Матвей Петрович Бронштейн

Френкель Виктор Яковлевич

Однако теория Ферми стала решающим доводом в пользу нейтрино и соответственно против ГН не для всех. Главная причина состояла в том, что эта теория была аргументом не такого методологического уровня, как соображения в пользу ГН. Теория Ферми не привлекала новых принципиальных идей и очень мало походила на ожидаемую теорию «следующего поколения» после квантовой механики и тогдашней квантовой электродинамики. Все ее совершенство сводилось к внешнему оправданию, а подлинно глубокие проблемы, как тогда считалось, в ней просто удалось запрятать в новую физическую константу, характеризующую Р-взаимодействие и лишь ожидающую сведения к фундаментальным физическим постоянным [148].

б) Несохранение энергии, ОТО, космология и астрофизика. Для тех, кому было недостаточно новых экспериментальных данных и теории Ферми, важным оказалось замечание Ландау о несовместимости ГН и общей теории относительности —

аргумент уже вполне фундаментальный. Этот аргумент впервые прозвучал во время теоретических дискуссий в УФТИ в декабре 1932 г. В письме Бору от 31.12.1932 г. Гамов сообщал:

«В начале декабря я был в Харьковском институте, чтобы посмотреть на быстрые протоны, которые они там получили. Эренфест, Ландау и некоторые другие теоретики также были там, поэтому мы организовали маленькую конференцию. Обсуждали многие вопросы и выяснили одну вещь, которая, полагаю, будет особенно интересна Вам. Похоже на то, что несохранение энергии находится в противоречии с гравитационными уравнениями для пустого пространства. Если гравитационные уравнения справедливы для области В, то отсюда следует, что полная масса в области А (где законы нам неизвестны) должна быть постоянной [на рисунке в письме область А изображена малой частью области В]. Если в области А мы имеем, например, ядро RaE и скачком меняем его полную массу в трансмутационном процессе, мы не можем больше пользоваться обычными гравитационными уравнениями в области В. Каким образом мы должны изменить эти уравнения, неясно, но замена должна быть сделана. Что Вы думаете об этом?» [247, с. 568]. (Озадаченность Гамова легко понять, если учесть, что боровская гипотеза о несохранении, к которой он относился очень сочувственно, была впервые опубликована в его работе 1930 г. [143]: публикация самого Бора появилась, напомним, в 1932 г.)

Эренфест был в Харькове с 14 декабря 1932 г. до 14 января 1933 г. [285, с. 152]. Этот же месяц провел в Харькове и Бронштейн [103], при обсуждении статьи которого [16] указанные соображения Ландау и появились [31, с. 196]. Статья Бронштейна прибыла в Харьков (в издаваемый здесь на иностранных языках журнал) на месяц раньше автора. В статье «О расширяющейся вселенной» пересеклись две фундаментальные темы: временная асимметрия космологии и релятивистская квантовая теория. А точка пересечения представляла собой попытку построить космологическую модель, реализующую гипотезу Бора о несохранении энергии. Бронштейн прекрасно знал ситуацию в релятивистской космологии и понимал возможности (и невозможности) ОТО, не включающей в себя квантовую теорию. Он считал, что космологическую проблему и в особенности проблему временной асимметрии нельзя решить, ограничиваясь только рамками ОТО (вопреки мнению Леметра), и что для этого необходима квантово-релятивистская теория. А значит, в соответствии с боровской гипотезой, надо учесть несохранение энергии, что Бронштейн и сделал эффективно, предполагая космологический член Л в уравнениях ОТО зависящим от времени.

Так возникла первая физическая «константа», зависимость которой ₄от времени была увязана с расширением Вселенной [36] . В современной космологии, видящей свой фундамент в единой теории взаимодействий [201], также появляется космологическая константа, зависящая от возраста Вселенной (от ее температуры, меняющейся с возрастом). И так же как в модели Бронштейна, в нынешних построениях энергия может перекачиваться от «видимых» форм материи к «невидимому» Л-полю. Когда историк науки говорит о предвосхищении, это нередко производит впечатление натяжки — слишком сильно научная ситуация меняется со временем. Мы не станем употреблять этого слова. Но не забудем, что идеи, переданные научному сообществу, начинают жить собственной жизнью, легко забывая свое происхождение.

36

Напомним, что гипотеза Дирака о гравитационной константе, зависящей от космологического времени, появилась в 1937 г. [170]. Не исключено, что между этими идеями была связь. Дирак присутствовал на Первой Всесоюзной ядерной конференции 1933 г., на которой Бронштейн делал доклад «Космологические проблемы» (см. разд. 3.10).

