费曼物理学讲义:新千年版（第1卷）

阐述物理学全貌的经典讲义，历久弥新的大师之作

《费曼物理学讲义》对物理学的全貌进行了细致、富有见地的阐述。全书物理概念、理论框架清晰，讲述生动，富有启发性，拥有同类教材无法企及的深度和广度。全书涵盖牛顿力学、统计物理、麦克斯韦电动力学以及量子力学等内容，不仅对于物理系学子是优秀的教材，对于每一个试图理解现代物理的读者都是不可多得的经典读物。
第 1 卷主要内容涉及力学、电磁学、光学、量子力学、统计物理，具体包括：物理学研究的基本方法、物理学在自然科学中的位置；时间、距离等基本物理概念；如何描述运动；牛顿动力学定律；牛顿万有引力定律；功和势能的概念；能量守恒、动量守恒；狭义相对论及时空概念；转动；光的性质；电磁性质；量子行为等。

费曼(Richard Feynman)：量子电动理论的开拓者、1965年诺贝尔物理学奖获得者，“费曼图”“费曼规则”“费曼振幅”等概念因其而得名，提出了量子力学的路径积分形式，对整个物理学的发展产生了重要影响。
莱顿(Robert Leighton)：加州理工学院物理学教授。
桑兹(Matthew Sands)：加州理工学院物理学教授。

