La Fisica di Feynman, Volume 2: Elettromagnetismo • Materia

619 Pages·2017·44.928 MB·Italian

by  Richard Feynman, Robert Leighton, Matthew Sands

Gli Autori
sa dimostrazione della fragilità delle guarnizioni O-ring a
Richard Feynman
basse temperature: un esperimento elegante per cui sono
Richard P. Feynman è nato nel 1918 a New York e ha bastati un morsetto e un bicchiere d’acqua ghiacciata. È
conseguito il dottorato nel 1942 alla Princeton University. forse meno nota la sua partecipazione, negli anni Sessanta,
Malgrado la giovane età ha svolto un ruolo chiave nel Pro- al California State Curriculum Committee. Incaricato di
getto Manhattan, condotto a Los Alamos durante la Se- selezionare i libri di testo per le scuole dello stato, Feynman
conda guerra mondiale. In seguito Feynman ha insegnato criticò aspramente il basso livello di quei manuali.
alla Cornell University e al California Institute of Techno- Nessun elenco delle innumerevoli imprese di Feynman
logy. Nel 1965 ha ricevuto il Nobel per la �sica, insieme a in campo scienti�co e didattico potrebbe restituire per in-
Julian Schwinger e Sin-Itiro Tomonaga, per le sue ricerche tero la sua �gura. Come ben sanno i suoi lettori, la perso-
sull’elettrodinamica quantistica, più di preciso per aver ri- nalità vivace e sfaccettata di Feynman risalta in tutte le sue
solto alcune inconsistenze della teoria. Ha inoltre formu- opere, anche nei testi più tecnici. Oltre a svolgere ricerca in
lato una teoria matematica per spiegare il fenomeno della �sica, in vari momenti della sua vita Feynman ha riparato
super�uidità nell’elio liquido. Tempo dopo ha svolto con radio, scassinato serrature, creato opere d’arte, danzato,
Murray Gell-Mann ricerche fondamentali sulle interazio- suonato i bongos e per�no decifrato gerogli�ci Maya. Era
ni deboli, per esempio sul decadimento beta. Nell’ultima un esempio perfetto di atteggiamento empirico e sempre
parte della sua vita Feynman ha contribuito in maniera es- curioso verso il mondo circostante.
senziale allo sviluppo della teoria dei quark, elaborando il Richard Feynman è morto a Los Angeles il 15 febbraio
modello a partoni per descrivere le collisioni di protoni ad 1988.
alta energia.
Oltre a questi risultati teorici, Feynman ha introdotto
in �sica nuove tecniche per calcoli fondamentali e notazio-
Robert Leighton
ni innovative; una fra tutte, i diagrammi di Feynman, che
sono diventati imprescindibili e che, forse più di qualsiasi Robert B. Leighton è nato a Detroit nel 1919. Nel corso
altro formalismo nella storia recente della scienza, hanno della sua vita ha svolto ricerche pioneristiche in vari cam-
in�uenzato in profondità la concezione e il calcolo di pro- pi della �sica: stato solido, raggi cosmici, �sica solare, fo-
cessi �sici fondamentali. togra�a planetaria, astronomia infrarossa, millimetrica e
Feynman aveva grandi doti didattiche. Fra i suoi molti submillimetrica; ha inoltre contribuito alla nascita della
riconoscimenti, era particolarmente orgoglioso della Me- moderna �sica delle particelle. Famoso per i suoi innovati-
daglia Ørsted per l’insegnamento della �sica, assegnatagli vi progetti di strumenti scienti�ci, era anche un insegnante
nel 1972. La Fisica di Feynman, pubblicata originariamente apprezzatissimo: ancor prima di partecipare alla stesura de
nel 1963, è stata descritta su Scienti�c American come «to- La Fisica di Feynman, ha scritto il manuale di grande suc-
sta, ma nutriente e ricca di sapore. Venticinque anni dopo, cesso Principles of Modern Physics.
è ormai il manuale di riferimento tanto per gli insegnan- Nei primi anni Cinquanta Leighton ha dato un note-
ti quanto per i migliori studenti dei primi anni». Per dif- vole contributo a dimostrare che il muone decade in un
fondere la comprensione della �sica nel grande pubblico, elettrone e due neutrini, e ha realizzato la prima misura
Feynman ha scritto La legge �sica e QED: la strana teoria dello spettro energetico dell’elettrone risultante. Dopo la
della luce e della materia. Ha al suo attivo anche diversi scoperta delle particelle strane, Leighton ne ha osservato
testi avanzati divenuti dei classici, e manuali per studenti e per primo il decadimento, spiegandone varie proprietà.
ricercatori. Pochi anni dopo Leighton ha inventato gli spettro-
Richard Feynman è stato anche un’attiva �gura pubbli- eliogra� a effetto Doppler e a effetto Zeeman. Grazie allo
ca. Com’è ben noto, ha fatto parte della commissione che spettroeliografo a effetto Zeeman, insieme ai suoi studenti
ha indagato sul disastro del Challenger, svolgendo la famo- ha creato una mappa ad altissima risoluzione del campo
VI Gli Autori © 978-8808-22107-0
magnetico solare, giungendo a scoperte sorprendenti: la tronica e strumentazione. Dopo la guerra ha contribuito
«super granulazione», e oscillazioni dell’ordine di cinque a fondare la Los Alamos Federation of Atomic Scientists,
minuti nelle velocità super�ciali locali del Sole; è così nato che si opponeva a usi ulteriori delle armi nucleari. Nello
il nuovo campo della sismologia solare. stesso periodo ha conseguito il dottorato al MIT, studian-
Leighton ha poi progettato e costruito strumenti con do i raggi cosmici sotto la direzione di Bruno Rossi.
cui realizzare immagini più nitide dei pianeti, e ha inaugu- Nel 1950 il Caltech ha assunto Sands perché parteci-
rato un altro campo di ricerca: l’ottica adattiva. Le imma- passe alla costruzione di un elettrosincrotrone da 1,5 GeV
gini dei pianeti a opera di Leighton sono state considerate e ne seguisse il funzionamento. Sands è stato il primo a
le migliori �no agli anni Sessanta, quando è iniziata l’era dimostrare, sul piano teorico e sperimentale, l’importanza
dell’esplorazione spaziale con le sonde. degli effetti quantistici negli acceleratori di elettroni.
