ÿþF e y n m a n ' s P r e f a c e
T h e s e a r e t h e l e c t u r e s i n p h y s i c s t h a t I g a v e l a s t y e a r a n d t h e y e a r b e f o r e t o t h e
f r e s h m a n a n d s o p h o m o r e c l a s s e s a t C a l t e c h . T h e l e c t u r e s a r e , o f c o u r s e , n o t
v e r b a t i m t h e y h a v e b e e n e d i t e d , s o m e t i m e s e x t e n s i v e l y a n d s o m e t i m e s l e s s s o .
T h e l e c t u r e s f o r m o n l y p a r t o f t h e c o m p l e t e c o u r s e . T h e w h o l e g r o u p o f 1 8 0
s t u d e n t s g a t h e r e d i n a b i g l e c t u r e r o o m t w i c e a w e e k t o h e a r t h e s e l e c t u r e s a n d
t h e n t h e y b r o k e u p i n t o s m a l l g r o u p s o f 1 5 t o 2 0 s t u d e n t s i n r e c i t a t i o n s e c t i o n s
u n d e r t h e g u i d a n c e o f a t e a c h i n g a s s i s t a n t . I n a d d i t i o n , t h e r e w a s a l a b o r a t o r y
s e s s i o n o n c e a w e e k .
T h e s p e c i a l p r o b l e m w e t r i e d t o g e t a t w i t h t h e s e l e c t u r e s w a s t o m a i n t a i n t h e
i n t e r e s t o f t h e v e r y e n t h u s i a s t i c a n d r a t h e r s m a r t s t u d e n t s c o m i n g o u t o f t h e h i g h
s c h o o l s a n d i n t o C a l t e c h . T h e y h a v e h e a r d a l o t a b o u t h o w i n t e r e s t i n g a n d e x c i t -
i n g p h y s i c s i s t h e t h e o r y o f r e l a t i v i t y , q u a n t u m m e c h a n i c s , a n d o t h e r m o d e r n
i d e a s . B y t h e e n d o f t w o y e a r s o f o u r p r e v i o u s c o u r s e , m a n y w o u l d b e v e r y d i s -
c o u r a g e d b e c a u s e t h e r e w e r e r e a l l y v e r y f e w g r a n d , n e w , m o d e r n i d e a s p r e s e n t e d
t o t h e m . T h e y w e r e m a d e t o s t u d y i n c l i n e d p l a n e s , e l e c t r o s t a t i c s , a n d s o f o r t h ,
a n d a f t e r t w o y e a r s i t w a s q u i t e s t u l t i f y i n g . T h e p r o b l e m w a s w h e t h e r o r n o t w e
c o u l d m a k e a c o u r s e w h i c h w o u l d s a v e t h e m o r e a d v a n c e d a n d e x c i t e d s t u d e n t b y
m a i n t a i n i n g h i s e n t h u s i a s m .
T h e l e c t u r e s h e r e a r e n o t i n a n y w a y m e a n t t o b e a s u r v e y c o u r s e , b u t a r e v e r y
s e r i o u s . I t h o u g h t t o a d d r e s s t h e m t o t h e m o s t i n t e l l i g e n t i n t h e c l a s s a n d t o m a k e
s u r e , i f p o s s i b l e , t h a t e v e n t h e m o s t i n t e l l i g e n t s t u d e n t w a s u n a b l e t o c o m p l e t e l y
e n c o m p a s s e v e r y t h i n g t h a t w a s i n t h e l e c t u r e s b y p u t t i n g i n s u g g e s t i o n s o f a p p l i -
c a t i o n s o f t h e i d e a s a n d c o n c e p t s i n v a r i o u s d i r e c t i o n s o u t s i d e t h e m a i n l i n e o f
a t t a c k . F o r t h i s r e a s o n , t h o u g h , I t r i e d v e r y h a r d t o m a k e a l l t h e s t a t e m e n t s a s
a c c u r a t e a s p o s s i b l e , t o p o i n t o u t i n e v e r y c a s e w h e r e t h e e q u a t i o n s a n d i d e a s f i t t e d
i n t o t h e b o d y o f p h y s i c s , a n d h o w w h e n t h e y l e a r n e d m o r e t h i n g s w o u l d b e
m o d i f i e d . I a l s o f e l t t h a t f o r s u c h s t u d e n t s i t i s i m p o r t a n t t o i n d i c a t e w h a t i t i s
t h a t t h e y s h o u l d i f t h e y a r e s u f f i c i e n t l y c l e v e r b e a b l e t o u n d e r s t a n d b y d e d u c -
t i o n f r o m w h a t h a s b e e n s a i d b e f o r e , a n d w h a t i s b e i n g p u t i n a s s o m e t h i n g n e w .
W h e n n e w i d e a s c a m e i n , I w o u l d t r y e i t h e r t o d e d u c e t h e m i f t h e y w e r e d e d u c i b l e ,
o r t o e x p l a i n t h a t i t w a s a n e w i d e a w h i c h h a d n ' t a n y b a s i s i n t e r m s o f t h i n g s t h e y
h a d a l r e a d y l e a r n e d a n d w h i c h w a s n o t s u p p o s e d t o b e p r o v a b l e b u t w a s j u s t
a d d e d i n .
A t t h e s t a r t o f t h e s e l e c t u r e s , I a s s u m e d t h a t t h e s t u d e n t s k n e w s o m e t h i n g w h e n
t h e y c a m e o u t o f h i g h s c h o o l s u c h t h i n g s a s g e o m e t r i c a l o p t i c s , s i m p l e c h e m i s t r y
i d e a s , a n d s o o n . I a l s o d i d n ' t s e e t h a t t h e r e w a s a n y r e a s o n t o m a k e t h e l e c t u r e s
3
i n a d e f i n i t e o r d e r , i n t h e s e n s e t h a t I w o u l d n o t b e a l l o w e d t o m e n t i o n s o m e t h i n g
u n t i l I w a s r e a d y t o d i s c u s s i t i n d e t a i l . T h e r e w a s a g r e a t d e a l o f m e n t i o n o f t h i n g s
t o c o m e , w i t h o u t c o m p l e t e d i s c u s s i o n s . T h e s e m o r e c o m p l e t e d i s c u s s i o n s w o u l d
c o m e l a t e r w h e n t h e p r e p a r a t i o n b e c a m e m o r e a d v a n c e d . E x a m p l e s a r e t h e d i s -
c u s s i o n s o f i n d u c t a n c e , a n d o f e n e r g y l e v e l s , w h i c h a r e a t f i r s t b r o u g h t i n i n a
v e r y q u a l i t a t i v e w a y a n d a r e l a t e r d e v e l o p e d m o r e c o m p l e t e l y .
A t t h e s a m e t i m e t h a t I w a s a i m i n g a t t h e m o r e a c t i v e s t u d e n t , I a l s o w a n t e d
t o t a k e c a r e o f t h e f e l l o w f o r w h o m t h e e x t r a f i r e w o r k s a n d s i d e a p p l i c a t i o n s a r e
m e r e l y d i s q u i e t i n g a n d w h o c a n n o t b e e x p e c t e d t o l e a r n m o s t o f t h e m a t e r i a l i n
t h e l e c t u r e a t a l l . F o r s u c h s t u d e n t s I w a n t e d t h e r e t o b e a t l e a s t a c e n t r a l c o r e o r
b a c k b o n e o f m a t e r i a l w h i c h h e c o u l d g e t . E v e n i f h e d i d n ' t u n d e r s t a n d e v e r y t h i n g
i n a l e c t u r e , I h o p e d h e w o u l d n ' t g e t n e r v o u s . I d i d n ' t e x p e c t h i m t o u n d e r s t a n d
e v e r y t h i n g , b u t o n l y t h e c e n t r a l a n d m o s t d i r e c t f e a t u r e s . I t t a k e s , o f c o u r s e , a
c e r t a i n i n t e l l i g e n c e o n h i s p a r t t o s e e w h i c h a r e t h e c e n t r a l t h e o r e m s a n d c e n t r a l
i d e a s , a n d w h i c h a r e t h e m o r e a d v a n c e d s i d e i s s u e s a n d a p p l i c a t i o n s w h i c h h e m a y
u n d e r s t a n d o n l y i n l a t e r y e a r s .
