Ликбез для любознательных, или Похвальное слово "Популярной физике" Дж. Орира
Время от времени мне задают вопрос, какой литературой лучше всего пользоваться для самообразования? Частичный ответ на него дает мой свежий опус в "Троицком варианте", приведу здесь полный авторский вариант.
Ликбез для любознательных, или Похвальное слово «Популярной физике» Дж. Орира
Одним из запомнившихся эпизодов учебы в университете стала для меня заданная на дом задача по теоретической механике, в которой предлагалось оценить с помощь теоремы вириала температуру внутри Солнца [1]. В этот момент я с особой силой ощутил единство физики, глубокую связь между, казалось бы, далекими друг от друга областями знания. Однако впечатление такого рода не было первым в моей жизни. С раннего детства в моем распоряжении была удивительная, ни на что не похожая, прекрасно иллюстрированная книга, пронизанная духом единства физики. Речь идет о «Популярной физике» (в оригинале - «Fundamental Physics») Джея Орира [2], выдержавшей только в нашей стране три издания.
Наверное, все слышали историю о «шоке первого спутника», когда успехи СССР в космической отрасли породили в США ощущение отставания в науке и образовании и осознание необходимости принятия срочных мер. На этой волне появились и «Фейнмановские лекции по физике», и «Берклеевский курс физики», и многие другие издания. Но даже в этом ряду книга Орира, представляющая собой вводный курс физики для колледжей, рассчитанный в том числе и на студентов, вовсе не изучавших физику в школе, занимает особое место.
Джей Орир (Jay Orear) - американский физик-экспериментатор, ученик Энрико Ферми, унаследовавший от своего учителя замечательную способность объяснять сложные вещи простыми словами. Вот что сам он пишет в предисловии к своей книге: «Я в неоплатном долгу перед Энрико Ферми, который не только сообщил мне большую часть моих познаний по физике, но и научил методам ее изучения. Как преподаватель Ферми был хорошо известен своей замечательной способностью предельно просто и ясно излагать самые трудные вопросы. Он достигал этого прямым путем, очень мало прибегая к математике и обращая основное внимание на физическую сущность явлений. В этой книге я пытался передать характер и увлекательность физики так, как это мог бы сделать Ферми». Можно без преувеличения сказать, что автору это удалось в полной мере.
В традиционном изложении курсы как школьной, так и общей физики представляли (и представляют у нас до сих пор) набор слабо связанных между собой разделов: механика, молекулярная физика и термодинамика, электричество и магнетизм, оптика (отдельно стоящая от электродинамики), атомная и ядерная физика. Соответственно, у учащегося возникает впечатление, что это чуть ли не отдельные науки, связи между ними и единства физики он не видит, не ощущает и не понимает.
Перечисленные выше американские учебники «новой волны» порывают с этой традицией. В большей или меньшей степени они строятся так, как строится курс теоретической физики Ландау - Лифшица: несколько фундаментальных принципов, из которых затем логически вытягиваются всевозможные следствия. При этом показывается, что одни и те же законы управляют, например, столкновением бильярдных шаров и столкновением протонов в пузырьковой камере (см. рисунок). И этот современный подход красной нитью проходит через весь курс Орира!
Orear_p_64.png © qedqed.iMGSRC.RU
Две иллюстрации на одной странице в разделе «закон сохранения импульса»
Еще одна особенность книги Орира - почти полное отсутствие математики. Ее там меньше, чем давала советская восьмилетка (во вводном разделе очерчен минимум математических знаний, необходимый для понимания книги, и дана небольшая контрольная работа для самопроверки, которую я однажды предложил своим студентам-первокурсникам), зато физического смысла, взаимосвязи между идеями и явлениями там гораздо больше, чем давал советский школьный курс (а может быть, и стандартный трехсеместровый курс общей физики технического вуза; пусть меня поправят, если я ошибаюсь!). Даже уравнения Максвелла (в интегральной форме) Орир умудряется сформулировать «на пальцах», в терминах подсчета силовых линий, а в последнем разделе главы «Электромагнетизм» извлекает из них (не без подсказки Фейнмана) важнейший результат: ускоренное движение электрического заряда порождает излучение электромагнитных волн!
Третье русское издание (1967 год) представляет собой перевод второго американского издания. В нем несколько больше теоретического материала, заметно увеличилось количество задач, а на полях появились каверзные вопросы, ответы на которые даются на следующей странице. В то же время, исключен заимствованный у Фейнмана вывод первого закона Кеплера, опирающийся лишь на элементарную математику.
cover_1.webp © qedqed.iMGSRC.RU
qedqed.iMGSRC.RU
cover_2.webp © qedqed.iMGSRC.RU
Обложки первого и второго (вверху) и третьего (внизу) советских изданий).