All’inizio degli anni Sessanta Leighton ha creato un Dal 1960 al 1966 Sands ha fatto parte della Commis-
nuovo ed economico telescopio a infrarossi e ha realizzato sion on College Physics e ha supervisionato le riforme nel
la prima mappa del cielo a 2,2 µm, individuando così nella corso di laurea in �sica del Caltech sfociate nella creazione
nostra galassia un numero sorprendentemente alto di og- de La Fisica di Feynman. Nello stesso periodo è stato con-
getti indistinguibili a occhio nudo perché troppo freddi. A sulente sulle armi nucleari e il disarmo per il President’s
metà degli anni Sessanta ha diretto gli studi sulle immagini Science Advisory Committee, la Arms Control and Disar-
nelle missioni Mariner 4, 6 e 7 che il Jet Propulsion La- mament Agency e il Department of Defense.
boratory ha inviato verso Marte. Nello stesso laboratorio, Nel 1963 Sands è diventato vicedirettore per la costru-
Leighton ha dato un contributo decisivo alla creazione del zione e la gestione dello Stanford Linear Accelerator, al
primo sistema di televisione digitale nello spazio profondo, laboratorio SLAC, dove si è anche occupato del collisio-
e ha partecipato alle prime ricerche sull’elaborazione e il natore da 3 GeV, Stanford Positron Electron Asymmetric
miglioramento delle immagini. Rings (SPEAR).
Negli anni Settanta Leighton è passato a occuparsi del- Dal 1969 al 1985 Sands è stato professore di �sica alla
lo sviluppo di antenne grandi ed economiche utilizzabili University of California a Santa Cruz, di cui è anche sta-
per l’interferometria millimetrica e l’astronomia submilli- to Vice Chancellor for Science dal 1969 al 1972. Nel 1972
metrica. Una volta di più le sue spiccate doti sperimentali l’American Association of Physics Teachers gli ha confe-
hanno aperto un nuovo campo di ricerca, tuttora attiva- rito il Distinguished Service Award. Ha continuato a oc-
mente studiato con vari telescopi, come l’Owens Valley Ra- cuparsi di ricerca con gli acceleratori di particelle anche
dio Observatory in California e l’Atacama Large Millime- da professore emerito, �no al 1994. Nel 1998 la American
ter/submillimeter Array (ALMA) in Cile. Physical Society ha conferito a Sands il Robert R. Wilson
Robert Leighton è morto il 9 marzo 1997 a Pasadena, Prize «per i suoi vari contributi alla �sica degli accelerato-
in California. ri e allo sviluppo di collisionatori a protoni e a elettroni-
positroni».
Negli anni della pensione Sands ha seguito insegnanti
di scienze delle scuole primarie e secondarie di Santa Cruz,
Matthew Sands
aiutandoli a creare attività didattiche in laboratorio e al
Matthew Sands è nato nel 1919 a Oxford, nel Massachu- computer. Ha inoltre curato la pubblicazione dei Consigli
setts; ha conseguito il Bachelor of Arts alla Clark Univer- per risolvere i problemi di �sica, cui ha partecipato nell’Edi-
sity nel 1940 e il Master of Arts alla Rice University nel zione completa de La Fisica di Feynman.
1941. Durante la Seconda guerra mondiale ha partecipato Matthew Sands è morto il 13 settembre 2014 a Santa
al Progetto Manhattan, a Los Alamos, occupandosi di elet- Cruz, in California.
Prefazione a
La Fisica di Feynman - Edizione Millennium
È passato quasi mezzo secolo da quando Feynman ha ne a questi volumi, Feynman era piuttosto pessimista:
tenuto al Caltech il corso di �sica generale da cui sono «non credo che il mio corso abbia avuto molto successo
stati tratti i tre volumi de La Fisica di Feynman. In que- con gli studenti». Matthew Sands, nella sua rievocazio-
sti cinque decenni la nostra concezione del mondo �si- ne in Consigli per risolvere i problemi di �sica, esprime
co ha fatto enormi progressi, ma La Fisica di Feynman un parere assai più positivo. Per curiosità, nella pri-
non ha perso di attualità. Grazie agli straordinari meto- mavera del 2005 ho contattato a voce o per e-mail un
di didattici e all’intuito �sico di Feynman, le sue lezioni insieme quasi casuale di diciassette studenti che hanno
non hanno perso il loro smalto dall’epoca della prima seguito il corso di Feynman negli anni 1961-63 (tra i
edizione. Principianti ed esperti di �sica le studiano in circa centocinquanta originari), includendone alcuni
tutto il mondo; se ne contano almeno una decina di tra- che l’avevano trovato molto dif�cile, e altri che l’aveva-
duzioni, e nella sola lingua inglese ne sono state stam- no assimilato senza problemi; studenti di biologia, chi-
pate oltre un milione e mezzo di copie. È forse l’unico mica, ingegneria, geologia, matematica e astronomia,
testo di �sica ad aver avuto una risonanza tanto vasta oltre che di �sica.
e duratura. I ricordi sono forse diventati più rosei col passare
Con l’Edizione Millennium, La Fisica di Feynman degli anni, ma per circa l’80% degli studenti le lezioni
entra nell’era dell’editoria elettronica. Grazie alle nuo- di Feynman sono state il clou degli anni universitari.
