Teoretyczne minimum. Co musisz wiedzieć, żeby zacząć zajmować się fizyką ebook

Tytuł oryginału

THE THEORETICAL MINIMUM

WHAT YOU NEED TO KNOW TO START DOING PHYSICS

Copyright © 2013 by Leonard Susskind

and George Hrabovsky

All rights reserved

Projekt okładki

Zbigniew Larwa

Redaktor prowadzący

Adrian Markowski

Redakcja

Anna Kaniewska

Korekta

Michał Załuska

ISBN 978-83-7961-982-5

Warszawa 2015

Wydawca

Prószyński Media Sp. z o.o.

02-697 Warszawa, ul. Rzymowskiego 28

www.proszynski.pl

Naszym żonom,

które zdecydowały się z nami wytrzymać,

i studentom uczęszczającym na kursy profesora Susskinda

w ramach programu kontynuacji studiów

Przedmowa

Wyjaśnianie fizyki zawsze sprawiało mi przyjemność. Chodzi tu o coś znacznie więcej niż uczenie: o sposób myślenia. Nawet kiedy siedzę przy biurku i zajmuję się pracą naukową, w mojej głowie wciąż odbywa się dialog. Zastanawianie się, jak coś komuś wyjaśnić, jest niemal zawsze doskonałą metodą na to, by samemu to zrozumieć.

Mniej więcej dziesięć lat temu zapytano mnie, czy zgodziłbym się poprowadzić kurs dla osób spoza uczelni. Tak się składa, że w okolicy Uniwersytetu Stanforda mieszka sporo ludzi, którzy kiedyś chcieli studiować fizykę, ale okoliczności życiowe sprawiły, że im się to nie udało. Teraz pracowali w rozmaitych zawodach, ale wciąż pamiętali dawne zauroczenie prawami rządzącymi Wszechświatem. Po kilku czy kilkunastu latach chcieli wrócić do fizyki, przynajmniej na poziomie hobby.

Niestety, trudno im znaleźć odpowiednie kursy. Stanford i inne uniwersytety nie pozwalają – zgodnie z obowiązującymi regułami – na to, by w prowadzonych tam zajęciach uczestniczyły osoby z zewnątrz, a wielu zainteresowanych fizyką nie może realistycznie planować powrotu na zwykłe, dzienne studia. Nie mogłem przestać o tym myśleć. Powinien być jakiś sposób na to, by umożliwić takim ludziom kontakty z aktywnymi naukowcami i przez to rozwijać ich zainteresowania, ale wydawało się, że nikt o tym nigdy nie pomyślał.

Wówczas dowiedziałem się o prowadzonym przez Stanford programie kontynuacji studiów, który polega na organizowaniu wykładów dla okolicznych mieszkańców formalnie niezwiązanych z uczelnią. Pomyślałem, że może on idealnie posłużyć moim planom znalezienia słuchaczy, którym mógłbym wyjaśnić fizykę i którzy byliby tym zainteresowani. Poza tym spodziewałem się, że prowadzenie wykładów z fizyki współczesnej sprawiłoby mi sporą frajdę. Przynajmniej przez pół semestru.

Okazało się, że faktycznie sprawia mi to frajdę, a przy tym przynosi satysfakcję, często dużo większą niż zwykłe uczenie studentów czy doktorantów. Ci słuchacze przychodzili na zajęcia tylko z jednego powodu: nie po to, by zdobyć potrzebne punkty, dostać papierek świadczący o ukończeniu studiów czy sprawdzić się na egzaminie, ale by czegoś się nauczyć i zaspokoić swoją ciekawość. Ich bogate i zróżnicowane doświadczenie życiowe powodowało też, że nie bali się zadawać pytań. Zajęcia miały więc w sobie energię i dynamikę, których często brakuje zwykłym kursom uniwersyteckim. Postanowiłem więc zrobić to jeszcze raz. I jeszcze raz.

