　　《费恩曼物理学讲义（新千年版）（第1-3卷）（套装全3册）》是迄今较为经典、较为成功的物理学教材，也可以作为（高级的）科普读物。本书自50年前出版以来，好评不断。多次重新修订。2010年，编者根据50年来世界各国在阅读和使用本书过程中提出的意见，对全书的错误进行了全面订正，这就是新千年版的由来。本书正是根据新千年版翻译的，除了与原著保持一致，在中译文字上也做了修正，使之阅读起来更为流畅。
　　费恩曼有一种特殊能力，能用深入浅出的语言表达复杂的原理；能用巧妙地类比呈现深刻的物理思想。在他获得的诸多奖项和各种头衔中，让他自豪的是1972年获得的奥斯特教育奖章。他的讲课录音，那些曾经看似深奥的物理原理用风趣的比喻和幽默的言辞表达出来，如今被整理成这三卷《费恩曼物理学讲义》。全书对基本概念、定理和定律的讲解不仅生动清晰，通俗易懂，而且从普通物理水平出发，注重物理分析，深入浅出，避免运用高深烦琐的数学方程，因此具有高以上物理水平和初等微积分知识的读者阅读起来不会感到十分困难。至于大学物理系的师生和物理工作者更能从此书中获得教益。由于全书是根据课堂讲授的录音整理编辑的，它在一定程度保留了费恩曼讲课的生动活泼、引人入胜的独特风格。
　　《费恩曼物理学讲义（新千年版）（第1-3卷）（套装全3册）》共分三卷，第1卷包括力学、相对论、光学、气体分子动理论、热力学、波等；第2卷主要介绍电磁学；第3卷，主要阐述费恩曼获得诺贝尔奖的领域——量子力学，是全书独具特色的部分。

作者简介

　　费恩曼（R．P．Feynman），1918年生于布鲁克林区，1942年在普林斯顿获得博士学位。第二次世界大战期间在洛斯阿拉莫斯，尽管当时他还很年轻，但已在曼哈顿计划中发挥了重要作用。以后，他在康奈尔大学和加利福尼亚理工学院任教。1965年，因他在量子电动力学方面的工作和朝永振一郎及施温格（J．Schwinger）同获诺贝尔物理学奖。
　　第二次世界大战期间，尽管当时他还很年轻，就已经在洛斯阿拉莫斯的曼哈顿计划中发挥了重要作用。以后，他在康奈尔大学和加利福尼亚理工学院任教。1965年，因在量子电动力学方面的工作和朝永振一郎及施温格尔(J.Schwinger)同获诺贝尔物理学奖。
　　费恩曼博士获得诺贝尔奖是由于成功地解决了量子电动力学的理论问题。他也创立了说明液氦中超流动性现象的数学理论。此后，他和盖尔曼(M.Gell Mann)一起在β衰变等弱相互作用领域内做出了奠基性的工作。在以后的几年里，他在夸克理论的发展中起了关键性的作用，提出了高能质子碰撞过程的部分子模型。
　　除了这些成就之外，费恩曼博士将新的基本计算技术及记号法引进物理学，首先是无处不在的费恩曼图，在近代科学历史中，它比任何其他数学形式描述都更大地改变了对基本物理过程形成概念及进行计算的方法。
　　费恩曼是一位卓越的教育家。在他获得的所有奖项中，他对1972年获得的奥斯特教学奖章特别感到自豪。在1963年首次出版的《费恩曼物理学讲义》被《科学美国人》杂志的一位评论员描写为“难啃的但却富于营养并且津津有味。25年后它仍是教师和优秀的初学学生的指导书”。为了使外行的公众增加对物理学的了解，费恩曼博士写了《物理定律和量子电动力学的性质：光和物质的奇特理论》。他还是许多高级出版物的作者，这些都成为研究人员和学生的经典参考书和教科书。
　　费恩曼是一个活跃的公众人物。他在挑战者号调查委员会里的工作是众所周知的，特别是他的著名的O型环对寒冷的敏感性的演示，这是一个优美的实验，除了一杯冰水和C形钳以外其他什么也不需要。费恩曼博士1960年在加利福尼亚州课程促进会中的工作却很少人知道，他在会上指责教科书的平庸。
　　仅仅罗列费恩曼的科学和教育成就还没有充分抓住这个人物的本质。即使是他的技术性的出版物的读者都知道，费恩曼活跃的多面的人格在他所有的工作中都闪闪发光。除了作为物理学家，在各种不同的时候：他是无线电修理工，是锁具收藏家、艺术家、舞蹈家、邦戈(bongo)鼓手，以至玛雅象形文字的破译者。他的世界是永远的好奇，他是一个典型的经验主义者。
　　费恩曼于1988年2月15日在洛杉矶逝世。