ve tecnologie, il testo e le equazioni sono stati espressi «Era come andare a messa». «Ne uscivi cambiato», era
in LaTeX, linguaggio elettronico di composizione tipo- «un’esperienza unica, forse la cosa più importante che
gra�ca, e tutte le �gure sono state ricreate con moderni mi ha dato il Caltech». «Studiavo biologia, ma le lezioni
programmi di gra�ca. di Feynman svettavano su tutti gli altri corsi [...] anche
La versione a stampa di questa edizione non ne esce se devo ammettere che all’epoca non riuscivo a risolvere
stravolta: è quasi identica agli originali volumi rossi ben gli esercizi e non li consegnavo quasi mai». «Ero tra gli
noti agli studenti di �sica e apprezzati da decenni. Le studenti meno promettenti del corso, ma non ho mai
differenze principali risiedono nell’ampliamento e mi- fatto un’assenza. [...] Ricordo bene l’entusiasmo della
glioramento dell’indice analitico, nella correzione di scoperta trasmesso da Feynman e posso riviverlo an-
885 errori scovati dai lettori nei cinque anni seguenti cora oggi. [...] Nelle sue lezioni c’era un [...] coinvolgi-
alla prima ristampa dell’edizione precedente, e nella mento emotivo che probabilmente è andato perso nella
facilità con cui si potranno apportare correzioni even- versione stampata».
tualmente segnalate dai lettori futuri. Ne riparlerò più Al contrario, molti studenti hanno ricordi nega-
avanti. tivi, soprattutto per due ragioni: (1) «Le lezioni non
insegnavano a risolvere i problemi. Feynman era
troppo abile. Conosceva diversi trucchi e le appros-
simazioni utilizzabili, rispetto ai principianti poteva
Ricordi delle lezioni di Feynman
avvantaggiarsi di un intuito basato sulla sua espe-
I tre volumi de La Fisica di Feynman sono un vero e rienza e genialità». Consci di questa lacuna del corso,
proprio trattato di didattica. Sono anche una documen- Feynman e colleghi vi hanno parzialmente rimedia-
tazione storica delle lezioni di �sica generale tenute da to con il materiale incluso nei Consigli per risolvere
Feynman nel 1961-1964, obbligatorie per gli studenti i problemi di �sica: tre lezioni di Feynman sulla risoluzio-
dei primi due anni di tutte le facoltà scienti�che del ne di problemi e un insieme di esercizi completi di solu-
Caltech. zione compilato da Robert B. Leighton e Rochus Vogt.
Mi sono sempre chiesto, e forse anche i lettori, che (2) «C’erano aspetti molto frustranti: l’incertezza sul
effetto abbiano avuto le lezioni di Feynman sugli stu- probabile argomento della lezione seguente, la man-
denti che le hanno frequentate. Nella sua Introduzio- canza di un libro di testo o di una bibliogra�a in qual-
VIII Prefazione a La Fisica di Feynman - Edizione Millennium © 978-8808-22107-0
che modo collegata a quanto visto a lezione, e quindi Feynman era il mio eroe e uno dei miei amici più
l’impossibilità di leggere qualcosa in anticipo. [...] In cari. Quando ho visto la lista di errori e l’indice del nuo-
aula trovavo le lezioni interessanti e comprensibili, ma vo volume proposto, ho subito accettato di dirigere il
diventavano sanscrito una volta fuori [quando cercavo progetto per conto del Caltech (la patria accademica di
di ricostruirne i dettagli]». Questo problema, natural- Feynman per tanti anni, cui aveva ceduto tutti i dirit-
mente, è stato risolto grazie ai tre volumi della versione ti e gli obblighi per La Fisica di Feynman, congiunta-
stampata de La Fisica di Feynman. Sono poi diventa- mente a Leighton e Sands). Dopo un anno e mezzo di
ti il libro di testo degli studenti del Caltech per molti lavoro meticoloso da parte di Gottlieb, e una revisione
anni e a oggi rimangono una delle maggiori eredità di minuziosa di Michael Hartl (un brillante ricercatore
Feynman. post-dottorato del Caltech che ha ricontrollato tutti
gli errori e il nuovo volume), nel 2005 è uscita l’Edizio-
ne completa de La Fisica di Feynman, dove erano sta-
ti corretti circa 200 errori, accompagnata dai Consigli
Storia delle correzioni
per risolvere i problemi di �sica di Feynman, Gottlieb e
La Fisica di Feynman è stata prodotta molto rapi- Leighton.
damente da Feynman e dai suoi coautori, Robert B. Credevo proprio che quell’edizione sarebbe stata de-
Leighton e Matthew Sands, che hanno sfruttato e poi �nitiva. Ma non avevo previsto la reazione entusiasta
ampliato le registrazioni audio e le foto della lavagna dei lettori di tutto il mondo all’appello di Gottlieb a sco-
realizzate durante le lezioni di Feynman(1). Data la vare altri errori e segnalarli al sito che Gottlieb ha crea-
velocità a cui hanno lavorato Feynman, Leighton e to e continua a curare, The Feynman Lectures Website,
Sands, era inevitabile che nella prima edizione fossero www.feynmanlectures.info. Nei cinque anni successivi,
sfuggiti molti errori. Negli anni seguenti Feynman ave- sono stati segnalati 965 nuovi errori che sono soprav-
va accumulato lunghe liste di presunti errori, scovati vissuti alla veri�ca scrupolosa di Gottlieb, Hartl e Nate
dagli studenti e dai professori del Caltech e dai lettori Bode (un brillante studente di dottorato del Caltech,
di tutto il mondo. Negli anni Sessanta e nei primi anni che ha preso il posto di Hartl nella veri�ca degli errori
Settanta Feynman ha sottratto del tempo alle sue mol- per conto del Caltech). Di questi 965 errori assodati,
teplici attività per controllare gran parte degli errori 80 sono stati corretti nella quarta ristampa della ver-
presunti nei volumi I e II e correggerli nelle edizioni sione originale dell’Edizione completa (agosto 2006) e
seguenti. Ma poiché il suo senso del dovere ha avuto la i restanti 885 sono stati corretti nella prima ristampa
peggio rispetto all’eccitazione di fare nuove scoperte, della nuova Edizione Millennium (332 nel volume I, 263
Feynman non è mai arrivato a rivedere gli errori del nel volume II e 200 nel volume III). Per maggiori infor-
volume III(2). Dopo la sua morte prematura, nel 1988, mazioni sugli errori, si veda www.feynmanlectures.info.
