Dydaktyka fizyki współczesnej

W publikacji Owen Gingerich kontempluje wszechświat, w którym Bóg jest obecny – niezauważany przez naukę, ale przecież nie wykluczony przez nią. Autor odwołuje się przy tym do najnowszych osiągnięć astronomii i kosmologii, przytacza liczne anegdoty z dziejów nauki, komentuje poglądy ewolucjonistów i odnosi się do głośnego ostatnio ruchu Inteligentnego Projektu.

Ta głęboka, prowokacyjna i błyskotliwa książka jest świadectwem, że ten sam człowiek może być kreatywnym uczonym oraz osobą głęboko wierzącą w boską obecność we wszechświecie. Gingerich jest bowiem przekonany, że kosmos został stworzony z zamysłem oraz celem i że wiara ta nie koliduje z metodą naukową. Książka powstała na podstawie "Wykładów im. Williama Beldena Nobla", wygłoszonych przez Gingericha w listopadzie 2005 roku na Uniwersytecie Harvarda.

Gingerich sporo uwagi poświęca poszlakom przemawiającym za tym, że Wszechświat rzeczywiście jest dziełem Mądrego Stwórcy. Każda naukowa specjalność ma własną specyfikę. Gingerich jest astrofizykiem i historykiem nauki, dlatego szczególnie wyraźnie przemawiają do niego świat gwiazd i galaktyk, równania rządzące ich ruchami i niezwykła synchronizacja w ich warunkach początkowych. Uzbrojony w biegłą znajomość zmagań poprzednich pokoleń uczonych z trudnościami w rozszyfrowywaniu tajemnic kosmicznej harmonii, Gingerich potrafi swoje zadziwienie misterną strukturą Kosmosu przekazać Czytelnikowi.
Ks. prof. Michał Heller, z Przedmowy

Owen Gingerich – astronom i historyk nauki, który swoje życie zawodowe na dziesięciolecia związał z Uniwersytetem Harvarda, światowej sławy badacz życia i dzieła Keplera i Kopernika. Członek Amerykańskiej Akademii Sztuk i Nauk, Amerykańskiego Towarzystwa Filozoficznego, Międzynarodowej Unii Astronomicznej, Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego oraz wielu innych międzynarodowych i krajowych towarzystw naukowych. Polskiemu czytelnikowi znane są jego 2 książki, poświęcone Mikołajowi Kopernikowi: Książka, której nikt nie przeczytał (2004) i Mikołaj Kopernik. Gdy Ziemia stała się planetą (2005).

The work comprises thoughts on the relationships between the study of Universe and faith. It shows the universe in which God is present – not acknowledged by science, but not excluded either. The author refers to the newest achievements in astronomy and cosmology, quotes numerous anecdotes from the history of science, comments on the evolutionist beliefs and relates to the Intelligent Design Movement.

W podręczniku zamieszczono opisy kilkunastu ćwiczeń z podstaw astrofizyki. Przedstawiono zagadnienia do rozwiązania z zastosowaniem obrotowej mapy nieba, odzwierciedlającej na sferze niebieskiej ruchy Ziemi – obrotowy i okołosłoneczny, i przyrządów do obserwacji wizualnych. Omówiono między innymi wyznaczanie odległości różnych skupisk materii we Wszechświecie – od Księżyca po odległe galaktyki. Elementy fizyki gwiazd zaprezentowano zgodnie z klasyfikacją widmową. Przytoczono także charakterystykę kilku przykładowych misji kosmicznych i nazewnictwo w Układzie Słonecznym oraz formacji powierzchniowych odkrytych w trakcie lotów próbników międzyplanetarnych.

Czasopismo naukowe „Electrical Engineering” zawiera konferencyjne materiały naukowe, w których opisano wyniki badań i analiz z zakresu szeroko rozumianej inżynierii elektronicznej.

Ceniony za błyskotliwe i oryginalne spostrzeżenia dotyczące świata fizycznego, laureat Nagrody Nobla, Richard Feynman, miał niezwykły talent do wyjaśniania ogółowi społeczeństwa trudnych pojęć. Używając codziennego języka, koncepcji przestrzennych, wizualizacji i swoich słynnych „diagramów Feynmana”, w jasny i humorystyczny sposób przekazywał laikom i znawcom tematu zarówno treść, jak i ducha elektrodynamiki kwantowej (QED).

Ta zredagowana wersja czterech wykładów na temat QED, które Feynman wygłosił na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles, jest prawdopodobnie najlepszym przykładem jego zdolności komunikowania zarówno istoty, jak i ducha nauki dla laika. I nie miała sobie równych od czasu jej publikacji.

Ta książka to rodzaj przewodnika po elektrodynamice kwantowej dla studentów fizyki i dziedzin pokrewnych, nauczycieli i pracowników naukowych, dla wszystkich interesujących się fizyką.

Richard P. Feynman był profesorem fizyki w Kalifornijskim Instytucie Technologicznym od 1951 do 1988 roku. W 1965 roku otrzymał Nagrodę Nobla za wkład w rozwój elektrodynamiki kwantowej. Dzięki swoim popularnym książkom stał się jedną z najbardziej popularnych postaci XX stulecia.

