Геннадий Горелик - Матвей Петрович Бронштейн

В СССР положение космологии в 30-е годы отягчалось еще и философским давлением на естествознание. В предыдущих главах уже говорилось о тогдашней повышенной чувствительности идеологии к естествознанию, о дискуссиях вокруг теории относительности и квантовой механики. По отношению к физическим теориям стражи философского порядка покушались только на отдельные следствия и интерпретации — слишком явным было практическое значение физики. Что же касается космологии, то скромные ее достижения не препятствовали отвергать ее целиком. Уже обзор Бронштейна 1931 г. в УФН был снабжен, напомним, нелепыми философскими примечаниями. А к 1937 г., когда появилась последняя статья Бронштейна, ситуация еще более обострилась. Те философы, которые считали себя вправе надзирать за физиками, особенно предосудительным считали возможную пространственную конечность Вселенной и ее нестатичность; гораздо более приемлемым казалось покраснение фотонов. Этих философских надзирателей помимо физической безграмотности отличал философский догматизм, следовать которому всегда спокойней и безопасней. Не обошлось тут без уже знакомого нам борца против физического идеализма: «На фронте космологии» — так назвал В. Е. Львов свою крупнокалиберную статью, вполне дающую представление об аргументации противников релятивистской космологии. В этой статье не хватает, пожалуй, только политической интерпретации покраснения фотонов; такой аргумент встал бы рядом с красным цветом меридиана у другого тогдашнего борца против идеализма — В. Ф. Миткевича.

«Философские» атаки достигали цели. Иначе не понять такую фразу из статьи Ландау 1937 г.: «...чтобы поддерживать солнечное излучение на постоянном уровне в течение двух миллиардов лет (предположительного времени существования Солнца согласно общей теории относительности)...» [216] (конечно, здесь подразумевается хаббловская оценка возраста Вселенной). Иначе появилась бы вторая часть обзора Зельманова «Космологические теории» [184], которая должна была включать релятивистскую космологию.

В такое время и появилась статья Бронштейна, показавшая, что гипотеза покраснения фотонов должна быть отвергнута. В результате доплеровская интерпретация красного смещения, лежащая в основе нестатической космологии, получила физическое обоснование. Поводом для этой работы Бронштейна стало то, что предположение о покраснении фотонов, выглядевшее произвольной гипотезой (во всяком случае в глазах М. П.), получило неожиданную поддержку со стороны новейшей фундаментальной физики — дираковской теории электрон-позитронного вакуума.

В 1933 г. О. Гальперн высказал гипотезу, что в пустом пространстве фотон может взаимодействовать с электронами, находящимися в состояниях с отрицательной энергией, в результате чего электроны переходят в состояния с положительной энергией и затем возвращаются в исходное в несколько шагов, испуская кванты меньшей энергии. «Рассеяние такого типа,— писал Гальперн,— может только уменьшить частоту; это уменьшение, если оно мало, было бы в среднем пропорционально расстоянию, проходимому квантом через «вакуум». В этой связи может быть упомянута гипотеза, что константа Хаббла сводима к атомным константам без использования гравитационных теорий» [142]. Гальперна поддержал в 1936 г. Гайтлер в своей известной книге — первой монографии по квантовой электродинамике [141, с. 193] (видимо, именно книга Гайтлера была непосредственным поводом для работы Бронштейна, краткое изложение которой [34] появилось в 1936 г.)

Такая возможность фундаментальной физикой объяснить главный факт космологии заслуживала, конечно, того, чтобы рассмотреть ее внимательно. Нет оснований думать, что в отрицательном результате Бронштейн был уверен заранее. В частности, потому, что он отнюдь не считал окончательной релятивистскую космологию в тогдашней ее форме.

б) Отношение М. П. Бронштейна к космологии. Уже в обзоре Бронштейна 1931 г. наряду с энтузиазмом от могущества физической теории, способной описывать Вселенную, чувствуется трезвый взгляд. Тогда, правда, главной трудностью космологии Бронштейн называл неувязку хаббловского возраста Вселенной с данными астро- и геофизики; владея материалом этих областей, он не мог закрыть глаза на это расхождение. Однако в следующие несколько лет центром космологических размышлений Бронштейна стала принципиальная теоретическая трудность релятивистской космологии — множественность космологических моделей, проблема выбора начальных условий. Бронштейн считал, что подлинная космологическая теория должна не просто подыскать подходящую модель из числа многих возможных, а объяснить однозначным образом фундаментальные свойства — принципиально единственной — Вселенной как целого: в частности, объяснить, «почему из двух возможностей (расширение и сжатие) вселенная выбрала именно первую» [21, с. 28], объяснить безразмерные константы, характеризующие Вселенную. Бронштейн считал, что эти задачи неразрешимы в рамках неквантовой ОТО, уравнения которой симметричны по отношению к прошедшему и будущему, что решить их можно будет только на основе полной физической cGh-теории: «на самые существенные вопросы о мире как о целом мы вынуждены пока ответить незнанием, и физическая теория еще должна будет пройти длинный и трудный путь, прежде чем эти вопросы смогут быть надлежащим образом поставлены и разрешены» [Там же, с. 30].

Эту позицию можно было бы назвать максималистской, учитывая, что в космологии за прошедшие полвека решалось и решается сейчас много осмысленных задач (если их не относить к математике и космогонии), но нынешнее состояние космологии позволяет видеть глубинную правоту М. П. Бронштейна [181]. В космологических размышлениях Бронштейна присутствовал мотив, имеющий любопытные продолжения в современной космологии. Как известно, о Вселенной в целом и о (фундаментальной для космологии) экстраполяции физических законов на всю Вселенную Эйнштейн заговорил не первым. В наследство от классической термодинамики и статистической физики космология получила вопрос о пределах применимости второго начала термодинамики, «тепловую смерть Вселенной» и флуктуационную гипотезу Больцмана, предназначавшуюся для спасения Вселенной от этой унылой смерти. Больцман предположил, что наш наблюдаемый Мир — это гигантская флуктуация в равновесной и в среднем «мертвой» Вселенной; вероятность таких флуктуации очень мала, но сами они неизбежны. Соответствующий круг вопросов горячо обсуждался в больцмановские времена, хотя для этого обсуждения слов в физико-математическом языке не хватало.

Рассматривая эти же вопросы, Бронштейн пришел к выводу, что гипотеза Больцмана должна быть отвергнута из-за чудовищно малой вероятности такой флуктуации и что «объяснение вселенной как целого не может быть достигнуто на основе законов, симметричных по отношению к прошедшему и будущему, по отношению к замене +t на —t; во вселенной должны существовать по крайней мере отдельные области, которые подчиняются законам, асимметричным по отношению к прошедшему и будущему» [21, с. 14]. В 1933 г. такие «отдельные области» легко сопоставлялись с «патологическими областями» внутри звезд (Ландау, 1932), где должна была действовать с/-теория и, согласно Бору, мог не действовать закон сохранения энергии. Однако бронштейновский анализ космологической проблемы не зависел от идеи Бора. Уверенность Бронштейна в том, что Вселенную как целое может объяснить только несимметричная по времени теория, привела его к убеждению, что полная сGh-теория должна быть несимметрична по времени. Современная космология не может обойтись без T-не-симметричных физических теорий, с помощью которых объясняют, в частности, барионную асимметрию Вселенной [181].