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作者简介 理查德·费曼(Richard P.Feyrman,1918-1988) 1918年,生于美国纽约。 1939年,于麻省理工学院毕业,进入普林斯顿大学研究院。 1942年,加入美国原子弹研究项目小组,参与秘密研制原子弹项目“曼哈顿计划”。 1965年,获诺贝尔物理学奖。 1986年,参与调查“挑战者号”事故,当场做实验证明爆炸起因。 1988年2月,因癌症辞世。 除了作为一名物理学家,在他一生中的不同时期,他还是无线电修理者、保险柜密码破解高手、艺术家、舞蹈爱好者、手鼓演奏者和玛雅象形文字的破译者,以及“呼麦唱法”的发现者,曾一直期待去呼麦的发源地——图瓦,最终未能成行。 书评(媒体评论) “也许并不那么简单,不过,对于那些有兴趣了 解20世纪物理学中意义最为深远的观念的人,这是一 份珍贵的奖品。” ——洛基·科尔布 Rocky Kolb,Blind Watchers ofthe Sky以及The early Universe(与迈 克尔·特纳Hichael TIJrner合著)的作者 “阅读这本小册子就好像站在牛顿或者爱因斯坦 的肩膀上向远方眺望。它显示出费曼达到了最高的境 界,精彩的类比使读者赏心悦目,而且激励他们提出 有关我们这个世界的深刻的问题。假如有哪一位曾经 深思过宇宙之谜并且惊叹:为什么会如此?那么,我 极力向他推荐这本小册子。” ——加来道雄 Michio Kaku,Visions andHyperspace的作者 目录 出版者的话 由罗格·彭罗斯撰写的前言 专为本书所写的序言 费曼的序言 第一章 矢量 1-1 物理学中的对称性 1-2 平移 1-3 旋转 1-4 矢量 1-5 矢量代数 1-6 用矢量法表示牛顿定律 1-7 矢量的标量积 第二章 物理定律的对称性 2-1 对称操作 2-2 时空对称 2-3 对称性与守恒定律 2-4 镜像反射 2-5 极矢量和轴矢量 2-6 到底哪一只是右手 2-7 宇称不守恒了 2-8 反物质 2-9 不完整的对称性 第三章 狭义相对论 3-1 相对性原理 3-2 洛仑兹变换 3-3 迈克尔逊—莫雷实验 3-4 时间的变换 3-5 洛仑兹收缩 3-6 同时性 3-7 四维矢量 3-8 相对论动力学 3-9 质量和能量的等效性 第四章 相对论性的能量和动量 4-1 相对论和哲学家 4-2 双生子悖论 4-3 速度的变换 4-4 相对论性质量 4-5 相对论性能量 第五章 空间和时间 5-1空-时几何学 5-2 空-时间隔 5-3 过去、现在和未来 5-4 四维矢量的进一步讨论 5-5 四维矢量代数 第六章 弯曲空间 6-1 二维弯曲空间 6-2 三维空间的曲率 6-3 我们的空间是弯曲的 6-4 空-时中的几何学 6-5 引力和等效原理 6-6 引力场中时钟的快慢 6-7 空-时的曲率 6-8 在弯曲的空-时中运动 6-9 爱因斯坦的引力理论 理查德·费曼生平 名词索引 精彩页 第一章 矢量 1—1 物理学中的对称性 在这一章中,我们将介绍一个问题,这个问题在物理学的术语中叫做物理定律的对称性。在这里。“对称性”这个词是在一种特别的含义下被使用的,因此需要对它做出界定。一件事物什么时候是对称的——我们该如何定义它呢?当我们拿起一幅对称的图画时,它的一边总是与另一边相同。赫尔曼·外尔教授曾经给对称性下过这样的定义:如果能够让一件事物经历某个操作,而且它在经历了这个操作之后看上去没有任何变化,就说这件事物是对称的。比如说,如果我们观赏一个左右对称的花瓶,那么,让它绕垂直轴转过180°,它看上去就与原来一模一样。关于对称性。我们将采用外尔这种较为普遍的定义。我们将用这种定义讨论物理定律的对称性。 设想我们在某个地方建造一台机器,它由许多不同的部件组成。各个部件之间有大量错综复杂的相互作用,还有相互之间有作用力的活蹦乱跳的小球,如此等等。接下来设想我们在另外某个地方建造完全同类型的装置,每个部件都与原来的一模一样,相同的尺寸和取向。除了水平地移动了一段距离外,一切相同。然后。如果我们在严格一致的相同的初始状态下开动两台机器。