Table Of ContentRichard 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
