Борис Альтшулер - Он между нами жил... Воспомнинания о Сахарове (сборник под ред. Б.Л.Альтшуллера)

• Название: Он между нами жил... Воспомнинания о Сахарове (сборник под ред. Б.Л.Альтшуллера)
• Автор: Борис Альтшулер
• Издательство: Практика
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1996
• ISBN: 5-88001-020-1

От издателя: Книга включает статьи 72 авторов — в основном ученых, работавших с А. Д. Сахаровым, знавших его в разные периода жизни. Здесь и сотрудники по работе над ядерным оружием, коллеги из Физического института, однокурсники по учебе в МГУ, физики из США, Израиля, других стран. Книга включает уникальные материалы о крупнейшем в истории испытании сверхмощной водородной бомбы, горькой ссылке и трагических месяцах голодовок А. Д. Сахарова.

---

канд. физ. — мат. наук

Для президиума АН СССР была составлена справка о научных трудах Сахарова за период его работы в теоретическом отделе. Надо было противопоcтавить научный обзор широко распространившимся рассуждениям о том, что Сахаров ничего не делал "после бомбы".

СПРАВКА

о научных работах академика А.Д.Сахарова за период его работы в Теоретическом отделе (Отделе теоретической физики им. И.Е.Тамма) ФИАН СССР[1] (1966–1979 гг.)

Работа А.Д.Сахарова развивалась по физике элементарных частиц, по космологии и теории тяготения, причем в основном он интересовался взаимосвязью этих разделов.

I

Главным его достижением следует считать предложенное им решение проблемы барионной асимметрии мира и выведение отсюда следствия для эволюции Вселенной.

Термином "барионная асимметрия" обозначается тот, остававшийся совершенно необъяснимым, факт, что во Вселенной материя содержит барионы (нуклоны) и электроны, а антибарионы и позитроны почти полностью отсутствуют.

В работе [1] А.Д.Сахаров предложил первое научное решение проблемы на основе выдвинутой им смелой гипотезы о слабой нестабильности баpионов (нуклонов, в частности, протонов) и об их распаде на лептоны (в частности, мюоны). Нестабильны тогда, конечно, и антибарионы. Но А.Д.Сахаров указал, что если принять во внимание известное уже к тому времени нарушение СР-инвариантности, то видно, что существуют процессы, при которых антибарионы распадаются быстрее, чем барионы. Был указан и конкретный такой процесс. В итоге, в условиях неравновесной расширяющейся и охлаждающейся Вселенной, и возникает барионная асимметрия. Приняв, что необходимым третьим участником распада является некоторый достаточно тяжелый бозон (конкретно, была выбрана самая тяжелая возможная частица — гравитационный максимон), А.Д.Сахаров оценил время жизни протона. Оно, как и должно быть, получилось очень большим [1].

В течение 7 лет эта идея казалась фантастической. Но затем появились первые варианты гипотетической единой теории слабых, электромагнитных и сильных взаимодействий (Пати и Салам; Джорджи и Глэшоу), в которых обязательно возникает нестабильность барионов. В частности, обязательно возникает и тот процесс распада, на который указал А.Д.Сахаров. Оценка времени жизни протона несколько отличалась от полученной А.Д.Сахаровым (из-за того, что вместо максимона здесь фигурирует несколько более легкая другая частица — гипотетический лептокварк). Проблема барионной асимметрии здесь еще не обсуждалась (для этого требовалось дальнейшее развитие единой теории), но сахаровская гипотеза распада барионов получила, таким образом, поддержку с совсем другой стороны. Если оценки, даваемые единой теорией, верны, то распад может быть обнаружен в эксперименте (хотя и на пределе его возможностей).

В настоящее время такие опыты спешно готовятся в разных странах (в том числе и в СССР) и этот эксперимент иногда называют "экспериментом века". Если он даст положительный результат, то мы будем свидетелями одного из крупнейших открытий физики, в котором приоритет советской науки в высказывании основной идеи несомненен. Отрицательный же результат не обесценит данное А.Д.Сахаровым объяснение барионной асимметрии, т. к. можно будет считать просто, что время жизни протона больше даваемого современной единой теорией и ближе к указанному ранее в [1].

Обострившийся интерес к проблеме побудил А.Д.Сахарова к более основательной разработке основной идеи. В 1978 г. он выполнил большое исследование [2], в котором количественно изучил изменение числа барионов и антибарионов в процессе расширения Вселенной при учете разности скоростей их распада и получил формулу для барионной асимметрии в нашу эпоху (такого количественного результата в [1] не было). Для этого нужно было решить кинетическое уравнение в условиях подобной нестационарности. Кроме того, были приняты во внимание появившиеся за последние годы единые теории, что позволило более конкретизировать модели. Полученная в результате оценка асимметрии не противоречит опытным данным[2].