I n g i v i n g t h e s e l e c t u r e s t h e r e w a s o n e s e r i o u s d i f f i c u l t y : i n t h e w a y t h e c o u r s e
w a s g i v e n , t h e r e w a s n ' t a n y f e e d b a c k f r o m t h e s t u d e n t s t o t h e l e c t u r e r t o i n d i c a t e
h o w w e l l t h e l e c t u r e s w e r e g o i n g o v e r . T h i s i s i n d e e d a v e r y s e r i o u s d i f f i c u l t y ,
a n d I d o n ' t k n o w h o w g o o d t h e l e c t u r e s r e a l l y a r e . T h e w h o l e t h i n g w a s e s s e n t i a l l y
a n e x p e r i m e n t . A n d i f I d i d i t a g a i n I w o u l d n ' t d o i t t h e s a m e w a y I h o p e I
h a v e t o d o i t a g a i n ! I t h i n k , t h o u g h , t h a t t h i n g s w o r k e d o u t s o f a r a s t h e
p h y s i c s i s c o n c e r n e d q u i t e s a t i s f a c t o r i l y i n t h e f i r s t y e a r .
I n t h e s e c o n d y e a r I w a s n o t s o s a t i s f i e d . I n t h e f i r s t p a r t o f t h e c o u r s e , d e a l i n g
w i t h e l e c t r i c i t y a n d m a g n e t i s m , I c o u l d n ' t t h i n k o f a n y r e a l l y u n i q u e o r d i f f e r e n t
w a y o f d o i n g i t o f a n y w a y t h a t w o u l d b e p a r t i c u l a r l y m o r e e x c i t i n g t h a n t h e
u s u a l w a y o f p r e s e n t i n g i t . S o I d o n ' t t h i n k I d i d v e r y m u c h i n t h e l e c t u r e s o n
e l e c t r i c i t y a n d m a g n e t i s m . A t t h e e n d o f t h e s e c o n d y e a r I h a d o r i g i n a l l y i n t e n d e d
t o g o o n , a f t e r t h e e l e c t r i c i t y a n d m a g n e t i s m , b y g i v i n g s o m e m o r e l e c t u r e s o n t h e
p r o p e r t i e s o f m a t e r i a l s , b u t m a i n l y t o t a k e u p t h i n g s l i k e f u n d a m e n t a l m o d e s ,
s o l u t i o n s o f t h e d i f f u s i o n e q u a t i o n , v i b r a t i n g s y s t e m s , o r t h o g o n a l f u n c t i o n s , . . .
d e v e l o p i n g t h e f i r s t s t a g e s o f w h a t a r e u s u a l l y c a l l e d " t h e m a t h e m a t i c a l m e t h o d s o f
p h y s i c s . " I n r e t r o s p e c t , I t h i n k t h a t i f I w e r e d o i n g i t a g a i n I w o u l d g o b a c k t o
t h a t o r i g i n a l i d e a . B u t s i n c e i t w a s n o t p l a n n e d t h a t I w o u l d b e g i v i n g t h e s e l e c -
t u r e s a g a i n , i t w a s s u g g e s t e d t h a t i t m i g h t b e a g o o d i d e a t o t r y t o g i v e a n i n t r o d u c -
t i o n t o t h e q u a n t u m m e c h a n i c s w h a t y o u w i l l f i n d i n V o l u m e I I I .
I t i s p e r f e c t l y c l e a r t h a t s t u d e n t s w h o w i l l m a j o r i n p h y s i c s c a n w a i t u n t i l t h e i r
t h i r d y e a r f o r q u a n t u m m e c h a n i c s . O n t h e o t h e r h a n d , t h e a r g u m e n t w a s m a d e
t h a t m a n y o f t h e s t u d e n t s i n o u r c o u r s e s t u d y p h y s i c s a s a b a c k g r o u n d f o r t h e i r
p r i m a r y i n t e r e s t i n o t h e r f i e l d s . A n d t h e u s u a l w a y o f d e a l i n g w i t h q u a n t u m
m e c h a n i c s m a k e s t h a t s u b j e c t a l m o s t u n a v a i l a b l e f o r t h e g r e a t m a j o r i t y o f s t u d e n t s
b e c a u s e t h e y h a v e t o t a k e s o l o n g t o l e a r n i t . Y e t , i n i t s r e a l a p p l i c a t i o n s e s p e -
c i a l l y i n i t s m o r e c o m p l e x a p p l i c a t i o n s , s u c h a s i n e l e c t r i c a l e n g i n e e r i n g a n d c h e m -
i s t r y t h e f u l l m a c h i n e r y o f t h e d i f f e r e n t i a l e q u a t i o n a p p r o a c h i s n o t a c t u a l l y
u s e d . S o I t r i e d t o d e s c r i b e t h e p r i n c i p l e s o f q u a n t u m m e c h a n i c s i n a w a y w h i c h
w o u l d n ' t r e q u i r e t h a t o n e f i r s t k n o w t h e m a t h e m a t i c s o f p a r t i a l d i f f e r e n t i a l e q u a -
t i o n s . E v e n f o r a p h y s i c i s t I t h i n k t h a t i s a n i n t e r e s t i n g t h i n g t o t r y t o d o t o
p r e s e n t q u a n t u m m e c h a n i c s i n t h i s r e v e r s e f a s h i o n f o r s e v e r a l r e a s o n s w h i c h
m a y b e a p p a r e n t i n t h e l e c t u r e s t h e m s e l v e s . H o w e v e r , I t h i n k t h a t t h e e x p e r i m e n t
i n t h e q u a n t u m m e c h a n i c s p a r t w a s n o t c o m p l e t e l y s u c c e s s f u l i n l a r g e p a r t
b e c a u s e I r e a l l y d i d n o t h a v e e n o u g h t i m e a t t h e e n d ( I s h o u l d , f o r i n s t a n c e , h a v e
h a d t h r e e o r f o u r m o r e l e c t u r e s i n o r d e r t o d e a l m o r e c o m p l e t e l y w i t h s u c h m a t t e r s
a s e n e r g y b a n d s a n d t h e s p a t i a l d e p e n d e n c e o f a m p l i t u d e s ) . A l s o , I h a d n e v e r
p r e s e n t e d t h e s u b j e c t t h i s w a y b e f o r e , s o t h e l a c k o f f e e d b a c k w a s p a r t i c u l a r l y
s e r i o u s . I n o w b e l i e v e t h e q u a n t u m m e c h a n i c s s h o u l d b e g i v e n a t a l a t e r t i m e .
M a y b e I ' l l h a v e a c h a n c e t o d o i t a g a i n s o m e d a y . T h e n I ' l l d o i t r i g h t .
T h e r e a s o n t h e r e a r e n o l e c t u r e s o n h o w t o s o l v e p r o b l e m s i s b e c a u s e t h e r e w e r e
r e c i t a t i o n s e c t i o n s . A l t h o u g h I d i d p u t i n t h r e e l e c t u r e s i n t h e f i r s t y e a r o n h o w t o
s o l v e p r o b l e m s , t h e y a r e n o t i n c l u d e d h e r e . A l s o t h e r e w a s a l e c t u r e o n i n e r t i a l
4
g u i d a n c e w h i c h c e r t a i n l y b e l o n g s a f t e r t h e l e c t u r e o n r o t a t i n g s y s t e m s , b u t w h i c h
w a s , u n f o r t u n a t e l y , o m i t t e d . T h e f i f t h a n d s i x t h l e c t u r e s a r e a c t u a l l y d u e t o
M a t t h e w S a n d s , a s I w a s o u t o f t o w n .
