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Feynman-Vorlesungen über Physik

Buch von Richard Feynman
Englische Ausgabe von 2005 im Schuber

Die Feynman-Vorlesungen über Physik (Originaltitel englisch The Feynman Lectures on Physics) sind eine 1964 erschienene Sammlung von Vorlesungen, die der spätere Nobelpreisträger Richard Feynman von 1961 bis 1963 am California Institute of Technology (Caltech) für Studenten der unteren Semester hielt.

Das Lehrwerk besteht aus drei Bänden, die in sich geschlossen jeweils ein größeres Themengebiet abhandeln. Behandelt werden Themen aus den Gebieten Mathematik, Elektromagnetismus, Klassische Mechanik, Statistische Mechanik und Thermodynamik, Quantenphysik sowie das Verhältnis der Physik zu den anderen Naturwissenschaften. Vor der Veröffentlichung wurden die Vorlesungen von Feynman, Matthew Sands und Robert B. Leighton überarbeitet, so dass sie auch in Buchform nachvollziehbar und verständlich sind.[1] Die Bücher wurden bis 2010 über eine Million Mal verkauft.[2][3] Es gibt Übersetzungen in rund ein Dutzend Sprachen.

Eine Auswahl leichter verständlicher Kapitel wurde später für Leser ohne physikalische Vorkenntnisse als Sechs physikalische Fingerübungen und Physikalische Fingerübungen für Fortgeschrittene veröffentlicht.[4]

Hintergrund und EntstehungBearbeiten

Dass mit Richard Feynman ein damals schon weltberühmter Physiker an seiner Universität die Anfängervorlesungen übernahm, ist Teil der Reaktion des US-amerikanischen Bildungswesens auf den Sputnikschock. Wie er in seinem Vorwort erläutert, ging er bei den Physikstudenten von großer Neugier auf die moderne Physik aus. Sie sollten die spannenden Gebiete wie Relativitätstheorie und Quantenmechanik daher bereits in den ersten Semestern kennenlernen, nicht wie traditionell sonst üblich erst nach langem Studium der klassischen Physik.[1]

Die Idee, dass Feynman diese Vorlesungen selbst halten sollte, stammt von Matthew Sands. Auch der Vorschlag, die Vorträge aufzuzeichnen und später als Lehrbuch für ähnlich ausgerichtete Kurse zu verwenden, geht auf den späteren Stanford-Professor zurück. Jedoch unterschätzten sie den Aufwand für die redaktionelle Überarbeitung, die Robert Leighton zufolge pro Vorlesung etwa zehn bis zwanzig Stunden in Anspruch nahm.[5]

Zusätzlich zu den Vorlesungen bestand der Kurs aus Übungen und Experimenten, die jedoch in den Büchern nicht enthalten sind.[5] Sie wurden aber in Teilen ebenfalls veröffentlicht.[6]

Es wurde berichtet, dass einerseits viele der Studenten vor den anspruchsvollen Gedankengängen und Aufgaben doch kapitulierten und zunehmend den Vorlesungen fernblieben, dass Feynman aber gar keine Abnahme der Zuhörerschaft bemerken konnte, weil mehr und mehr ältere Physiker kamen, um sich von der inhaltlich und formal mitreißenden und unkonventionellen Darstellung ihres Fachs begeistern zu lassen.

InhaltBearbeiten

Band I: Hauptsächlich Mechanik, Strahlung, WärmeBearbeiten

Der erste Band (Originaltitel: Vol. I, Mainly mechanics, radiation, and heat) umfasst die Vorlesungen der ersten zwei Semester.[5] Nach einer allgemeinen Einführung in die Physik (etwa Zeit, Geschwindigkeit oder auch Wahrscheinlichkeit) geht Feynman auf die verschiedenen Aspekte der Mechanik ein, was einen Großteil des Bands in Anspruch nimmt. Anschließend widmet er sich der Optik (etwa Interferenz und Polarisation, Farbsehen und Optik des menschlichen Auges), behandelt die Relativitätstheorie einschließlich der Strahlung einer beschleunigten elektrischen Ladung und gibt zum Abschluss eine kurze Einführung in die Thermodynamik und statistische Mechanik, einschließlich Brownscher Bewegung und Irreversibilität sowie einer kurzen Einführung in die Wahrscheinlichkeitstheorie. Ausführlich behandelt werden auch Schwingungsphänomene, die Wellengleichung in unterschiedlichen Anwendungsgebieten (Wasserwellen, Akustik) und der Zusammenhang von Symmetrien und Erhaltungssätzen. Feynman gibt auch eine kurze Einführung in die Quantentheorie.