内页插图

《费恩曼物理学讲义（新千年版）（第1卷）》
第1章原子的运动
第2章基本物理
第3章物理学与其他科学的关系
第4章能量守恒
第5章时间与距离
第6章概率
第7章万有引力理论
第8章运动
第9章牛顿的动力学定律
第10章动量守恒
第11章矢量
第12章力的特性
第13章功与势能（上）
第14章功与势能（下）
第15章狭义相对论
第16章相对论中的能量与动量
第17章时空
第18章二维空间中的转动
第19章质心、转动惯量
第20章空间转动
第21章谐振子
第22章代数学
第23章共振
第24章瞬变态
第25章线性系统及其综述
第26章光学：最短时间原理
第27章几何光学
第28章电磁辐射
第29章干涉
第30章衍射
第31章折射率的起源
第32章辐射阻尼、光的散射
第33章偏振
第34章辐射中的相对论性效应
第35章色视觉
第36章视觉的机制
第37章量子行为
第38章波动观点与粒子观点的关系
第39章气体分子动理论
第40章统计力学原理
第41章布朗运动
第42章分子动理论的应用
第43章扩散
第44章热力学定律
第45章热力学示例
第46章棘轮和掣爪
第47章声、波动方程
第48章拍
第49章波模
第50章谐波
第51章波
第52章物理定律的对称性
索引
附录

《费恩曼物理学讲义（新千年版）（第2卷）》
第1章电力
第2章矢量场的微分运算
第3章矢量积分运算
第4章静电学
第5章高斯定律的应用
第6章在各种情况下的电场
第7章在各种情况下的电场（续）
第8章静电能
第9章大气中的带电体
第10章电介质
第11章在电介质内部
第12章静电模拟
第13章静磁学
第14章在各种不同情况下的磁场
第15章矢势
第16章感生电流
第17章感应定律
第18章麦克斯韦方程组
第19章最小作用原理（专题演讲）
第20章麦克斯韦方程组在自由空间中的解
第21章有电流和电荷时麦克斯韦方程组的解
第22章交流电路
第23章空腔共振器
第24章波导
第25章用相对论符号表示的电动力学
第26章场的洛伦兹变换
第27章场的能量和场的动量
第28章电磁质量
第29章电荷在电场和磁场中的运动
第30章晶体的内禀几何
第31章张量
第32章稠密材料的折射率
第33章表面反射
第34章物质的磁性
第35章顺磁性与磁共振
第36章铁磁性
第37章磁性材料
第38章弹性学
第39章弹性材料
第40章干水的流动
第41章湿水的流动
第42章弯曲空间
索引
附录

《费恩曼物理学讲义（新千年版）（第3卷）》
第1章量子行为
第2章波动观点与粒子观点的关系
第3章概率幅
第4章全同粒子
第5章自旋
第6章自旋重
第7章振幅对时间的依赖关系
第8章哈密顿矩阵
第9章氨微波激射器
第10章其他双态系统
第11章再论双态系统
第12章氢的超精细分裂
第13章在晶格中的传播
第14章半导体
第15章独立粒子近似
第16章振幅对位置的依赖关系
第17章对称性和守恒定律
第18章角动量
第19章氢原子与周期表
第20章算符
第21章经典情况下的薛定谔方程：关于超导电性的讨论会
费恩曼的结束语
索引
附录