II

Во всех этих работах речь идет не только о конкретной проблеме барионной асимметрии, но и указывается, как подобное объяснение асимметрии меняет наши представления об эволюции Вселенной. Одним из важнейших следствий является то, что поскольку в теории А.Д.Сахарова наблюдаемая барионная асимметрия не зависит от начальных условий (в момент начала расширения Вселенной может иметь место симметрия), устраняется основная трудность осциллирующей модели Вселенной (попеременное расширение и сжатие при неизменном направлении оси времени) и эта модель становится возможной. (Между тем, даже в капитальном труде по релятивистской космологии, вышедшем в 1975 году, трудности, с которыми встречается такая модель, считались кардинальными.)

Основные идеи работы [1] через 12 лет возродились и получили новое обоснование в работах ряда теоретиков, исходивших из единой теории полей. Это стало важнейшим направлением в современной космологии и теории частиц (см. напр. последний обзор по современной космологии одного из создателей единых теорий, недавнего лауреата нобелевской премии С.Вейнберга [4]).

Становится также весьма правдоподобной высказанная уже в первой работе [1] важная гипотеза о космологической СРТ-инвариантности.

Всем этим проблемам эволюции Вселенной посвящены не только существенные пункты в работах [1,2,3], но и специальное исследование А.Д.Сахарова [5], а также одна из последних его работ 1979 года[3]. В ней обсуждается связь сахаровской теории возникновения зарядовой асимметрии из начального симметричного состояния с его же гипотезой космологической СРТ-симметрии, а также связь обеих гипотез с "проблемой обратимости" в статистической физике.

Очевидно, что работы [1,2,3,5,6] образуют вклад в самые глубокие проблемы теории частиц и космологии, содержат важные совершенно оригинальные новые идеи, весьма актуальные для этих наук. Они находятся в стадии дальнейшей интенсивной разработки в исследованиях самого автора (ср. его работы 1978–1979 гг. [2,6]).

III

Особый цикл образуют работы по массовым формулам для адронов. Они не имеют столь фундаментального для основ теории значения, но их успех позволяет лучше понять некоторые проблемы структуры частиц, над которыми усиленно работает множество крупных теоретиков во всем мире. Они кроме того, дают полезный инструмент в руки теоретиков и стимулируют работу экспериментаторов.

В свое время Я.Б.Зельдович и А.Д.Сахаров предложили [7] «наивную», как выражается один из авторов [8], формулу для масс адронов, основанную на нерелятивистской кварковой модели. В 1975 г. А.Д.Сахаров обобщил ее с учетом шарма и получил ряд предсказаний для масс еще не открытых, но возможных согласно кварковой схеме частиц [7].

В 1979 г. А.Д.Сахаров усовершенствовал эту формулу, сравнил ее предсказания с новыми опытными данными [9] и обнаружил прекрасное согласие, например:

(вместо предсказываемой [7]); и еще 5 подобных, столь же хорошо оправдывающихся соотношений (символы обозначают массы частиц; индекс «с» означает, что один кварк в адроне шармирован). Существенно, что в новой формуле число коэффициентов, подбираемых из сравнения с опытом, уменьшено на основе новых физических соображений, а их значения уточнены. Дана сводка новых предсказаний и впечатляющая таблица, демонстрирующая совпадение масс 19 адронов, даваемых формулой, с опытом. В том же 1979 г. совершенно по-новому А.Д.Сахаров получил хотя и грубую, но физически прозрачную оценку константы взаимодействия кварков с глюонами [10].

IV

Ряд интересных идей был выдвинут и разрабатывался А.Д.Сахаровым и в других проблемах теории частиц и общей теории относительности.

а)В работе [11] и в написанных впоследствии «Дополнениях» к ней [12] выдвинута глубокая и оригинальная идея о природе сил тяготения между телами. Подобно тому, как силы Казимира (электромагнитное притяжение макроскопических тел, разделенных малыми промежутками) возникают из-за изменения флуктуаций электромагнитного вакуума под влиянием присутствия тел, гравитационные силы между телами, как выводит Сахаров, связаны с изменением вакуумных флуктуаций гравитационного поля, вызываемых искривлением пространства-времени телами. Такой подход не только воспроизводит на первом этапе обычную теорию тяготения Эйнштейна, но и объясняет малость сил тяготения по сравнению с электромагнитными силами.

б)Работа [13]- одна из первых, где высказана гипотеза о том, что заряд частицы есть топологическое число. Здесь элементарная частица рассматривается, как сложная система с совершенно своеобразной топологией, причем и этот вопрос увязывается с гипотезой А.Д.Сахарова о космологической СРТ-симметрии Вселенной.