Band II: Elektromagnetismus und Struktur der MaterieBearbeiten

Der zweite Band (Originaltitel: Vol. II, Mainly Electromagnetism and Matter) enthält die Vorlesungen des dritten Semesters und damit eine umfassende Betrachtung der Elektrizität und des Magnetismus.[7] Gleichzeitig wird eine Einführung in die Vektoranalysis und Tensorrechnung gegeben und speziell Wellenleiter, Teilchenbeschleuniger, atmosphärische Elektrizität (Blitze) und Kristallgitter behandelt. Außerdem werden die Kontinuumsmechanik (Elastizitätstheorie und Hydrodynamik) behandelt. Elektromagnetische Strahlungsphänomene sowie Optik wurden auch schon im ersten Band behandelt. Kapitel 42 enthält eine kurze Einführung in die Allgemeine Relativitätstheorie.

Band III: QuantenmechanikBearbeiten

Der abschließende dritte Band (Originaltitel: Vol III, Quantum Mechanics) gibt eine Einführung in die Quantenmechanik. Unter anderem behandelt Feynman den Spin, Zweizustandssysteme (mit dem Maser als Anwendungsbeispiel) und Wellenfunktionen. Als letztes Kapitel enthält der Band die Textfassung eines Seminars, das den Josephson-Effekt der Supraleitung als makroskopisches Quantenphänomen mit der Schrödingergleichung behandelt. Es werden auch Anwendungen in der Festkörperphysik (Bandstruktur) und Halbleiter behandelt. Eine (zur damaligen Zeit) Besonderheit von Feynmans Behandlung der Quantenmechanik ist seine konsequente Verwendung des Bra-Ket-Formalismus von Paul Dirac.

KapitelBearbeiten

Nach der zweisprachigen deutsch-englischen Ausgabe (Oldenbourg/Addison-Wesley 1973).

Band 1-1:

  • 1. Atome in Bewegung
  • 2 Grundlagenphysik
  • 3. Die Beziehung der Physik zu den anderen Wissenschaften
  • 4 Energieerhaltung
  • 5 Zeit und Entfernung
  • 6 Wahrscheinlichkeit
  • 7 Gravitationstheorie
  • 8 Bewegung
  • 9 Die newtonschen Gesetze der Dynamik
  • 10 Impulserhaltung
  • 11 Vektoren
  • 12 Eigenschaften der Kraft
  • 13 Arbeit und potentielle Energie (Einführung)
  • 14 Arbeit und potentielle Energie (Weiterführendes)
  • 15 Spezielle Relativitätstheorie
  • 16 Relativistische Energie und Impuls
  • 17 Raumzeit
  • 18 Drehung in zwei Dimensionen
  • 19 Massenmittelpunkt; Trägheitsgesetz
  • 20 Drehbewegung im Raum
  • 21 Der harmonische Oszillator
  • 22 Algebra
  • 23 Resonanz
  • 24 Einschwingvorgänge
  • 25 Lineare Systeme und Übersicht

Band 1–2

  • 26: Optik: das Prinzip der kürzesten Zeit
  • 27 Geometrische Optik
  • 28 Elektromagnetische Strahlung
  • 29 Interferenz
  • 30 Beugung
  • 31 Der Usrprung des Brechungsindex
  • 32 Strahlungsdämpfung, Lichtstreuung
  • 33 Polarisation
  • 34 Relativistische Strahlungseffekte
  • 35 Farbensehen
  • 36 Mechanismus des Sehens
  • 37 Quantenverhalten
  • 38 Die Beziehung zwischen dem Wellen- und Teilchenbild
  • 39 Die kinetische Gasstheorie
  • 40 Die Prinzipien der statistischen Mechanik
  • 41 Die Brownsche Bewegung
  • 42 Anwendungen der kinetischen Theorie
  • 43 Diffusion
  • 44 Die Gesetze der Thermodynamik
  • 45 Erläuterungen zur Thermodynamik
  • 46 Knarre und Sperrhaken
  • 47 Schall. Die Wellengleichung
  • 48 Schwebungen
  • 49 Schwingungsformen
  • 50 Oberschwingungen
  • 51 Wellen
  • 52 Die Symmetrie in physikalischen Gesetzen

Band 2-1:

  • 1 Elektromagnetismus
  • 2 Vektoranalysis
  • 3 Die Integralsätze der Vektoranalysis
  • 4 Elektrostatik
  • 5 Anwendung des Gauß`schen Gesetzes
  • 6 Das elektrische Feld in Einzelfällen
  • 7 Das elektrische Feld in Einzelfällen (Fortsetzung)
  • 8 Elektrostatische Energie
  • 9 Elektrizität in der Atmosphäre
  • 10 Dielektrika
  • 11 Vorgänge im Innern von Dielektrika
  • 12 Elektrostatische Analogien
  • 13 Magnetostatik
  • 14 Das Magnetfeld in Einzelfällen
  • 15 Das Vektorpotential
  • 16 Induzierte Ströme
  • 17 Die Induktionsgesetze
  • 18 Die Maxwell-Gleichungen
  • 19 Das Prinzip der kleinsten Wirkung
  • 20 Lösungen der Maxwellschen Gleichungen im leeren Raum
  • 21 Lösungen der Maxwell-Gleichungen in Anwesentheit von Strömen und Ladungen

