A fizikai törvények jellege PDF
Preview A fizikai törvények jellege
Richard P. Feynman A fizikai törvények jellege AKKORD KIADÓ A mű eredeti címe: Richard P. Feynman The Character of Physical Law BBC, London, 1965 Fordította: Gajzágó Éva Fedélterv: Kállai Nagy Krisztina Copyright © Richard P. Feynman, 1965 Hungarian translation © Gajzágó Éva, 1983 Hungarian edition © Akkord Kiadó, 2005 Minden jog fenntartva. A könyv bármely részlete csak a kiadó előzetes engedélyével használható fel. ISBN 963 9429 74 0 ISSN 1586-8419 Kiadja az Akkord Kiadó Kft. Felelős kiadó: Földes Tamás Felelős szerkesztő: Várlaki Tibor Sorozatszerkesztő: Oláh Vera Műszaki szerkesztő: Haiman Ágnes Tördelés: Szmrecsányi Mária Készült a Borsodi Nyomda Kft.-ben Felelős vezető: Ducsai György Tartalom Richard Feynman 4 Előszó – Paul Davies 6 1. Egy jellegzetes fizikai törvény: a gravitáció 13 2. A matematika és a fizika kapcsolata 41 3. A nagy megmaradási elvek 69 4. A fizikai törvények szimmetriái 98 5. A múlt és a jövő 125 6. Valószínűség és határozatlanság – a természet kvantummechanikai szemlélete 146 7. Új törvények keresése 171 Richard Feynman Richard P. Feynman a huszadik század egyik legragyogóbb elméleti fizikusa és eredeti gondolkodója volt. New Yorkban született 1918-ban. Tanulmányait a Massachusetts Műszaki Egyetemen végezte, ahol 1939-ben diplomázott. A Ph.D. fokozatot 1942-ben nyerte el Princetonban. A háború éveiben a Los Alamos Tudományos Laboratóriumban dolgozott. A Cornell Egyetemen lett az elméleti fizika professzora, itt Hans Bethe-vel dolgozott. Alapjaiban újjáépítette a kvantumelektrodinamika elméletét, ezért a munkájáért 1965- ben Nobel-díjban részesült. Egyszerűsített számítási szabályai az elméleti analízis standard eszközeivé váltak mind a kvantumelektrodinamikában, mind a nagyenergiájú fizikában. 1950-ben vendégprofesszor volt a Kaliforniai Műszaki Egyetemen, még ebben az évben az egyetem állandó professzora lett. Az Elméleti Fizika Richard Chace Professzora címet 1959-ben kapta meg. Ezekben az években a Nobel-díjas Murray Gell-Mann-nal dolgozott együtt. Rendkívüli képessége volt abban, hogy tudományát minden szintű hallgatóságnak átadja, ismert és népszerű előadó volt. Előadássorozatait összegyűjtötték és kiadták; ezek közé tartozik a The Feynman Lectures on Physics és a QED (Penguin, 1990), valamint ez a kötet is. Magyarul az előadásokat Mai fizika címmel 9 kötetben jelentette meg a Műszaki Könyvkiadó 1968 és 1970 között, de több részt újra kiadtak az elmúlt években: Hat könnyed előadás (Park Kiadó, 2000; Akkord Kiadó, 2003), Hat majdnem könnyű előadás (Akkord Kiadó, 2004), QED. A megszilárdult fény (Scolar Kiadó 2001, 2003). Visszaemlékezései Tréfál, Feynman úr? Egy mindenre kíváncsi pasas kalandjai címmel 1985-ben jelentek meg (magyarul a Park Kiadó adta ki 2001-ben és 2002-ben), meglepő módon nagy sikerrel. Hosszú betegség után 1988-ban halt meg. Freeman Dyson, a princetoni, New Jersey állambeli Institute for Advanced Study professzora Richard Feynmant „nemzedéke legeredetibb gondolkodójá”- nak nevezte, nekrológjában a The New York Times úgy jellemezte mint „vitathatatlanul az elméleti fizika háború utáni nemzedékének legragyogóbb, legnagyobb hatású, ikonisztikus” képviselőjét. Előszó A tudománytörténészek szívesen elidőznek a tudományos forradalmak jelentőségénél. Minden forradalom egy csapat úgynevezett zsenivel együtt érkezik, olyan férfiakkal és nőkkel, akiknek tehetsége és elképzelései erősen hatnak a tudományos közösségre, hogy kitörjenek a régi gondolkodásmódból és válasszák az új, szokatlan eszméket. A zseni jelenségét sokat tanulmányozták. Kisebb jelentőséget tulajdonítanak annak, amit stílusnak lehetne nevezni. Pedig a változások a munkastílusban ugyanolyan nagy befolyással lehetnek a tudományos fejlődésre, mint a hagyományos zsenialitás. Richard Feynman lángész volt, ugyanakkor stílusa igencsak eredeti. 