第1章原子的运动1
§１１引言1
§１２物质是原子构成的2
§１３原子过程5
§１４化学反应7
第２章基本物理11
§２１引言11
§２２１９２０年以前的物理学13
§２３量子物理学16
§２４原子核与粒子18
第３章物理学与其他科学的关系22
§３１引言22
§３２化学22
§３３生物学23
§３４天文学28
§３５地质学29
§３６心理学30
§３７情况何以会如此31
第４章能量守恒33
§４１什么是能量33
§４２重力势能34
§４３动能38
§４４能量的其他形式39
第５章时间与距离42
§５１运动42
§５２时间42
§５３短的时间43
§５４长的时间45
§５５时间的单位和标准47
§５６长的距离47
§５７短的距离50
第６章概率54
§６１机会和可能性54
§６２涨落56
§６３无规行走59
§６４概率分布62
§６５不确定性原理64
第７章万有引力理论67
§７１行星运动67
§７２开普勒定律67
§７３动力学的发展68
§７４牛顿引力定律69
§７５万有引力72
§７６卡文迪什实验76
§７７什么是引力77
§７８引力与相对论79
第８章运动80
§８１运动的描述80
§８２速率82
§８３速率作为导数85
§８４距离作为积分86
§８５加速度88
第９章牛顿的动力学定律91
§９１动量和力91
§９２速率与速度92
§９３速度、加速度以及力的分量93
§９４什么是力94
§９５动力学方程的含义95
§９６方程的数值解95
§９７行星运动97
第１０章动量守恒102
§１０１牛顿第三定律102
§１０２动量守恒103
§１０３动量是守恒的105
§１０４动量和能量108
§１０５相对论性动量110
第１１章矢量112
§１１１物理学中的对称性112
§１１２平移113
§１１３转动114
§１１４矢量117
§１１５矢量代数118
§１１６牛顿定律的矢量表示法120
§１１７矢量的标积121
目录第１２章力的特性124
§１２１什么是力124
§１２２摩擦力126
§１２３分子力129
§１２４基本力、场130
§１２５赝力133
§１２６核力135
第１３章功与势能（上）136
§１３１落体的能量136
§１３２万有引力所做的功139
§１３３能量的求和142
§１３４巨大物体的引力场143
第１４章功与势能（下）146
§１４１功146
§１４２约束运动147
§１４３保守力148
§１４４非保守力151
§１４５势与场152
第１５章狭义相对论156
§１５１相对性原理156
§１５２洛伦兹变换158
§１５３迈克耳逊莫雷实验159
§１５４时间的变换161
§１５５洛伦兹收缩163
§１５６同时性163
§１５７四维矢量164
§１５８相对论动力学165
§１５９质能相当性166
第１６章相对论中的能量与动量168
§１６１相对论与哲学家168
§１６２孪生子佯谬170
§１６３速度的变换171
§１６４相对论性质量173
§１６５相对论性能量176
第１７章时空178
§１７１时空几何学178
§１７２时空间隔180
§１７３过去，现在和将来181
§１７４四维矢量的进一步讨论182
§１７５四维矢量代数184
第１８章二维空间中的转动187
§１８１质心187
§１８２刚体的转动189
§１８３角动量191
§１８４角动量守恒193
第１９章质心、转动惯量195
§１９１质心的性质195
§１９２质心位置的确定198
§１９３转动惯量的求法199
§１９４转动动能201
第２０章空间转动204
§２０１三维空间中的转矩204
§２０２用叉积表示的转动
方程式208
§２０３回转仪209
§２０４固体的角动量211
第21章谐振子213
§２１１线性微分方程213
§２１２谐振子213
§２１３简谐运动和圆周运动216
§２１４初始条件217
§２１５受迫振动218
第２２章代数学220
§２２１加法和乘法220
§２２２逆运算221
§２２３抽象和推广222
§２２４无理数的近似计算223
§２２５复数226
§２２６虚指数229
第２３章共振231
§２３１复数和简谐运动231
§２３２有阻尼的受迫振子233
§２３３电共振235
§２３４自然界中的共振现象237
第２４章瞬变态242
§２４１振子的能量242
§２４２阻尼振动244
§２４３电瞬变态246
第２５章线性系统及其综述249
§２５１线性微分方程249
§２５２解的叠加250
§２５３线性系统中的振动253
§２５４物理学中的类比255
§２５５串联和并联阻抗257
第２６章光学：最短时间原理259
§２６１光259
§２６２反射与折射260
§２６３费马最短时间原理261
§２６４费马原理的应用263
§２６５费马原理的更精确表述267
§２６６最短时间原理是怎样起作
用的268
第２７章几何光学269
§２７１引言269
§２７２球面的焦距269
§２７３透镜的焦距272
§２７４放大率274
§２７５透镜组275
§２７６像差276
§２７７分辨本领276
第２８章电磁辐射278
§２８１电磁学278
§２８２辐射280
§２８３偶极辐射子282
§２８４干涉283
第２９章干涉285
§２９１电磁波285
§２９２辐射的能量286
§２９３正弦波287
§２９４两个偶极辐射子288
§２９５干涉的数学290
第３０章衍射294
§３０１n个相同振子的合振幅294
§３０２衍射光栅29６
§３０３光栅的分辨本领299
§３０４抛物形天线300
§３０５彩色薄膜、晶体301
§３０６不透明屏的衍射302
§３０７振荡电荷组成的平面所产
生的场30４
第31章折射率的起源307
§３１１折射率307
§３１２物质引起的场310
§３１３色散312
§３１４吸收314
§３１５电波所携带的能量315
§３１６屏的衍射316
第32章辐射阻尼、光的散射318
§３２１辐射电阻318
§３２２能量辐射率319
§３２３辐射阻尼320
§３２４独立的辐射源322
§３２５光的散射323
第33章偏振327
§３３１光的电矢量327
§３３２散射光的偏振性328
§３３３双折射329
§３３４起偏振器331
§３３５旋光性332
§３３６反射光的强度332
§３３７反常折射334
第34章辐射中的相对论性效应337
§３４１运动辐射源337
§３４２求“表观”运动338
§３４３同步辐射340
§３４４宇宙中的同步辐射342
§３４５轫致辐射343
§３４６多普勒效应343
§３４７ω，　k四元矢量345
§３４８光行差347
§３４９光的动量347
第３５章色视觉349
§３５１人眼349
§３５２颜色依赖于光的强度350
§３５３色感觉的测量352
§３５４色品图355
§３５５色视觉的机制356
§３５６色视觉的生理化学358
第３６章视觉的机制361
§３６１颜色的感觉361
§３６２眼睛的生理学363
§３６３视杆细胞366
§３６４（昆虫的）复眼367
§３６５其他的眼睛370
§３６６视觉的神经学371
第３７章量子行为376
§３７１原子力学376
§３７２子弹实验377
§３７３波的实验378
§３７４电子的实验380
§３７５电子波的干涉381
§３７６追踪电子382
§３７７量子力学的基本原理385
§３７８不确定性原理386
第３８章波动观点与粒子观点的
关系388
§３８１概率波幅388
§３８２位置与动量的测量389
§３８３晶体衍射392
§３８４原子的大小393
§３８５能级395
§３８６哲学含义396
第３９章气体分子动理论399
§３９１物质的性质399
§３９２气体的压强400
§３９３辐射的压缩性404
§３９４温度和动能405
§３９５理想气体定律408
第４０章统计力学原理411
§４０１大气的指数变化律411
§４０２玻尔兹曼定律412
§４０３液体的蒸发413
§４０４分子的速率分布415
§４０５气体比热418
§４０６经典物理的失败419
第４１章布朗运动422
§４１１能量均分422
§４１２辐射的热平衡424
§４１３能量均分与量子振子428
§４１４无规行走430
第４２章分子动理论的应用433
§４２１蒸发433
§４２２热离子发射436
§４２３热电离437
§４２４化学动力学439
§４２５爱因斯坦辐射律440
第４３章扩散444
§４３１分子间的碰撞444
§４３２平均自由程446
§４３３漂移速率447
§４３４离子电导率449
§４３５分子扩散450
§４３６热导率453
第４４章热力学定律455
§４４１热机、第一定律455
§４４２第二定律457
§４４３可逆机458
§４４４理想热机的效率461
§４４５热力学温度463
§４４６熵465
第４５章热力学示例469
§４５１内能469
§４５２应用472
§４５３克劳修斯克拉珀龙方程475
第４６章棘轮和掣爪479
§４６１棘轮是怎样工作的479
§４６２作为热机的棘轮480
§４６３力学中的可逆性482
§４６４不可逆性483
§４６５序与熵485
第４７章声、波动方程488
§４７１波488
§４７２声的传播490
§４７３波动方程491
§４７４波动方程的解493
§４７５声速494
第４８章拍496
§４８１两列波的相加496
§４８２拍符和调制498
§４８３旁频带499
§４８４定域波列501
§４８５粒子的概率幅503
§４８６三维空间的波504
§４８７简正模式505
第４９章波模507
§４９１波的反射507
§４９２具有固有频率的约束波508
§４９３二维波模510
§４９４耦合摆513
§４９５线性系统514
第５０章谐波516
§５０１乐音516
§５０２傅里叶级数517
§５０３音色与谐和518
§５０４傅里叶系数520
§５０５能量定理523
§５０６非线性响应524
第５１章波527
§５１１舷波527
§５１２冲击波528
§５１３固体中的波531
§５１４表面波534
第５２章物理定律的对称性538
§５２１对称操作538
§５２２空间与时间的对称性538
§５２３对称性与守恒定律541
§５２４镜面反射541
§５２５极矢量与轴矢量544
§５２６哪一只是右手545
§５２７宇称不守恒546
§５２８反物质547
§５２９对称破缺549
索引５５０
附录５５7