T h e q u e s t i o n , o f c o u r s e , i s h o w w e l l t h i s e x p e r i m e n t h a s s u c c e e d e d . M y o w n
p o i n t o f v i e w w h i c h , h o w e v e r , d o e s n o t s e e m t o b e s h a r e d b y m o s t o f t h e p e o p l e
w h o w o r k e d w i t h t h e s t u d e n t s i s p e s s i m i s t i c . I d o n ' t t h i n k I d i d v e r y w e l l b y t h e
s t u d e n t s . W h e n I l o o k a t t h e w a y t h e m a j o r i t y o f t h e s t u d e n t s h a n d l e d t h e p r o b l e m s
o n t h e e x a m i n a t i o n s , I t h i n k t h a t t h e s y s t e m i s a f a i l u r e . O f c o u r s e , m y f r i e n d s
p o i n t o u t t o m e t h a t t h e r e w e r e o n e o r t w o d o z e n s t u d e n t s w h o v e r y s u r p r i s i n g l y
u n d e r s t o o d a l m o s t e v e r y t h i n g i n a l l o f t h e l e c t u r e s , a n d w h o w e r e q u i t e a c t i v e
i n w o r k i n g w i t h t h e m a t e r i a l a n d w o r r y i n g a b o u t t h e m a n y p o i n t s i n a n e x c i t e d
a n d i n t e r e s t e d w a y . T h e s e p e o p l e h a v e n o w , I b e l i e v e , a f i r s t - r a t e b a c k g r o u n d i n
p h y s i c s a n d t h e y a r e , a f t e r a l l , t h e o n e s I w a s t r y i n g t o g e t a t . B u t t h e n , " T h e
p o w e r o f i n s t r u c t i o n i s s e l d o m o f m u c h e f f i c a c y e x c e p t i n t h o s e h a p p y d i s p o s i t i o n s
w h e r e i t i s a l m o s t s u p e r f l u o u s . " ( G i b b o n )
S t i l l , I d i d n ' t w a n t t o l e a v e a n y s t u d e n t c o m p l e t e l y b e h i n d , a s p e r h a p s I d i d .
I t h i n k o n e w a y w e c o u l d h e l p t h e s t u d e n t s m o r e w o u l d b e b y p u t t i n g m o r e h a r d
w o r k i n t o d e v e l o p i n g a s e t o f p r o b l e m s w h i c h w o u l d e l u c i d a t e s o m e o f t h e i d e a s
i n t h e l e c t u r e s . P r o b l e m s g i v e a g o o d o p p o r t u n i t y t o f i l l o u t t h e m a t e r i a l o f t h e
l e c t u r e s a n d m a k e m o r e r e a l i s t i c , m o r e c o m p l e t e , a n d m o r e s e t t l e d i n t h e m i n d
t h e i d e a s t h a t h a v e b e e n e x p o s e d .
I t h i n k , h o w e v e r , t h a t t h e r e i s n ' t a n y s o l u t i o n t o t h i s p r o b l e m o f e d u c a t i o n
o t h e r t h a n t o r e a l i z e t h a t t h e b e s t t e a c h i n g c a n b e d o n e o n l y w h e n t h e r e i s a d i r e c t
i n d i v i d u a l r e l a t i o n s h i p b e t w e e n a s t u d e n t a n d a g o o d t e a c h e r a s i t u a t i o n i n w h i c h
t h e s t u d e n t d i s c u s s e s t h e i d e a s , t h i n k s a b o u t t h e t h i n g s , a n d t a l k s a b o u t t h e t h i n g s .
I t ' s i m p o s s i b l e t o l e a r n v e r y m u c h b y s i m p l y s i t t i n g i n a l e c t u r e , o r e v e n b y s i m p l y
d o i n g p r o b l e m s t h a t a r e a s s i g n e d . B u t i n o u r m o d e r n t i m e s w e h a v e s o m a n y
s t u d e n t s t o t e a c h t h a t w e h a v e t o t r y t o f i n d s o m e s u b s t i t u t e f o r t h e i d e a l . P e r h a p s
m y l e c t u r e s c a n m a k e s o m e c o n t r i b u t i o n . P e r h a p s i n s o m e s m a l l p l a c e w h e r e
t h e r e a r e i n d i v i d u a l t e a c h e r s a n d s t u d e n t s , t h e y m a y g e t s o m e i n s p i r a t i o n o r s o m e
i d e a s f r o m t h e l e c t u r e s . P e r h a p s t h e y w i l l h a v e f u n t h i n k i n g t h e m t h r o u g h o r
g o i n g o n t o d e v e l o p s o m e o f t h e i d e a s f u r t h e r .
R I C H A R D P . F E Y N M A N
J u n e , 1 9 6 3
F o r e w o r d
T h i s b o o k i s b a s e d u p o n a c o u r s e o f l e c t u r e s i n i n t r o d u c t o r y p h y s i c s g i v e n b y
P r o f . R . P . F e y n m a n a t t h e C a l i f o r n i a I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y d u r i n g t h e a c a d e m i c
y e a r 1 9 6 1 - 6 2 ; i t c o v e r s t h e f i r s t y e a r o f t h e t w o - y e a r i n t r o d u c t o r y c o u r s e t a k e n b y
a l l C a l t e c h f r e s h m e n a n d s o p h o m o r e s , a n d w a s f o l l o w e d i n 1 9 6 2 - 6 3 b y a s i m i l a r
s e r i e s c o v e r i n g t h e s e c o n d y e a r . T h e l e c t u r e s c o n s t i t u t e a m a j o r p a r t o f a f u n d a -
m e n t a l r e v i s i o n o f t h e i n t r o d u c t o r y c o u r s e , c a r r i e d o u t o v e r a f o u r - y e a r p e r i o d .
T h e n e e d f o r a b a s i c r e v i s i o n a r o s e b o t h f r o m t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f p h y s i c s
i n r e c e n t d e c a d e s a n d f r o m t h e f a c t t h a t e n t e r i n g f r e s h m e n h a v e s h o w n a s t e a d y
i n c r e a s e i n m a t h e m a t i c a l a b i l i t y a s a r e s u l t o f i m p r o v e m e n t s i n h i g h s c h o o l m a t h e -
m a t i c s c o u r s e c o n t e n t . W e h o p e d t o t a k e a d v a n t a g e o f t h i s i m p r o v e d m a t h e m a t i c a l
b a c k g r o u n d , a n d a l s o t o i n t r o d u c e e n o u g h m o d e r n s u b j e c t m a t t e r t o m a k e t h e
c o u r s e c h a l l e n g i n g , i n t e r e s t i n g , a n d m o r e r e p r e s e n t a t i v e o f p r e s e n t - d a y p h y s i c s .
I n o r d e r t o g e n e r a t e a v a r i e t y o f i d e a s o n w h a t m a t e r i a l t o i n c l u d e a n d h o w t o
p r e s e n t i t , a s u b s t a n t i a l n u m b e r o f t h e p h y s i c s f a c u l t y w e r e e n c o u r a g e d t o o f f e r
t h e i r i d e a s i n t h e f o r m o f t o p i c a l o u t l i n e s f o r a r e v i s e d c o u r s e . S e v e r a l o f t h e s e
w e r e p r e s e n t e d a n d w e r e t h o r o u g h l y a n d c r i t i c a l l y d i s c u s s e d . I t w a s a g r e e d a l m o s t
a t o n c e t h a t a b a s i c r e v i s i o n o f t h e c o u r s e c o u l d n o t b e a c c o m p l i s h e d e i t h e r b y
m e r e l y a d o p t i n g a d i f f e r e n t t e x t b o o k , o r e v e n b y w r i t i n g o n e a b i n i t i o , b u t t h a t
t h e n e w c o u r s e s h o u l d b e c e n t e r e d a b o u t a s e t o f l e c t u r e s , t o b e p r e s e n t e d a t t h e
r a t e o f t w o o r t h r e e p e r w e e k ; t h e a p p r o p r i a t e t e x t m a t e r i a l w o u l d t h e n b e p r o d u c e d
a s a s e c o n d a r y o p e r a t i o n a s t h e c o u r s e d e v e l o p e d , a n d s u i t a b l e l a b o r a t o r y e x p e r i -
m e n t s w o u l d a l s o b e a r r a n g e d t o f i t t h e l e c t u r e m a t e r i a l . A c c o r d i n g l y , a r o u g h
o u t l i n e o f t h e c o u r s e w a s e s t a b l i s h e d , b u t t h i s w a s r e c o g n i z e d a s b e i n g i n c o m p l e t e ,
t e n t a t i v e , a n d s u b j e c t t o c o n s i d e r a b l e m o d i f i c a t i o n b y w h o e v e r w a s t o b e a r t h e
r e s p o n s i b i l i t y f o r a c t u a l l y p r e p a r i n g t h e l e c t u r e s .
