Эскизы устройства мира.
Публиковать в ЖЖ буду последовательно небольшими порциями. А пока под катом вашему вниманию предлагаю оглавление этой книжки и предисловие к ней.
Оглавление.
Глава 1. Коллективные эффекты.
§1. Скорости молекул и распределение Максвелла.
1.1. Распределение Максвелла и тепловая скорость молекул.
1.2. Скорость звука.
1.3. Скорость звука в разных средах.
1.4. Затухание звука.
1.5. Причины испарения атмосфер планет.
§2. Волны и неустойчивости.
2.1. Звуковые волны.
2.2. Гравитационная неустойчивость.
2.3. Неустойчивость Рэлея-Тэйлора и образуемые ею структуры.
2.4. Внутренние гравитационные волны.
2.5. Характерные частоты ВГВ.
2.6. Конвективная неустойчивость и ячейки Бенара.
2.7. Диссипативные неустойчивости и структуры.
2.8. Возбуждение спиралей галактик центробежной неустойчивостью.
§3. Фазовые переходы первого рода.
3.1. Фазовые диаграммы.
3.2. Почему на Марсе нет луж и какая на Венере жуть.
§4. Фазовые переходы второго рода и другая экзотика.
4.1. Жидкий и сверхтекучий гелий.
4.2. Горячие льды.
4.3. Металлический водород.
4.4. Химически активный гелий.
Глава 2. Термоядерный синтез.
§5. Простейшие термоядерные реакции.
5.1. Звездный и технологический термоядерные процессы.
5.2. Критерий Лоусона.
§6. Движение заряженных частиц в магнитном поле.
6.1. Движение частиц в однородном магнитном поле.
6.2. Градиентный дрейф заряженных частиц.
6.3. Центробежный и другие дрейфы заряженных частиц.
§7. Устройства для управляемого термоядерного синтеза.
7.1. Магнитные бутылки.
7.2. Стеллараторы и токамаки.
7.3. Проблемы управляемого термоядерного синтеза.
7.4. Инерциальный (лазерный) термояд.
Глава 3. Квантовый мир.
§8. Волновые пакеты и корпускулярно-волновой дуализм.
8.1. Волновые пакеты.
8.2. Корпускулярно-волновой антропоцентризм.
8.3. Связь неопределенностей параметров волнового пакета.
§9. Соотношения неопределенностей Гайзенберга.
9.1. Базовое соотношение неопределенностей.
9.2. Соотношение неопределенности для энергии.
9.3. Соотношение неопределенности для момента импульса.
§10. Спин и принцип Паули.
10.1. Принцип Паули.
10.2. Квантово-гендерная физика.
§11. Устройство атомов.
11.1. Атом водорода.
11.2. Атом гелия.
11.3. Литий и бериллий.
11.4. От бора до неона.
11.5. Оценка размера атома из потенциала его ионизации.
§12. Стандартная модель и бозон Хиггса.
12.1. Истоки Стандартной модели и ее структура.
12.2. Физические и астрофизические следствия Стандартной модели.
§13. Загадки нейтрино.
13.1. Загадка солнечных нейтрино и нейтринные телескопы.
13.2. Модель нейтринных осцилляций.
13.3. Массы нейтрино.
§14. Нужна ли квантовая теория гравитации?
Глава 4. Вселенная, галактики, звезды.
§15. Большой взрыв, реликтовое излучение и возраст Вселенной.
15.1. Эпоха первичного нуклеосинтеза.
15.2. Плазменная эпоха.
15.3. Эпоха темных веков.
15.4. Переход к современной эпохе.
15.5. Возраст Вселенной.
§16. Зоология звезд.
16.1. Диаграмма Герцшпрунга-Рассела.
16.2. Звезды главной последовательности.
16.3. Как долго живут звезды?
16.4. Основное топливо звезд.
§17. Старение и смерть звезд.
17.1. Старение звезд.
17.2. Смерть звезд.
17.3. Белые карлики.
§18. Нейтронные звезды.
18.1. Рождение нейтронных звезд.
18.2. Немного из истории христианства.
18.3. Параметры нейтронных звезд.
§19. Черные дыры и их загадки.
19.1. Что такое черные дыры?
19.2. Почему нет черных дыр с массами менее 5 солнечных?
19.3. Сверхмассивные черные дыры.
§20. Зоология галактик.
20.1. Сферические и эллиптические галактики.
20.2. Спиральные галактики.
20.3. Иррегулярные галактики.
20.4. Каннибализм галактик.
Глава 5. Жизнь и ее проявления.
§21. Условия зарождения жизни на планетах и их спутниках.
21.1. Базовый элемент.
21.2. Растворитель.
21.3. Зона Златовласки.
21.4. Преобразование атмосфер и коры планет жизнью.
21.5. О возможности жизни на Юпитере, Сатурне и их спутниках.
21.6. О гипотезе панспермии.
21.7. История зарождения жизни на Земле.
§22. Энтропия, самоорганизация и программирование жизни.
22.1. Обратимые и необратимые процессы.
22.2. Термодинамика, энтропия и стрела времени.
22.3. Неустойчивости и пространственные структуры.
22.4. Возникновение органики и ее самоорганизация.
22.5. Программирование жизни.
22.6. Потоки вещества, энергии, отходов, информации.
§23. Причины глобальных оледенений и потеплений на Земле.
23.1. Роль кислорода.
23.2. Роль метана.
23.3. Гляциоэры и вулканы.
23.4. Итоговая картина.
6. Литература.
Предисловие.
Поступивший на физфак университета студент воспринимает каждый раздел физики, которому его обучают в очередном семестре, как вкладываемый в его мозги новый кирпич знаний. Но при этом он, за редким исключением, не видит проект здания, на постройку которого идут эти кирпичи. Нет курса с таким функционалом в учебном плане.
В 2020 году мне передали для чтения во 2-м семестре курс лекций "История физики и техники". Посмотрел программу курса. Достижения античности и средних веков в нем – половина объема курса. Другая половина – успехи с 17-го века до середины 19-го. Не понравилось. И, пользуясь авторитетом основателя кафедры, позволил себе кардинально изменить содержание курса. А заодно и название. На "Основы современной физики". В котором решил показать историю развития физики с середины 19-го века вплоть до начала 21-го включительно.
И таким способом показать проект здания физики во всей его красе. Поскольку у первокурсника еще нет должного уровня математической культуры, постарался показать ему набросок этого проекта почти без формул, но с графиками и иллюстрациями, наглядно демонстрирующими реальные процессы в природе.
Набросок этого проекта получился заведомо не полным. Ибо, как говаривал К. Прутков, нельзя объять необъятное. К тому же, избежать соблазна выйти за пределы собственно физики и показать вытекающие из ее принципов достижения в других науках мне не удалось. И потому я просто обязан учебник по курсу "Основы современной физики" озаглавить рангом ниже, а именно: "Эскизы устройства мира".
Итоговая цель курса – представить в простом и наглядном виде основной понятийный аппарат физики и ее приложений. Который в стандартных учебных курсах весьма непросто увидеть за нагромождением формул и их выводов из первичных принципов.
Автор признателен Засову А.В. (МГУ), Иванову А.И. (ВолГУ) и Хоперскову А.В. (ВолГУ) за сделанные ими при подготовке 1-го издания этого учебного пособия ценные замечания.