Геннадий Горелик - Матвей Петрович Бронштейн

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.

Что касается cGh-темы для диссертации, то в 30-е годы не только практически, но и принципиально квантование гравитации не обещало ничего нового. Во всяком случае крупнейшие квантовые авторитеты Паули и Гейзенберг в 1929 г., излагая общую схему квантовой электродинамики, заявили безо всяких оговорок: «Следует еще упомянуть, что квантование гравитационного поля, которое необходимо в силу некоторых физических причин, проводится без каких-либо новых трудностей с помощью формализма, вполне аналогичного развитому здесь» [159, с. 32]. Важная оговорка была, конечно, необходима. Фактически Паули и Гейзенберг подразумевали, что квантованию подвергается слабое гравитационное поле, для описания которого достаточны линеаризованные уравнения Эйнштейна. Именно так подошел к квантованию гравитации Л. Розенфельд в 1930 г. [259]. Такой заведомо приближенный подход хотя и позволял надеяться на аналогию с электромагнетизмом, но давал повод забыть об особых свойствах гравитации, связанных с принципом эквивалентности, с геометрическим характером и нелинейностью этого поля. Только Бронштейн обнаружил принципиальную сложность квантования гравитации. А современник, не подозревающий об этом, вряд ли счел бы тему его диссертации перспективной.

Тот же современник, если он участвовал в жизни Физтеха, с не меньшим недоумением отнесся бы к тому, что тема диссертации не связана с физикой полупроводников (перспективность которой не вызывала сомнений). Потому что результаты Бронштейна в этой области были тогда хорошо известны. Их высоко оценивал директор ЛФТИ А. Ф. Иоффе [193]. Заведующий теоротделом Я. И. Френкель в отзыве о Бронштейне даже писал: «В настоящее время им уже фактически написана докторская диссертация (на тему об электронных полупроводниках), которую он будет защищать в недалеком будущем» [173, с. 322]. И ученый совет ЛФТИ, присвоив Бронштейну кандидатскую степень за работы по астрофизике без защиты на заседании 10 июня 1935 г., предложил ему представить докторскую диссертацию «Теория полупроводников». В этих обстоятельствах выбрать совсем другую (можно сказать, противоположную) тему — поступок недиссертабельный, или, если не пользоваться нынешним жаргоном, неблагоразумный. Однако степенное благоразумие не было главным качеством Матвея Петровича: кроме того, разве интересно возвращаться к работе трехлетней давности?