Frage:
Lesen der Feynman-Vorlesungen im Jahr 2012
David Feldman
2012-06-02 05:08:34 UTC
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Die Feynman-Vorlesungen werden anscheinend allgemein bewundert, sind aber auch ein halbes Jahrhundert alt. Welche Entschädigung für ihr Alter sollte der heutige Leser gegebenenfalls leisten, wenn er sie als Quelle für das Selbststudium betrachtet? Ich interessiere mich sowohl für Hinweise auf bestimmte Themen, bei denen die Physik selbst veraltet ist, als auch für Themen, bei denen der pädagogische Ansatz jetzt nachweisbare Verbesserungen zulässt.

Das sind immer noch meine Lieblingsbücher.
Kostenlose Online-Kopie: http://www.feynmanlectures.caltech.edu/
Zwei antworten:
Ron Maimon
2012-06-02 08:09:07 UTC
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Die Feynman-Vorlesungen müssen nur geringfügig geändert werden, sind jedoch im Vergleich zu anderen Lehrbüchern relativ gering. Der große Vorteil der Feynman-Vorlesungen besteht darin, dass alles von Grund auf neu ausgearbeitet wird, so dass Feynman mit maximaler Einsicht unterrichtet wird. Dies können Sie erst tun, nachdem Sie sich hingesetzt und die alten Berechnungen von Grund auf wiederholt haben. Das macht sie sehr interessant, weil Sie von Feynman lernen, wie das Entdecken gemacht wird, die Art des Denkens, die physische Intuition und so weiter.

Die ursprüngliche Präsentation macht es auch so, dass Feynman alle möglichen Dinge sagt auf eine etwas andere Weise als andere Bücher. Dies ist gut, um Ihr Verständnis zu testen, denn wenn Sie etwas nur halbherzig wissen, klingt Feynman falsch. Ich erinnere mich, dass, als ich es vor einer Million Jahren zum ersten Mal las, ein großer Teil der Dinge, die er sagte, völlig falsch klang. Diese originelle Präsentation ist eine sehr wichtige Komponente: Sie zeigt Ihnen, wie Originalität klingt, und es ist das Wichtigste, zu wissen, wie man originell ist.

Ich denke, Vol. Als Intro bin ich ziemlich in Ordnung, obwohl es zumindest mit folgendem Zeug ergänzt werden sollte:

  1. Computerintegration: Feynman macht zu Beginn von Band I etwas Wunderbares (etwas, das 1964 noch nicht bekannt war). Er beschreibt, wie Euler eine Differentialgleichung zeitlich vorwärts schreitet. Heutzutage ist es einfach, jedes mechanische Problem numerisch zu integrieren, und Erfahrung mit der numerischen Integration ist für Studenten von wesentlicher Bedeutung. Die Integration beseitigt die Lähmung des Schülers: Wenn Sie auf eine Gleichung starren und nicht wissen, was Sie tun sollen. Wenn Sie einen Computer haben, wissen Sie genau, was zu tun ist! Die Integration enthüllt viele interessante qualitative Dinge und zeigt Ihnen, wie schnell das über 4 Jahrhunderte sorgfältig erworbene analytische Wissen ausfällt. Selbst wenn Sie es nicht wussten, können Sie beispielsweise sehen, dass die KAM-Stabilität in selbstgravitierenden Clustern bei einer überraschend großen Anzahl von Partikeln spontan auftritt. Sie können eine chaotische Bewegung erwarten, bis Sie 2 Partikel erreichen, die dann in einer Ellipse umkreisen. Aber Cluster mit zufälligen Massen und Geschwindigkeiten von einigen hundert Partikeln werfen Partikel wie verrückt aus, bis sie ein oder zwei Dutzend Partikel erreichen, und dann setzen sie sich in einem Durcheinander von Umlaufbahnen ab, aber dieses Durcheinander muss integrierbar sein, weil nichts anderes ist mehr ausgeworfen! Viele Dinge wie diese entdecken Sie, wenn Sie sich mit Partikelsimulationen beschäftigen, und dies fehlt in Band I, da zum Zeitpunkt des Schreibens keine Computer verfügbar waren. Es fehlt jedoch nicht vollständig und es ist anderswo viel schlimmer.
  2. Das Kepler-Problem: Feynman hat diesbezüglich einen interessanten Standpunkt, der im Buch "Lost Lecture" und im Hörbuch veröffentlicht wird. Aber ich denke, die Standardmethoden sind hier besser, weil die Dinge, die Feynman im 17. Jahrhundert wiederholt, zu spezifisch für dieses eine Problem sind. Dies kann in jedem Buch über analytische Mechanik ergänzt werden.
  3. Thermodynamik: Der Abschnitt über Thermodynamik macht alles durch statistische Mechanik und Intuition. Dies beginnt mit der Dichte der Atmosphäre, die die Boltzmann-Verteilung motiviert, die dann verwendet wird, um alle möglichen Dinge abzuleiten, die in der Clausius-Clayperon-Gleichung gipfeln. Dies ist ein großer Segen, wenn man an Atome denkt, aber es lehrt Sie nicht die klassische Thermodynamik, die ausgehend von modernen statistischen Mechanismen wirklich einfach ist. Die Position ist, dass die Boltzmann-Verteilung alles ist, was Sie wissen müssen, und das ist aus meiner Sicht ein wenig rückwärts. Die Argumente für die maximale Entropie sind besser - sie motivieren die Boltzmann-Verteilung. Die Wärmekraftmaschine, die er verwendet, basiert ebenfalls auf Gummibändern, und dennoch gibt es keine Diskussion darüber, warum Gummibänder entropisch sind, über freie Energien im Gummiband oder über die Abhängigkeit der Steifheit von der Temperatur.
  4. Monte-Carlo-Simulation: Dies ist wichtig, erfordert aber offensichtlich Computer. Mit Monte-Carlo können Sie schnell Schnappschüsse klassischer statistischer Systeme auf einem Computer erstellen und Intuition aufbauen. Sie können Simulationen von Flüssigkeiten durchführen und sehen, wie die Atome klassisch herumklopfen. Sie können Gummibandpolymere simulieren und die Steifigkeitsabhängigkeit von der Temperatur sehen . All diese Dinge sind eindeutig in Feynmans Kopf vorhanden, aber ohne Computer ist es schwierig, sie in die Köpfe der Schüler zu übertragen.
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    Bei Band II besteht das schwerwiegendste Problem darin, dass die Fundamente ausgeschaltet sind. Feynman sagte, er wolle den Standpunkt des klassischen Lehrbuchs zu E&M wiederholen, war sich aber nicht sicher, wie er das machen sollte. Die Feynman-Vorlesungen wurden zu einer Zeit geschrieben, kurz bevor die moderne Eichentheorie begann, und obwohl sie das Vektorpotential im Vergleich zu anderen Behandlungen der Zeit stark betonen, machen sie das Vektorpotential nicht zum Hauptobjekt. Feynman wollte Band II wiederholen, um es vollständig vektorpotentialzentriert zu machen, aber er konnte es nicht tun. Jemand anderes hat auf der Grundlage dieser Empfehlung eine auf Vektorpotential basierende Diskussion über E&M geführt, aber die Ergebnisse waren nicht so gut.

    Die wichtigsten Dinge, die ich in Band 3 nicht mag. II:

    1. Die Ableitung des Brechungsindex erfolgt durch eine komplizierte Rückstreuberechnung, die auf Elektronenoszillatoren im Pflaumenpudding-Stil basiert. Dies ist im Wesentlichen nur das Argument des Vorwärtsphasen-Brechungsindex, das Feynman in der Geisterzeitung von 1963 in Acta Physica Polonika zur Motivation der Einheitlichkeit vorbringt. Es ist meiner Meinung nach nicht so interessant oder nützlich in Vol. II, aber es ist die aufwendigste Berechnung in der Reihe.
    2. Keine spezielle Funktion: Während das Thema mit einer Schicht Mehltau aus dem 19. Jahrhundert bedeckt ist, ist es nützlich, einige spezielle Funktionen zu kennen, insbesondere Bessel-Funktionen und sphärische Harmonische. Feynman wählt immer ganz besondere Formen, die elementare Funktionen geben, und er kennt alle Fälle, die elementar sind, so dass er eine Menge Kilometer davon hat, aber es ist nicht allgemein genug.
    3. Der Flüssigkeitsabschnitt ist a wenig dünn --- Sie werden lernen, wie die Grundgleichungen funktionieren, aber keine größeren Ergebnisse. Die Behandlung des Flüssigkeitsflusses hätte durch He4-Flüsse ergänzt werden können, bei denen die Beschreibung des potenziellen Flusses korrekt ist (es ist klar, dass dies Feynmans Motivation für die seltsame Behandlung des Subjekts ist, dies ist jedoch nicht explizit).
    4. Numerische Methoden in der Feldsimulation: Wenn man hier ein einführendes Lehrbuch schreiben möchte, muss man vollständig originell sein, da die heute verwendeten numerischen Methoden für Feldgleichungen jeglicher Art nicht so gut sind.
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      Vol. III ist extrem gut, weil es so kurz ist. Die Einführung in die Quantenmechanik bringt Sie schnell zu einem guten intuitiven Verständnis, und das ist das Ziel. Es könnte wahrscheinlich Folgendes verwenden:

      1. Eine Diskussion der Diffusion und der Beziehung zwischen Schrödinger-Operatoren und Diffusionsoperatoren: Dies ist aus dem Pfadintegral ersichtlich, aber es war auch Schrödinger klar. Es ermöglicht Ihnen auch, schnell die genauen Lösungen für Schrödingers Gleichung zu motivieren, wie das $ 1 / r $ -Potential, das Feynman Ihnen nur ohne Motivation gibt. Eine angemessene Motivation kann gegeben werden, indem SUSY QM (ohne es so zu nennen, nur eine fortgesetzte stochastische Gleichung) verwendet und verschiedene Grundzustandsansätze ausprobiert werden.
      2. Galiläische Invarianz der Schrödinger-Gleichung: Dieser Teil wird nicht in ausgeführt Jedes Buch, denke ich nur, weil Dirac es aus seinem weggelassen hat. Es ist wichtig zu wissen, wie man Wellenfunktionen verstärkt. Da Feynman die Schrödinger-Gleichung aus einem eng bindenden Modell (einer Gitternäherung) ableitet, ist die galileische Invarianz überhaupt nicht offensichtlich.
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        Da die Vorlesungen einleitend sind, wird alles darin nur an zweiter Stelle Natur, also spielt es keine Rolle, dass sie alt sind. Die alten Bücher sollten einfach einfacher sein, weil das alte Zeug bereits in der Luft schwebt. Wenn Sie in den Feynman-Vorlesungen etwas finden, das nicht ganz offensichtlich ist, sollten Sie es studieren, bis es offensichtlich ist - es gibt keine Barriere, die Dinge sind in sich geschlossen.