alcune liste di errori in tutti e tre i volumi sono state La ripulitura de La Fisica di Feynman dagli errori è
depositate negli archivi del Caltech e completamente chiaramente diventata un’impresa globale, seguita da
dimenticate. una vasta comunità di appassionati. A nome del Caltech
Nel 2002, Ralph Leighton (�glio di Robert Lei- vorrei ringraziare i cinquanta lettori che hanno dato il
ghton, ormai deceduto, e grande amico di Feynman) proprio contributo dal 2005 a oggi, e i molti altri che lo
mi ha informato dell’esistenza dei vecchi errori e di una faranno in futuro. Tutti i nomi sono elencati al seguente
nuova lunga lista stilata dal suo amico Michael Gott- indirizzo: www.feynmanlectures.info/�p_errata.html.
lieb. Leighton ha proposto che il Caltech pubblicasse La stragrande maggioranza degli errori rientra in tre
una nuova edizione de La Fisica di Feynman, correg- categorie: (1) refusi nel testo; (2) refusi ed errori mate-
gendo tutti gli errori e accompagnandola a un nuovo matici nelle equazioni, tabelle e �gure – errori di segno
volume di materiale supplementare, Consigli per risol- o cifre sbagliate (per esempio un 5 al posto di un 4),
vere i problemi di �sica, che stava preparando insieme elementi mancanti come pedici, segni di sommatoria,
a Gottlieb. parentesi e termini nelle equazioni; (3) riferimenti sba-
gliati a capitoli, tabelle e �gure. Errori di questo gene-
re, benché non particolarmente gravi per i �sici esperti,
(1) Per una descrizione della genesi delle lezioni di Feynman e de
La Fisica di Feynman, si vedano la prefazione di Feynman e le in- possono frustrare e confondere i lettori principali cui
troduzioni a ciascun volume, la rievocazione di Matthew Sands nei Feynman aveva destinato il libro: gli studenti.
Consigli per risolvere i problemi di �sica, e anche la prefazione speciale
È notevole che, tra tutti e 1165 gli errori corretti sotto
all’Edizione commemorativa de La Fisica di Feynman, scritta nel 1989
la mia supervisione, quelli che considererei veri e propri
da David Goodstein e Gerry Neugebauer e inclusa anche nell’Edizio-
ne completa del 2005. errori di �sica siano soltanto una manciata. Un esem-
pio si trova nel paragrafo 5.10 del volume II, dove ora è
(2) Nel 1975 ha iniziato a rivedere gli errori del terzo volume, ma preso
scritto «[...] distribuzioni statiche di cariche all’interno
da altri impegni ha lasciato la cosa a metà, senza apportare corre-
zioni. di un conduttore chiuso messo a terra non possono pro-
© 978-8808-22107-0 Prefazione a La Fisica di Feynman, Edizione Millennium IX
durre alcun campo [elettrico] all’esterno» (nelle edizio- nomy del Caltech – Tom Tombrello, Andrew Lange e
ni precedenti mancava la precisazione «messo a terra»). Tom Soifer – e i complessi dettagli legali e contrattuali
Feynman ha ricevuto la segnalazione di questo errore sono stati chiariti dal consigliere del Caltech per la pro-
da vari lettori, fra cui Beulah Elizabeth Cox, studentes- prietà intellettuale, Adam Cochran. Con la pubblica-
sa all’università The College of William and Mary, che zione di questa nuova Edizione Millennium, il progetto è
in un esame aveva fatto af�damento sulla frase sbaglia- stato realizzato con successo, malgrado la sua comples-
ta di Feynman. Nel 1975 Feynman ha scritto a Cox(3): sità. Più di preciso:
«il suo professore ha ragione a non darle punti, perché Pfeiffer e Gottlieb hanno convertito in LaTeX tutti
la sua risposta è sbagliata – come le ha dimostrato con il e tre i volumi de La Fisica di Feynman. Le �gure sono
teorema di Gauss. Nella scienza bisogna credere alla lo- state ridisegnate in moderna forma elettronica in In-
gica e al ragionamento, non all’autorità. Lei ha quindi dia, sotto la guida del traduttore tedesco de La Fisica
letto e inteso il libro correttamente. Io ho commesso un di Feynman, Henning Heinze, a bene�cio dell’edizione
errore; in altre parole, il libro è sbagliato. Probabilmente tedesca. Gottlieb e Pfeiffer hanno concesso l’uso non
stavo pensando al caso di una sfera conduttrice messa a esclusivo delle loro equazioni in LaTeX nella versione
terra, o forse al fatto che spostare le cariche in posizio- tedesca (pubblicata da Oldenbourg) in cambio dell’uso
ni differenti all’interno di un conduttore non ha alcun non esclusivo delle �gure di Heinze nella versione ingle-
effetto su ciò che accade all’esterno. Non so bene come se dell’Edizione Millennium. Pfeiffer e Gottlieb hanno
mai, ma ho preso una cantonata; e l’ha presa anche lei, controllato scrupolosamente tutto il testo e le equazio-
perché mi ha creduto». ni in LaTeX e tutte le �gure ridisegnate, apportando le
correzioni necessarie. Per conto del Caltech, io e Nate
Bode abbiamo fatto controlli a campione sul testo, le
Genesi della nuova equazioni e le �gure; siamo stati piacevolmente sorpre-
Edizione Millennium si di non trovare alcun errore. Pfeiffer e Gottlieb sono
stati di una precisione e accuratezza incredibili. Pfeiffer
Tra il novembre del 2005 e il luglio del 2006, il sito The e Gottlieb hanno incaricato John Sullivan della Huntin-
Feynman Lectures Website (www.feynmanlectures.info) gton Library di digitalizzare le foto della lavagna delle
ha ricevuto 340 segnalazioni di errori. La cosa notevole lezioni di Feynman del 1962-64, e la George Blood Au-
è che in gran parte provenivano da una persona sola: dio di digitalizzare le registrazioni delle letture – con
Rudolf Pfeiffer, all’epoca ricercatore post-dottorato l’incoraggiamento e il sostegno �nanziario di Carver
in �sica all’università di Vienna. L’editore, Addison Mead, professore del Caltech, l’assistenza logistica di
Wesley, ha corretto 80 errori ma esitava a procedere per Shelley Erwin, archivista del Caltech, e l’assistenza le-
via dei costi: i libri erano stampati in fotolitogra�a, a gale di Cochran.