Podręcznik zawiera matematyczny opis związków między uporządkowaniem struktury atomowej materiałów a ich obrazami dyfrakcyjnymi uzyskanymi przy pomocy wiązki promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów. W podręczniku zamiarem autora było pokazanie jak w oparciu o podstawowe prawa fizyczne zjawisk rozpraszania i dyfrakcji promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów na różnych układach atomów budujących materiał, można dokonać opisu powstawania obrazu dyfrakcyjnego i wyjaśnić związki między jego charakterem a wybranymi parametrami struktury materiału. Zagadnienie to jest obecnie szczególnie istotne, gdy większość obliczeń parametrów struktury materiału prowadzona jest przy pomocy komercyjnych programów komputerowych, które niemal w sposób automatyczny pozwalają na otrzymanie ostatecznych wyników. Nie uwzględnienie w ich interpretacji możliwości i ograniczeń metodycznych oraz aparaturowych, prowadzi często do błędnych danych o strukturze materiału. Jest to szczególnie typowe dla prac młodszych, mniej doświadczonych pracowników laboratoriów, studentów i doktorantów.

Podręcznik składa się w zasadzie z trzech części poświęconych kolejno rozpraszaniu i dyfrakcji promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów na pojedynczym atomie, układzie atomów o różnej konfiguracji w materiale amorficznym, monokrystalicznym i polikrystalicznym i różnym stopniu uporządkowania. Każda część zawiera geometryczny i analityczny opis obrazu rozpraszania i dyfrakcji w zależności od wybranych parametrów struktury materiału i niektórych jego defektów. Omówiono kinematyczną i dynamiczną teorie rozpraszania, zakresy ich stosowalności oraz zjawiska ekstynkcyjne. Przy omawianiu rozpraszania i dyfrakcji wiązki elektronów uwzględniono efekty zachodzące przy różnej ich energii /elektrony wysoko- i niskoenergetyczne, sprężyście i niesprężyście rozproszone/ oraz ich efekty fizyczne przy przechodzeniu przez materiał lub odbiciu z uwzględnieniem geometrii wiązki. W podręczniku podano podstawy budowy i zasady działania oraz powstawania obrazów w klasycznej mikroskopii elektronowej i wysokorozdzielczej, w wiązce równoległej i zbieżnej, w wiązce transmisyjnej i odbiciowej, a także wykorzystaniu elektronów wstecznie rozproszonych w badaniach powierzchni /LEED, EBSD/. Trzecia część podręcznika poświęcona rozpraszaniu i dyfrakcji neutronów podaje najistotniejsze osobliwości tego zjawiska dla neutronów w porównaniu do promieni rentgenowskich i elektronów. Stanowi ona uzupełnienie dyfrakcyjnych metod badań struktury materiałów. Autor ma nadzieję, że powyższy podręcznik będzie przydatny dla studentów i doktorantów kierunków – inżynierii materiałowej, fizyki ciała stałego, metalurgii, chemii i kierunków pokrewnych, gdzie problemy badań materiałowych są przedmiotem na różnych stopniach kształcenia. Powyższy podręcznik może też być przydatny dla pracowników instytutów badawczych i kadry inżynierskiej ośrodków przemysłowych, którzy w swojej pracy zawodowej spotykają się z problemami podnoszenia jakości wytwarzanych materiałów i produktów.

Podręcznik powstał na podstawie wykładów fizyki ogólnej prowadzonych przez autorów dla studentów różnych wydziałów Politechniki Warszawskiej, a przede wszystkim studentów Wydziału Fizyki, dlatego treść dostosowana jest głównie do wymagań programowych tego właśnie wydziału. Podręcznik może być również przydatny dla studentów innych wydziałów (także innych szkół technicznych), a także wydziałów uniwersyteckich. Zrozumienie przedstawionego w podręczniku materiału wymaga znajomości (początkowo w niewielkim stopniu) analizy matematycznej i algebry. Ponieważ zazwyczaj przedmioty te są wykładane na pierwszych semestrach studiów (równolegle z fizyką) starano się, aby bardziej zaawansowany aparat matematyczny wprowadzany był stopniowo i aby nowym pojęciom matematycznym nadawać interpretację fizyczną. Większość materiału wyłożono w sposób tradycyjny, bowiem ograniczona objętość podręcznika nie pozwalała na eksperymentowanie w tym zakresie. W obecnym wydaniu dokonano wielu zmian. Przede wszystkim wprowadzono nowe definicje i siedem podstawowych jednostek miar, które obowiązują od 20 maja 2019 roku. Do treści poszczególnych rozdziałów (zwłaszcza 11–14) wprowadzono szereg zmian merytorycznych. Dla wygody Czytelnika poszerzono indeks przedmiotowy, dodano tablicę stałych fizycznych, tablicę pochodnych podstawowych funkcji oraz kilka ważniejszych wzorów trygonometrycznych.