@RonMaimon Ich lese das Buch selbst und finde es das beste Stück, das auf meinem Niveau geeignet ist. Aber halten seine Argumente angesichts moderner Entdeckungen immer noch? Besonders die Details des Teils "atmosphärische Elektrizität"?
@SatwikPasani: Es gibt nichts, woran ich mich aus diesem Kapitel erinnere, das falsch ist, es war größtenteils qualitativ. Vielleicht wird der Mechanismus der Ladungstrennung heute besser verstanden, ich weiß es nicht. Der einzige Punkt bei dieser Sache ist zu erklären, warum es eine Spannung gibt, wenn Sie in die Luft steigen, und dies ist darauf zurückzuführen, dass ein Blitz den Boden auflädt, und es ist eine Tatsache, es ist immer noch wahr. Ich folge nicht der atmosphärischen Literatur, leider weiß ich nicht, ob die Leute mehr über Ladungstrennung durch Reiben von Lufttröpfchen wissen. Dies war das offene Rätsel, über das er in diesem Kapitel sprach.
Der potenzielle Ansatz für EM, den Sie erwähnen, könnte "Collective Electrodynamics" von Feynmans Schüler Carver Mead sein: http://en.wikipedia.org/wiki/Carver_Mead.PS: Ich erinnere mich, dass Sie positiv über Steven Frautschis S-Matrix-Buch geschrieben haben.Ich habe ihn kürzlich gesehen;Im Ruhestand, jetzt 80, hat er sich selbst als Lehrassistent neu erfunden und in diesem Jahr den Feynman-Preis für hervorragende Lehrleistungen von Caltech gewonnen.Als ich erwähnte, dass seine S-Matrix-Arbeit hier zitiert wird, senkte er den Kopf und sagte: "Nun, das ist lange her ..."
@ArtBrown: Eine lange Zeit, eine lange Zeit, aber klassische unterschätzte Arbeit.Vielen Dank für die Informationen, es könnte Mead gewesen sein, ich erinnere mich ehrlich gesagt nicht, ich fand es in einem Buchladen und blätterte es durch, mochte es nicht so sehr, bemerkte aber, dass es auf dem beruhte, was Feynman beabsichtigte.
@ArtBrown Ich habe das Buch auf Amazon.com gesehen und nachdem ich mir den Inhalt angesehen habe, kratzte ich mich immer noch am Kopf: Physiker verwenden QED, Ingenieure verwenden CED und beide Modelle werden hervorragend von Lehrbüchern des Mainstreams bedient.
@Physikslover, Ich empfehle Meads Monographie nicht.Wie Ron Maimon erwähnte, war es nicht besonders erfolgreich.Ich denke, es ging darum, Maxwells Gleichungen zu "motivieren", indem gezeigt wird, wie sie aus etwas Einfacherem hervorgehen.(Ron Maimon hat möglicherweise eine andere Perspektive; meine Standardhaltung ist es, sich ihm zu widersetzen!)
@RonMaimon Ihre Antwort hat mich dazu inspiriert, eine 2D $ n $ -Körpersimulation durchzuführen, um nach dieser KAM-Stabilität zu suchen.Aber mein naiver Ansatz, Newtons Gleichung direkt in ode23s zu integrieren, ist * so langsam * :( Ich bekomme einige großartige Ergebnisse für <10 Planeten, aber ich kann nicht viel mehr bekommen. Haben Sie Tipps für die praktische Implementierung einer solchen Simulation?
@tom: Wenn Sie auf einem neueren Computer nur den grundlegendsten Code in C schreiben, ohne ausgefallene Klassen, nur den einfachsten Code, machen 1000 Partikel 10 Schritte pro Sekunde.Ich hörte dies von einem Laien (Vater eines Freundes), der mir seinen Code für Schwerkraftcluster zeigte und feststellte, dass er Systeme fand, die sich zu verrückten, aber nicht chaotischen Umlaufbahnen stabilisierten, lange bevor sie zwei Teilchen erreichten.Er wollte dies veröffentlichen.Es gibt einfache Tricks - verwenden Sie eine Methode zweiter Ordnung, und wenn zwei Partikel kurz vor der Kollision stehen, verwenden Sie die genaue Lösung der Streuung von zwei Partikeln im Hintergrundfeld als erste Annäherung.
Ich habe gerade (3d) gemacht, mit der idiotischsten Methode.10 Körper sind ungefähr richtig, vielleicht können Sie 20 oder 30 bekommen, ich habe es nie systematisch gemacht.Es gibt gute Ansätze, um die Berechnung in Regionen zu blockieren, so dass Sie keine N ^ 2-Kräfte der Ordnung berechnen müssen, sondern entfernte Körper in Blöcken.Sie müssen sich mit Drift und No-Control auseinandersetzen, wenn zwei Körper kollidieren, Sie eine zu große Momentankraft und eine falsche numerische Explosion erhalten.Sie können dies mithilfe eines dynamischen Zeitschritts beheben, der klein genug ist, um Energieeinsparung zu gewährleisten, oder mit der von mir beschriebenen Zwei-Körper-Methode mit konstantem + linearem Hintergrund.
@RonMaimon OK, das klingt ungefähr richtig.Die Verwendung der exakten Zwei-Teilchen-Lösung ist eine gute Idee - das Problem wird ziemlich steif, wenn sich zwei Planeten nähern.Vielen Dank.
@RonMaimon Ihr Kommentar zu Feynman, der Band 2 basierend auf dem Vektorpotential wiederholen möchte, ist sehr interessant.Woher wusstest du, dass er das tun wollte?Wenn Sie den folgenden Thread noch nicht gesehen haben, sehen Sie sich ihn an, um weitere Informationen zu erhalten, und fügen Sie weitere Informationen hinzu: https://physics.stackexchange.com/questions/100951/what-was-feynmans-much-bessere-Art-der-Darstellung-der-Elektrodynamik-welche
stupidity
2012-06-02 05:50:41 UTC
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Ich bin mir nicht sicher, was Sie damit meinen: "Die Physik ist veraltet", weil die Newtonsche Mechanik in gewissem Sinne veraltet ist. Wir wissen jedoch, dass es sich um eine effektive Theorie handelt (die Relativitätsgrenze bei niedriger Geschwindigkeit) und dass es wichtig ist, sie zu studieren und zu verstehen, da sie die Mechanik des Alltags genau beschreibt.

