Солнечное вещество (сборник)

Бронштейн Матвей Петрович

Автор на довольно простом качественном уровне взялся объяснять новые попытки Эйнштейна создать единую теорию поля того времени. Производят особое впечатление слова о квантовой геометрии где он указывает на то, что прерывность в малых объемах пространства должна найти свое отражение в геометрии и что, таким образом, свойства пространственно-временной протяженности должны иметь квантовый, прерывный характер.

В заключении этой статьи он пишет: «Построение такой геометрии пространства и времени, из которой вытекали бы не только законы тяготения и электромагнитного поля, но и квантовые законы – вот величайшая задача, которая когда-либо стояла перед физикой».

В апреле 1930 года М. П. Бронштейн пришел работать в Ленинградский физико-технический институт в группу теоретической физики: ее руководитель Я. И. Френкель написал на заявлении Бронштейна о приеме на работу: «М. П. Бронштейн является исключительно талантливым

физиком-теоретиком, с широкими интересами, большой инициативой и чрезвычайно большими познаниями. Я не сомневаюсь, что он будет одним из наиболее ценных сотрудников теоретического отдела института и лаборатории».

По своей структуре того времени в эту группу входила «Бригада 1-я – теоретическая физика». Бригадиром был В. Р. Бурсиан, а ее членами: старший инженер Л. Д. Ландау, инженеры В. А. Фок, В. А. Кравцов, А Г. Самойлович, Б. И. Давыдов, А И. Тиморева, научный сотрудник Г. А Мандель и ст. инженер М. П. Бронштейн. В ФТИ постоянно действовали два семинара – общеинститутский и теоретический.

На теоретический семинар отдела, руководимый Я. И. Френкелем, часто приезжали И. Е. Тамм из Москвы, Л. Д. Ландау из Харькова, многие физики из других городов, а также делали доклады: Н. Бор, М. Борн, П. А. М. Дирак, Ланжевен, Ф. Лондон, Н. Мотт, Р. Пайерлс, В. Паули. Не раз на этом семинаре выступал и М. П. Бронштейн. Так, в 30-х годах, когда он курировал работы как теоретик в области ядерной физики, им был сделан обзор экспериментальных результатов группы Э. Ферми по ядерным реакциям на медленных нейтронах.

Научные интересы М. П. Бронштейна охватывали многие области теоретической физики – от изучения аномальных явлений в диэлектриках до теории лучистого равновесия в звездах и галактических туманностях. Вместе с В. К. Фредериксом он написал энциклопедическую статью о теории относительности, а в УФН был написан его обзор по космологии – «Современное состояние релятивистской космологии», который был более чем своевременным после открытия в 1929 году Э. Хабблом красного смещения в спектрах удаленных галактик, после чего космология и стала реальной физической теорией. Принципиальное значение для космологии имела его последняя работа (ЖЭТФ, 1937 г.) о возможности спонтанного расщепления фотона. В этой работе было показано, что такая возможность отсутствует, что явилось теоретическим подтверждением факта отсутствия «старения» фотонов, и тем самым указанием на расширение Вселенной. Это был первый реальный результат взаимодействия физики элементарных частиц и космологии, что характерно для нашего времени, когда из космологических данных наблюдений извлекаются свойства элементарных частиц, а космологические модели Вселенной строятся на основе теории элементарных частиц.

М. П. Бронштейн работал и в области физики полупроводников в самом начале ее бурного развития. В обзоре ЖЭТФ (1932 г.) в простой и доступной форме он изложил количественную теорию проводимости полупроводников, а также термоэлектрических, гальваномагнитных и термомагнитных явлений в них. С экспериментальным открытием в 1932 году нейтрона и позитрона в ФТИ развернулись интенсивные исследования в области физики атомного ядра и ядерной физики, и Матвей Петрович активно принимал в них участие. Им были подготовлены обзоры для первой Всесоюзной конференции по физике ядра (Ленинград, сентябрь 1933 г.). Его работы в области квантовой электродинамики относились к вопросам рассеяния гамма-лучей и установления границ применимости формулы Клейна-Нишины, а также к физике космических лучей. В одной из последних работ по ядерной физике им проделаны расчеты влияния магнитного момента нейтрона на взаимодействие с веществом, в котором он движется. Эти расчеты были выполнены по просьбе И. В. Курчатова. За первые пять физтеховских лет Матвей Петрович опубликовал больше двух десятков научных статей и столько же популярных работ. Написал книгу для детей «Солнечное вещество».

В этот период плодотворной научной работы М. П. Бронштейн преподает в Ленинградском университете, читая лекции по квантовой механике, статистической физике, общей теории относительности и электродинамике для студентов и аспирантов.

Научная и просветительская деятельность М. П. Бронштейна внесла свой вклад в стремительное развитие теоретической и ядерной физики в нашей стране первой половины 30-х годов.