partire da immagini fotogra�che delle pagine risalenti Le questioni legali non erano di poco conto: il Caltech
agli anni Sessanta. Per correggere un errore occorreva aveva autorizzato Addison Wesley a pubblicare l’edizio-
rifare la composizione tipogra�ca dell’intera pagina; ne stampata negli anni Sessanta, la versione audio delle
per evitare l’introduzione di errori nuovi, la pagina ve- lezioni di Feynman e una variante di un’edizione elettro-
niva ricomposta due volte da persone diverse, poi con- nica negli anni Novanta. All’inizio del nuovo millennio,
frontata e rivista da altri: un sistema davvero costoso, se tramite una serie di acquisizioni, i diritti per la stampa
gli errori da correggere sono centinaia. erano stati trasferiti al gruppo editoriale Pearson, men-
Gottlieb, Pfeiffer e Ralph Leighton, frustrati dalla tre quelli per le versioni audio ed elettronica erano sta-
situazione, hanno ideato un progetto per facilitare la ti trasferiti al gruppo editoriale Perseus. Cochran, con
correzione di tutti gli errori, mirato anche alla produ- l’aiuto di Ike Williams, un legale specializzato nell’edito-
zione di versioni elettroniche de La Fisica di Feynman. ria, è riuscito a riuni�care tutti questi diritti sotto l’egi-
Nel 2007 hanno sottoposto la loro idea a me, in quanto da di Perseus / Basic Books, rendendo possibile la nuova
rappresentante del Caltech. Ero entusiasta, ma esitante. Edizione Millennium.
Dopo aver visto ulteriori dettagli, tra cui un capitolo di
prova della versione elettronica, ho consigliato al Cal-
tech di coadiuvare Gottlieb, Pfeiffer e Leighton nella Ringraziamenti
realizzazione pratica della loro idea.
Il progetto è stato approvato da tre successivi diret- Desidero ringraziare a nome del Caltech le persone che
tori della Division of Physics, Mathematics and Astro- hanno reso possibile l’Edizione Millennium. In partico-
lare quelle che, come già accennato, hanno svolto un
ruolo essenziale: Ralph Leighton, Michael Gottlieb,
(3) Deviazioni perfettamente ragionevoli dalle vie battute: le lettere di
Tom Tombrello, Michael Hartl, Rudolf Pfeiffer, Hen-
Richard Feynman, a cura di Michelle Feynman, traduzione di Fran-
co Ligabue (Adelphi, Milano, 2006), p. 244. ning Heinze, Adam Cochran, Carver Mead, Nate Bode,
X Prefazione a La Fisica di Feynman - Edizione Millennium © 978-8808-22107-0
Shelley Erwin, Andrew Lange, Tom Soifer, Ike Williams scussioni sulla correzione degli errori; in�ne, Perseus/
e i cinquanta lettori che hanno inviato correzioni (elen- Basic Books e (per le edizioni precedenti) Addison
cati su www.feynmanlectures.info). Ringrazio anche Mi- Wesley.
chelle Feynman (�glia di Richard Feynman) per i con-
sigli e l’instancabile sostegno, Alan Rice del Caltech per KIP S. THORNE
i consigli e l’aiuto dietro le quinte, Stephan Puchegger Feynman Professor of Theoretical Physics, Emeritus
e Calvin Jackson per aver consigliato e assistito Pfeiffer California Institute of Technology
nella conversione de La Fisica di Feynman in LaTeX,
Michael Figl, Manfred Smolik e Andreas Stangl per di- Ottobre 2010
Le risorse multimediali
All’indirizzo online.universita.zanichelli.it / feynman sono indicato. L’ebook si legge con l’applicazione Booktab, che
disponibili i link per consultare il testo originale in lingua si scarica gratis da AppStore (sistemi operativi Apple) o da
inglese messo a disposizione dal California Institute of Google Play (sistemi operativi Android).
Technology. Per accedere alle risorse protette è necessario registrarsi
Inoltre, chi acquista il libro può scaricare gratuitamente su myzanichelli.it inserendo la chiave di attivazione
l’ebook, seguendo le istruzioni presenti nel sito sopra personale contenuta nel libro.
