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.

---

4.5. Конец гипотезы несохранения

В наше время нелегко прочувствовать атмосферу, в которой возникли и жили сомнения в ЗС. Могло бы показаться, что уж в 1935 г. только подслеповатые упрямцы верили в ГН. Но так может показаться тому, кто смутно представляет себе тогдашние обстоятельства. Завершался период развития физики, быть может, самого интенсивного с ньютоновских времен. Закон инерции (действующий не только в ньютоновской механике, но и в психологии) обещал все новые чудеса. Чтобы вызвать неприязнь к ГН, Шубин назвал вечный двигатель мечтой алхимиков. Однако по тем временам это был аргумент о двух концах, и вторым не преминул воспользоваться Бронштейн, когда в [82] он напомнил, что совсем недавно осуществилась другая, главная, мечта алхимиков — превращение химических элементов друг в друга.

Еще показательней реакция физиков на опыты Шэнкланда. К началу 1936 г. идея нейтрино (и ЗС) получила не только серьезное эмпирическое подтверждение, но и теоретическое развитие. Аргументы же в пользу ГН истощались, не получая подкрепления и встретившись с серьезным теоретическим препятствием — несовместимостью с ОТО. Тем поразительней отклик на утверждение Шэнкланда о неприменимости фотонной теории и ЗС для комптоновского эффекта в у-области.

«Сейчас физика стоит перед той перспективой, что ей придется произвести решительное изменение в своих основах, изменение, включающее в себя отказ от некоторых ее принципов, в которых она была до сих пор больше всего уверена (сохранение энергии и импульса), и замену их теорией Бора, Крамерса, Слетера или чем-то подобным... Единственная важная вещь, от которой мы отказываемся,— это квантовая электродинамика. Поскольку, однако, единственное значение квантовой электродинамики, кроме объединения предположений теории излучения, состоит в объяснении тех самых совпадений [при взаимодействии фотонов с частицами], которые сейчас опровергнуты экспериментами Шэнкланда, мы можем отказаться от нее без сожалений — в действительности из-за ее крайней сложности большинство физиков будут очень рады видеть ее конец».

Кто это написал и когда? Нелегко поверить, что эти слова написаны в феврале 1936 г. одним из создателей квантовой электродинамики П. Дираком [180]. В обзорной статье в УФН редактор журнала Э. В. Шпольский указывал тогда: «Наиболее сильным аргументом в пользу автора [Шэнкланда] является то, что его работа выполнена под руководством А. Комптона, который, таким образом, вместе с автором несет ответственность за ее результат» [300]. Для Дирака не менее важным было отсутствие успехов в построении последовательной — математически красивой — релятивистской квантовой теории (хорошо известно кредо Дирака: «Физический закон должен обладать математической красотой»).

Экспериментальный результат, полученный в авторитетной лаборатории и подкрепленный мнением одного из виднейших теоретиков, в тогдашней атмосфере сделал свое дело: уверенность физиков в ЗС вдруг очень помягчела. О настроениях советских физиков можно судить по материалам мартовской сессии АН СССР 1936 г., на которой опыты Шэнкланда активно обсуждались [264]. Среди видных советских физиков явно отрицательно был к ним настроен только А. Ф. Иоффе (кроме прочего, он ссылался на проведенные в ЛФТИ опыты, подтверждавшие ЗС в у-области при рождении ее -пар). Другие относились сочувственно (С. И. Вавилов, Д. В. Скобельцын) или очень осторожно (И. Е. Тамм). При этом стали уже разделять философское и физическое понимания проблемы ЗС.

Цитированная статья Шпольского кончается так: в случае нарушения закона сохранения «философская предпосылка о неуничтожаемости движения, разумеется, остается в силе. Если бы оказалось, что инварианты, найденные для макроскопических движений и оказавшиеся безупречно применимыми и для элементарных микроскопических процессов с тяжелыми частицами, неприменимы к случаю взаимодействия фотона и электрона, то это должно было бы послужить лишь стимулом к отысканию новых, более общих инвариантов». Понимание того, что речь идет не просто об уничтожении ЗС, а о растворении его в каком-то более общем законе, разумеется, было у сторонников ГН, начиная с самого Бора — автора принципа соответствия. А не писали они об этом «запасном выходе» из-за его очевидности и отсутствия философской осторожности.