20世纪60年代初，美国一些理工科大学鉴于当时的大学基础物理教学与现代科学技术的发展不相适应，纷纷试行教学改革，加利福尼亚理工学院就是其中之一。该校于1961年9月至1963年5月特请著名物理学家费曼主讲一二年级的基础物理课，事后又根据讲课录音编辑出版了《费曼物理学讲义》。本讲义共分3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卷主要是电磁学，第3卷是量子力学。全书内容十分丰富，在深度和广度上都超过了传统的普通物理教材。

当时美国大学物理教学改革试图解决的一个主要问题是基础物理教学应尽可能反映近代物理的巨大成就。《费曼物理学讲义》在基础物理的水平上对20世纪物理学的两大重要成就——相对论和量子力学——作了系统的介绍，对于量子力学，费曼教授还特地准备了一套适合大学二年级水平的讲法。教学改革试图解决的另一个问题是按照当前物理学工作者在各个前沿研究领域所使用的方式来介绍物理学的内容。在《费曼物理学讲义》一书中对一些问题的分析和处理方法反映了费曼自己以及其他在前沿研究领域工作的物理学家所通常采用的分析和处理方法。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，而且特别注重从物理上作出深刻的叙述。为了扩大学生的知识面，全书还列举了许多基本物理原理在各个方面（诸如天体物理、地球物理、生物物理等）的应用，以及物理学的一些最新成就。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曼讲课的生动活泼、引人入胜的独特风格。

《费曼物理学讲义》从普通物理水平出发，注重物理分析，深入浅出，避免运用高深繁琐的数学方程，因此具有高中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。

1989年，为纪念费曼逝世一周年，原书编者重新出版本书，并增加了介绍费曼生平的短文和新的序言。2010年，编者根据五十多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（三卷）存在的错误和不当之处（885处）进行了订正，并使用新的电子版语言和现代作图软件对全书语言文字、符号、方程及插图进行重新编辑出版，称为新千年版。本书就是根据新千年版翻译的。

本书的费曼自序、前言及本卷第1至10章、15章、16章、37至48章、52章由郑永令在吴子仪译稿的基础上重译，第11章、17至25章由华宏鸣翻译，第12章、49章由诸长生翻译，第13和14章由范膺翻译，第26至34章由郑永令翻译，《费曼物理学讲义》另序、“关于费曼”及第35和36章由潘笃武翻译，第50和51章由钟万衡翻译。原译稿曾由郑广垣、王福山、苏汝铿校阅。由于译者水平所限，错误在所难免，欢迎广大读者批评指正。
译者
2012年10月