Геннадий Горелик - Матвей Петрович Бронштейн

• Название: Матвей Петрович Бронштейн
• Автор: Геннадий Горелик
• Издательство: АКАДЕМИЯ НАУК СССР
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1990
• ISBN: ISBN 5-02-000670-Х

В книге рассказывается о жизни и творчестве замечательного советского физика-теоретика М. П. Бронштейна. Наиболее важный его вклад в науку — первое глубокое исследование квантования гравитации. Полученные им результаты стали особенно актуальны в наше время, когда построение квантовой теории гравитации насущно необходимо для космологии и физики элементарных частиц. Бронштейну также принадлежат важные работы в релятивистской космологии, астрофизике, теории полупроводников. Написанные им замечательные научно-популярные и научно-художественные книги переиздаются в наши дни.

Книга рассчитана на читателей, интересующихся историей советской науки.

---

Не следует думать, что отношение Бронштейна к математике было чисто потребительским. В отличие от Ландау в царице наук он видел не только «орудие производства». Например, по воспоминаниям его друга математика Г. И. Егудина, в один из обходов книжных магазинов Бронштейн увидел на прилавке книгу «Распределение простых чисел» А. Ингама (1936). Почти не зная эту область математики (что вполне естественно для физика), он решил воспользоваться книгой для того, чтобы разузнать об одном из немногих районов, не известных (и уже поэтому интересных) ему в стране физико-математических наук. И в тот же день по телефону увлеченно обсуждал новые впечатления.

Мнение Бронштейна о том, что книгу Вейля переводить не стоит, определялось и ее трудностью, и тогдашним «педагогическим» положением квантовой механики, и тогдашним бескнижьем. В 1931 г., когда квантовая механика имела всего несколько лет от роду и репутацию очень трудной, чуть ли не иррациональной, на русском языке не было еще ни одного ее систематического изложения. В этих условиях в первую очередь нужны были книги, не отпугивающие своей трудностью начинающих. Другое дело — «продолжающие». Наверняка, Бронштейн не предполагал, что русский перевод книги Вейля появится только через 55 лет. Уже в 1931 гвполне признавая право на существование для этой книги, «написанной математиком для математиков», он замечает, что протяженность математических путей, избранных автором, «перестает казаться таким большим недостатком изложения, хотя бы потому, что тот, кто гуляет, никогда не может сделать крюк». Использовал он книгу Вейля и в преподавании квантовой механики.

3.7. Космология в начале 30-х годов

Научные интересы Бронштейна охватывали всю фундаментальную физику. И первый его год в ЛФТИ, начавшийся с квантовой работы, завершился теорией относительности. Вместе с В. К. Фредериксом он написал энциклопедическую статью о теории относительности, а в УФН был напечатан его большой обзор по космологии.

Такой обзор был как нельзя более своевременным. После того как в 1929 г. Хаббл установил факт систематического красного смещения в спектрах удаленных галактик,— по существу, первый эмпирический факт космологического характера,— релятивистская космология получила возможность превратиться из физико-математической схемы в настоящую физическую теорию. На рубеже 30-х годов, после того как программа единой теории поля выдохлась и утратила доверие у большинства теоретиков [128], самым активным приложением общей теории относительности стала космология.

Бронштейн чувствовал себя свободно на том пересечении астрономии, физики и математики, каким была релятивистская космология. Общение с астрономами и работа в астрофизике давали ему уверенность в обращении с материалом, который сильно отличался от обычного в физике своей уникальностью и невоспроизводимостью. К этому добавлялась фундаментальная физико-математическая образованность и мастерство изложения. В результате обзор Бронштейна стал событием истории ОТО в нашей стране. Впечатление, произведенное обзором, хорошо помнят даже физики, далекие от космологии.

Статья в соответствии с названием «Современное состояние релятивистской космологии» давала исчерпывающее описание тогдашней ситуации (в статье, законченной в 1930 г., из 25 цитированных работ девять относятся к 1930 г.).

Во введении ярким языком и сжато описываются основные астрономические данные, характеризующие звездную и галактическую структуру Вселенной, и подчеркивается, что «астроном-наблюдатель никогда не будет знать ничего о мире как о целом, как бы ни увеличивалась дальнозоркость астрономических инструментов. Поэтому может казаться, что космологическая проблема является неприступной крепостью, завоевание которой не может быть уделом эмпирической науки. Но там, где астроном-наблюдатель пришел в отчаяние от своего бессилия, к решению безнадежной проблемы подходит физик».