Feynman-Vorlesungen sind die klassische 101/102-Physikressource. Also einfach lesen und lernen. Und Feynman ist ein Meister in seinem pädagogischen Ansatz (erinnern Sie sich an den Herausforderer-Fall?)

Das einzige ist, dass Sie die Techniken der Quantenfeldtheorie oder eines anderen fortgeschrittenen und neueren Forschungsniveaus nicht lernen werden Themen aus Feynman-Vorträgen.

> Ich bin mir nicht sicher, was Sie damit meinen: "Die Physik ist veraltet." Nehmen wir der Einfachheit halber an, ich meine es im soziologischen Sinne, dass ein idealisierter, kluger, gewissenhafter und gut informierter Professor, der die Feynman-Vorlesungen unterrichtet, sich gezwungen fühlen würde, eine Intervention durchzuführen, die darin bestehen könnte, ein Experiment zu beschreiben, das das Datum nachdatiert Buch, eine neue Vereinfachung einer konzeptuellen Erklärung, eine entscheidende Analogie, die vor 50 Jahren unbemerkt blieb, was auch immer.
Ich kann mir keinen Text aus dem Jahr 1910 vorstellen, der 1960 keine Korrektur benötigt hätte ... und ich kann mir nicht vorstellen, dass das Thema in den letzten 50 Jahren langsamer vorangekommen ist als in den 50 Jahren zuvor. Ich verstehe, dass die meisten der jüngsten Fortschritte als zu fortgeschritten für Anfänger weggelassen werden müssen, aber alles?
Aha. Vielleicht könnte es zusätzlich zu den Feynman-Vorlesungen eine gute Idee sein, ein modernes Physiklehrbuch zu verwenden. Ich denke, einige neue Lehrbücher haben spezielle Websites für erweitertes und interaktives Lernen. Das MIT und andere große Universitäten bieten außerdem kostenlose Videovorträge bekannter Physiker an.
@DavidFeldman - Ich denke, es ist fair zu sagen, dass die Physik zwischen 1910 und 1960 etwas weiter fortgeschritten ist als seitdem. Tatsächlich gab es seit QCD Mitte der 60er Jahre nicht mehr viel Physik
@MartinBeckett: Ich glaube nicht, dass es überhaupt wahr ist - die großen Fortschritte der 1970er bis 1990er Jahre, Strings, Holographie, topologische Theorien, konforme Theorien, Renormierungsbehandlung von Phasenübergängen, Störungsphysik, Quantencomputer, Numerik sind alle grundlegend, aber Was passiert ist, ist, dass die Leute sich geweigert haben, den Lehrplan weiter nach unten zu drücken, so dass EM und QM in der High School sind und Studenten sofort vernünftige Dinge tun können. Das Internet ermöglicht es Ihnen, dies zu tun, da eine selbstmotivierte Person das Material lernen kann, ohne sich auf Pädagogik zu verlassen, die immer minderwertig ist.
@MartinBeckett: Ich denke, das ist schwer zu messen. Alles, was IMB in seiner Forschung und Entwicklung tut oder Fortschritte in der CFD macht, ist sicherlich Physik. Es ist nur so, dass es kein neues eigenständiges Framework ist, wie QM aus der Zeit um 1925.


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