C o n c e r n i n g t h e m e c h a n i s m b y w h i c h t h e c o u r s e w o u l d f i n a l l y b e b r o u g h t t o
l i f e , s e v e r a l p l a n s w e r e c o n s i d e r e d . T h e s e p l a n s w e r e m o s t l y r a t h e r s i m i l a r , i n v o l v -
i n g a c o o p e r a t i v e e f f o r t b y N s t a f f m e m b e r s w h o w o u l d s h a r e t h e t o t a l b u r d e n
s y m m e t r i c a l l y a n d e q u a l l y : e a c h m a n w o u l d t a k e r e s p o n s i b i l i t y f o r 1 / N o f t h e
m a t e r i a l , d e l i v e r t h e l e c t u r e s , a n d w r i t e t e x t m a t e r i a l f o r h i s p a r t . H o w e v e r , t h e
u n a v a i l a b i l i t y o f s u f f i c i e n t s t a f f , a n d t h e d i f f i c u l t y o f m a i n t a i n i n g a u n i f o r m p o i n t
o f v i e w b e c a u s e o f d i f f e r e n c e s i n p e r s o n a l i t y a n d p h i l o s o p h y o f i n d i v i d u a l p a r t i c i -
p a n t s , m a d e s u c h p l a n s s e e m u n w o r k a b l e .
T h e r e a l i z a t i o n t h a t w e a c t u a l l y p o s s e s s e d t h e m e a n s t o c r e a t e n o t j u s t a n e w
a n d d i f f e r e n t p h y s i c s c o u r s e , b u t p o s s i b l y a u n i q u e o n e , c a m e a s a h a p p y i n s p i r a -
t i o n t o P r o f e s s o r S a n d s . H e s u g g e s t e d t h a t P r o f e s s o r R . P . F e y n m a n p r e p a r e a n d
d e l i v e r t h e l e c t u r e s , a n d t h a t t h e s e b e t a p e - r e c o r d e d . W h e n t r a n s c r i b e d a n d e d i t e d ,
t h e y w o u l d t h e n b e c o m e t h e t e x t b o o k f o r t h e n e w c o u r s e . T h i s i s e s s e n t i a l l y t h e
p l a n t h a t w a s a d o p t e d .
I t w a s e x p e c t e d t h a t t h e n e c e s s a r y e d i t i n g w o u l d b e m i n o r , m a i n l y c o n s i s t i n g o f
s u p p l y i n g f i g u r e s , a n d c h e c k i n g p u n c t u a t i o n a n d g r a m m a r ; i t w a s t o b e d o n e b y
o n e o r t w o g r a d u a t e s t u d e n t s o n a p a r t - t i m e b a s i s . U n f o r t u n a t e l y , t h i s e x p e c t a t i o n
w a s s h o r t - l i v e d . I t w a s , i n f a c t , a m a j o r e d i t o r i a l o p e r a t i o n t o t r a n s f o r m t h e v e r -
b a t i m t r a n s c r i p t i n t o r e a d a b l e f o r m , e v e n w i t h o u t t h e r e o r g a n i z a t i o n o r r e v i s i o n
o f T h e s u b j e c t m a t t e r t h a t w a s s o m e t i m e s r e q u i r e d . F u r t h e r m o r e , i t w a s n o t a
j o b f o r a t e c h n i c a l e d i t o r o r f o r a g r a d u a t e s t u d e n t , b u t o n e t h a t r e q u i r e d t h e c l o s e
a t t e n t i o n o f a p r o f e s s i o n a l p h y s i c i s t f o r f r o m t e n t o t w e n t y h o u r s p e r l e c t u r e !
7
T h e d i f f i c u l t y o f t h e e d i t o r i a l t a s k , t o g e t h e r w i t h t h e n e e d t o p l a c e t h e m a t e r i a l
i n t h e h a n d s o f t h e s t u d e n t s a s s o o n a s p o s s i b l e , s e t a s t r i c t l i m i t u p o n t h e a m o u n t
o f " p o l i s h i n g " o f t h e m a t e r i a l t h a t c o u l d b e a c c o m p l i s h e d , a n d t h u s w e w e r e
f o r c e d t o a i m t o w a r d a p r e l i m i n a r y b u t t e c h n i c a l l y c o r r e c t p r o d u c t t h a t c o u l d b e
u s e d i m m e d i a t e l y , r a t h e r t h a n o n e t h a t m i g h t b e c o n s i d e r e d f i n a l o r f i n i s h e d .
B e c a u s e o f a n u r g e n t n e e d f o r m o r e c o p i e s f o r o u r s t u d e n t s , a n d a h e a r t e n i n g i n t e r -
e s t o n t h e p a r t o f i n s t r u c t o r s a n d s t u d e n t s a t s e v e r a l o t h e r i n s t i t u t i o n s , w e d e c i d e d
t o p u b l i s h t h e m a t e r i a l i n i t s p r e l i m i n a r y f o r m r a t h e r t h a n w a i t f o r a f u r t h e r m a j o r
r e v i s i o n w h i c h m i g h t n e v e r o c c u r . W e h a v e n o i l l u s i o n s a s t o t h e c o m p l e t e n e s s ,
s m o o t h n e s s , o r l o g i c a l o r g a n i z a t i o n o f t h e m a t e r i a l ; i n f a c t , w e p l a n s e v e r a l m i n o r
m o d i f i c a t i o n s i n t h e c o u r s e i n t h e i m m e d i a t e f u t u r e , a n d w e h o p e t h a t i t w i l l n o t
b e c o m e s t a t i c i n f o r m o r c o n t e n t .
I n a d d i t i o n t o t h e l e c t u r e s , w h i c h c o n s t i t u t e a c e n t r a l l y i m p o r t a n t p a r t o f t h e
c o u r s e , i t w a s n e c e s s a r y a l s o t o p r o v i d e s u i t a b l e e x e r c i s e s t o d e v e l o p t h e s t u d e n t s '
e x p e r i e n c e a n d a b i l i t y , a n d s u i t a b l e e x p e r i m e n t s t o p r o v i d e f i r s t - h a n d c o n t a c t
w i t h t h e l e c t u r e m a t e r i a l i n t h e l a b o r a t o r y . N e i t h e r o f t h e s e a s p e c t s i s i n a s a d -
v a n c e d a s t a t e a s t h e l e c t u r e m a t e r i a l , b u t c o n s i d e r a b l e p r o g r e s s h a s b e e n m a d e .
S o m e e x e r c i s e s w e r e m a d e u p a s t h e l e c t u r e s p r o g r e s s e d , a n d t h e s e w e r e e x p a n d e d
a n d a m p l i f i e d f o r u s e i n t h e f o l l o w i n g y e a r . H o w e v e r , b e c a u s e w e a r e n o t y e t
s a t i s f i e d t h a t t h e e x e r c i s e s p r o v i d e s u f f i c i e n t v a r i e t y a n d d e p t h o f a p p l i c a t i o n o f
t h e l e c t u r e m a t e r i a l t o m a k e t h e s t u d e n t f u l l y a w a r e o f t h e t r e m e n d o u s p o w e r
b e i n g p l a c e d a t h i s d i s p o s a l , t h e e x e r c i s e s a r e p u b l i s h e d s e p a r a t e l y i n a l e s s p e r m a -
n e n t f o r m i n o r d e r t o e n c o u r a g e f r e q u e n t r e v i s i o n .
