Физика повседневности: от мыльных пузырей до квантовых технологий

LE KALÉIDOSCOPE DE LA PHYSIQUE

Attilio Rigamonti, Andrey Varlamov, Jacques Villain

МОСКВА 2020

ПЕРЕВОД С ФРАНЦУЗСКОГО

УДК 53
ББК 22.3
 
В18

Переводчик Мария Прилуцкая
Научный редактор Сергей Парновский, д-р физ.-мат. наук
Редактор Александра Бачурина

Варламов А.
Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий / 
Андрей Варламов, Жак Виллен, Аттилио Ригамонти ; Пер. с фр. — М.: 
Альпина нон-фикшн, 2020. — 334 с.

ISBN 978-5-00139-107-4 

Почему при течении воды в реках возникают меандры? Как заставить 
бокал запеть? Можно ли построить переговорную трубку между Парижем 
и Марселем? Какие законы определяют форму капель и пузырьков? Что происходит при приготовлении жаркого? Можно ли попробовать спагетти альденте на вершине Эвереста? А выпить там хороший кофе? На все эти вопросы, 
как и на многие другие, читатель найдет ответы в этой книге.
Каждая страница книги приглашает удивляться, хотя в ней обсуждаются 
физические явления, лежащие в основе нашей повседневной жизни. В ней 
не забыты и последние достижения физики: авторы посвящают читателя 
в тайны квантовой механики и сверхпроводимости, рассказывают о физических основах магнитно-резонансной томографии и о квантовых технологиях.
От главы к главе читатель знакомится с неисчислимыми гранями физического мира. Отмеченные Нобелевскими премиями фундаментальные результаты следуют за описаниями, казалось бы, незначительных явлений природы, 
на которых тем не менее и держится все величественное здание физики.

УДК 53
ББК 22.3

Все права защищены. Никакая часть этой книги не может 
быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими 
бы то ни было средствами, включая размещение в сети интернет и в корпоративных сетях, а также запись в память 
ЭВМ для частного или публичного использования, без письменного разрешения владельца авторских прав. По воп росу 
организации доступа к электронной библиотеке издательства обращайтесь по адресу mylib@alpina.ru

ISBN 978-5-00139-107-4 (рус.)
ISBN 978-2701164878 (фр.)

© Attilio Rigamonti, Andrey Varlamov, Jacques 
Villain, 2014
© Издание на русском языке, перевод, оформление. 
ООО «Альпина нон-фикшн», 2020

В18

Издание подготовлено в партнерстве 
с Фондом некоммерческих инициатив «Траектория» 
(при финансовой поддержке Н.В. Каторжнова).

Фонд поддержки научных, образовательных и культурных ини циатив 
«Траектория» (www.traektoriafdn.ru) создан в 2015 году. Программы фонда 
направлены на стимулирование интереса к науке и научным исследованиям, 
реализацию образовательных программ, повышение интеллектуального 
уровня и творческого потенциала молодежи, повышение конкурентоспособности отечественных науки и образования, популяризацию науки 
и культуры, продвижение идей сохранения культурного наследия. Фонд 
организует образовательные и научно-популярные мероприятия по всей 
России, способствует созданию успешных практик взаимодействия внутри 
образовательного и научного сообщества.
В рамках издательского проекта Фонд «Траектория» поддерживает 
издание лучших образцов российской и зарубежной научно-популярной 
литературы.

Содержание

Благодарности  ............................................................................................................9

Предисловие  ............................................................................................................. 10

ЧАСТЬ 1. ФИЗИКА ВОКРУГ НАС

Глава 1 
Реки, меандры и озера ................................................................... 14

Глава 2 
Искусственные и природные волноводы ............................... 21

Глава 3 
Цвета моря и неба ............................................................................29

Глава 4 
Маятник Фуко и сила Кориолиса ...............................................42

Глава 5 
Морские приливы и отливы ........................................................55

Глава 6 
Капли и пузыри ................................................................................64

Глава 7 
Климат: почему лето становится жарче? ..............................78

Глава 8 
Следы на песке ..................................................................................93

Глава 9 
От кристаллических снежинок к аморфному стеклу ......103

ЧАСТЬ 2. ФИЗИКА ПОВСЕ ДНЕВНОСТИ

Глава 10 Беседа в поезде .................................................................................114

Глава 11 Наследие Страдивари ...................................................................124

Глава 12 Поющие и безмолвствующие бокалы .................................... 135

Глава 13 Энергия: покорная служанка или деспотичная 
хозяйка?..............................................................................................141

Глава 14 Nunc est bibendum ........................................................................... 153

ЧАСТЬ 3. ФИЗИКИ НА КУХНЕ

Глава 15 В ожидании чашки чая ................................................................168

Глава 16 Физика на кухне ............................................................................. 178

Глава 17 Ab ovo .................................................................................................. 189

Глава 18 В размышлениях о приготовлении пиццы ......................... 199

Глава 19 Макароны, спагетти и физика ................................................ 208

Глава 20 Физика хорошего (и плохого) кофе ......................................... 217

