodzącego obok jego biura i proszącego o wystąpienie w lokalnym szkolnym klubie fizycznym.

Ta książka to ryzykowne przedsięwzięcie, którego, o ile nam wiadomo, nigdy wcześniej nie podjęto. Jest to uczciwe, proste wyjaśnienie dla laików dość złożonego tematu – elektrodynamiki kwantowej. Został zaprojektowany w taki sposób, aby dać zainteresowanemu czytelnikowi prawidłowe pojęcie o rodzaju rozumowania, do którego uciekają się fizycy, aby wyjaśnić zachowanie Natury.

Jeśli planujesz studiować fizykę (lub już studiujesz), nie znajdziesz w tej książce niczego, czego musiałbyś się „nauczyć na nowo”. Jest to kompletny, dokładny w każdym szczególe opis pewnego szkieletu, na którym bez zmian będą opierać się nowe, ulepszone koncepcje. Dla tych z Was, którzy studiowali już fizykę, będzie to objawienie tego, co tak naprawdę robiliście, wykonując skomplikowane obliczenia!

Do studiowania rachunku różniczkowego Richard Feynman w dzieciństwie zainspirowała się książką rozpoczynającą się słowami: „Co potrafi jeden głupiec, może to zrobić drugi”. Podobnymi słowami chciałby zwrócić się do swoich czytelników: „Co jeden głupiec zrozumie, inny zrozumie”.

Znalazłem tę książkę na półce mojego brata fizyka. Na okładce przeczytałam, że to cykl wykładów dla HUMANISTYKI i byłam zachwycona. „Hej, to książka napisana dla mnie, nie dla ciebie” – tymi słowami wywłaszczyłem sobie te wykłady i na długi czas zacząłem rozumieć dżunglę elektrodynamiki kwantowej.

Elektrodynamika kwantowa jest oczywiście fascynująca i użyteczna (chociaż jest mało prawdopodobne, że będę w stanie zastosować tę wiedzę w życiu, z wyjątkiem popisywania się przed przyjaciółmi i towarzyszami), ale jednocześnie jest to niezwykle trudne, miejscami zupełnie niezrozumiałe, a humanistyce grozi eksplozja mózgu. Szczególnie pod koniec książki, gdzie Feynman przechodzi od właściwości światła (a nie było trudno zrozumieć pojęcia interferencji, odbicia i cząsteczkowo-falowej teorii światła) do struktury świata i cząstek elementarnych. Jeśli chodzi o wielobarwne kwarki, gluony, miony i bozony W, byłem prawie zdezorientowany i nie mogłem sobie tego wszystkiego wyobrazić. Cóż, nie jestem w stanie zrozumieć antycząstek, ponieważ w moim prawdziwym świecie nie można cofnąć się w czasie!

W tej książce Richard Feynman wyjaśnia, czym jest światło, z czego składa się materia i jak cząstki oddziałują na siebie, ale nie wyjaśnia, dlaczego tak się dzieje. A ja uwielbiam pytanie „dlaczego?” A kiedy Feynman za pomocą strzałek na wykresach obróconych pod pewnymi kątami wyjaśnia, jak obliczyć prawdopodobieństwo przejścia światła lub odbicia światła od szkła, ja uparcie próbowałem znaleźć odpowiedź na pytanie, dlaczego niektóre fotony odbijają się, a inne nie. Co najważniejsze, Feynman mówi, jak używać QED (która jest w istocie teorią prawdopodobieństwa cząstek elementarnych przy użyciu technik algebry wektorowej). Za pomocą QED jest gotowy wyjaśnić prawie każdy proces we wszechświecie (z wyjątkiem grawitacji i czegoś innego). A cała elektrodynamika kwantowa sprowadza się do 3 działań:

1. Foton leci z jednego miejsca do drugiego
2. Elektron leci z jednego miejsca do drugiego
3. Elektron emituje lub pochłania foton.

Czy ty nic nie rozumiesz? Przeczytaj więc te wykłady - a coś zrozumiesz!