A n u m b e r o f n e w e x p e r i m e n t s f o r t h e n e w c o u r s e h a v e b e e n d e v i s e d b y P r o f e s s o r
H . V . N e h e r . A m o n g t h e s e a r e s e v e r a l w h i c h u t i l i z e t h e e x t r e m e l y l o w f r i c t i o n
e x h i b i t e d b y a g a s b e a r i n g : a n o v e l l i n e a r a i r t r o u g h , w i t h w h i c h q u a n t i t a t i v e
m e a s u r e m e n t s o f o n e - d i m e n s i o n a l m o t i o n , i m p a c t s , a n d h a r m o n i c m o t i o n c a n b e
m a d e , a n d a n a i r - s u p p o r t e d , a i r - d r i v e n M a x w e l l t o p , w i t h w h i c h a c c e l e r a t e d r o t a -
t i o n a l m o t i o n a n d g y r o s c o p i c p r e c e s s i o n a n d n u t a t i o n c a n b e s t u d i e d . T h e d e v e l o p -
m e n t o f n e w l a b o r a t o r y e x p e r i m e n t s i s e x p e c t e d t o c o n t i n u e f o r a c o n s i d e r a b l e
p e r i o d o f t i m e .
T h e r e v i s i o n p r o g r a m w a s u n d e r t h e d i r e c t i o n o f P r o f e s s o r s R . B . L e i g h t o n ,
H . V . N e h e r , a n d M . S a n d s . O f f i c i a l l y p a r t i c i p a t i n g i n t h e p r o g r a m w e r e P r o f e s s o r s
R . P . F e y n m a n , G . N e u g e b a u e r , R . M . S u t t o n , H . P . S t a b l e r , * F . S t r o n g , a n d
R . V o g t , f r o m t h e d i v i s i o n o f P h y s i c s , M a t h e m a t i c s a n d A s t r o n o m y , a n d P r o f e s s o r s
T . C a u g h e y , M . P l e s s e t , a n d C . H . W i l t s f r o m t h e d i v i s i o n o f E n g i n e e r i n g S c i e n c e .
T h e v a l u a b l e a s s i s t a n c e o f a l l t h o s e c o n t r i b u t i n g t o t h e r e v i s i o n p r o g r a m i s g r a t e -
f u l l y a c k n o w l e d g e d . W e a r e p a r t i c u l a r l y i n d e b t e d t o t h e F o r d F o u n d a t i o n , w i t h o u t
w h o s e f i n a n c i a l a s s i s t a n c e t h i s p r o g r a m c o u l d n o t h a v e b e e n c a r r i e d o u t .
R O B E R T B . L E I G H T O N
J u l y , 1 9 6 3
* 1 9 6 1 - 6 2 , w h i l e o n l e a v e f r o m W i l l i a m s C o l l e g e , W i l l i a m s t o w n , M a s s .
C o n t e n t s
C H A P T E R 1 . A T O M S I N M O T I O N C H A P T E R 8 . M O T I O N
1 - 1 I n t r o d u c t i o n 1 - 1 8 - 1 D e s c r i p t i o n o f m o t i o n 8 - 1
1 - 2 M a t t e r i s m a d e o f a t o m s 1 - 2 8 - 2 S p e e d 8 - 2
1 - 3 A t o m i c p r o c e s s e s 1 - 5 8 - 3 S p e e d a s a d e r i v a t i v e 8 - 5
1 - 4 C h e m i c a l r e a c t i o n s 1 - 6 8 - 4 D i s t a n c e a s a n i n t e g r a l 8 - 7
8 - 5 A c c e l e r a t i o n 8 - 8
C H A P T E R 2 . B A S I C P H Y S I C S
C H A P T E R 9 . N E W T O N ' S L A W S O F D Y N A M I C S
2 - 1 I n t r o d u c t i o n 2 - 1
2 - 2 P h y s i c s b e f o r e 1 9 2 0 2 - 3 9 - 1 M o m e n t u m a n d f o r c e 9 - 1
2 - 3 Q u a n t u m p h y s i c s 2 - 6 9 - 2 S p e e d a n d v e l o c i t y 9 - 2
2 - 4 N u c l e i a n d p a r t i c l e s 2 - 8 9 - 3 C o m p o n e n t s o f v e l o c i t y , a c c e l e r a t i o n , a n d f o r c e 9 - 3
9 - 4 W h a t i s t h e f o r c e ? 9 - 3
9 - 5 M e a n i n g o f t h e d y n a m i c a l e q u a t i o n s 9 - 4
C H A P T E R 3 . T H E R E L A T I O N O F P H Y S I C S T O O T H E R S C I E N C E S
9 - 6 N u m e r i c a l s o l u t i o n o f t h e e q u a t i o n s 9 - 5
3 - 1 I n t r o d u c t i o n 3 - 1
9 - 7 P l a n e t a r y m o t i o n s 9 - 6
3 - 2 C h e m i s t r y 3 - 1
3 - 3 B i o l o g y 3 - 2
C H A P T E R 1 0 . C O N S E R V A T I O N O F M O M E N T U M
3 - 4 A s t r o n o m y 3 - 6
3 - 5 G e o l o g y 3 - 7 1 0 - 1 N e w t o n ' s T h i r d L a w 1 0 - 1
3 - 6 P s y c h o l o g y 3 - 8 1 0 - 2 C o n s e r v a t i o n o f m o m e n t u m 1 0 - 2
3 - 7 H o w d i d i t g e t t h a t w a y ? 3 - 9 1 0 - 3 M o m e n t u m i s c o n s e r v e d ! 1 0 - 5
1 0 - 4 M o m e n t u m a n d e n e r g y 1 0 - 7
1 0 - 5 R e l a t i v i s t i c m o m e n t u m 1 0 - 8
C H A P T E R 4 . C O N S E R V A T I O N O F E N E R G Y
4 - 1 W h a t i s e n e r g y ? 4 - 1
C H A P T E R 1 1 . V E C T O R S
4 - 2 G r a v i t a t i o n a l p o t e n t i a l e n e r g y 4 - 2
4 - 3 K i n e t i c e n e r g y 4 - 5 1 1 - 1 S y m m e t r y i n p h y s i c s 1 1 - 1
O t h e r f o r m s o f e n e r g y 4 - 6 1 1 - 2 T r a n s l a t i o n s 1 1 - 1
1 1 - 3 R o t a t i o n s 1 1 - 3
1 1 - 4 V e c t o r s 1 1 - 5
C H A P T E R 5 . T I M E A N D D I S T A N C E
1 1 - 5 V e c t o r a l g e b r a 1 1 - 6
5 - 1 M o t i o n 5 - 1
1 1 - 6 N e w t o n ' s l a w s i n v e c t o r n o t a t i o n 1 1 - 7
5 - 2 T i m e 5 - 1
1 1 - 7 S c a l a r p r o d u c t o f v e c t o r s 1 1 - 8
5 - 3 S h o r t t i m e s 5 - 2
5 - 4 L o n g t i m e s 5 - 3
C H A P T E R 1 2 . C H A R A C T E R I S T I C S O F F O R C E
5 - 5 U n i t s a n d s t a n d a r d s o f t i m e 5 - 5
5 - 6 L a r g e d i s t a n c e s 5 - 5 1 2 - 1 W h a t i s a f o r c e ? 1 2 - 1
5 - 7 S h o r t d i s t a n c e s 5 - 8 1 2 - 2 F r i c t i o n 1 2 - 3
1 2 - 3 M o l e c u l a r f o r c e s 1 2 - 6
C H A P T E R 6 . P R O B A B I L I T Y 1 2 - 4 F u n d a m e n t a l f o r c e s . F i e l d s 1 2 - 7
