Поскольку большое значение имеет соответствие структуры курса поставленной задаче и методике его преподавания, то для подобного курса нельзя предложить идеальный тематический план.
Некоторые элементы универсальны (такие, как, скажем, законы Ньютона), другим же отдают предпочтение большинство преподавателей и многие учащиеся (например, планетная астрономия — для ознакомления с применением теоретических знаний — или ядерная физика, знакомящая с современными научными воззрениями). Таким образом, остается много возможностей для индивидуального выбора тем по вкусу преподавателей и учащихся, с учетом наличного лабораторного оборудования и метода преподавания.
Вначале содержание книги было подчинено методологическим взглядам автора; это был вполне приемлемый курс, но с предвзятым выбором тем. Чтобы предоставить преподавателям возможность выбора, некоторые главы были расширены, а ряд других дополнен. Есть опасность, что эти дополнения перегрузят курс, если читатели будут стремиться охватить все главы.
Однако как подтверждение того, что книга менее перегружена материалом, чем традиционное «полное меню» стандартных курсов, ниже приводится перечень тех разделов, кои полностью опущены в этой книге или трактуются в обычной форме: гидростатика, статика, калориметрия, оптика, звук и частично электричество и магнетизм. Таким образом, курс наряду с общими вопросами рассматривает преимущественно динамику, планетную астрономию, молекулярную теорию, электричество, магнетизм и «атомную физику».
В приведенной здесь таблице характеризуются принятые в Принстонском университете методы изучения глав данного курса.
(Пунктирные линии примерно делят годичный курс на четверти.)
Часть I
МАТЕРИЯ ДВИЖЕНИЕ СИЛА
«Дайте мне материю и движение и я построю Вселенную.»
Рене Декарт (1640 г.)
«…от явлений движения к исследованию природы сил и затем от этих сил — к демонстрации других явлений:…движения планет, комет, Луны и моря…»
Исаак Ньютон (1686 г.)
«Пусть никто не думает, что великое создание Ньютона может быть ниспровергнуто теорией относительности или какой-нибудь другой теорией. Ясные и широкие идеи Ньютона навечно сохранят свое значение фундамента, на котором построены наши современные физические представления.»
Альберт Эйнштейн (1948 г.)
Глава 1
Земное тяготение
«Что отличает язык науки от языка в обычном понимании этого слова? Как произошло, что научный язык стал интернациональным? Единство научных понятий и научного языка обусловлено тем обстоятельством, что они создаются лучшими умами всех времен и народов. В одиночку и объединенными усилиями, если иметь в виду конечный эффект, они создавали духовное оружие для технических революций, которые в последние столетия преобразили жизнь человечества. Выработанные ими понятия служат путеводной звездой в ошеломляющем хаосе восприятий и учат нас извлекать общие истины из отдельных наблюдений».
А. Эйнштейн
Начать с обсуждения научных методов или структуры науки — все равно, что судить о какой-нибудь стране до того, как в ней побываешь. Поэтому выберем один из разделов физики — земное тяготение и свободное падение тел — и сразу же приступим к его изучению, а потом обсудим общие идеи, связанные с этой темой.
О подстрочных примечаниях
Мы советуем сперва прочесть главу, опуская подстрочные примечания, а потом все внимательно перечитать снова — и текст, и примечания. Некоторые подстрочные примечания тривиальны, но многие содержат важные замечания и прямо относятся к курсу.
Это отнюдь не мелкие детали, которые автор вводил в книгу только затем, чтобы впоследствии не испытывать угрызений совести, что он их опустил. Эти вынесенные за текст замечания позволяют сделать его более связным. Если их поместить в основной текст (а некоторые трактуют побочные вопросы), внимание читателя будет рассеиваться. Но вплетение в канву изложения новых узоров само по себе демонстрирует всю сложную структуру науки, и поэтому при повторном чтении необходимо читать и примечания.
Свободное падение тел
Давайте понаблюдаем за падением камня и поразмыслим над тем, что нам известно о свободном падении тел. Как мы получили эти знания? Каким образом мы свели их в систему законов, которые четко запоминаются и которыми легко пользоваться? Что они дают?