Физический подход к космологии открыл создатель общей теории относительности. Бронштейн ясно понимал необычность проблемы, уникальность физического объекта «мир как целое», или (если пользоваться словом, менее определенным по смыслу, но общепринятым сейчас) «Вселенная». Необычность этого объекта (его уникальность в полном смысле, узость эмпирической базы космологии, безграничность в геометрическом смысле и в смысле задачи матфизики) еще несколько десятилетий мешала полноправному включению космологии в физику. Даже такой специалист в области ОТО, как В. А. Фок, весьма скептически смотрел на законность нового объекта.

Бронштейн в своем обзоре не скрывает необычность космологической проблемы за математическими формулами, а, наоборот, делает все, чтобы раскрыть «механизм» релятивистской космологии. Он дает краткий очерк римановой геометрии, достаточный для того, чтобы избавить читателя от мистического трепета перед сложностью ОТО и грандиозностью космологической задачи. И рассматривает три модели вселенной, существовавшие тогда: статическую (цилиндрическую) модель Эйнштейна, модель де Ситтера и вышедшую на первый план нестатическую модель Фридмана—Леметра.

Имя А. А. Фридмана уже появлялось на страницах нашей книги. Бронштейн пришел в Главную геофизическую обсерваторию в 1929 г., когда там, можно сказать, еще блуждала тень Фридмана (директора ГГО в последние годы своей жизни), и мог слышать о нем от его ближайших сотрудников. И в своем обзоре Бронштейн воздает должное «покойному русскому математику», который ввел нестатическую космо-логическую модель еще в работе 1922 г., «наполовину забытой»[23].

Бронштейн излагает и критически обсуждает свойства всех трех космологических моделей вместе с имевшимися тогда привязками к астрономическим данным. Он четко и ясно объясняет понятие «радиуса мира», которое тогда казалось особенно диковинным. Объясняет и на языке формул, и на языке здравого смысла: «если радиус мира очень велик, то цилиндрическая форма мира [Эйнштейна] так же мало сказывается на явлениях, происходящих в сравнительно небольших участках этого мира, как шарообразная форма Земли сказывается на явлениях, происходящих в пределах одной комнаты» (в статье рассматриваются только замкнутые модели, казавшиеся тогда предпочтительными, хотя имеется ссылка и на работу Фридмана 1924 г., посвященную случаю отрицательной кривизны — открытой модели).

Наглядным языком поясняются удивительные свойства релятивистских геометрий, выраженные в виде интегралов и уравнений. Вот, например, понятие горизонта: «письма, адресованные в пункт, отстоящий на расстояние R п/2 от ближайшей почтовой конторы, в мире де Ситтера никогда не доходят до места назначения, даже если почта передает их со скоростью света».

Релятивистская космология, несмотря на свою молодость, уже успела пережить несколько весьма драматических дискуссий. И Бронштейн не искал округлых формулирок для заблуждений именитых коллег, когда, например, писал о попытках Вейля и Эддингтона « различными правдами и неправдами» объяснить эмпирическое преобладание красного смещения в спектрах галактик с помощью решения де Ситтера. Или когда писал о неправильной формуле в американской статье де Ситтера и о правильной — в голландском ее варианте.

Заканчивают обзор проницательные и вполне оправдавшиеся слова: «Космологическая теория безусловно подвергнется еще многим изменениям. Прежде всего ей придется расширить свои сроки, которые все же чрезвычайно стеснительны для космогонистов».

Как мог недавний выпускник университета подготовить такой обстоятельный обзор (60 страниц), активно занимаясь и совсем другими областями физики? Конечно, называть Бронштейна в 1930 г. лишь выпускником университета можно только по формальным признакам: и высшее, в полном смысле слова, образование, и научную самостоятельность, и профессионализм он получал независимо от заполнения зачетки.

Бронштейн не мог бы написать столь квалифицированный обзор по космологическим приложениям ОТО, если бы не знал — энциклопедически — ситуацию в ОТО в целом. Поэтому не удивительно, что он тогда же написал о теории относительности энциклопедическую статью (вместе с В. К. Фредериксом[24]).

Энциклопедия, в которой появилась статья, называлась «технической», хотя точнее ее было бы назвать научно-технической. Издание это было весьма характерным для эпохи (с ее культом техники и знаний), но довольно странным на нынешний взгляд. Достаточно сказать, что статья «Относительности теория» помещена между статьями «Отмучивание (глин)» и «Отопление», а том начинается «Оливковым деревом» и кончается «Патентным правом». Однако, несмотря на такое тематическое разнообразие «Технической энциклопедии», статья по теории относительности (как, впрочем, и другие физические статьи) написана на высоком уровне. Основные ее разделы, посвященные СТО, ОТО, космологии и единой теории поля, принадлежат Бронштейну и Фредериксу, об астрономическ проверках ОТО написал В. Г. Фесенков, а раздел «Теория относительности и философия» — А. К. Тимирязев.