Ci, którzy czytali autobiografię Feynmana, wiedzą, że ma on świetne poczucie humoru. I nawet wygłaszając wykłady, ten fizyk nie zamienia się w ważnego i zawiłego profesora, wciąż ironizuje siebie i swoich słuchaczy, często żartuje i nie traci swojego uroku. Oj, szkoda, że nigdy nie będę mogła być na jego wykładach i słuchać ich na żywo! Gdybym miał taką możliwość, na pewno nie opuściłbym żadnego wykładu, nawet gdybym nie rozumiał zielono-antyniebieskich gluonów i b-kwarków. Nawiasem mówiąc, b-kwark oznacza kwark piękny, czyli „kwark ładny”. Są też „kwarki dziwne”, „kwarki urocze” i mniej urocze kwarki „górny” i „dolny”.

No cóż, na zakończenie krótka historia o tym, jak wykłady Feynmana przydały się już w moim życiu.

Właściwie pod rozcięciem...

Znajomi przez długi czas próbowali mnie namówić na obejrzenie serialu „Teoria wielkiego podrywu”, ale ja wciąż odmawiałam. Jednak po wykładach Feynmana zdecydowała się zaangażować w kolejny cykl. Pamiętasz, jak to się zaczyna?

Sheldon: Jeśli foton zostanie skierowany w stronę płaszczyzny z dwiema szczelinami, z których jedna ma detektor, nie będzie interferencji. Jeśli nie ma detektora, będzie. Jeśli zwrócisz detektor, gdy foton opuścił płaszczyznę, ale nie osiągnął punktu końcowego, interferencja ponownie zniknie.
Leonardo: Zgadzam się. A co to za żart?
Sheldon: Nic. To dobry pomysł na nadruk na koszulce.

Unikalny autograf słynnego diagramu Feynmana, podpisany przez samego Feynmana; zdjęcie dzięki uprzejmości Jaya M. Pasachoffa, profesora astronomii w Fields Memorial w Williams College. Schemat ten został przedstawiony na pierwszych stronach jego egzemplarza pierwszego wydania CO BYŁO DO OKAZANIA.

Przedmowa redaktora tłumaczeń

L. B. Okun

Przedmowa Leonarda Mautnera

Wykład „Pamięci Elixa J. Mautnera” został zorganizowany ku czci mojej żony Elix, zmarłej w 1982 roku. Elix studiowała literaturę angielską, ale konsekwentnie interesowała się wieloma dziedzinami nauki. Dlatego też powołano fundację jej imienia, której celem jest prowadzenie corocznego cyklu wykładów przybliżających ludziom myślącym i zainteresowanym idee i osiągnięcia nauki.

Bardzo się cieszę, że Richard Feynman zgodził się wygłosić pierwszą serię wykładów. Jesteśmy przyjaciółmi od 55 lat, od dzieciństwa w Far Rockaway w stanie Nowy Jork. Richard znał Elix od około 22 lat i od dawna chciała, żeby przygotował wyjaśnienie fizyki cząstek elementarnych, które ona i inni laicy mogliby zrozumieć.

Ponadto pragnę wyrazić wdzięczność tym, którzy przyczynili się do powstania Fundacji Elix J. Mautner i umożliwili realizację tych wykładów.

Los Angeles, Kalifornia, maj 1983

Wprowadzenie Ralpha Leightona

Jeśli planujesz studiować fizykę (lub już studiujesz), nie znajdziesz w tej książce niczego, czego musiałbyś się „nauczyć na nowo”. Jest to kompletny, dokładny w każdym szczególe opis pewnego szkieletu, na którym bez zmian będą opierać się nowe, ulepszone koncepcje. Dla tych z Was, którzy już studiowali fizykę, będzie to objawienie tego, czym jesteście W rzeczywistości tego dokonać, wykonując skomplikowane obliczenia!

