Знание-сила, 2005 № 11 (941)
Шрифт:
А в 1937 году Матвея Петровича Бронштейна арестовали. Ему было 30 лет. При аресте от него потребовали сдать оружие и отравляющие вещества, — он рассмеялся... Спустя полгода его казнили в Ленинградской тюрьме.
Внутреннее совершенство без внешнего оправдания?!
Эйнштейн говорил о двух критериях в оценке физической теории: ее «внешнее оправдание» — соответствие с опытом, и «внутреннее совершенство» — логическая простота теории. Критерии эти естественны, и даже тривиальны, для всей истории физики... за исключением проблемы квантовой гравитации.
«Внешнему оправданию» не дает работать
Говорить же о «внутреннем совершенстве» применительно к попыткам квантования гравитации неловко, когда просматриваешь накопленные за десятилетия безуспешные теоретические конструкции и видишь авторский пыл, так и не воплотившийся во что-то нетленное. Кладбище этих физико-математических конструкций напоминает о заброшенных проектах вечного двигателя. А приливы пионерского оптимизма легче объяснить «полу-критерием внешней привлекательности» — внешней привлекательности очередной кандидатки в теорию. И к этому добавим популярную у студентов-физиков уверенность, что «математика умнее человека»: надо аккуратно проводить выкладки, а там, глядишь, и физический результат сам собой прояснится. О первом полукритерии Эйнштейн, правда, не говорил, но тут и говорить особенно нечего, поскольку «мятеж никогда не кончался удачей, иначе бы он назывался иначе». А по поводу второго сказал когда-то, что математика — лучший способ водить самого себя за нос.
Анализ измеримости поля, которым занимались в тридцатые годы, можно — в добавление к критериям Эйнштейна — назвать «внутренним оправданием» теории. Это в сущности был анализ границ применимости теории, проводимый изнутри самой теории. до создания более обшей теории. Разумеется, такой анализ не может быть абсолютно строгим и не ведет к непосредственно проверяемым в опыте физическим следствиям. Следствия есть лишь историко-физические, отдаленные многими годами и не столь убедительные, как прямой эксперимент. Но все же анализ измеримости поля — это анализ физический, а не формально-математический.
Несогласие инициатора анализа — Ландау — с результатами его расширенно-углубленной версии — факт хотя и странный, но имевший свои резоны. Та мысленно экспериментальная свобода, которую Бор считал допустимой, поскольку она не запрещена известными законами природы, для Ландау была немыслимой, вероятно потому, что он не видел средств эту свободу реализовать в опыте. Как можно в микрофизике рассматривать пробное тело с произвольной величиной массы и заряда, когда реально известных пробных тел — элементарных частиц — раз-два и обчелся?!
М. fl. Бронштейн на Всесоюзной ядерной конференции в Ленинграде. Лягушка на нарукавной повязке Бронштейна, секретаря конференции, взялась скорей всего из немецкой присказки, популярной тогда у физиков: «...wo der Frosch ins wasser springt» - «и тут лягушка прыгает в воду» - в соответствии с настроением физиков на решительные перемены. Художник И. А. Мамонтов. 1933 год
И тем не менее гарантия, которую дали в 1933 году Бор и Розенфельд строителям квантовой электродинамики, оправдалась пятнадцать лет спустя, когда при участии Дайсона была создана эта самая точная из физических теорий.
Предсказание Бронштейна 1935 года относительно квантовой гравитации имело характер не разрешения, а запрета — запрета на решение проблемы «малой кровью», с сохранением римановой геометрии эйнштейновской теории гравитации. Само по себе это нисколько не принижает его. Великие законы физики имеют такой характер —
В 1935 году Бронштейн не решил проблему квантовой гравитации, но он впервые осознал ее во всей глубине. И спустя 70 лет его осознание помогает защитить квантовую гравитацию от одного из создателей квантовой электродинамики, помогает увидеть слабый пункт в самом начале рассуждения Дайсона. Как бы ни была привычна аналогия между фотоном и гравитоном, как бы ни рифмовались эти два слова и как бы ни был похож закон Кулона на закон всемирного тяготения, между двумя взаимодействиями имеется «принципиальное различие», подчеркнутое Бронштейном и разрушающее статус понятия «гравитон», как самостоятельного и равноправного с понятием «фотон». Бронштейн в сущности обнаружил, что обычное понятие «квант поля», в применении к гравитации, является принципиально приближенным, как приближенны, ограничены в своей применимости, другие важные и работоспособные понятия физики: одновременность, луч света, температура, и так далее. Можно сказать, что Бор оправдал понятие фотона в пределах электродинамики, а Бронштейн обнаружил ущербность понятия гравитона уже в пределах теории гравитации (он не пользовался термином «гравитон», хотя само слово уже употреблялось). И это принципиальное различие основано на опытном факте, который иногда называют первым великим открытием современной науки и который стал основой одной из самых великих теорий — эйнштейновской теории гравитации: равенство инертной массы и гравитационной.
Так что гравитон вовсе не является столь же органическим элементом еще не созданной теории квантовой гравитации, как фотон — частью квантовой электродинамики. А связывать всякую волну с неким квантом — подход слишком поверхностный. К слову сказать, вряд ли кто свяжет волну на поверхности моря с квантом волнения — частицей «поверхон», чтобы исследовать поведение таких волн.
К тому же Дайсон никак не объяснил, что делать с двумя принципиальными физическими явлениями — с началом космологического расширения и с завершением коллапса звезды. Какой теории, если не квантовой гравитации, эти явления можно поручить? В обоих случаях потребность в новой теории характеризуется планковским рубежом. И эта количественная характеристика, как впервые обнаружил Бронштейн, отражает физическую суть дела.
Но все же, мне кажется, есть за что поблагодарить Фримена Дайсона. Его отважное сомнение в самом предмете шести десятков книг и много большего числа статей подчеркивает исключительность проблемы квантовой гравитации в истории физики и ее кризисное нынешнее положение.
Узкий специалист, который не отвлекаясь ни на какие кризисные размышления, занят выкладками для очередной статьи, напоминает мне ученого соседа, к которому пришел за советом его сосед неученый. У неученого дохнут куры, и он просит ученую рекомендацию. И получает: сыпать куриный корм в нарисованный на полу зеленый квадрат. Куры, к сожалению, продолжают дохнуть. Тогда ученый предлагает красный круг И так далее, пока все куры не передохли. «Как жаль, — восклицает ученый сосед, — у меня еще столько вариантов!»
Но куры в данном случае — это «внешнее оправдание», которого в квантовой гравитации так сильно не хватает. Неужели — впервые в истории физики — для успеха хватит одного лишь «внутреннего совершенства»? Или удастся найти какие-то способы «внутреннего оправдания», подобно измеримости. Есть над чем поразмышлять...
Если же поразмыслить над историей квантования гравитации, то можно заметить, что большая часть публикаций не возникла бы, если бы их авторы знали и всерьез восприняли анализ проблемы квантовой гравитации, проделанный Бронштейном. Тем самым, как минимум, удалось бы сберечь изрядное количество бумаги и человеко-дней.