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 перег
оворную трубку между Парижем 
и Марселем? Какие законы определяют форму капель и пузырьков? Что происходит 
при приг
отовлении жарког
о? Можно ли попробовать спаг
етти аль-
денте на вершине Эвереста? А выпить там хороший кофе? На все эти вопросы, 
как и на мног
ие другие, читатель найдет ответы в этой книг
е.
Каждая страница книги приг
лашает у
дивляться, 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 маг
нитно-резонансной томог
рафии и о квантовых технологиях.
От г
лавы к г
лаве читатель знакомится с неисчислимыми г
ранями физиче-
ског
о мира. Отмеченные Нобелевскими премиями фундаментальные резу
ль-
таты 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 ин-
тернет и в корпоративных сетях, а также запись в память 
ЭВМ для частного или публичного использования, без пись-
менного разрешения владельца авторских прав. По воп 
росу 
организации доступа к электронной библиотеке издатель-
ства 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 ку
льтурных ини 
циатив 
«Траектория» (www.traektoriafdn.ru) создан в 2015 году. Программы фонда 
направлены на стиму
лирование интереса к науке и научным исследованиям, 
реализацию образовательных программ, повышение интеллектуального 
уровня и творческого потенциала молодежи, повышение конкуренто-
способности отечественных науки и образования, попу
ляризацию науки 
и ку
льтуры, продвижение идей сохранения ку
льтурного наследия. Фонд 
организует образовательные и научно-попу
лярные 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-попу
лярной 
литературы.

Содержание
Благодарности  
............................................................................................................9
Предисловие  ............................................................................................................. 10
ЧАСТЬ 1. ФИЗИКА ВОКРУГ НАС
Г
лава 1 
Реки, меандры и озера ................................................................... 14
Г
лава 2 
Искусственные и природные волноводы 
............................... 21
Г
лава 3 
Цвета моря и неба 
............................................................................29
Г
лава 4 
Маятник Фуко и сила Кориолиса ...............................................42
Г
лава 5 
Морские приливы и отливы 
........................................................55
Г
лава 6 
Капли и пузыри ................................................................................64
Г
лава 7 
Климат: почему лето становится жарче? ..............................78
Г
лава 8 
Следы на песке ..................................................................................93
Г
лава 9 
От кристаллических снежинок к аморфному стеклу 
......103
ЧАСТЬ 2. ФИЗИКА ПОВСЕ 
ДНЕВНОСТИ
Г
лава 10 Беседа в поезде .................................................................................114
Г
лава 11 Наследие Страдивари ...................................................................124
Г
лава 12 Поющие и безмолвствующие бокалы 
.................................... 135
Г
лава 13 Энергия: покорная служанка или деспотичная 
хозяйка?..............................................................................................141
Г
лава 14 Nunc est bibendum 
........................................................................... 153

ЧАСТЬ 3. ФИЗИКИ НА КУХНЕ
Г
лава 15 В ожидании чашки чая 
................................................................168
Г
лава 16 Физика на кухне ............................................................................. 178
Г
лава 17 Ab ovo .................................................................................................. 189
Г
лава 18 В размышлениях о приготовлении пиццы ......................... 199
Г
лава 19 Макароны, спагетти и физика ................................................ 208
Г
лава 20 Физика хорошего (и плохого) кофе 
......................................... 217
Г
лава 21 Наука, приготовление пищи и мороженое из жидкого 
азота 
....................................................................................................227
ЧАСТЬ 4. СТРАННЫЙ КВАНТОВЫЙ МИР
Г
лава 22 Неопределенность — основа квантовой физики ............ 234
Г
лава 23 Физика, геометрия и красота 
................................................... 249
Г
лава 24 Вечное движение в сверхпроводниках .................................255
Г
лава 25 Применение сверхпроводников ..............................................272
Г
лава 26 Снежки из гелия 
............................................................................ 284
Г
лава 27 МРТ заглядывает внутрь нас 
.................................................... 290
Г
лава 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 дедуш-
кам; 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 поте-
ряться среди повседневных проявлений физики и найти наш путь в слож-
нейшей науке, о которой не знают всего даже профессионалы.
В частности: Алена Аспекта, Джузеппе Балестрино, Себастья-
на Балибара, Клода Бертье, Патрика Брюно, Марка де Буасьё, Алек-
сандра 
Буздина, 
Элен 
Бушиа, 
Александра 
Валанса, 
Юрия 
Галь-
перина, 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 окру-
жающие нас удивительные природные явления. Почему небо голубое? 
Как появляется радуга? Что вызывает приливы и отливы? Почему пив-
ная 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 энер-
гия? Окружающие нас изобретения стали предметом рассмотрения вто-
рой 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 пова-
ров готовить, но, возможно, сумеем ответить на некоторые вопросы, воз-
никающие 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 совре-
менной науки, объяснить, как в течение последнего столетия при-
вычный 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 под-
готовкой — 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 урав-
нений и формул, но иногда они упрощают восприятие. Когда опускаются 
целые страницы вычислений, то время от времени одно или два уравне-
ния разбавляют монотонность научного текста и привлекают внимание 
там, где это необходимо. В любом случае наш читатель имеет большое пре-
имущество по сравнению с работающим с учебником старшеклассником 

1
П Р Е Д И С Л О В И Е 
или студентом: он может пропустить отрывки, которые покажутся ему 
чересчур сложными или, наоборот, элементарными, и обратиться к дру-
гим главам, которые, как мы надеемся, придутся ему по вкусу.
Чтобы разбудить читателя, задремавшего за чтением, мы предлагаем 
несколько упражнений: задачи и несложные эксперименты.
Книга во многом навеяна работами выдающихся ученых, в том чис-
ле публикациями рано ушедшего из жизни замечательного физика 
и популяризатора науки Льва Асламазова. Главы 1, 4, 6 и 8 развивают 
темы, которым он посвятил ряд статей. Другие главы представляют 
темы, рассматриваемые ранее в книгах «Удивительная физика» А. Вар-
ламова и Л. Асламазова и «Чудесный калейдоскоп физики» (Rigamonti A., 
Varlamov A. Magico caleidoscopio della fi
 sica. La Goliardica Paveze, 2007). Все они 
были дополнены и обновлены.