Прежние энтузиасты ГН, включая Бронштейна, встретили публикацию Шэнкланда довольно спокойно [84], поскольку никаких новых теоретических аргументов в пользу ГН не обнаружилось. Поэтому, как только результаты Шэнкланда были экспериментально опровергнуты, сама гипотеза несохранения энергии прекратила свое существование.

Стоит ли целую главу уделять гипотезе, в конце концов отвергнутой и забытой? Конечно, проще устроить прогулку по Выставке Достижений Научного Хозяйства, но оцепить представленные там достижения можно по-настоящему, только понимая, какого пота и крови они стоили. Кроме того, когда говорят об эволюции идей, эпитеты «правильная» и «плодотворная» отнюдь не эквивалентны. Правильные идеи (подтверждаемые будущим развитием науки, иногда только спустя десятилетия) могут быть неплодотворны, и наоборот. История знает примеры обоего рода.

Внимательно рассматривая неприятности закона сохранения энергии в 20—30-х годах, можно увидеть прихотливое взаимодействие идей и фактов в сознании теоретика, лучше понять роль в этом взаимодействии мировосприятия, исследовательской программы.

Необходимо только помнить, что в этой главе для удобства изложения (и пренебрегая опасностью искажения) события, связанные с ГН, отделены от других. Это, конечно, возможно только на бумаге, но не в жизни. Бронштейн в эти же годы занимался полупроводниками, астрофизикой, ядерной физикой, космическими лучами, равновесием излучения и пар при сверхвысоких температурах, релятивистским обобщением принципа неопределенности. А летом 1935 г. он занялся проблемой квантования гравитации. Несколько месяцев интенсивной работы завершились докторской диссертацией и двумя статьями. Именно размышления над квантово-релятивистским описанием гравитации, или cGh-физикой, видимо, особенно сильно повлияли на его отношение к ГН. Дело в том, что в своей работе он, в частности, проследил соответствие cGh- и cG-описаний, поэтому несовместимость ГН и ОТО (о которой говорилось выше) должна была стать для него особенно нетерпимой. По соответствующему замечанию из статьи [31], датированной декабрем 1935 г., т. е. до появления публикации Шэнкланда, можно почувствовать, что к гипотезе несохранения энергии Бронштейн уже совсем остыл.

Глава 5. cGh-физика в биографии Бронштейна

Расскажем теперь о работах Бронштейна, которым суждено было стать главным его вкладом в науку. Это его работы в области теории гравитации и космологии. Наиболее известны результаты его диссертации 1935 г. «Квантование гравитационных волн».

5.1. Недиссертабельная диссертация

Квантовая теория гравитации как тема исследования и как тема докторской диссертации Бронштейна в 1935 г. могла вызвать недоумение сразу по нескольким причинам. Прежде всего проблему эту тогда никак нельзя было назвать актуальной. Эйнштейн и немногие его единомышленники стремились получить квантовые законы из единой теории поля, обобщающей ОТО. За этим исключением, фундаментальная физика почти целиком была поглощена теорией ядра и квантовой электродинамикой. Этих теорий настоятельно требовала область явлений, позже названная физикой элементарных частиц. А гравитация, как показывали простейшие оценки, для этой области значения не имела. Так что тема, выбранная Бронштейном для диссертации, была в 30-е годы весьма изолированной.

Впрочем, трудно говорить и об актуальности самой ОТО в период ее создания. Конечно, для возникновения ОТО причины имелись, и причины глубокие, но они были внутренними: все они относились к внутреннему несовершенству предшествующей теории [127]. А по внешним, количественным эффектам релятивистская теория гравитации была несравнима с ньютоновским всемирным тяготением и другими фундаментальными теориями в периоды их возникновения. Еще меньшей была практическая потребность в квантовой теории гравитации. История физики, однако, хорошо знает, к каким грандиозным практическим последствиям приводят теории, потребность в которых вначале испытывают только немногие теоретики.

В этой книге уже употреблялись названия, сделанные из фундаментальных констант, органически присущих соответствующей теории, явлению и т. д. Ньютоновскую теорию тяготения можно называть G-теорией, ОТО — cG-теорией, а квантовую теорию гравитации — cGh-теорией. Эти обозначения, как мы увидим, восходят к Бронштейну, и они не просто экономят место, а помогают лучше видеть структуру теоретической физики.