Band 2-2

  • 22 Wechselstromschaltungen
  • 23 Hohlraumresonatoren
  • 24 Wellenleiter
  • 25 Elektrodynamik in relativistischer Notation
  • 26 Lorentz-Transformation der Felder
  • 27 Energie und Impuls des elektromagnetischen Feldes
  • 28 Elektromagnetische Masse
  • 29 Bewegung von Ladungen in elektrischen und magnetischen Feldern
  • 30 Innere Geometrie von Kristallen
  • 31 Tensoren
  • 32 Der Brechungsindex dichter Materialien
  • 33 Reflexion an Grenzflächen
  • 34 Der Magnetismus der Materie
  • 35 Paramagnetismus und magnetische Resonanz
  • 36 Ferromagnetismus
  • 37 Magnetische Materialien
  • 38 Elastizität
  • 39 Elastische Materialien
  • 40 Die Strömung von trockenem Wasser
  • 41 Die Strömung von nassem Wasser
  • 42 Der gekrümmte Raum

Band 3;

  • 1 Quantenverhalten
  • 2 Die Beziehungen zwischen dem Wellen- und dem Teilchenbild
  • 3 Wahrscheinlichkeitsamplituden
  • 4 Identische Teilchen
  • 5 Spin 1
  • 6 Spin 1/2
  • 7 Die Zeitabhängigkeit der Amplituden
  • 8 Die Hamilton-Matrix
  • 9 Der Ammoniak-Laser
  • 10 Andere Zweizustandssysteme
  • 11 Weitere Zweizustandssysteme
  • 12 Die Hyperfeinaufspaltung im Wasserstoff
  • 13 Ausbreitung im Kristallgitter
  • 14 Halbleiter
  • 15 Die Näherung unabhängiger Teilchen
  • 16 Die Ortsabhängigkeit der Amplituden
  • 17 Symmetrien und Erhaltungssätze
  • 18 Drehimpuls
  • 19 Das Wasserstoffatom und das Periodensystem
  • 20 Operatoren
  • 21 Die Schrödinger-Gleichung in einem klassischen Kontext
  • Epilog

AusgabenBearbeiten

OriginalausgabeBearbeiten

  • Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands: The Feynman Lectures on Physics, Addison-Wesley, Band 1,2, 1964, Band 3, 1965

Deutsche AusgabenBearbeiten

  • Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands: Vorlesungen über Physik.
    • Band I: Hauptsächlich Mechanik, Strahlung, Wärme. Deutsch von Heinz Köhler und Eckhard Schröder, Oldenbourg Verlag, München 1991, 4. Auflage 2001, ISBN 978-3-486-25680-2.
    • Band II: Hauptsächlich Elektromagnetismus und Struktur der Materie. Deutsch von Marlis Mitter, Oldenbourg Verlag, München 1991, 3. Auflage 2001, ISBN 978-3-486-25589-8.
    • Band III: Quantenmechanik. Deutsch von Henner Wessel. Oldenbourg Verlag, München 1991, 4. Auflage 2007, ISBN 978-3-486-25134-0.

(gebundene Ausgabe mit den Tips zur Physik bei Oldenbourg 2009, ISBN 978-3-486-58989-4)

WeblinksBearbeiten

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. a b Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands: Vorlesungen über Physik. Band I: Hauptsächlich Mechanik, Strahlung, Wärme. Oldenbourg 1991, S. 1–4.
  2. “[…] he developed the Feynman Lectures on Physics, which have sold over a million copies and are still widely read today.” In: Encyclopedia of Science and Technology Communication. Sage Pubn Inc, 2010, S. 299 (google books).
  3. Nach der offiziellen Webseite (abgerufen im September 2019) am Caltech verkaufte sich allein die englische Ausgabe über 1,5 Millionen Mal und die russische Ausgabe brachte es auf über 1 Million Exemplare.
  4. Sechs physikalische Fingerübungen (Six easy pieces) enthält aus Band 1 die Kapitel 1 (Atome in Bewegung), 2 (Grundlagenphysik), 3 (Beziehung der Physik zu anderen Wissenschaften), 7 (Die Gravitationstheorie), 10 (Energieerhaltung), 37 (Quantenverhalten), Six not so easy pieces enthält die Kapitel 11 (Vektoren), 52 (Die Symmetrie in physikalischen Gesetzen), 15 (Die Spezielle Relativitätstheorie), 16 (Relativistische Energie und Impuls), 17 (Raumzeit), und aus Band 2 das letzte Kapitel Der gekrümmte Raum.
  5. a b c Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands: Vorlesungen über Physik. Band I: Hauptsächlich Mechanik, Strahlung, Wärme. Oldenbourg 1991, S. 5–7
  6. Feynman, Michael Gottlieb, Ralph Leighton Feynman’s Tips on Physics: A Problem-Solving Supplement to the Feynman Lectures on Physics. Addison Wesley, 2006, ISBN 0-8053-9063-4.
  7. Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands: Vorlesungen über Physik. Band II: Hauptsächlich Elektromagnetismus und Struktur der Materie. Oldenbourg 1991, S. 9–10