Prefazione alla prima edizione italiana
Il corso di lezioni di Feynman riscosse �n dal suo apparire crediamo di aver fatto opera gradita ai lettori italiani ac-
numerosi giudizi positivi. Colpiva, nel libro, la freschezza cettando il non facile compito di traduzione. Il libro esce
del linguaggio, un linguaggio più «parlato» che «scritto», nell’edizione italiana in una versione bilingue, con testo
l’originalità dell’esposizione, ma soprattutto l’acume criti- originale a fronte (*). La traduzione è quindi necessaria-
co e la profondità con cui i diversi argomenti venivano pre- mente letterale, oltre il limite di eleganza e di scorrevolezza
sentati. Dal punto di vista didattico si trattava in molti casi che una traduzione più libera avrebbe permesso. In questo
di un modo nuovo e moderno di insegnare la �sica. Rara- modo crediamo di aver rispettato totalmente lo spirito con
mente, di fronte ad argomenti complessi, Feynman scende cui è stato scritto il libro, libro che riteniamo particolar-
al compromesso di sempli�care la materia, ma in generale, mente utile per ampliare la preparazione di �sica generale,
affronta le dif�coltà, anche se con rara abilità riesce a farle per il colloquio di cultura generale e per la preparazione di
sembrare più facili. esami di concorso.
Per il lettore privo di una buona conoscenza della lin-
E. CLEMENTEL, S. FOCARDI, L. MONARI
gua inglese, le dif�coltà del linguaggio si aggiungono alle
dif�coltà di comprensione dei concetti esposti. Per questo Bologna, maggio 1968
Bibliogra�a italiana e siti web
Freeman Dyson, Turbare l’universo, Bollati Boringhieri, James Gleick, Genio, la vita e la scienza di Richard Feynman,
Torino, 2010: è la bellissima autobiogra�a di questo genia- Garzanti, Milano, 1994 e 1998: la più completa biogra�a �-
le �sico-matematico inglese. In un capitolo di questo libro, nora pubblicata. Presenta una minuziosa ricerca delle fonti
magistrale dal punto di vista narrativo, viene raccontato e un’accurata ricostruzione dell’ambiente in cui Feynman
come Feynman elaborò la teoria dei diagrammi, per la qua- si trovò a vivere e a operare (fuori catalogo).
le vinse il premio Nobel, attraverso la sua descrizione di
Sei pezzi facili, Adelphi, Milano, 2000: raccolta di alcune in-
uomo e di scienziato.
troduzioni tratte dai primi capitoli de La Fisica di Feynman.
Lawrence M. Krauss, L’uomo dei quanti. La vita e la scienza
Il piacere di scoprire, Adelphi, Milano, 2002: una raccolta
di Richard Feynman, Codice Edizioni, Torino, 2011: il ri-
di saggi vari, tra i quali la relazione con cui Feynman dimo-
tratto originale ed emozionante dell’uomo che è diventato
strò che il disastro dello Space Shuttle Challenger, nel 1986,
una vera e propria leggenda per un’intera generazione di
fu causato da una semplice guarnizione di gomma.
scienziati.
Sei pezzi meno facili, Adelphi, Milano, 2004: raccolta di al-
tre introduzioni su argomenti di �sica quantistica.
Volumi di Richard Feynman disponibili
in edizione italiana Deviazioni perfettamente ragionevoli dalle vie battute, Adel-
phi, Milano, 2006: una raccolta di lettere rese disponibili
La legge �sica, Bollati Boringhieri, Torino, 1993: raccolta
dalla �glia Michelle, con i destinatari più disparati: emi-
di conferenze su cosa è la �sica e come funziona.
nenti scienziati, ma anche ammiratori, studenti, gente co-
D.L. Goodstein, J.R. Goodstein, Il moto dei pianeti intorno mune. Lettere che confermano la leggendaria versatilità di
al sole, Zanichelli, Bologna, 1997: raccolta delle lezioni in Feynman e la sua anticonformistica vocazione dialettica.
cui Feynman analizza le leggi del moto dei pianeti seguen-
do le orme di Newton e utilizzando solo strumenti geome-
(*) Per questa edizione, come indicato a pag. X, il testo inglese è dispo-
trici semplici (fuori catalogo). nibile tra le risorse multimediali.
XII Prefazione alla prima edizione italiana © 978-8808-22107-0
«Sta scherzando Mr. Feynman!» Vita e avventure di uno R.B. Leighton, M.L. Sands, La Fisica di Feynman, edizione
scienziato curioso, Zanichelli, Bologna, 2007: racconto di completa, Zanichelli, Bologna, 2007. La raccolta delle Feyn-
una vita piena di eventi incredibili, resi possibili da un im- man Lectures on Physics, il cosiddetto Libro Rosso della �si-
pasto unico di acuta intelligenza, curiosità irrefrenabile, ca, già edita in Italia da Masson. Incredibile a dirsi, esiste in
costante scetticismo e radicato umorismo. commercio anche la registrazione su CD del sonoro origina-
le delle lezioni per poterle ascoltare dalla voce di Feynman.
«Che t’importa di ciò che dice la gente?» Altre avventure di
uno scienziato curioso, Zanichelli, Bologna, 2007: il testa- Per i più volenterosi segnaliamo:
mento spirituale di Feynman, redatto, nel suo ultimo anno
R. Feynman, A. Hibbs, Quantum Mechanics and Path
di vita, assieme all’amico Ralph Leighton.
Integrals, Mc Graw-Hill, New York, 1965: uno dei te-
Il senso delle cose, Adelphi, Milano, 2010: raccolta di tre sti cardine della letteratura scienti�ca, solo per addetti
conferenze sulla natura della scienza, sui rapporti tra la ai lavori.
scienza, la religione e la politica, e sull’impatto della scien-
www.caltech.edu È il sito del California Institute of Tech-
za nella società.
nology, l’università dove Feynman ha insegnato per decen-
QED, la strana teoria della luce e della materia, Adelphi, ni; la sua cattedra è attualmente ricoperta da Kip Thorne.