精彩书摘

　　第1章原子的运动
　　§1-1 引言
　　这是一门两学年的物理课程，我们开设这门课程的着眼点是你们，有志成为物理学家的读者们。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！假如你打算成为一名物理学家，就要学习很多东西，因为这是一个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，你们还得到研究生院去继续学习。
　　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，那就不公平了。根据这一思路，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，在讲授欧几里得几何时，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，那你是否打算在四分钟内学完它？）我们不能这样做是基于两个理由。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，因为我们懂得，到目前为止，我们确实还不知道所有的定律。因此，我们学习一些东西，正是为了要重新忘掉它们，或者更确切地说是为了改正以前对它们的谬见。
　　科学的原则--或者简直可称为科学的定义为：实验是一切只是的试金石。实验是科学“真理”的唯一鉴定者。但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像进行猜测，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，大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，可以通过反复检查。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增大而增加，但是要速度接近于光速，才会显著增加。正确的定律是：如果一个物体的速率小于100mi／S，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会引起深刻的变化。
　　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”定律，即那条虽然只是近似的，但并不包含那种困难的观念的定律？前一条定律比较引人入胜，比较奇特和比较有趣，但是后一条定律在开始时比较容易掌握，它是真正理解前一种观念的第一步。这个问题在物理教学中会一再出现，在不同的时候，我们将要用不同的方式去解决它。但是在每个阶段都值得去弄明白：我们现在所知道的是什么？它的正确性如何？它怎样适应其他各种事情？当我们进一步学习后它会有怎样的变化？
　　让我们按照我们所理解的当代科学（特别是物理学，但是也包括周围有关的其他科学）的轮廓继续讲下去，这当我们以后专门注意某些特殊问题时，就会对于背景情况有所了解--为什么这些特殊问题是有趣的？它们又是怎样适应整体结构的？
　　那么，我们世界的总体图像是怎样的呢？
　　§1-2 物质是原子构成的
　　假如由于某种大灾难，所有的科学知识都丢失了，只有一句话可传给下一代，那么怎样才能用最少的词汇来传达最多的信息呢？我相信这句话是原子的假设（或者说原子的事实，无论你愿意怎样称呼都行）：所有的物体都是由原子构成的--这些原子是一些小小的粒子，它们一直不停地运动着，当彼此略微离开时相互吸引，当彼此过于挤紧时又互相排斥。只要稍微想一下，你就会发现，在这一句话中包含了大量的有关这个世界的信息。
　　为了说明原子观念的重要作用，假设有一滴直径为1／4in的水珠，即使我们非常贴近地观察，也只能见到光滑的、连续的水，而没有任何其他东西，并且即使我们用最好的光学显微镜（大致可放大2000倍）把这滴水放大到40ft左右（相当于一个大房间那样大），然后再靠得相当近地去观察，我们所看到的仍然是比较光滑的水，不过到处有一些足球状的东西在来回游动，非常有趣。这些东西是草履虫。你们可能就到此为止，对草履虫以及它的摆动的纤毛和卷曲的身体感到十分好奇。也许除了把草履虫放得更大一些，看看它的内部外，就不再进一步观察了。当然这是生物学的课题，但是现在让我们继续观察下去，再次把水放大2000倍，更近地观察水这种物质本身。这时，水滴已放大到有15 mi那样大了，如果你再十分贴近地观察，你将看到水中充满了某种不再具有光滑外表的东西，而是有些像从远处看过去挤在足球场上的人群。为了能看出挤满的究竟是些什么东西，我们再把它放大250倍后就会看到某种类似于图1-1所示的情景。这是放大了10亿倍的水的图像，但是在以下这几方面是理想化了的：首先，各种粒子用简单的方式画成有明显的边缘，这是不精确的；其次，为了简便起见，把它们都画成二维的排列，实际上它们当然是在三维空间中运动的。注意在图中有两类“斑点”或圆，它们各表示氧原子（黑色）和氢原子（白色），而每个氧原子有两个氢原子和它连接在一起（一个氧原子与两个氢原子组成的一个小组称为一个分子）。图像中还有一个被理想化的地方是自然界中的真实粒子总是在不停地摇晃跳动，彼此绕来绕去地转着，因而你必须把这幅画面想象成能动的而不是静止的。还有一件不能在图上说明的事实是粒子会“粘在一起”的，它们彼此吸引着，这个被那个拉住等等，可以说，整个一群“胶合在一起”。但同时，这些粒子也不是挤到一块儿，如果你把两个粒子挤得太紧，它们就互相推斥。