Сам Орир приводит любопытные подробности, касающиеся издания его курса в Советском Союзе [3]: «На этот раз за русский перевод, тираж первого издания которого составил 300000 экземпляров, мне были выплачены авторские отчисления. Фил Моррисон, fellow professor Корнелла, предупредил меня, что после вычитания 25% подоходного налога заплачено мне будет в рублях. Фил оказался прав. По совету сотрудника американского посольства в Москве, я положил эти деньги на секретный счет в московском банке (в этом отношении они были большими капиталистами, чем американские банки). В этом банке на улице Горького существовала только запись о номере моей сберкнижки. Они не знали моего имени или внешности. Я мог давать свою сберкнижку друзьям, которые время от времени снимали деньги».
«Взрослый» вариант
Для полноты картины следует упомянуть также книгу [4]. Это небольшой по объему курс общей физики с несколько более традиционной формой изложения, рассчитанный на три семестра и предполагающий параллельное освоение студентами высшей математики. Однако и он богат как педагогическими находками, так и физическим содержанием, прекрасно дополняющим отечественные учебники.
В недавнем переиздании (увы, с черно-белыми иллюстрациями) по сравнению с первым исправлены замеченные опечатки (правда, бетатрон в задаче 31 к главе 19 продолжает фигурировать под псевдонимом циклотрона) [апдейт 2024 г.: я внимательно прочел всю книгу; не знаю, какие опечатки они исправили, но появилось много новых, особенно в главах, посвященных электричеству и магнетизму, опечатки в формулах, весьма неприятные], практически заново написаны нашим переводчиком (А.В. Берковым) главы, посвященные астрофизике и элементарным частицам (к сожалению, указанные главы лишились при этом задач), и добавлена глава «Гравитация и космология».
Что делать?
На мой взгляд, сказанного достаточно для обоснования актуальности переиздания «Популярной физики». В условиях непрерывного урезания школьных курсов физики и математики и низкого уровня подготовки заметной части учителей представляется желательным снабдить сколько-нибудь любознательных школьников книгой, по которой они смогли бы сами разобраться в основах физики. Оптимальной была бы, на мой взгляд, ситуация, когда какой-нибудь фонд профинансировал бы переработанное издание «Популярной физики», не только безупречное в плане полиграфического исполнения, но и столь же доступное по цене в любом уголке России, как это было в Советском Союзе.
При этом переработка текста должна, на мой взгляд, состоять в следующем.
1. Исправление опечаток и модернизация обозначений и фактических данных.
2. Избавление от устаревшего понятия релятивистской массы, зависящей от скорости (критику этого понятия см., например, в [5]).
3. В книге есть немало мест, где небольшие, объемом буквально в один-два абзаца дополнения могли бы существенно увеличить информативность текста. Такие дополнения должны быть крайне осторожными, не разрушающими дух и стиль книги, их конкретное содержание могло бы стать предметом обсуждения команды доработчиков.
4. Глава «Элементарные частицы» должна быть написана заново.
Другим сегментом целевой аудитории гипотетического нового издания станут взрослые люди, желающие самостоятельно разобраться в основах физики, заполнить какие-то пробелы в своем образовании. Даже беглый обзор блогосферы и интернет-форумов показывает, что таких людей немало. Наличие написанной с единых позиций книги было бы для них важным подспорьем на этом непростом пути.
Если непременно становиться на позицию вариативности обучения и специализации в школах (хотя сам я не являюсь сторонником такого подхода), то «Популярная физика» Дж. Орира могла бы стать основой общеобязательной части школьного курса физики, в то время как ученики, желающие специализироваться в физико-математической области, могли бы получать углубленную подготовку на дополнительных занятиях.
Библиография
1. Ольховский И.И., Павленко Ю.Г., Кузьменков Л.С. Задачи по теоретической механике для физиков. - М., изд-во Моск. ун-та, 1977, задача 2.26.
2. Орир Дж. Популярная физика. - М., Мир, 1964 (1-е издание); 1966 (2-е издание); 1968 (3-е издание).
3. Enrico Fermi - The Master Scientist, by Jay Orear and others, http://dspace.library.cornell.edu/handle/1813/74
4. Орир Дж. Физика. - М., Мир, 1981 (1-е издание); М., КДУ, 2011 (2-е издание).