Milano, 2010: raccolta di lezioni in cui, senza far uso della Questo sito è ricchissimo di materiale su Feynman, e com-
matematica, spiega la teoria quantistica dei campi. Un vero prende anche una ricca sezione fotogra�ca e le sue pubbli-
coup de theatre. cazioni scienti�che.
Le battute memorabili di Feynman, Adelphi, Milano, 2017: www.feynman.com e www.richard-feynman.net Sono i
idee, intuizioni, battute, ri�essioni raccolte dalla �glia Mi- siti (quasi) uf�ciali su Feynman creati da appassionati cul-
chelle tra carte personali, registrazioni di conferenze, lezio- tori del personaggio. Rappresentano la partenza ideale per
ni e interviste del padre, a testimonianza di un’insaziabile ulteriori ricerche su Feynman, grazie anche al web ring a
curiosità e di una intelligenza analitica giocosa e spietata. lui dedicato.
Introduzione di Feynman
Queste sono le lezioni di �sica che ho questi studenti era importante in-
tenuto negli ultimi due anni agli stu- dicare che cosa essi – se suf�ciente-
denti del secondo corso e alle matri- mente intelligenti – avrebbero dovuto
cole del Caltech (California Institute essere in grado di dedurre da quanto
of Technology). Le lezioni natural- già detto, e che cosa veniva introdot-
mente non sono ripetute parola per to come componente nuovo. Quando
parola – sono state pubblicate, talvol- entravano in ballo nuove idee cerca-
ta ampliando talvolta riassumendo vo o di dedurle, se erano deducibili,
l’argomento. Le lezioni formano sol- oppure di spiegare che si trattava di
tanto una parte del corso completo. una nuova idea che non aveva alcun
L’intero gruppo di 180 studenti si ri- rapporto con cose già imparate e che
univa in una grande aula due volte la non si poteva dimostrare – ma sem-
settimana per ascoltare queste lezio- plicemente aggiungere.
ni, e poi si divideva in piccoli gruppi All’inizio di queste lezioni ho
di 15 o 20 studenti nelle sezioni per supposto che gli studenti conosces-
le ripetizioni sotto la guida di un as- sero già dalla scuola superiore cose
sistente. In più vi era una sessione di quali l’ottica geometrica, semplici
laboratorio una volta alla settimana. concetti di chimica e così via. D’al-
Lo scopo particolare che cercavamo di raggiungere con tronde non mi è parso che vi fosse una qualsiasi ragione di
queste lezioni era di conservare l’interesse degli studenti fare le lezioni con un determinato ordine, nel senso che non
più entusiasti e più svegli provenienti dalle scuole superiori avrei potuto far menzione di qualcosa �nché non fossi stato
e ammessi al Caltech. Essi hanno appreso quanto sia in- pronto a discuterla nei particolari. C’erano da fare cenni
teressante ed eccitante la �sica – la teoria della relatività, a molti argomenti senza una discussione completa. Que-
la meccanica quantistica e altre idee moderne. Al termine ste discussioni più complete sarebbero venute in seguito,
dei due anni dei nostri precedenti corsi parecchi studenti si quando la preparazione fosse stata più avanzata. Esempi
sentivano scoraggiati perché venivano loro presentate ben ne sono le discussioni sull’induttanza e sui livelli energetici,
poche idee affascinanti. Essi dovevano studiare piani incli- che vengono dapprima presentati in modo molto qualitati-
nati, elettrostatica e così via, e dopo due anni questo era vo e sono in seguito sviluppati più completamente.
proprio avvilente. Il problema era se si potesse o no fare un Nello stesso tempo in cui mi indirizzavo allo studente
corso che salvasse lo studente più bravo e più interessato più attivo, volevo anche curarmi dello studente per il qua-
mantenendo il suo entusiasmo. le le impennate e le applicazioni collaterali sono semplice-
Le presenti lezioni non intendono essere in alcun modo mente causa di disorientamento e dal quale non ci si può
una rassegna, ma sono molto serie. Pensai di indirizzarle affatto aspettare che impari la maggior parte della mate-
al migliore della classe e di fare in modo, se possibile, che ria della lezione. Per tale studente ho voluto che vi fosse
persino lo studente più intelligente fosse incapace di com- almeno un nucleo centrale, o spina dorsale della materia,
prendere completamente tutto il contenuto delle lezioni – che egli potesse comprendere. Anche se non poteva capire
suggerendo di applicare idee e concetti in varie direzioni tutto nella lezione avevo la speranza che non se ne sarebbe
estranee alla linea maestra di applicazione. Per questa ra- innervosito. Non mi aspettavo che capisse tutto, ma soltan-
gione comunque ho cercato costantemente di rendere tutta to i lineamenti centrali e più diretti. Occorre naturalmente
l’esposizione la più esatta possibile, per mettere in rilievo una certa intelligenza da parte sua per vedere quali siano i
ogni caso in cui equazioni e idee si adattavano al campo teoremi e le idee fondamentali, e quali siano le questioni se-
della �sica, e come – quando si fosse andati più a fondo – condarie e le applicazioni più avanzate che egli potrà capire
sarebbero state modi�cate le cose. Pensavo anche che per soltanto negli anni seguenti.
XIV Introduzione di Feynman © 978-8808-22107-0
Nel presentare queste lezioni vi era una seria dif�coltà. larmente grave. Credo ora che la meccanica quantistica deb-
Nel modo in cui il corso veniva fatto, non vi era alcuna re- ba essere presentata in un tempo successivo. Può darsi che
azione degli studenti per indicare, a chi le presentava, se le un giorno abbia la possibilità di rifarla. Allora la farò bene.
lezioni venivano bene assimilate. Questa è indubbiamente La mancanza di lezioni sul come risolvere i problemi di-
una dif�coltà molto seria, e io non so quanto buone in re- pende dal fatto che vi erano sezioni preposte a tale compi-
altà fossero le lezioni stesse. L’intera cosa fu essenzialmente to. Benché abbia svolto tre lezioni del primo anno su come
un esperimento. E se dovessi ripeterlo non lo rifarei allo risolvere i problemi, esse non sono incluse qui. Vi era anche
stesso modo – spero di non doverlo ripetere! Penso tuttavia una lezione sulla guida inerziale, che era certamente appro-
che l’esperimento si risolse – per quanto concerne la �sica priata dopo la lezione sui sistemi rotanti, ma che è stata
– del tutto soddisfacentemente nel primo anno. sfortunatamente omessa. La quinta e la sesta lezione sono
Nel secondo anno io non fui altrettanto soddisfatto. in realtà dovute a Matthew Sands, essendo io fuori città.
