Геннадий Горелик - Матвей Петрович Бронштейн

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].

Что касается флуктуационной гипотезы Больцмана и ее опровержений на основе вероятностных соображений, то им до сих пор не удалось придать форму, достаточно определенную и, главное, приложимую к релятивистской космологии. Однако Бронштейн и Ландау внесли в обсуждение новый элемент. Они придумали следующий остроумный довод в защиту флуктуационной гипотезы и его опровержение.

На вопрос, как это человеку (человечеству) так невероятно повезло — наблюдать столь большую флуктуацию, можно было бы ответить, пишет Бронштейн, что для самого существования человека необходимы условия, которых не найти в равновесной, термодинамически мертвой части Вселенной: «Для того чтобы мы могли наблюдать какое-либо событие, нужно, чтобы мы при этом могли существовать; существование же жизни связано с целым рядом условий, и, вероятно, к числу необходимых условий относится наличие твердой планеты, нагреваемой Солнцем, и т. д., т. е. уже наличие весьма значительных отступлений от термодинамического равновесия» [21, с. 13]. Но такой качественный ответ не выдерживает количественной проверки: для существования человека было бы достаточно места, если бы флуктуация затронула область, простирающуюся только до ближайших звезд (~10 км ), а не всю наблюдаемую Вселенную (~10 км ). Отношение соответствующих объемов характеризует степень невероятности гипотезы Больцмана.

Даже если не говорить о необходимости использовать в космологии релятивистскую теорию гравитации, эти рассуждения уязвимы. Для существования наблюдателя, подобного человеку, в течение некоторого времени может хватить помещения и гораздо меньших размеров, чем межзвездные. Но для возникновения наблюдателя, подобного человеку, эта область может оказаться тесной. Ясно, что вероятность флуктуации, состоящей в появлении человека (и окружающей его живой природы) сразу в готовом виде, отличается от вероятности простейшей флуктуации, способной стать началом эволюционной цепи, ведущей к человеку, -26отличается множителем, несравненно меньшим, чем 10-26. Поэтому надо позаботиться о спокойных условиях для эволюции в течение достаточно длительного времени Т, т. е. нужно побеспокоиться о достаточно спокойном окружении места эволюции на расстоянии сТ. Если время биоэволюции, приведшей к человеку (~109 лет), достаточно представительно, то получается как раз область размерами порядка наблюдаемой Вселенной.

Нетрудно понять, что неопределенность контрдовода не меньше неопределенности исходного довода. Однако уже в исходном фигурирует необычная для физики генетическая связь объекта и наблюдателя, порожденного самим объектом. Такая связь составляет суть так называемого антропного принципа, который привлекает значительное внимание в современной космологии. Эта связь (хотя и в негативном смысле) впервые, по-видимому, обсуждалась в статье Бронштейна 1933 г. [21] и в его совместной с Ландау статье [22]. Соответствующее рассуждение воспроизведено в «Статистической физике» Ландау, Лифшица [219, с. 29] (и в последующих изданиях) и стало отправным пунктом для различных «антропных» формулировок [185,

192].

Отношение Бронштейна к космологической проблеме во многом определялось его отношением к фундаментальной физической теории, поскольку по его представлениям «космологическая теория должна увенчать здание физической теории вообще» [21, с. 29]. Общий взгляд на космологию Бронштейн излагал в 1933— 1935 гг., и максимализм этого взгляда естественно связать с характерным для тех лет ожиданием радикальных перемен в фундаментальной физике. В последующие годы его отношение к космологии стало, видимо, более уравновешенным. Однако идея глубинного родства микрофизики и космологии была укоренена в его сознании.

А теперь, в общих чертах охарактеризовав обстоятельства, в которых появилась последняя крупная работа Матвея Петровича Бронштейна, расскажем наконец о ее содержании.

в) Красное смещение, принцип относительности и поляризация вакуума. Начинает Бронштейн с краткого обсуждения эффектов нелинейного самодействия в электродинамике. О «рассеянии света на свете» тогда заговорили и в рамках классической нелинейной (Борн — Инфельд), и в рамках квантовой электродинамики. Превращение фотона в пустом пространстве в несколько других, или спонтанное расщепление фотона,— это родственный эффект; если в уравнении рассеяния у1+у2— —Y3+Y4 один фотон «перенести с обратным знаком» из левой части в правую, получим уравнение расщепления фотона у—у1+у2+у3 Но, как отмечает Бронштейн:

«С точки зрения экспериментатора эффект спонтанного расщепления фотона мог бы представлять несравненно больший интерес, нежели рассеяние света светом. Проверка на опыте теоретических расчетов, относящихся к рассеянию света светом, в настоящее время практически невозможна, так как для этого потребовались бы чудовищные интенсивности в условиях полного исключения всякого добавочного рассеяния. Для того же чтобы наблюдать спонтанное расщепление фотона, если оно на самом деле происходит, необходимо лишь иметь в своем распоряжении достаточно большие промежутки времени: как бы ни была мала вероятность спонтанного расщепления в секунду, расщепление должно произойти, если только фотон путешествует в пустоте достаточно долгое время. В распоряжении астронома имеются фотоны, распространявшиеся в пустом пространстве в течение огромного промежутка времени (свет от внегалактических туманностей 20-й звездной величины, спектры которых еще могут быть сфотографированы с помощью стодюймового рефлектора, доходит до земного наблюдателя в течение 190 миллионов лет). Нельзя ли попытаться решить вопрос о спонтанном расщеплении фотонов с помощью астрономического наблюдения?» [35, с. 285].