Глава 21 Наука, приготовление пищи и мороженое из жидкого 
азота ....................................................................................................227

ЧАСТЬ 4. СТРАННЫЙ КВАНТОВЫЙ МИР

Глава 22 Неопределенность — основа квантовой физики ............ 234

Глава 23 Физика, геометрия и красота ................................................... 249

Глава 24 Вечное движение в сверхпроводниках .................................255

Глава 25 Применение сверхпроводников ..............................................272

Глава 26 Снежки из гелия ............................................................................ 284

Глава 27 МРТ заглядывает внутрь нас .................................................... 290

Глава 28 Полупроводники и нанофизика ..............................................301

Библиография ......................................................................................................... 317

Предметно-именной указатель ......................................................................323

Список иллюстраций ...........................................................................................329

Б Л А Г О Д А Р Н О С Т И 

Благодарности 

Авторы посвящают эту книгу своим внукам, которые вступают в мир, 
преображенный физиками; мир, значительно отличающийся от того, 
который в соответствующем возрасте открывался их бабушкам и дедушкам; мир более удобный, где куда сложнее заскучать, но где по-прежнему 
не так-то просто найти свое место и обрести счастье:

Маргерит Селене Строцци Ригамонти,
Матильде и Лукасу Шмитт,
Михаилу Варламову.

Наконец, мы благодарим всех, кто согласился критически прочесть 
нашу рукопись, и тех, кто, насколько это возможно, помог нам не потеряться среди повседневных проявлений физики и найти наш путь в сложнейшей науке, о которой не знают всего даже профессионалы.
В частности: Алена Аспекта, Джузеппе Балестрино, Себастьяна Балибара, Клода Бертье, Патрика Брюно, Марка де Буасьё, Александра 
Буздина, 
Элен 
Бушиа, 
Александра 
Валанса, 
Юрия 
Гальперина, Сильвию Герен, Юрия Ерина, Мориса Голдмана, Дениса 
Гратиаса, Изабель Грило, Гая Делавала, Роберта Дотрэ, Анн-Мари Казаба, 
Кристиана Кароли, Дэвида Кере, Жака Ламберта, Дмитрия Ливанова, 
Уильяма-Луи Мама, Валери Массон-Дельмот, Кейзо Мурата, Филиппа 
Нозьера, 
Сергея 
Парновского, 
Жан-Луи 
Потра, 
Пьера 
Пуна, 
Оливье Пьер-Луи, Реймонда Пьерумбера, Альберта Стасенко, И. Сайто, 
Сергея Салихова, Стефанию Тантони, Эрве Тис, Игоря Тралле, Стефана 
Фова, Жан-Пьера Халина, Кэтрин Хил, Алексея Чепелянского, Сергея 
Шарапова, Даниела Эстива.

0 
Ф И З И К А  П О В С Е Д Н Е В Н О С Т И

Предисловие 

Мы не всегда осознаем, насколько наша повседневная жизнь наполнена 
проявлениями физики. Эта книга адресована тем, кто хочет понять окружающие нас удивительные природные явления. Почему небо голубое? 
Как появляется радуга? Что вызывает приливы и отливы? Почему пивная и морская пена белого цвета? На эти и другие вопросы мы отвечаем 
в первой части.
Список физических явлений, с которыми мы сталкиваемся каждый 
день, значительно обогатил сам человек. Как работают микроволновая 
печь или индукционная плита? Как вырабатывается электрическая энергия? Окружающие нас изобретения стали предметом рассмотрения второй части этой книги.
Третья часть — гастрономическая. Она посвящена искусству наших 
друзей — поваров. Если один цыпленок в два раза больше другого, его 
нужно жарить в два раза дольше? Конечно, мы не собираемся учить поваров готовить, но, возможно, сумеем ответить на некоторые вопросы, возникающие в связи с их искусством, или, по крайней мере, предложим им 
интересное занятие на то время, пока очередное блюдо томится в духовке.
Четвертая, заключительная часть — наиболее амбициозная. В ней мы 
пытаемся прояснить некоторые из самых загадочных аспектов современной науки, объяснить, как в течение последнего столетия привычный взгляд на природу коренным образом изменился благодаря 
открытой в начале века новой области физики — квантовой механике; 
и как на пороге нового тысячелетия эти потрясения стали предметом 
непосредственных экспериментальных наблюдений.
Не слишком ли на многое мы замахнулись? Надеемся, что читатель, 
изучая первые три части, обретет вдохновение и усердие, необходимые 
для освоения четвертой части.
Мы предполагаем, что наш читатель обладает некоторой научной подготовкой — будет достаточно математического багажа бакалавра. Но, 
насколько это возможно, мы избегали сложностей и использовали простой 
язык. Точно так же мы по мере возможности старались обходиться без уравнений и формул, но иногда они упрощают восприятие. Когда опускаются 
целые страницы вычислений, то время от времени одно или два уравнения разбавляют монотонность научного текста и привлекают внимание 
там, где это необходимо. В любом случае наш читатель имеет большое преимущество по сравнению с работающим с учебником старшеклассником