1 2 - 5 P s e u d o f o r c e s 1 2 - 1 0
6 - 1 C h a n c e a n d l i k e l i h o o d 6 - 1
1 2 - 6 N u c l e a r f o r c e s 1 2 - 1 2
6 - 2 F l u c t u a t i o n s 6 - 3
6 - 3 T h e r a n d o m w a l k 6 - 5
C H A P T E R 1 3 . W O R K A N D P O T E N T I A L E N E R G Y ( A )
6 - 4 A p r o b a b i l i t y d i s t r i b u t i o n 6 - 7
6 - 5 T h e u n c e r t a i n t y p r i n c i p l e 6 - 1 0 1 3 - 1 E n e r g y o f a f a l l i n g b o d y 1 3 - 1
1 3 - 2 W o r k d o n e b y g r a v i t y 1 3 - 3
1 3 - 3 S u m m a t i o n o f e n e r g y 1 3 - 6
C H A P T E R 7 . T H E T H E O R Y O F G R A V I T A T I O N
1 3 - 4 G r a v i t a t i o n a l f i e l d o f l a r g e o b j e c t s 1 3 - 8
7 - 1 P l a n e t a r y m o t i o n s 7 - 1
7 - 2 K e p l e r ' s l a w s 7 - 1
C H A P T E R 1 4 . W O R K A N D P O T E N T I A L E N E R G Y ( c o n c l u s i o n )
7 - 3 D e v e l o p m e n t o f d y n a m i c s 7 - 2
N e w t o n ' s l a w o f g r a v i t a t i o n 7 - 3 1 4 - 1 W o r k 1 4 - 1
7 - 5 U n i v e r s a l g r a v i t a t i o n 7 - 5
1 4 - 2 C o n s t r a i n e d m o t i o n 1 4 - 3
7 - 6 C a v e n d i s h ' s e x p e r i m e n t 7 - 9
1 4 - 3 C o n s e r v a t i v e f o r c e s 1 4 - 3
7 - 7 W h a t i s g r a v i t y ? 7 - 9
1 4 - 4 N o n c o n s e r v a t i v e f o r c e s 1 4 - 6
7 - 8 G r a v i t y a n d r e l a t i v i t y 7 - 1 1
1 4 - 5 P o t e n t i a l s a n d f i e l d s 1 4 - 7
C H A P T E R 1 5 . T H E S P E C I A L T H E O R Y O F R E L A T I V I T Y 2 3 - 3 E l e c t r i c a l r e s o n a n c e 2 3 - 5
2 3 - 4 R e s o n a n c e i n n a t u r e 2 3 - 7
1 5 - 1 T h e p r i n c i p l e o f r e l a t i v i t y 1 5 - 1
1 5 - 2 T h e L o r e n t z t r a n s f o r m a t i o n 1 5 - 3
C H A P T E R 2 4 . T R A N S I E N T S
1 5 - 3 T h e M i c h e l s o n - M o r l e y e x p e r i m e n t 1 5 - 3
1 5 - 4 T r a n s f o r m a t i o n o f t i m e 1 5 - 5
2 4 - 1 T h e e n e r g y o f a n o s c i l l a t o r 2 4 - 1
1 5 - 5 T h e L o r e n t z c o n t r a c t i o n 1 5 - 7
2 4 - 2 D a m p e d o s c i l l a t i o n s 2 4 - 2
1 5 - 6 S i m u l t a n e i t y 1 5 - 7
2 4 - 3 E l e c t r i c a l t r a n s i e n t s 2 4 - 5
1 5 - 7 F o u r - v e c t o r s 1 5 - 8
1 5 - 8 R e l a t i v i s t i c d y n a m i c s 1 5 - 9
C H A P T E R 2 5 . L I N E A R S Y S T E M S A N D R E V I E W
1 5 - 9 E q u i v a l e n c e o f m a s s a n d e n e r g y 1 5 - 1 0
2 5 - 1 L i n e a r d i f f e r e n t i a l e q u a t i o n s 2 5 - 1
2 5 - 2 S u p e r p o s i t i o n o f s o l u t i o n s 2 5 - 2
C H A P T E R 1 6 . R E L A T I V I S T I C E N E R G Y A N D M O M E N T U M
2 5 - 3 O s c i l l a t i o n s i n l i n e a r s y s t e m s 2 5 - 5
1 6 - 1 R e l a t i v i t y a n d t h e p h i l o s o p h e r s 1 6 - 1
2 5 - 4 A n a l o g s i n p h y s i c s 2 5 - 6
1 6 - 2 T h e t w i n p a r a d o x 1 6 - 3
2 5 - 5 S e r i e s a n d p a r a l l e l i m p e d a n c e s 2 5 - 8
1 6 - 3 T r a n s f o r m a t i o n o f v e l o c i t i e s 1 6 - 4
1 6 - 4 R e l a t i v i s t i c m a s s 1 6 - 6
C H A P T E R 2 6 . O P T I C S : T H E P R I N C I P L E O F L E A S T T I M E
1 6 - 5 R e l a t i v i s t i c e n e r g y 1 6 - 8
2 6 - 1 L i g h t 2 6 - 1
2 6 - 2 R e f l e c t i o n a n d r e f r a c t i o n 2 6 - 2
C H A P T E R 1 7 . S P A C E - T I M E
2 6 - 3 F e r m a t ' s p r i n c i p l e o f l e a s t t i m e 2 6 - 3
1 7 - 1 T h e g e o m e t r y o f s p a c e - t i m e 1 7 - 1
2 6 - 4 A p p l i c a t i o n s o f F e r m a t ' s p r i n c i p l e 2 6 - 5
1 7 - 2 S p a c e - t i m e i n t e r v a l s 1 7 - 2
2 6 - 5 A m o r e p r e c i s e s t a t e m e n t o f F e r m a t ' s p r i n c i p l e 2 6 - 7
1 7 - 3 P a s t , p r e s e n t , a n d f u t u r e 1 7 - 4
2 6 - 6 H o w i t w o r k s 2 6 - 8
1 7 - 4 M o r e a b o u t f o u r - v e c t o r s 1 7 - 5
1 7 - 5 F o u r - v e c t o r a l g e b r a 1 7 - 7 .
C H A P T E R 2 7 . G E O M E T R I C A L O P T I C S
2 7 - 1 I n t r o d u c t i o n 2 7 - 1
C H A P T E R 1 8 . R O T A T I O N I N T w o D I M E N S I O N S
2 7 - 2 T h e f o c a l l e n g t h o f a s p h e r i c a l s u r f a c e 2 7 - 1
1 8 - 1 T h e c e n t e r o f m a s s 1 8 - 1
2 7 - 3 T h e f o c a l l e n g t h o f a l e n s 2 7 - 4
1 8 - 2 R o t a t i o n o f a r i g i d b o d y 1 8 - 2
2 7 - 4 M a g n i f i c a t i o n 2 7 - 5
1 8 - 3 A n g u l a r m o m e n t u m 1 8 - 5
2 7 - 5 C o m p o u n d l e n s e s 2 7 - 6
1 8 - 4 C o n s e r v a t i o n o f a n g u l a r m o m e n t u m 1 8 - 6
2 7 - 6 A b e r r a t i o n s 2 7 - 7
2 7 - 7 R e s o l v i n g p o w e r 2 7 - 7
C H A P T E R 1 9 . C E N T E R O F M A S S ; M O M E N T O F I N E R T I A
1 9 - 1 P r o p e r t i e s o f t h e c e n t e r o f m a s s 1 9 - 1 C H A P T E R 2 8 . E L E C T R O M A G N E T I C R A D I A T I O N
1 9 - 2 L o c a t i n g t h e c e n t e r o f m a s s 1 9 - 4
2 8 - 1 E l e c t r o m a g n e t i s m 2 8 - 1
1 9 - 3 F i n d i n g t h e m o m e n t o f i n e r t i a 1 9 - 5
2 8 - 2 R a d i a t i o n 2 8 - 3
R o t a t i o n a l k i n e t i c e n e r g y 1 9 - 7
2 8 - 3 T h e d i p o l e r a d i a t o r 2 8 - 5
2 8 - 4 I n t e r f e r e n c e 2 8 - 6
C H A P T E R 2 0 . R O T A T I O N I N S P A C E
2 0 - 1 T o r q u e s i n t h r e e d i m e n s i o n s 2 0 - 1 C H A P T E R 2 9 . I N T E R F E R E N C E
