费曼物理学讲义【荐】.pdfVIP

第一卷 第一章 原子的运动 理查德费曼· 1-1 引言 这是一门两学年的物理课，我们开设这门课程是着眼于你们，读者们，将成 物理学工作者。当然情况并非一定如此，但是每门学科的教授都是这样设想的！假 如你打算成为一个物理学工作者，就要学习很多东西，这是一个200年以来空前蓬 勃发展的知识领域。事实上你会想到，这么多的知识是不可能在四年内学完的，确 实不可能。你们还得到研究院去继续学习。 相当出人意外的是，尽管在这么长时间中做了极其大量的工作，但却有可能把 这一大堆成果大大地加以浓缩。这就是说，找到一些概括我们所有知识的定律。不 过，即使如此，掌握这些定律也是颇为困难的。因此，在你对科学的这部分与那部 分题材之间的关系还没有一个大致的了解之前就让你去钻研这个庞大的课题的话， 就不公平了。根据这种看法，前三章将略述物理学与其他科学的关系，各门学科之 间的相互联系以及科学的含义，这有助于你们对本学科产生一种切身的感受。 你们可能会问，在讲授欧几里德几何时先是陈述公理，然后作出各种各样的推 论，那为什么在讲授物理学时不能先直截了当地列出基本定律，然后再就一切可能 的情况说明定律的应用呢？（这样一来，如果你不满足于要花四年时间来学习物理， 那你是否打算在4分钟内学完它？）我们不能这样做是由于两个理由。第一，我们 还不知道所有的基本定律：未知领域的边界在不断地扩展。第二，正确地叙述物理 定律要涉及到一些非常陌生的概念，而叙述这些概念又要用到高等数学。因此，即 使为了知道词的含义，也需要大量的预备性的训练。的确，那样做是行不通的，我 们只能一步一步地来。 大自然整体的每一部分始终只不过是对于整个真理——或者说，对于我们至今 所了解的整个真理——的逼近。实际上，人们知道的每件事都只是某种近似，因 我们懂得，到目前为止，我们确实还不知道所有的定律。因此，我们之所以需要学 习一些东西，正是为了要抛弃以前的谬见，或者更可能的是为了改正以前的谬见。 科学的原则——或者简直可称为科学的定义为：实验是一切知识的试金石。实 验是科学“真理”的唯一鉴定者。但是什么是知识的源泉呢？那些要检验的定律又是 从何而来的呢？从某种意义上说，实验为我们提供了种种线索，因此可以说是实验 本身促成了这些定律的产生。但是，要从这些线索中作出重大的判断，还需要有丰 富的想象力去对蕴藏在所有这些线索后面的令人惊讶、简单、而又非常奇特的图象 进行猜测，然后，再用实验来验证我们的猜测究竟对不对。这个想象过程是很艰难 的，因此在物理学中有所分工，理论物理学家进行想象、推演和猜测新的定律，但 并不做实验；而实验物理学家则进行实验、想象、推演和猜测。 我们说过，自然的定律是近似的：起先我们找到的是“错”的定律，然后才发现 “对”的定律。那么一个实验怎么可能是“错误”的呢？首先通常是：仪器上有些毛病， 而你又没有注意，但是这种问题是容易确定的，你可以反复检查。如果不去纠缠在 这种次要的问题上，那么实验的结果怎么可能是错误的呢？这只可能是由于不够精 确罢了。例如，一个物体的质量似乎是从来不变的：转动的陀螺与静止的陀螺一样 重。结果就发现了一条“定律”：质量是个常数，与速率无关。然而现在发现这条“定 律 却是不正确的。质量实际上随着速度的加大而增加，但是要速度接近于光速才会” 100 / 显著增加。正确的定律是：如果一个物体的速率小于 海里秒，那么它的质量的 变化不超过百万分之一。在这种近似形式下，这就是一条正确的定律。因此，人们 可能认为新的定律实际上并没有什么有意义的差别。当然，这可以说对，也可以说 不对。对于一般的速率我们当然可以忘掉它，而用简单的质量守恒定律作为一种很 好的近似。但是对于高速情况这就不正确了：速率越高，就越不正确。 最后，最有趣的是，就哲学上而言，使用近似的定律是完全错误的。纵然质量 的变化只是一点点，我们的整个世界图景也得改变。这是有关在定律后面的哲学或 基本观念的一件十分特殊的事，即使是极小的效应有时在我们的观念上也要引起深 刻的变化。 那么，我们应该首先教什么呢？是否应先教那些正确的、陌生的定律以及有关 的奇特而困难的观念，例如相对论、四维时空等等之类？还是应先教简单的 质量守“ 恒” （扫校者注：译本原文如此，有网友提出，这里的