5. Окунь Л.Б. // УФН, 1989, т. 158, № 3, с. 511-530; 2008, т. 178, № 6, с. 653-663.
Ликбез для любознательных, или Похвальное слово «Популярной физике» Дж. Орира
Одним из запомнившихся эпизодов учебы в университете стала для меня заданная на дом задача по теоретической механике, в которой предлагалось оценить с помощь теоремы вириала температуру внутри Солнца [1]. В этот момент я с особой силой ощутил единство физики, глубокую связь между, казалось бы, далекими друг от друга областями знания. Однако впечатление такого рода не было первым в моей жизни. С раннего детства в моем распоряжении была удивительная, ни на что не похожая, прекрасно иллюстрированная книга, пронизанная духом единства физики. Речь идет о «Популярной физике» (в оригинале - «Fundamental Physics») Джея Орира [2], выдержавшей только в нашей стране три издания.
Наверное, все слышали историю о «шоке первого спутника», когда успехи СССР в космической отрасли породили в США ощущение отставания в науке и образовании и осознание необходимости принятия срочных мер. На этой волне появились и «Фейнмановские лекции по физике», и «Берклеевский курс физики», и многие другие издания. Но даже в этом ряду книга Орира, представляющая собой вводный курс физики для колледжей, рассчитанный в том числе и на студентов, вовсе не изучавших физику в школе, занимает особое место.
Джей Орир (Jay Orear) - американский физик-экспериментатор, ученик Энрико Ферми, унаследовавший от своего учителя замечательную способность объяснять сложные вещи простыми словами. Вот что сам он пишет в предисловии к своей книге: «Я в неоплатном долгу перед Энрико Ферми, который не только сообщил мне большую часть моих познаний по физике, но и научил методам ее изучения. Как преподаватель Ферми был хорошо известен своей замечательной способностью предельно просто и ясно излагать самые трудные вопросы. Он достигал этого прямым путем, очень мало прибегая к математике и обращая основное внимание на физическую сущность явлений. В этой книге я пытался передать характер и увлекательность физики так, как это мог бы сделать Ферми». Можно без преувеличения сказать, что автору это удалось в полной мере.
В традиционном изложении курсы как школьной, так и общей физики представляли (и представляют у нас до сих пор) набор слабо связанных между собой разделов: механика, молекулярная физика и термодинамика, электричество и магнетизм, оптика (отдельно стоящая от электродинамики), атомная и ядерная физика. Соответственно, у учащегося возникает впечатление, что это чуть ли не отдельные науки, связи между ними и единства физики он не видит, не ощущает и не понимает.
Перечисленные выше американские учебники «новой волны» порывают с этой традицией. В большей или меньшей степени они строятся так, как строится курс теоретической физики Ландау - Лифшица: несколько фундаментальных принципов, из которых затем логически вытягиваются всевозможные следствия. При этом показывается, что одни и те же законы управляют, например, столкновением бильярдных шаров и столкновением протонов в пузырьковой камере (см. рисунок). И этот современный подход красной нитью проходит через весь курс Орира!
Orear_p_64.png © qedqed.iMGSRC.RU
Две иллюстрации на одной странице в разделе «закон сохранения импульса»
Еще одна особенность книги Орира - почти полное отсутствие математики. Ее там меньше, чем давала советская восьмилетка (во вводном разделе очерчен минимум математических знаний, необходимый для понимания книги, и дана небольшая контрольная работа для самопроверки, которую я однажды предложил своим студентам-первокурсникам), зато физического смысла, взаимосвязи между идеями и явлениями там гораздо больше, чем давал советский школьный курс (а может быть, и стандартный трехсеместровый курс общей физики технического вуза; пусть меня поправят, если я ошибаюсь!). Даже уравнения Максвелла (в интегральной форме) Орир умудряется сформулировать «на пальцах», в терминах подсчета силовых линий, а в последнем разделе главы «Электромагнетизм» извлекает из них (не без подсказки Фейнмана) важнейший результат: ускоренное движение электрического заряда порождает излучение электромагнитных волн!
Третье русское издание (1967 год) представляет собой перевод второго американского издания. В нем несколько больше теоретического материала, заметно увеличилось количество задач, а на полях появились каверзные вопросы, ответы на которые даются на следующей странице. В то же время, исключен заимствованный у Фейнмана вывод первого закона Кеплера, опирающийся лишь на элементарную математику.
cover_1.webp © qedqed.iMGSRC.RU
qedqed.iMGSRC.RU
cover_2.webp © qedqed.iMGSRC.RU
Обложки первого и второго (вверху) и третьего (внизу) советских изданий).