2 0 - 2 T h e r o t a t i o n e q u a t i o n s u s i n g c r o s s p r o d u c t s
2 9 - 1 E l e c t r o m a g n e t i c w a v e s 2 9 - 1
2 0 - 3 T h e g y r o s c o p e 2 0 - 5
2 9 - 2 E n e r g y o f r a d i a t i o n 2 9 - 2
2 0 - 4 A n g u l a r m o m e n t u m o f a s o l i d b o d y 2 0 - 8
2 9 - 3 S i n u s o i d a l w a v e s 2 9 - 2
2 9 - 4 T w o d i p o l e r a d i a t o r s 2 9 - 3
C H A P T E R 2 1 . T H E H A R M O N I C O S C I L L A T O R
2 9 - 5 T h e m a t h e m a t i c s o f i n t e r f e r e n c e 2 9 - 5
2 1 - 1 L i n e a r d i f f e r e n t i a l e q u a t i o n s 2 1 - 1
2 1 - 2 T h e h a r m o n i c o s c i l l a t o r 2 1 - 1 C H A P T E R 3 0 . D I F F R A C T I O N
2 1 - 3 H a r m o n i c m o t i o n a n d c i r c u l a r m o t i o n 2 1 - 4
3 0 - 1 T h e r e s u l t a n t a m p l i t u d e d u e t o n e q u a l o s c i l l a t o r s 3 0 - 1
2 1 - 4 I n i t i a l c o n d i t i o n s 2 1 - 4
3 0 - 2 T h e d i f f r a c t i o n g r a t i n g 3 0 - 3
2 1 - 5 F o r c e d o s c i l l a t i o n s 2 1 - 5
3 0 - 3 R e s o l v i n g p o w e r o f a g r a t i n g 3 0 - 5
3 0 - 4 T h e p a r a b o l i c a n t e n n a 3 0 - 6
C H A P T E R 2 2 . A L G E B R A
3 0 - 5 C o l o r e d f i l m s ; c r y s t a l s 3 0 - 7
2 2 - 1 A d d i t i o n a n d m u l t i p l i c a t i o n 2 2 - 1 3 0 - 6 D i f f r a c t i o n b y o p a q u e s c r e e n s 3 0 - 8
2 2 - 2 T h e i n v e r s e o p e r a t i o n s 2 2 - 2 3 0 - 7 T h e f i e l d o f a p l a n e o f o s c i l l a t i n g c h a r g e s 3 0 - 1 0
2 2 - 3 A b s t r a c t i o n a n d g e n e r a l i z a t i o n 2 2 - 3
2 2 - 4 A p p r o x i m a t i n g i r r a t i o n a l n u m b e r s 2 2 - 4 C H A P T E R 3 1 . T H E O R I G I N O F T H E R E F R A C T I V E I N D E X
2 2 - 5 C o m p l e x n u m b e r s 2 2 - 7
3 1 - 1 T h e i n d e x o f r e f r a c t i o n 3 1 - 1
2 2 - 6 I m a g i n a r y e x p o n e n t s 2 2 - 9
3 1 - 2 T h e f i e l d d u e t o t h e m a t e r i a l 3 1 - 4
3 1 - 3 D i s p e r s i o n 3 1 - 6
C H A P T E R 2 3 . R E S O N A N C E
3 1 - 4 A b s o r p t i o n 3 1 - 8
2 3 - 1 C o m p l e x n u m b e r s a n d h a r m o n i c m o t i o n 2 3 - 1
3 1 - 5 T h e e n e r g y c a r r i e d b y a n e l e c t r i c w a v e 3 1 - 9
2 3 - 2 T h e f o r c e d o s c i l l a t o r w i t h d a m p i n g 2 3 - 3
3 1 - 6 D i f f r a c t i o n o f l i g h t b y a s c r e e n 3 1 - 1 0
1 0
C H A P T E R 3 2 . R A D I A T I O N D A M P I N G . L I G H T S C A T T E R I N G 3 8 - 5 E n e r g y l e v e l s 3 8 - 7
3 8 - 6 P h i l o s o p h i c a l i m p l i c a t i o n s 3 8 - 8
3 2 - 1 R a d i a t i o n r e s i s t a n c e 3 2 - 1
3 2 - 2 T h e r a t e o f r a d i a t i o n o f e n e r g y 3 . 2 - 2
3 2 - 3 R a d i a t i o n d a m p i n g 3 2 - 3
C H A P T E R 3 9 . T H E K I N E T I C T H E O R Y O F G A S E S
3 2 - 4 I n d e p e n d e n t s o u r c e s 3 2 - 5
3 9 - 1 P r o p e r t i e s o f m a t t e r 3 9 - 1
3 2 - 5 S c a t t e r i n g o f l i g h t 3 2 - 6
3 9 - 2 T h e p r e s s u r e o f a g a s 3 9 - 2
3 9 - 3 C o m p r e s s i b i l i t y o f r a d i a t i o n 3 9 - 6
C H A P T E R 3 3 . P O L A R I Z A T I O N 3 9 - 4 T e m p e r a t u r e a n d k i n e t i c e n e r g y 3 9 - 6
3 9 - 5 T h e i d e a l g a s l a w 3 9 - 1 0
3 3 - 1 T h e e l e c t r i c v e c t o r o f l i g h t 3 3 - 1
3 3 - 2 P o l a r i z a t i o n o f s c a t t e r e d l i g h t 3 3 - 3
3 3 - 3 B i r e f r i n g e n c e 3 3 - 3
C H A P T E R 4 0 . T H E P R I N C I P L E S O F S T A T I S T I C A L M E C H A N I C S
3 3 - 4 P o l a r i z e r s 3 3 - 5
4 0 - 1 T h e e x p o n e n t i a l a t m o s p h e r e 4 0 - 1
3 3 - 5 O p t i c a l a c t i v i t y 3 3 - 6
4 0 - 2 T h e B o l t z m a n n l a w 4 0 - 2
3 3 - 6 T h e i n t e n s i t y o f r e f l e c t e d l i g h t 3 3 - 7
4 0 - 3 E v a p o r a t i o n o f a l i q u i d 4 0 - 3
3 3 - 7 A n o m a l o u s r e f r a c t i o n 3 3 - 9
4 0 - 4 T h e d i s t r i b u t i o n o f m o l e c u l a r s p e e d s 4 0 - 4
4 0 - 5 T h e s p e c i f i c h e a t s o f g a s e s 4 0 - 7
C H A P T E R 3 4 . R E L A T I V I S T I C E F F E C T S I N R A D I A T I O N 4 0 - 6 T h e f a i l u r e o f c l a s s i c a l p h y s i c s 4 0 - 8
3 4 - 1 M o v i n g s o u r c e s 3 4 - 1
3 4 - 2 F i n d i n g t h e " a p p a r e n t " m o t i o n 3 4 - 2
C H A P T E R 4 1 . T H E B R O W N I A N M O V E M E N T
3 4 - 3 S y n c h r o t r o n r a d i a t i o n 3 4 - 3
4 1 - 1 E q u i p a r t i t i o n o f e n e r g y 4 1 - 1
3 4 - 4 C o s m i c s y n c h r o t r o n r a d i a t i o n 3 4 - 6
4 1 - 2 T h e r m a l e q u i l i b r i u m o f r a d i a t i o n 4 1 - 3
3 4 - 5 B r e m s s t r a h l u n g 3 4 - 6
4 1 - 3 E q u i p a r t i t i o n a n d t h e q u a n t u m o s c i l l a t o r 4 1 - 6
3 4 - 6 T h e D o p p l e r e f f e c t 3 4 - 7
T h e r a n d o m w a l k 4 1 - 8
3 4 - 7 T h e k f o u r - v e c t o r 3 4 - 9
3 4 - 8 A b e r r a t i o n 3 4 - 1 0
C H A P T E R 4 2 . A P P L I C A T I O N S O P K I N E T I C T H E O R Y
3 4 - 9 T h e m o m e n t u m o f l i g h t 3 4 - 1 0
4 2 - 1 E v a p o r a t i o n 4 2 - 1
4 2 - 2 T h e r m i o n i c e m i s s i o n 4 2 - 4
C H A P T E R 3 5 . C O L O R V I S I O N