Вернемся теперь к статье Бронштейна. В добавлении к ней, датированном 13.1.1933 г. и возникшем в результате харьковских обсуждений с Эренфестом и Ландау (которых Бронштейн благодарит), замечание Ландау было опубликовано впервые:

« Ландау привлек мое внимание к тому факту, что выполнение гравитационных уравнений эйнштейновской теории для пустого пространства,

окружающего материальное тело, несовместимо с несохранением массы этого тела. Это обстоятельство строго проверяется в случае решения Шварцшильда (сферическая симметрия); физически это связано с тем фактом, что эйнштейновские гравитационные уравнения допускают только поперечные гравитационные волны, но не продольные...».

Указанная несовместимость ГН с ОТО не разрушает бронштейновскую модель, но делает ее малопривлекательной: «То, что в моей работе эта трудность обходится, основано на использовании макроскопических уравнений вместо микроскопических; рождение излучательной энергии в ядрах звезд [подчиняющихся, как тогда считалось, квантово-релятивистской теории] трактуется как новая форма энергии, связанная с Л-полем, которая компенсирует боровское несохранение. Этот выход из указанного трудного положения кажется очень неприятным; никаких других в настоящее время не видно. Данный парадокс в действительности очень озадачивает, он характерен для трудностей, возникающих в связи с космологической проблемой» (об отношении Бронштейна к космологии см. гл. 5).

Напомним, что в ОТО масса сферически-симметричного источника в пустоте не может зависеть от времени и что поперечность электромагнитных волн связана с законом сохранения заряда. Как мы видим, у Бронштейна несовместимость ГН и ОТО описана гораздо определеннее, чем в письме Гамова (и в статьях [147, 148]). Это, впрочем, не удивительно; судя по публикациям, Гамов владел ОТО далеко не в той мере, как Бронштейн.

Суть соображений Ландау можно пояснить следующим образом. Согласно ОТО роль источника гравитационного поля — роль заряда — играет энергия (или соответствующая ей масса: E = Мс ). Поэтому, аналогично электродинамике, нельзя изменить энергию в какой-то области без того, чтобы изменение не было скомпенсировано переносом энергии через границу этой области (теорема Гаусса). Нельзя предполагать нарушение ЗС только в микрообластях и уповать на будущую квантово-релятивистскую теорию. Ведь, поместив такую микрообласть внутри области достаточно большой, заведомо относящейся к сфере применимости ОТО, получили бы нарушение ЗС уже в пределах ОТО.

Хотя замечание Ландау не было вполне определенным в математическом смысле, с физической точки зрения оно казалось почти убийственным для ГН. Об этом свидетельствует отчаянное предположение Бора, что теория гравитации неприменима к атомным частицам [118, с. 172]. Впрочем, как уже сказано, это не спасало положения — надо было менять теорию гравитации и вне микромасштабов. Гамов по этому поводу писал: «отказ от закона сохранения энергии должен необходимо повести к изменению общих уравнений гравитации для пустого пространства. Это, конечно, возможно, но весьма неудобно» [148, с. 391].

Бронштейн, знаток ОТО, яснее видел всю меру этого «неудобства». Во введении к своей главной работе о квантовании гравитации он отмечает, что указанное Ландау обстоятельство, «по-видимому, исключает возможность нарушения закона сохранения энергии в материальных системах, хотя бы и не подчиняющихся общей теории относительности (например, в системах, подчиняющихся «релятивистской теории квант»). В самом деле, изменение энергии (и, следовательно, массы) такой системы должно привести к распространению гравитационных волн в окружающем пустом пространстве, подчиняющемся обыкновенной («неквантовой») общей теории относительности; эти волны, на основании соображений симметрии, должны иметь продольный характер, а это исключается уравнениями закона тяготения в пустом пространстве. Этот качественный аргумент Ландау, впрочем, до сих пор не получил более подробного количественного обоснования» [31, с. 196].

К концу 1935 г., когда были написаны эти слова, математическая неопределенность указанной взаимосвязи уже не имела особого значения, поскольку к тому времени ГН утратила привлекательность почти совсем. Однако, несмотря на такую неопределенность и на смехотворную малость гравитационных эффектов в микрофизике, для сторонников ГН этот теоретический аргумент был сильнее новых экспериментальных данных по Р-спектрам. В этом можно убедиться по статьям Бора и Гамова [118, 147, 148]. Даже Паули в 1937 г., когда проблема ЗС уже закрылась, в лекции, прочитанной во время пребывания в СССР, говорил об этом аргументе как о существенном достижении [251] [37] . Теоретики были готовы изменять понятия для продвижения физики вперед, но не жертвовать классическим наследием, в которое тогда уже входила ОТО (обычное для науки сочетание революционности и консерватизма).

37

Правда, автором этого достижения почему-то назван не Ландау, а... Эйнштейн. Возможно, это связано с арестом Ландау в апреле 1938 г.