我们要问:某台机器与另外一台机器会完全一样地运转吗?它们会严格对应地实现所有动作吗?有充分的理由认为答案是否定的,原因是,如果我们建造机器的地点选择不当,它就会有可能被安装在某个围墙中,来自围墙的干扰就有可能使机器的运转失灵。 物理学中所有的观念都需要我们懂得应用它们的常识:它们并不是纯粹的数学观念或者抽象概念。当我们说将机器移到新的地点后现象相同这句话时。必须明白自己在说什么。这句话表示移动各种我们认为是相互关联的物体:假如现象不一样,就认为某些相关的东西没有被移过去。那就得再把它找出来。假如我们一直都找不到这种东西,那就得断言物理定律不具有这种对称性;另一方面,假如物理定律确实具有这种对称性。我们就可以找到它(我们预料能找到它);环顾四周,我们就会发现,比如说,围墙正在影响着我们的机器。根本的问题在于。假如我们把事物确定得足够明确,假如所有必不可少的力都包括在机器中。假如所有相关的部件都从一个地点移到另一个地点,那么,这些规律是否会一样呢?机器是否会以相同的方式运转呢? 显然。我们想要做的事情是移动所有的设备和基本影响,但并不是世界上所有的物体——行星、恒星等,因为如果我们这样做了,我们就会由于显而易见的理由重现相同的现象,这个理由就是,我们正好回到开始时的状态。不。我们不能移动所有的物体。不过,实践表明。只要我们对所要移动的事物有一定的了解,机器就会运转。换句话说。假如我们不把机器安装在围墙里面,假如我们知道外力的起因,并设法把这些力也移走。那么,这部机器在某个地点就会像在另一个地点一样以相同的方式运转。 P1-3 导语 《费曼讲物理:相对论》是从有名的费曼《物理学讲义》节选的六节有关相对论的物理课。即使是相对论的创立者爱因斯坦本人,对这个理论所创造出来的奇迹、这个理论的作用以及它的基本概念,也无法做出像费曼这样的解释。费曼的讲授不追求数学上的严格,也不落实于具体的应用,而是通过引人入胜的叙述,运用丰富而生动的例证,以及深刻而精辟的议论,透彻地讲解各种物理现象的本质和规律。本书体现了费曼身兼杰出物理学家和优秀教师于一身的独特才能。 序言 《费曼讲物理:入门》(由Addison—Wesley出版公 司于1995年出版)这本小册子无与伦比的成功与畅销,激 发起公众、学生甚至科研人员想要得到更多费曼的书面讲 义和录音材料的强烈要求。因此,我们重新翻阅了原《物 理学讲义》和加州理工学院的讲课记录,看一看是否还有 更加“容易读的”篇章。结果没有找到。不过,倒是有许 多不那么容易读的讲稿,这些讲稿尽管用到一些数学方法 ,但是,对于刚刚入门的理科学生来说。它们并不算太难 ;对于学生和非物理专业的人士来说。这六章讲稿与先前 那六章同样令人兴奋、引人入胜和使人愉悦。 这些不那么容易读的篇章与先前那六篇之间的另一个 差别是,先前那六个专题跨越了物理学中从力学到热力学 以至到原子物理学的若干个领域。然而。大家手头上这六 个新的问题却都围绕着一个主题,这个主题已经引发了从 黑洞到虫洞。从原子能到时间反常等多项在现代物理学中 最具革命性的发现和令人叹为观止的理论;我们所说的当 然就是相对论了。不过,即使是相对论的创立者爱因斯坦 大师本人,对这个理论所创造出来的奇迹、这个理论的作 用以及它的基本概念,也无法做出像来自纽约的理查德· 费曼这样的解释,这一点大家在阅读这些章节或者聆听CD 录音时就会得到证明。 Addison—Wesley Longman出版公司衷心感谢罗杰· 彭罗斯为这一辑演讲汇编所写的精辟的前言;感谢布赖恩 ·哈特菲尔德和大卫·皮内斯在挑选这六章讲义时提出的 非常宝贵的建议:还要感谢加州理工学院物理系及档案研 究所,特别要感谢朱迪思·古德斯坦在规划出版这本小册 子及其CD录音中给予的协助。 内容推荐 费曼是比尔·盖茨无比崇拜的偶像,他偶然看到费曼演讲的录像,就着迷了。盖茨称费曼为:此生未遇之良师。并且说:费曼讲得无比清楚,任何人都能昕明白。 《费曼讲物理:相对论》是费曼著名的《物理学讲义》中节选的有关相对论的物理课,即使是相对论的创立者爱因斯坦本人,对这个理论所创造出来的奇迹、这个理论的作用以及它的基本概念,也无法做出像费曼这样的解释。现在,你也有机会可以和盖茨一起,来到20世纪最了不起的物理学家费曼的相对论课堂上了。 |