Дюжина лекций: шесть попроще и шесть посложнее

ДЮЖИНА ЛЕКЦИЙ:
ШЕСТЬ ПОПРОЩЕ
И ШЕСТЬ ПОСЛОЖНЕЕ

Р. ФЕЙНМАН
ДЮЖИНА
ЛЕКЦИЙ:
ШЕСТЬ ПОПРОЩЕ
И ШЕСТЬ ПОСЛОЖНЕЕ
10-е издание, электронное
Перевод с английского
Е. В. Фалёва и В. А. Носенко
Москва
Лаборатория знаний
2024

УДК 53
ББК 22.3
Ф36
Перевод: ч. 1 — Е. В. Фалёв, ч. 2 — В. А. Носенко
Фейнман Р.
Ф36
Дюжина лекций: шесть попроще и шесть посложнее /
Р. Фейнман ; пер. с англ. — 10-е изд., электрон. — М. : Лаборатория
знаний, 2024. — 321 с. — Систем. требования: Adobe Reader XI ;
экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-93208-704-6
Приводятся избранные лекции выдающегося американского физика,
лауреата Нобелевской премии Р. Фейнмана. В них рассматриваются этапы
становления современной физики и ее концепций, связь физики с другими науками, теория тяготения, квантовая механика, симметрия законов
физики, специальная теория относительности, искривленное пространствовремя и другие важные вопросы, разработанные автором в процессе его
плодотворной научной деятельности.
Для студентов, изучающих теоретическую и экспериментальную физику, преподавателей вузов и широкого круга читателей, интересующихся
проблемами современной физики.
УДК 53
ББК 22.3
Деривативное издание на основе печатного аналога: Дюжина лекций:
шесть попроще и шесть посложнее / Р. Фейнман ; пер. с англ. — 10-е изд. —
М. : Лаборатория знаний, 2024. — 318 с. : ил. — ISBN 978-5-93208-386-4.
Оригинальные издания:
1. SIX EASY PIECES: ESSENTIALS OF PHYSICS EXPLAINED BY ITS MOST
BRILLIANT TEACHER by RICHARD P. FEYNMAN.
2. SIX NOT-SO-EASY PIECES: EINSTEIN’S RELATIVITY, SYMMETRY, AND
SPACE-TIME by RICHARD P. FEYNMAN.
Настоящее издание опубликовано по соглашению с Basic Books, подразделением
Perseus Books, LLC, дочерней компании Hachette Books, New York, USA. Все
права защищены.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений,
установленных
техническими
средствами
защиты
авторских
прав,
правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков
или выплаты компенсации
ISBN 978-5-93208-704-6
1. Copyright © 1963, 1989, 1995, 2011
by the California Institute of Technology
2. Copyright © 1963, 1989, 1997, 2011
by the California Institute of Technology
Introduction copyright © 1997 by Roger
Penrose
© Лаборатория знаний, 2015

Оглавление
I. Шесть простых фрагментов
От издателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Специальное предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Предисловие автора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1. Атомы в движении. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Вещество состоит из атомов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Атомные процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Химические реакции. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2. Основы физики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Физика до 1920 года . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Квантовая физика. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Ядра и частицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3. Отношение физики к другим наукам . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Химия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Биология. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Астрономия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
Геология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Психология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
С чего все началось? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4. Сохранение энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Что такое энергия? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Потенциальная энергия тяготения . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Кинетическая энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Другие формы энергии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

Оглавление
5. Теория тяготения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Движение планет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Законы Кеплера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Развитие динамики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Ньютоновский закон тяготения. . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Всемирное тяготение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
Эксперимент Кавендиша . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Что такое тяготение? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Тяготение и относительность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
6. Квантовое поведение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
Атомная механика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
Эксперимент с пулеметной стрельбой. . . . . . . . . . . . . . 139
Эксперимент с волнами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
Эксперимент с электронами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
Интерференция электронных волн . . . . . . . . . . . . . . . 146
Наблюдение за электронами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Исходные принципы квантовой механики . . . . . . . . . . 155
Принцип неопределенности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
II. Шесть не столь простых фрагментов
От издателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
1. Векторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
1.1. Симметрия в физике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
1.2. Переносы начала координат . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
1.3. Вращения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
1.4. Векторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
1.5. Векторная алгебра. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
1.6. Законы Ньютона в векторной записи . . . . . . . . . . . 187
1.7. Скалярное произведение векторов . . . . . . . . . . . . . 190
2. Симметрия законов физики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
2.1. Операции симметрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
2.2. Симметрия в пространстве и времени . . . . . . . . . . . 196
2.3. Симметрия и законы сохранения. . . . . . . . . . . . . . 200
2.4. Зеркальные отражения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
2.5. Полярный и аксиальный векторы . . . . . . . . . . . . . 206
2.6. Какая же рука — правая?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
2.7. Четность не сохраняется! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
2.8. Антивещество. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
2.9. Нарушенная симметрия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

Оглавление
7
3. Специальная теория относительности . . . . . . . . . . . . . . 219
3.1. Принцип относительности . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
3.2. Преобразование Лоренца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
3.3. Опыт Майкельсона—Морли . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
3.4. Преобразование времени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
3.5. Лоренцево сокращение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
3.6. Одновременность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
3.7. 4-векторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
3.8. Релятивистская динамика . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
3.9. Связь массы и энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
4. Релятивистская энергия и релятивистский импульс . . . 241
4.1. Относительность и философы . . . . . . . . . . . . . . . . 241
4.2. Парадокс близнецов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
4.3. Преобразование скоростей . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
4.4. Релятивистская масса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
4.5. Релятивистская энергия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
5. Пространство-время . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
5.1. Геометрия пространства-времени . . . . . . . . . . . . . 261
5.2. Пространственно-временные интервалы . . . . . . . . . 265
5.3. Прошедшее, настоящее и будущее . . . . . . . . . . . . . 267
5.4. Еще немного о 4-векторах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
5.5. Алгебра 4-векторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
6. Искривленное пространство . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
6.1. Искривленное пространство двух измерений. . . . . . 279
6.2. Кривизна в трехмерном пространстве. . . . . . . . . . . 290
6.3. Наше пространство искривлено. . . . . . . . . . . . . . . 292
6.4. Геометрия в пространстве-времени . . . . . . . . . . . . 295
6.5. Сила притяжения и принцип эквивалентности . . . . 296
6.6. Ход часов в поле сил тяготения . . . . . . . . . . . . . . . 297
6.7. Кривизна пространства-времени . . . . . . . . . . . . . . 303
6.8. Движение в искривленном пространстве-времени . . 304
6.9. Эйнштейновская теория тяготения . . . . . . . . . . . . 308
О Ричарде Фейнмане . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
Предметный указатель. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

I
Шесть простых
фрагментов