1918-ban született, így már nem lehetett résztvevője a fizika aranykorának, amely e század első három évtizedében a relativitáselmélet és a kvantummechanika kettős forradalmával átalakította világképünket. Ez a sodró lendületű fejlődés vetette meg annak az épületnek az alapjait, amelyet ma „új fiziká”-nak nevezünk. Feynman ezekkel az alapokkal kezdte, és segített felépíteni az új fizika földszintjét. Eredményei tudományának szinte minden szögletét megérintették, mély és tartós befolyást gyakoroltak a fizikusok gondolkodásmódjára. Feynman előbb a szubatomi részecskék elméletében – nevezetesen a kvantumelektrodinamikaként ismert témakörben – végzett munkájával alapozta meg hírnevét. Valaha éppen ezzel a tárggyal kezdődött a voltaképpeni kvantumelmélet. Max Planck német fizikus 1900-ban azt a gondolatot vetette fel, hogy a fény és más elektromágneses sugárzások, ha addig hullámnak tekintették is őket, paradox módon kicsiny energiacsomagok, „kvantumok” módjára viselkednek, ha anyaggal kerülnek kölcsönhatásba, ezek a sajátos kvantumok később foton néven váltak ismerté. Az 1930-as évek kezdetére az új kvantummechanika létrehozói matematikailag leírhatóvá tették az elektromos töltésű részecskék, például elektronok fotonkibocsátását és -elnyelését. Bár a kvantumelektrodinamikának ez a kezdeti megfogalmazása aratott bizonyos sikereket, az elmélet nyilvánvalóan fogyatékos volt. A fiatal Feynmant az a probléma kezdte érdekelni az 1940-es évek vége felé, hogy hogyan lehetne ellentmondásmentes elméletet alkotni a kvantumelektrodinamikából. A kvantumelektrodinamikát ehhez a szilárd megalapozáshoz nemcsak a kvantummechanika elveivel kellett összehangolni, hanem a relativitáselmélettel is. Ennek a két elméletnek megvolt a maga külön matematikai eszköztára, sok bonyolult egyenletrendszere, és azokat csakugyan össze lehetett kapcsolni és békíteni úgy, hogy kielégítően írják le a kvantumelektrodinamikát. Feynman kortársai ezt az utat követték. Ő azonban gyökeresen más utat választott, olyannyira mást, hogy voltaképpen többé-kevésbé közvetlenül leírhatta a válaszokat, mindenféle matematika nélkül! Az intuíciónak ehhez a kivételes vívmányához egy egyszerű diagramrendszer kitalálásával jutott el. Ezek a Feynman-féle diagramok szimbolikus, egyszersmind hatékony heurisztikus módszerrel szolgálnak annak leírására, hogy mi történik az elektronok, fotonok és más részecskék kölcsönhatása közben. Manapság a Feynman-diagramok már mindennapos számítási segédeszközök, az 1950-es évek elején azonban – az elméleti fizika hagyományos műveléséhez képest – elképesztően új utat jelöltek ki. A kvantummechanika következetes elméletének megalkotása, bár mérföldkő volt a fizika fejlődésében, egyedi probléma volt csupán, s csak a kezdet. Arra volt jó, hogy kijelölje a Feynman-féle jellegzetes stílust, a stílust, amely visszhangot keltett a világháborút követően a fizikában és egy sorozatra való fontos eredményt idézett elő. A Feynman-stílusra a tudományos ismeretek iránti tisztelet, egyszersmind tiszteletlenség a legjellemzőbb. A fizika egzakt tudomány, és a meglevő ismerettömeget, ha nem teljes is, nem lehet egyszerűen félresöpörni. Feynman igen fiatalon roppant sok bevett fizikai elvet szívott magába, és úgy határozott, hogy szinte kizárólag csak hagyományos problémákkal fog foglalkozni. Nem az a fajta lángész volt, aki hód módjára várat épít szaktudományának valamelyik holtágában, hogy ott valami gyökeresen újat találjon. Az volt az ő különleges képessége, hogy jellegzetesen egyéni gondolkodásmóddal közelítsen meg lényeges és nagy horderejű kérdéseket; ebben elkerülte a meglevő formalizmust, és kifejlesztette a maga igen intuitív felfogásmódját. A legtöbb elméleti fizikus gondos matematikai számításokat használt útmutatóul és támaszul arra az esetre, ha ismeretlen területre jut. Feynman hozzáállása viszont szinte fennhéjázó volt. Feynman, való igaz, érdeklődését ily módon követve bizonyos egészséges megvetést mutatott a szigorú formalizmus iránt. Igen nehéz dolog felmérni, hogy a zsenialitásnak mely foka szükséges ehhez a munkamódszerhez. Az elméleti fizika az egyik legnehezebb szellemi gyakorlat: szemléltethetetlen elvont fogalmakat