4 2 - 3 T h e r m a l i o n i z a t i o n 4 2 - 5
3 5 - 1 T h e h u m a n e y e 3 5 - 1
C h e m i c a l k i n e t i c s 4 2 - 7
3 5 - 2 C o l o r d e p e n d s o n i n t e n s i t y 3 5 - 2
4 2 - 5 E i n s t e i n ' s l a w s o f r a d i a t i o n 4 2 - 8
3 5 - 3 M e a s u r i n g t h e c o l o r s e n s a t i o n 3 5 - 3
/
3 5 - 4 T h e c h r o m a t i c i t y d i a g r a m 3 5 - 6
C H A P T E R 4 3 . D I F F U S I O N
3 5 - 5 T h e m e c h a n i s m o f c o l o r v i s i o n 3 5 - 7
3 5 - 6 P h y s i o c h e m i s t r y o f c o l o r v i s i o n 3 5 - 9
4 3 - 1 C o l l i s i o n s b e t w e e n m o l e c u l e s 4 3 - 1
4 3 - 2 T h e m e a n f r e e p a t h 4 3 - 3
4 3 - 3 T h e d r i f t s p e e d 4 3 - 4
C H A P T E R 3 6 . M E C H A N I S M S O F S E E I N G
4 3 - 4 I o n i c c o n d u c t i v i t y 4 3 - 6
3 6 - 1 T h e s e n s a t i o n o f c o l o r 3 6 - 1
4 3 - 5 M o l e c u l a r d i f f u s i o n 4 3 - 7
3 6 - 2 T h e p h y s i o l o g y o f t h e e y e 3 6 - 3
4 3 - 6 T h e r m a l c o n d u c t i v i t y 4 3 - 9
3 6 - 3 T h e r o d c e l l s 3 6 - 6
3 6 - 4 T h e c o m p o u n d ( i n s e c t ) e y e 3 6 - 6
C H A P T E R 4 4 . T H E L A W S O F T H E R M O D Y N A M I C S
3 6 - 5 O t h e r e y e s 3 6 - 9
3 6 - 6 N e u r o l o g y o f v i s i o n 3 6 - 9
4 4 - 1 H e a t e n g i n e s ; t h e f i r s t l a w 4 4 - 1
4 4 - 2 T h e s e c o n d l a w 4 4 - 3
4 4 - 3 R e v e r s i b l e e n g i n e s 4 4 - 4
C H A P T E R 3 7 . Q U A N T U M B E H A V I O R
4 4 - 4 T h e e f f i c i e n c y o f a n i d e a l e n g i n e 4 4 - 7
3 7 - 1 A t o m i c m e c h a n i c s 3 7 - 1
4 4 - 5 T h e t h e r m o d y n a m i c t e m p e r a t u r e 4 4 - 9
3 7 - 2 A n e x p e r i m e n t w i t h b u l l e t s 3 7 - 2
4 4 - 6 E n t r o p y 4 4 - 1 0
3 7 - 3 A n e x p e r i m e n t w i t h w a v e s 3 7 - 3
3 7 - 4 A n e x p e r i m e n t w i t h e l e c t r o n s 3 7 - 4
C H A P T E R 4 5 . I L L U S T R A T I O N S O F T H E R M O D Y N A M I C S
3 7 - 5 T h e i n t e r f e r e n c e o f e l e c t r o n w a v e s 3 7 - 5
3 7 - 6 W a t c h i n g t h e e l e c t r o n s 3 7 - 7 4 5 - 1 I n t e r n a l e n e r g y 4 5 - 1
3 7 - 7 F i r s t p r i n c i p l e s o f q u a n t u m m e c h a n i c s 3 7 - 1 0 4 5 - 2 A p p l i c a t i o n s 4 5 - 4
3 7 - 8 T h e u n c e r t a i n t y p r i n c i p l e 3 7 - 1 1 4 5 - 3 T h e C l a u s i u s - C l a p e y r o n e q u a t i o n 4 5 - 6
C H A P T E R 3 8 . T H E R E L A T I O N O F W A V E A N D P A R T I C L E C H A P T E R 4 6 . R A T C H E T A N D P A W L
V I E W P O I N T S
4 6 - 1 H o w a r a t c h e t w o r k s 4 6 - 1
3 8 - 1 P r o b a b i l i t y w a v e a m p l i t u d e s 3 8 - 1 4 6 - 2 T h e r a t c h e t a s a n e n g i n e 4 6 - 2
3 8 - 2 M e a s u r e m e n t o f p o s i t i o n a n d m o m e n t u m 3 8 - 2 4 6 - 3 R e v e r s i b i l i t y i n m e c h a n i c s 4 6 - 4
3 8 - 3 C r y s t a l d i f f r a c t i o n 3 8 - 4 4 6 - 4 I r r e v e r s i b i l i t y 4 6 - 5
3 8 - 4 T h e s i z e o f a n a t o m 3 8 - 5 4 6 - 5 O r d e r a n d e n t r o p y 4 6 - 7
C H A P T E R 4 7 . S O U N D . T H E W A V E E Q U A T I O N C H A P T E R 5 0 . H A R M O N I C S
5 0 - 1 M u s i c a l t o n e s 5 0 - 1
4 7 - 1 W a v e s 4 7 - 1
4 7 - 2 T h e p r o p a g a t i o n o f s o u n d 4 7 - 3 5 0 - 2 T h e F o u r i e r s e r i e s 5 0 - 2
4 7 - 3 T h e w a v e e q u a t i o n 4 7 - 4 5 0 - 3 Q u a l i t y a n d c o n s o n a n c e 5 0 - 3
4 7 - 4 S o l u t i o n s o f t h e w a v e e q u a t i o n 4 7 - 6 5 0 - 4 T h e F o u r i e r c o e f f i c i e n t s 5 0 - 5
4 7 - 5 T h e s p e e d o f s o u n d 4 7 - 7 5 0 - 5 T h e e n e r g y t h e o r e m 5 0 - 7
5 0 - 6 N o n l i n e a r r e s p o n s e s 5 0 - 8
C H A P T E R 4 8 . B E A T S C H A P T E R 5 1 . W A V E S
4 8 - 1 A d d i n g t w o w a v e s 4 8 - 1 5 1 - 1 B o w w a v e s 5 1 - 1
4 8 - 2 B e a t n o t e s a n d m o d u l a t i o n 4 8 - 3 5 1 - 2 S h o c k w a v e s 5 1 - 2
4 8 - 3 S i d e b a n d s 4 8 - 4 5 1 - 3 W a v e s i n s o l i d s 5 1 - 4
4 8 - 4 L o c a l i z e d w a v e t r a i n s 4 8 - 5 5 1 - 4 S u r f a c e w a v e s 5 1 - 7
4 8 - 5 P r o b a b i l i t y a m p l i t u d e s f o r p a r t i c l e s 4 8 - 7
C H A P T E R 5 2 . S Y M M E T R Y I N P H Y S I C A L L A W S
4 8 - 6 W a v e s i n t h r e e d i m e n s i o n s 4 8 - 9
4 8 - 7 N o r m a l m o d e s 4 8 - 1 0
5 2 - 1 S y m m e t r y o p e r a t i o n s 5 2 - 1
5 2 - 2 S y m m e t r y i n s p a c e a n d t i m e 5 2 - 1
5 2 - 3 S y m m e t r y a n d c o n s e r v a t i o n l a w s 5 2 - 3
C H A P T E R 4 9 . M O D E S
5 2 - 4 M i r r o r r e f l e c t i o n s 5 2 - 4
4 9 - 1 T h e r e f l e c t i o n o f w a v e s 4 9 - 1 5 2 - 5 P o l a r a n d a x i a l v e c t o r s 5 2 - 6
4 9 - 2 C o n f i n e d w a v e s , w i t h n a t u r a l f r e q u e n c i e s 4 9 - 2 5 2 - 6 W h i c h h a n d i s r i g h t ? 5 2 - 8
4 9 - 3 M o d e s i n t w o d i m e n s i o n s 4 9 - 3 5 2 - 7 P a r i t y i s n o t c o n s e r v e d ! 5 2 - 8
4 9 - 4 C o u p l e d p e n d u l u m s 4 9 - 6 5 2 - 8 A n t i m a t t e r 5 2 - 1 0
4 9 - 5 L i n e a r s y s t e m s 4 9 - 7 5 2 - 9 B r o k e n s y m m e t r i e s 5 2 - 1 1
I N D E X
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