Pasadena, Kalifornia, luty 1985

Niniejsza książka jest zapisem wykładów, które wygłosiłem na temat elektrodynamiki kwantowej na Uniwersytecie Kalifornijskim. Wykłady są nagrywane i redagowane przez mojego dobrego przyjaciela Ralpha Leightona. Trzeba przyznać, że rękopis uległ znaczącym zmianom. Doświadczenie pana Laytona w nauczaniu i pisaniu okazało się bardzo cenne w naszych próbach przedstawienia tej centralnej gałęzi fizyki szerszemu gronu odbiorców.

Często w „popularnych” przedstawieniach nauki pozorną prostotę osiąga się kosztem opisu czegoś zupełnie innego, kosztem znacznego zniekształcenia tego, co próbują opisać. Szacunek do naszego tematu nie pozwolił nam na to. Spędziliśmy wiele godzin na dyskusjach, starając się osiągnąć maksymalną klarowność i prostotę, bezkompromisowo odrzucając zniekształcanie prawdy.

Wykład 1. Wprowadzenie

Elix Mautner bardzo interesowała się fizyką i często prosiła mnie, żebym jej wszystko wyjaśnił. Wszystko dobrze wyjaśniłem (w ten sam sposób, w jaki tłumaczę studentom Caltech, kiedy przychodzą do mnie w czwartki), ale ostatecznie nie mogłem powiedzieć, co było dla mnie najciekawsze: zawsze tkwiliśmy w szalonych pomysłach mechaniki kwantowej. Powiedziałem jej, że nie da się tego wytłumaczyć w godzinę ani wieczór – zajęłoby to dużo czasu – ale obiecałem, że kiedyś przygotuję cykl wykładów na ten temat.

Przygotowałem kilka wykładów i pojechałem je przetestować w Nowej Zelandii - bo Nowa Zelandia jest daleko i gdyby wykłady się nie udały, to byłoby nic! W Nowej Zelandii uznali, że wykłady były dobre. To są więc wykłady, które właściwie przygotowałam dla Elix, ale niestety nie mogę teraz zwrócić się do niej bezpośrednio.

chciałbym Ci powiedzieć o słynny w fizyce, a nie o nieznanym. Zwykle ludzie interesują się najnowszymi osiągnięciami, które pozwalają nam przechodzić od jednej teorii do drugiej, dlatego nie można powiedzieć nic o teorii, którą dokładnie zrozumieliśmy. Zawsze chcą wiedzieć to, czego my sami nie wiemy. Dlatego zamiast zasypywać Was wieloma niedopracowanymi, mało zbadanymi teoriami, chciałbym poruszyć temat, który został bardzo dokładnie przestudiowany. Uwielbiam tę dziedzinę fizyki i uważam, że jest cudowna. Nazywa się to elektrodynamiką kwantową, w skrócie QED.

Głównym celem moich wykładów jest możliwie najdokładniejsze opisanie dziwnej teorii oddziaływania światła i materii, a dokładniej oddziaływania światła i elektronów. Wyjaśnienie wszystkiego, co chcę, zajmie dużo czasu. Ale przed nami cztery wykłady, więc nie spieszę się i pomyślimy.

Historia fizyki polega na syntezie kilku teorii opartych na wielu zjawiskach. Na przykład zjawiska termiczne, świetlne, dźwiękowe, ruchowe i grawitacyjne są znane od dawna. Jednak po tym, jak Sir Isaac Newton wyjaśnił prawa ruchu, okazało się, że niektóre z tych pozornie niezwiązanych ze sobą rzeczy są różnymi aspektami tego samego zjawiska. Na przykład zjawiska dźwiękowe to nic innego jak ruch atomów powietrza. Dlatego dźwięk nie jest już uważany za coś odrębnego od ruchu. Odkryto również, że zjawiska termiczne można łatwo wyjaśnić prawami ruchu. W ten sposób ogromne sekcje fizyki połączyły się w prostszą teorię. Z drugiej strony grawitacji nie można wytłumaczyć prawami ruchu i nawet dzisiaj wyróżnia się ona spośród wszystkich innych teorii. Grawitacji nie można jeszcze wytłumaczyć żadnym innym zjawiskiem.