Вся физика в 15 уравнениях

Бруно Мансулье

Вся физика в 15 уравнениях

Bruno Mansoulié

Illustrations De Lison Bernet

TOUTE  
LA PHYSIQUE EN

ÉQUATIONS
15

Бруно Мансулье

Иллюстрации Лизон Берне

УРАВНЕНИЯХ

ВСЯ ФИЗИКА В
15

Москва, 2020

УДК 530.1
ББК 22.31
М23

Мансулье Б.
М23 Вся физика в 15 уравнениях / пер. с анг. С. А. Сенченкова. – 
М.: ДМК Пресс, 2020. – 192 с.: ил. 

ISBN 978-5-97060-789-3

15 базовых уравнений и соответствующих им законов физики, 
выбранные для этой книги, сделали революцию в современном 
понимании мира. Благодаря изумительно легкому языку автора 
читатели погрузятся с головой в самую прекрасную из наук, которая 
может объяснить все, что происходит во Вселенной (ну или почти 
все), – и, быть может, захотят остаться в этой науке навсегда.
Издание будет полезно всем, кто хочет узнать немного больше 
об окружающем нас мире и его свойствах. Особенно интересно оно 
будет школьникам старших классов, которые уже решили посвятить 
себя физике или инженерным наукам.
Итак, вперед – к знаниям основных законов природы, за Ньютоном, Эйнштейном, Шредингером, Дираком, Максвеллом и другими 
великими учеными. И не забывайте о законах преломления света, 
когда вы смотрите на радугу!

УДК 530.1
ББК 22.31

Original English language edition published by World Scientific Publishing Co. 
Pte. Ltd. 5 Toh Tuck Link, Singapore 596224. Copyright © Editions Flammarion, 
Paris, 2017. Russian-language edition copyright © 2020 by DMK Press. All rights 
reserved.

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами 
без письменного разрешения владельцев авторских прав.

ISBN 978-981-3273-40-5 (анг.) 
 Copyright © 2017 Flammarion
ISBN 978-5-97060-789-3 (рус.) 
©  Оформление, издание, перевод, 
ДМК Пресс, 2020

Содержание – 5

Содержание

Предисловие .............................................................................. 9

К уравнению всего .............................................. 12
Красивые уравнения ........................................... 13
Уравнение свободы ............................................. 14

Глава 1 
Закон отражения света .......................... 17

Но что такое отражение? ................................... 21
Кстати, что значит «видеть»? ........................... 22
Физика освещения .............................................. 23

Глава 2 
Закон Снелла–Декарта  
и… принцип наименьшего  
действия ........................................................... 25

Эксперимент ........................................................ 29
Чей это закон? ...................................................... 29
Когда свет не теряет времени ........................... 30
Принцип наименьшего действия .................... 31
Формула, которая обобщает все? ..................... 32

Глава 3 
Главный принцип динамики  
(второй закон Ньютона) ........................ 35

Идеальный, потому что неподвижный (?) ..... 39
От фонтанов до планет ...................................... 39

– 15 великих уравнений физики

Немного ностальгии по утраченной γ ............ 40
Довольно динамичная физика ......................... 42

Глава 4 
Закон всемирного тяготения  
(классическая теория тяготения 
Ньютона) .......................................................... 45

Нелюбимое уравнение ....................................... 49
Слишком просто для закона? ........................... 49
Закон... скрывающий невежество?.................. 50
E pur, si muove! ..................................................... 51
Космический хаос ............................................... 53
Планетарная игра в бильярд ............................. 55

Глава 5 
Уравнение состояния  
идеального газа ........................................... 57

Идеальный воздух ............................................... 59
Как же нам повезло! ........................................... 61
Воздух или закон? ............................................... 62
Удивительная гипотеза ...................................... 63
Измерение размера атомов путем  
продувки воздухом ............................................. 65
Революционная гипотеза .................................. 66

Глава 6 
Закон Гука ........................................................ 69

Физика промышленной революции ............... 71
Упругий, как металл ........................................... 74
«Механическая сила огня» ................................ 74
Тепло, движение, энергия ................................. 75

Глава 7 
Уравнение Навье–Стокса ...................... 79

Физики на поле битвы… .................................... 83
Уравнение, которое трудно покорить… ......... 84
От фанерных моделек  
до суперкомпьютеров ........................................ 86

Уравнения Максвелла – 7

Глава 8 
Уравнения Максвелла ............................. 89

Творческие уравнения ....................................... 93
Библия электромагнетизма .............................. 94
Хитрый Z 0 ............................................................. 96

Глава 9 
Эквивалентность материи  
и энергии.......................................................... 99

Между уважением и трепетом ........................101
Странные отношения между  
пространством и временем .............................103
Верить по-настоящему… ..................................104
Энергия Солнца… ...............................................105
...и атомной бомбы ............................................107

Глава 10 
Уравнение Шредингера .........................111

«Пси» – это «психо»? ..........................................115
Первое квантовое головокружение ................117
Этот контринтуитивный мир… ......................119
Множество приложений ...................................120

Глава 11 
Соотношение неопределенностей 
Гейзенберга ...................................................123

Основа квантовой неопределенности ...........125
Этот несовершенный мир… .............................127
Но наш повседневный мир остается  
точным! ................................................................128
Совершенно чистая случайность ....................129
Действующий, но загадочный «механизм» ...130
Прогресс как устаревшая концепция? ...........131

Глава 12 
Уравнение Эйнштейна и общая  
теория относительности ......................135

Доминирующие эффекты для космологии ..137

– 15 великих уравнений физики

Описание всей Вселенной ................................140
Расширение и Большой взрыв ........................141
Эволюция Вселенной .........................................142
Черные дыры: лаборатория...  
в воображении ....................................................143
Здесь и сейчас .....................................................144

Глава 13 
Уравнение Дирака ....................................147

И Дирак создал антиматерию .........................149
Уравнение должно делать свое дело ..............152
Полностью физическое решение ....................153
Антиматерия существует! ................................154
Веруя в уравнение ..............................................155

Глава 14 
Диаграммы Фейнмана ..........................157

Тяжелейшие расчеты… .....................................161
Небольшая схема для длительного  
расчета ..................................................................162
Мощный язык .....................................................164
Сны о диаграммах Фейнмана ..........................166

Глава 15 
Стандартная модель ................................169

В кафетерии ЦЕРНа ...........................................171
Лагранжиан возвращается ...............................174
Охота на Хиггса ...................................................176
Яркое подтверждение .......................................177

Эпилог 
Ограничения Стандартной  
модели... и физика будущего ............181

Неужели стандартная? ......................................183
Но где же гравитация? ......................................187
Окончательное уравнение? .............................189

Именной указатель ...........................................................191

Предисловие