Nella prima parte del corso, che tratta dell’elettricità e del Il problema, naturalmente, è quanto bene sia riuscito
magnetismo, non riuscii a trovare alcun modo realmente questo esperimento. Il mio punto di vista – che però non
unico o diverso di presentarla – nessun modo che fosse sembra essere condiviso dalla maggior parte delle persone
particolarmente più eccitante del modo solito di presenta- che hanno lavorato con gli studenti – è pessimista. lo non
zione. Così non penso di aver fatto molto nelle lezioni sul- penso di aver fatto molto bene nei riguardi degli studen-
l’elettricità e il magnetismo. Alla �ne del secondo anno ave- ti. Se osservo come la maggioranza di loro ha affrontato i
vo pensato originariamente di proseguire, dopo l’elettricità problemi agli esami, penso che il sistema abbia fallito. Na-
e il magnetismo, facendo alcune lezioni in più sulle pro- turalmente i miei amici mi sottolineano che vi erano una
prietà dei materiali, ma principalmente per parlare di cose o due dozzine di studenti che – sorprendentemente – capi-
quali i modi fondamentali, le soluzioni dell’equazione di rono quasi tutto in tutte le lezioni e che furono attivissimi
diffusione, i sistemi vibranti, le funzioni ortogonali, ... svi- nel lavorare col materiale e nell’affrontare parecchi punti
luppando i primi stadi di quelli che comunemente sono det- con entusiasmo e interesse. Queste persone hanno ora, io
ti «i metodi matematici della �sica». In retrospettiva penso credo, una preparazione di base di prima classe in �sica e
che se dovessi rifare il corso tornerei all’idea originale. Ma sono, dopo tutto, quelli ai quali avevo cercato di indirizzar-
poiché non era in progetto che io dovessi ripetere tali lezio- mi. Ma allora, «Il potere dell’insegnamento è raramente di
ni, fu suggerito che poteva essere una buona idea cercare di molta ef�cacia tranne che in quelle felici situazioni dove è
dare un’introduzione alla meccanica quantistica – cosa che quasi super�uo» (Gibbons).
il lettore troverà nel terzo volume. Pure, non volevo lasciare indietro completamente al-
È perfettamente chiaro che gli studenti che vogliono spe- cuno studente come forse ho fatto. Penso che un modo di
cializzarsi in �sica possono attendere �no al terzo anno per aiutare di più gli studenti sarebbe di dedicare un lavoro più
la meccanica quantistica. D’altra parte si arguiva che parec- intenso allo sviluppo di un insieme di problemi atti a illu-
chi degli studenti del corso studiano �sica come fondamento strare alcune delle idee delle lezioni. I problemi offrono una
ai loro interessi primari in altri campi. E il modo solito di buona opportunità di allargare la materia delle lezioni e di
trattare la meccanica quantistica rende tale soggetto quasi rendere più realistiche, più complete e più salde nella mente
inaccessibile per la grande maggioranza degli studenti, per- le idee che sono state esposte.
ché essi devono spendere tanto tempo per impararla. Eppure Penso, tuttavia, che non esista alcuna soluzione a questo
nelle sue applicazioni effettive – specialmente in quelle più problema dell’istruzione oltre a quella di rendersi conto che
complesse di ingegneria elettrotecnica e di chimica – l’inte- il miglior insegnamento può essere realizzato soltanto quan-
ro meccanismo della trattazione mediante le equazioni dif- do vi sia un rapporto individuale e diretto fra uno studente
ferenziali non è in realtà usato. Così ho cercato di descri- e un buon insegnante – una situazione in cui lo studente di-
vere i princìpi della meccanica quantistica in un modo che scute le idee, ri�ette sulle cose, conversa sulle cose. È impos-
non richiedesse che uno già conoscesse la matematica delle sibile imparare molto, presenziando semplicemente a una
equazioni differenziali a derivate parziali. Anche per un �si- lezione, o anche risolvendo semplicemente i problemi che
co penso che sia una cosa interessante il presentare la mec- vengono assegnati. Ma nei nostri tempi dobbiamo insegnare
canica quantistica così a rovescio – per diverse ragioni che a un così gran numero di studenti che dobbiamo cercare di
risulteranno chiare dalle lezioni stesse. Tuttavia penso che trovare un qualche surrogato della situazione ideale. Forse le
l’esperimento, per quanto riguarda la meccanica quantisti- mie lezioni possono dare un certo contributo. Forse in qual-
ca, non sia stato un completo successo – in gran parte per che piccolo posto dove vi siano docenti singoli per i singoli
il fatto che in realtà non ho avuto tempo suf�ciente verso la studenti, essi possono avere qualche ispirazione o qualche
�ne (avrei dovuto avere, per esempio, tre o quattro lezioni in idea dalle lezioni. Forse essi si divertiranno meditandole – o
più per trattare con maggior completezza argomenti quali le proseguendo nello sviluppo di qualche idea.
bande di energia e la dipendenza spaziale delle ampiezze).
RICHARD P. FEYNMAN
Inoltre, non avevo mai presentato prima l’argomento in que-
sto modo, per cui la mancanza di una risposta era partico- Giugno 1963