Зарождение основ квантовой гравитации

Летом 1935 года М. П. Бронштейн занялся проблемой квантования гравитации и вскоре написал две работы, которые стали его главным вкладом в области теории гравитации и космологии. Они же послужили основой его диссертации «Квантование гравитационных волн», которую он успешно защитил в ноябре 1935 года в Ленинградском ФТИ. Оппонентами выступали В. А. Фок и И. Е. Тамм, а в дискуссии приняли участие Ю. А. Крутков, Я. И. Френкель и В. К. Фредерикс. В. А. Фоком было отмечено,

что проведенное исследование – «первая работа по квантованию гравитационных волн, в которой дело доведено до получения физических результатов». Один из важнейших результатов, сохранивших свое значение до нашего времени, состоит в общем анализе совместимости квантовых и общерелятивистских представлений. М. П. Бронштейн рассмотрел гравитацию в приближении слабого поля, когда можно не учитывать геометрический характер гравитационного поля. Он получил два важных физических следствия: во-первых, формулу для интенсивности гравитационного излучения, которая совпала в классическом пределе с аналогичным выражением Эйнштейна, и, во-вторых, ньютоновский закон тяготения как следствие квантово-гравитационного закона взаимодействия. Исследования Матвея Петровича продемонстрировали глубокие связи классического и квантового вариантов описания гравитации, что свидетельствовало о возможности и необходимости квантового обобщения теории гравитации. Он, в частности, указал на причину, по которой нельзя гравитацию квантовать по подобию квантовой электродинамики. В 1935 году, исследуя условия приближения слабой гравитации, он обратился к анализу измеримости гравитационного поля и пришел к выводу: «В области общей теории относительности, где отклонения от «евклидовости» могут быть сколь угодно велики… возможности измерения еще более ограничены, чем можно заключить из квантово-механических перестановочных соотношений», и «без глубокой переработки классических понятий кажется едва ли возможным распространить квантовую теорию гравитации также на эту область». Тем самым были впервые указаны границы применимости общей теории относительности и установлено различие квантовой электродинамики, не учитывающей структуры элементарного заряда, и квантовой теории гравитации, в которой гравитационный радиус пробного тела не может превосходить его линейных размеров. Таким был качественный анализ границ применимости ОТО, и, конечно, для количественных оценок необходима точная теория квантовой гравитации и единая теория всех фундаментальных взаимодействий, которые все еще не построены.

Заключительные замечания

Естественно, в столь короткой заметке невозможно многое описать и даже просто изложить о М. П. Бронштейне как об ученом, педагоге и человеке, во многом предвосхитившем и осознавшем появление квантовой теории гравитации в середине 30-х годов прошлого столетия. Знавшие Матвея Петровича говорили о его поразительной образованности и энциклопедических познаниях.

Для него жизненно необходимой была целостная и развивающаяся физическая картина мира. Идея глубинного родства микрофизики и космологии была глубоко в сознании Матвея Петровича, идея эта в настоящее время лежит в попытках теоретической физики построить единую и самосогласованную теорию квантовой гравитации, отвечающей экспериментальным данным и предсказывающей эволюцию Вселенной.

Мы не упоминали о его философских, популяризаторских и других интеллектуальных качествах, а также о личных аспектах его жизни.

К сожалению, надо отметить трагический факт его ареста ночью 1 августа 1937 г. в Киеве, в доме родителей, и перевода затем в Ленинград. Он стал жертвой сталинских репрессий и был расстрелян 18 февраля 1938 года выстрелом в затылок в подвале ленинградской тюрьмы. Реабилитирован М. П. Бронштейн в 1957 году.

Обо всем, что упоминалось в этой короткой заметке, и о многом другом интересующийся читатель может прочесть, например, в книгах: «Эйнштейновский сборник», 1980–1981: Сб. статей. – Москва, Наука, 1985, Г. Е. Горелик и В. Я. Френкель «Матвей Петрович Бронштейн», Москва, Наука, 1990; а также в обзоре Г. Е. Горелик, УФН, т. 175, № 10 (2005) с. 1093–1108.

...

Андрианов Александр Андреевич, д.ф.-м.н., профессор, заведующий лабораторией теории ядра и элементарных частиц, теоретический отдел им. В. А. Фока физического факультета Санкт-Петербургского государственного университета.

Андрианов Владимир Андреевич, д.ф.-м. н., профессор, ведущий научный сотрудник теоретического отдела им. В. А. Фока Санкт-Петербургского государственного университета.

Сноски

1

В 1868 г. (Прим. изд.)

2

В XIX веке. (Прим. изд.)

3

Внимательно изучив эту желтую линию, физики обнаружили, что на самом деле она двойная: она состоит из двух очень близко расположенных друг к другу желтых линий. Эти линии получили у физиков особое название: их называют линиями D 1 и D 2 .

4

Гольфстрим. (Прим. изд.)