Po kilku takich cyklach stało się jasne, że słuchaczy nie do końca satysfakcjonowały wykłady prowadzone na poziomie popularnonaukowym. Chcieli czegoś więcej niż to, co mogli znaleźć w „Scientific American”. Większość miała jakieś podstawy, znała trochę fizykę, pamiętała elementy rachunku różniczkowego i całkowego, posiadała jakieś doświadczenie w rozwiązywaniu formalnych problemów. Moi słuchacze byli gotowi na próbę nauczenia się autentycznej fizyki – z równaniami. Chcąc zaspokoić te oczekiwania, zorganizowaliśmy cykl wykładów, który stawiał sobie za zadanie doprowadzenie wiedzy uczestników do poziomu odpowiadającego obecnie prowadzonym badaniom dotyczącym fizyki i kosmologii.

Tak się szczęśliwie złożyło, że ktoś (nie ja) wpadł na świetny pomysł, by sfilmować te zajęcia. Można je znaleźć w Internecie – i wygląda na to, że cieszą się olbrzymią popularnością. Stanford to nie jedyne miejsce, gdzie można znaleźć spragnionych fizyki słuchaczy. Dostaję tysiące e-maili z całego świata. Jedno z powtarzających się w nich pytań brzmi: Czy przygotuje pan kiedyś książkę na podstawie tych wykładów? Teoretyczne minimum jest moją odpowiedzią.

Określenie „teoretyczne minimum” nie zostało wymyślone przeze mnie. Pochodzi ono od wielkiego rosyjskiego fizyka Lwa Landaua. W Związku Radzieckim „TM” oznaczało wszystko to, co musiał wiedzieć student, jeśli chciał pracować z samym Landauem. Był on bardzo wymagający: jego teoretyczne minimum obejmowało w zasadzie wszystko, co wiedział, a to oczywiście pozostawało poza zasięgiem innych ludzi.

Ja używam tego określenia w innym sensie. „Teoretyczne minimum” oznacza dla mnie to, co trzeba wiedzieć, by przejść na kolejny poziom. Nie opasłe, encyklopedyczne tomy, które tłumaczą wszystko, ale cienkie książeczki wyjaśniające to, co ważne. Książki są dość dokładnym odbiciem internetowych wykładów, które można znaleźć w sieci.

Zapraszam więc do lektury Teoretycznego minimum – mechaniki klasycznej. Powodzenia!

Leonard Susskind

Kalifornia, lipiec 2012 roku

Zacząłem uczyć się samodzielnie matematyki i fizyki, kiedy miałem jedenaście lat. Od tamtej pory minęło czterdzieści lat, podczas których wiele się wydarzyło – należę do ludzi, którzy często podejmują decyzje, że pora zająć się czymś innym. Tak czy inaczej, zdążyłem się wiele dowiedzieć z nauk ścisłych. Chociaż zarabiam na życie między innymi prowadzeniem badań naukowych, nigdy nie usiłowałem uzyskać formalnego stopnia naukowego.

Ta książka zaczęła się dla mnie od e-maila. Po obejrzeniu wykładów, na których podstawie powstało Teoretyczne minimum, napisałem do Leonarda Susskinda z pytaniem, czy nie myślał o przekształceniu ich w podręcznik. Sprawy potoczyły się dalej i dziś macie przed sobą konsekwencje tamtego e-maila.

Nie udało się nam zmieścić w tej książce wszystkiego, co początkowo zamierzaliśmy, inaczej nie byłaby ona Teoretycznym minimum mechaniki klasycznej, ale wielką, grubą księgą mechaniki. Do takich zadań przeznaczony jest Internet, wykorzystujący szerokopasmowe łącza, by udostępnić wszystko, co nie zmieściło się gdzie indziej! Dodatkowe materiały, czyli odpowiedzi do umieszczonych w tekście zadań, niektóre dowody i to, na co zabrakło miejsca w wersji książkowej, możecie znaleźć na stronie www.madscitech.org/tm.

Mam nadzieję, że lektura tej książki sprawi wam równie wiele przyjemności jak nam jej pisanie.

George Hrabovsky

Madison, Wisconsin, lipiec 2012 roku