　　原子的半径为1×10-8 ～2×10-8cm，10-8 cm现在称为1A（这只是另一个名称），所以我们说原子的半径为1～2A。另一个记住原子大小的方法是这样的：如果把苹果放大到地球那样大，那么苹果中的原子就差不多有原来的苹果那样大。
　　现在，想象这个大水滴是由所有这些跳动着的粒子一个挨一个地“粘合”起来的，水能保持一定的体积而并不散开，因为它的分子彼此吸引。如果水滴在一个斜面上，它能从一个位置移动到另一个位置。水会流动，但是并不会消失--它们并没有飞逝，因为分子之间有吸引力。这种跳动就是我们所说的热运动。当温度升高时，这种运动就增强了。如果我们加热水滴，跳动就增加，原子之间的空隙也增大。如果继续加热到分子间的引力不足以将彼此拉住时，它们就分开来飞散了。当然，这正是我们从水制取水蒸气的方法--提高温度。粒子由于运动的增强而飞散。
　　图1-2是一幅水蒸气的图像。这张水蒸气图像有一个不足之处：在通常的气压下整个房间里只有少数几个分子。决不可能像在这样一张图像中有三个以上的分子。在大多数情况下，这样大小的方块中可能连一个都不会有--不过碰巧在这张图中有两个半或三个分子（只有这样，图像才不会是完全空白的）。现在，比起水来，在水蒸气的情况下，我们可以更清楚地看到水所特有的分子。为了简单起见，将分子画成具有120°的夹角。实际上，这个角是105°3′，氢原子中心与氧原子中心之问的距离是0．957A。这样，我们对这个分子了解得已很清楚了。
　　让我们来看一下，水蒸气或任何其他气体具有一些什么性质。这些气体分子是彼此分离的，它们打在墙上时，会反弹回来。设想在一个房间里有一些网球（100个左右）不断地来回跳动，当它们打到墙上后，就将墙推离原位（当然，我们必须将墙推回去）。这意味着，气体施加一个“颤动”的力，而我们粗糙的感官（并没有被我们自己放大10亿倍）只感到一个平均的推力。为了把气体限制在一定的范围之内，我们必须施加一个压力。图1-3是一个盛气体的标准容器（所有教科书中都有这种图），一个配有活塞的汽缸，由于不论水分子的形状如何，情况都是一样，因此为简单起见，我们把它们画成网球形状或者小黑点，这些东西沿着所有的方向不停地运动着。由于有这么多的气体分子一直在撞击顶端的活塞，因此要使活塞不被这种不断的碰撞逐渐顶出来必须施加一定的力把活塞压下去，这个力称为压力（实际上，是压强乘以面积）。很清楚，这个力正比于面积，因为如果我们增大面积而保持每立方厘米内的分子数不变的话，那么分子与活塞碰撞次数增加的比例与面积增加的比例是相同的。
　　现在，让我们在这个容器内放入2倍的分子，以使密度增加1倍，同时让它们具有同样的速度，即相同的温度。那么，作为一种很好的近似，碰撞的次数也将增加1倍。由于每次碰撞仍然和先前那样“有力”，压力就正比于密度。如果我们考虑到原子之间的力的真实性质，那么由于原子之间的吸引，可以预期压力略有减少；而由于原子也占有有限的体积，则可以预期压力略有增加。无论如何，作为一个很好的近似，如果原子较少，密度足够低，那么，压力正比于密度。
　　我们还可以看一下其他情况。如果提高温度而不改变气体密度，亦即只增加原子的速率，那么在压力上会出现什么情况？当然，原子将撞击得更剧烈一些，因为它们运动得更快一些。此外，它们的碰撞更频繁了，因此压力将增加。你们看，原子理论的概念是多么简单！
　　我们来考虑另一种情况，假定活塞向下移动，原子就慢慢地被压缩在一个较小的空间里。当原子碰到运动着的活塞时，会发生什么情况呢？很显然，原子由于碰撞而提高了速率。例如，你可以试一下乒乓球从一个朝前运动的球拍弹回来时的情况，你会发现弹回的速率比打到球拍上的速率更大一些（一个特例是：如果一个原子恰好静止不动，那么在活塞碰上它以后，当然就运动了）。这样，原子在弹离活塞时比碰上去之前更“热”。因此所有容器中的分子的速率都提高了。这意味着，当我们缓慢压缩气体时，气体的温度会升高。结果，在缓慢压缩时，气体的温度将升高；而在缓慢膨胀时，气体的温度将降低。
　　现在回到我们的那滴水珠上去，从另一个角度去观察一下。假定现在降低水滴的温度，假定水的原子、分子的跳动逐渐新千年版：费恩曼物理学讲义（第1-3卷）（套装全3册）电子书下载 mobi epub pdf txt