kapcsol össze roppant matematikai bonyolultsággal. A legtöbb fizikus csak a legmagasabb szintű szellemi fegyelem betartásával jut előbbre. Feynman meg mintha keresztülgázolt volna a gyakorlatnak ezen a szigorú törvényén, és úgy jutott az eredményekhez, mint aki érett gyümölcsöt szakít le a tudás fájáról. A Feynman-stílus sok tekintetben Feynman személyiségéből fakad. Tudósként és magánéletében is minden látszat szerint roppant szórakoztató játéknak tekintette a világot. A fizikai univerzum – s nemkülönben a társadalmi környezet – mint rejtvények és próbatételek lenyűgöző sorozata mutatkozott meg előtte. Egész életében nagy tréfacsináló volt, a tekintéllyel és a tudományos körökkel éppolyan tiszteletlenül bánt, mint a nagyképűsködő matematikai formalizmussal. Nehezen tűrte az ostobaságot, s áthágta a szabályokat, ha önkényesnek vagy képtelennek tartotta őket. Életrajzi írásaiban szórakoztató történeteket találni arról, hogyan fogott ki a háború idején az atombomba biztonsági szolgálatán, azután arról, hogy páncélszekrényeket nyitogatott és nőket nyűgözött le megbotránkoztató viselkedésével. A kvantumelektrodinamikai munkájáért kapott Nobel-díjat is meglehetős nemtörődömséggel kezelte. Ki nem állhatta a formalitásokat, a huncutság és a rejtélyesség viszont elbűvölte. Sokan emlékeznek rá, mennyire rögeszméjévé vált Tuva, egy régen elveszett közép-ázsiai ország; erről gyönyörű dokumentumfilm is készült, nem sokkal Feynman 1988-ban bekövetkezett halála előtt. Szenvedélye volt a dobolás a bongódobon, a festés, a sztriptízbárok gyakori látogatása, a maja hieroglifák megfejtése. Feynmant ez az élet napos oldalát látó életfelfogás nagyon alkalmassá tette mindenféle – különösen a fizikai – ismeret közlésére. Kevés ideje volt egyetemi előadást tartani vagy Ph.D.-hallgatókat irányítani, de ragyogó előadásokat tartott, ha úgy hozta kedve, s ilyenkor áradt belőle a szikrázó szellemesség, az átható éleselméjűség és az egész kutatói pályáját végigkísérő tiszteletlenség. Az 1960-as évek közepén Feynmant meghívták a New York állambeli Cornell Egyetemre, hogy a fizikai törvények jellegéről tartson nyilvános előadás-sorozatot. Az előadásokat a BBC televízió felvette és könyvben rögtön megjelentette. A 60-as évek vége felé fiatal diákként jutottam hozzá a könyvhöz és lebilincselőnek találtam azt. A legjobban az a mód nyűgözött le, ahogyan Feynman képes volt a legszerényebb fogalomkörből kiindulva, nagyon kevés matematikával, a technikai zsargont alig használva messze mutató fizikai gondolatokat megismertetni. Mindig megtalálta az éppen odaillő hasonlatot, hétköznapi példát, hogy bemutasson egy nagyon mély elvet, és mellőzte az esetleges, lényegtelen részleteket. Munkásságom során mindig eszembe jutott az ő ragyogó hasonlata az energiamegmaradás törvénye és azon probléma között, hogy az ember nedves törülközővel próbálja magát megszárítani. Az előadásokban az anyag kiválasztásának nem volt célja, hogy széles körű áttekintést nyújtson a modern fizikáról. Feynman szándéka sokkal inkább az, hogy az ismertetett problémák, rejtélyek a fizikai elmélet alapproblémáihoz tartozzanak. Az egész fizikát a törvény szelleme járja át, az a hit, hogy egy rendezett világegyetemben élünk, amelyet racionális gondolkodással meg lehet érteni. A fizika törvényei azonban nem tűnnek rögtön elő a természet közvetlen megfigyelésekor. Rejtettek, finoman bújnak meg a tanulmányozott jelenségekben. A fizika legismertebb törvénye a gravitáció Newton-féle törvénye, amelyről Feynman az első előadásban beszélt. Sok más törvény érvényes a természet különböző erőire, ezek azt írják le, hogy az anyag részecskéi miként vannak egymással kölcsönhatásban. Alapvető erő azonban csak egynéhány van, és Feynman a történelem azon kevés tudósainak egyike, aki egy új fizikai törvényt fedezett fel arról, hogyan hat egy gyenge nukleáris erő bizonyos szubatomi részecskék viselkedésére. Feynman korában a fizikusok jelentős részét a nagyenergiájú részecskefizika foglalkoztatta, a hatalmas és
The list of books you might like