Сам Орир приводит любопытные подробности, касающиеся издания его курса в Советском Союзе [3]: «На этот раз за русский перевод, тираж первого издания которого составил 300000 экземпляров, мне были выплачены авторские отчисления. Фил Моррисон, fellow professor Корнелла, предупредил меня, что после вычитания 25% подоходного налога заплачено мне будет в рублях. Фил оказался прав. По совету сотрудника американского посольства в Москве, я положил эти деньги на секретный счет в московском банке (в этом отношении они были большими капиталистами, чем американские банки). В этом банке на улице Горького существовала только запись о номере моей сберкнижки. Они не знали моего имени или внешности. Я мог давать свою сберкнижку друзьям, которые время от времени снимали деньги».
«Взрослый» вариант
Для полноты картины следует упомянуть также книгу [4]. Это небольшой по объему курс общей физики с несколько более традиционной формой изложения, рассчитанный на три семестра и предполагающий параллельное освоение студентами высшей математики. Однако и он богат как педагогическими находками, так и физическим содержанием, прекрасно дополняющим отечественные учебники.
В недавнем переиздании (увы, с черно-белыми иллюстрациями) по сравнению с первым исправлены замеченные опечатки (правда, бетатрон в задаче 31 к главе 19 продолжает фигурировать под псевдонимом циклотрона) [апдейт 2024 г.: я внимательно прочел всю книгу; не знаю, какие опечатки они исправили, но появилось много новых, особенно в главах, посвященных электричеству и магнетизму, опечатки в формулах, весьма неприятные], практически заново написаны нашим переводчиком (А.В. Берковым) главы, посвященные астрофизике и элементарным частицам (к сожалению, указанные главы лишились при этом задач), и добавлена глава «Гравитация и космология».
Что делать?
На мой взгляд, сказанного достаточно для обоснования актуальности переиздания «Популярной физики». В условиях непрерывного урезания школьных курсов физики и математики и низкого уровня подготовки заметной части учителей представляется желательным снабдить сколько-нибудь любознательных школьников книгой, по которой они смогли бы сами разобраться в основах физики. Оптимальной была бы, на мой взгляд, ситуация, когда какой-нибудь фонд профинансировал бы переработанное издание «Популярной физики», не только безупречное в плане полиграфического исполнения, но и столь же доступное по цене в любом уголке России, как это было в Советском Союзе.
При этом переработка текста должна, на мой взгляд, состоять в следующем.
1. Исправление опечаток и модернизация обозначений и фактических данных.
2. Избавление от устаревшего понятия релятивистской массы, зависящей от скорости (критику этого понятия см., например, в [5]).
3. В книге есть немало мест, где небольшие, объемом буквально в один-два абзаца дополнения могли бы существенно увеличить информативность текста. Такие дополнения должны быть крайне осторожными, не разрушающими дух и стиль книги, их конкретное содержание могло бы стать предметом обсуждения команды доработчиков.
4. Глава «Элементарные частицы» должна быть написана заново.
Другим сегментом целевой аудитории гипотетического нового издания станут взрослые люди, желающие самостоятельно разобраться в основах физики, заполнить какие-то пробелы в своем образовании. Даже беглый обзор блогосферы и интернет-форумов показывает, что таких людей немало. Наличие написанной с единых позиций книги было бы для них важным подспорьем на этом непростом пути.
Если непременно становиться на позицию вариативности обучения и специализации в школах (хотя сам я не являюсь сторонником такого подхода), то «Популярная физика» Дж. Орира могла бы стать основой общеобязательной части школьного курса физики, в то время как ученики, желающие специализироваться в физико-математической области, могли бы получать углубленную подготовку на дополнительных занятиях.
Библиография
1. Ольховский И.И., Павленко Ю.Г., Кузьменков Л.С. Задачи по теоретической механике для физиков. - М., изд-во Моск. ун-та, 1977, задача 2.26.
2. Орир Дж. Популярная физика. - М., Мир, 1964 (1-е издание); 1966 (2-е издание); 1968 (3-е издание).
3. Enrico Fermi - The Master Scientist, by Jay Orear and others, http://dspace.library.cornell.edu/handle/1813/74
4. Орир Дж. Физика. - М., Мир, 1981 (1-е издание); М., КДУ, 2011 (2-е издание).
5. Окунь Л.Б. // УФН, 1989, т. 158, № 3, с. 511-530; 2008, т. 178, № 6, с. 653-663.