Геннадий Горелик - Матвей Петрович Бронштейн

1929 год был для Бронштейна напряженным и продуктивным. Этим годом помечены две его работы по астрофизике и одна по геофизике; в этом же году вышла его первая популярная книга и несколько статей (напомним, что он тогда был еще студентом!).

Первые астрофизические работы Бронштейна посвящены атмосферам звезд 5. В этой же области работали тогда Амбарцумян и Козырев. В то время физика энергично и всерьез рассматривала новый для себя объект — звезду как целостную физическую систему. Прежде чем решать главный астрофизический вопрос о внутреннем строении и об источнике энергии звезды, надо было начать с ее начала — с поверхности звезды, с ее атмосферы, связывающей звезду с внешним миром, и в частности с наблюдателем. Без ясного количественного понимания «поверхностных» астрофизических явлений нельзя было рассчитывать на успешное продвижение в глубь звезды. С другой стороны, и сама физика тогда была уже достаточно развита для рассмотрения процессов в атмосфере звезды, но совершенно недостаточно — для раскрытия ее внутреннего устройства.

Теория звездной атмосферы стала тогда уже вполне респектабельной областью, в которой нельзя было рассчитывать на успех с налету. Надо было внимательно изучить сделанное предшественниками. Здесь уже успели появиться свои классики: К. Шварцшильд, Дж. Джинс, А. Эддингтон, Э. Милн.

Задача о лучистом равновесии звездной атмосферы, которой занялся Бронштейн, восходит к Шварцшильду (тому самому, кстати, который получил первое точное решение уравнений ОТО). В астрофизике звезду (и в частности Солнце) принято характеризовать эффективной температурой Т э ф — температурой черного тела, имеющего те же размеры и такое же полное излучение, что и данная звезда. Величина Т эф просто рассчитывается исходя из земных наблюдений. Задача, которая привлекла внимание Бронштейна, состояла в отыскании зависимости температуры вещества звезды от (оптической) глубины т, разумеется, в рамках определенной физической модели звезды. К тому времени было уже известно, что эта зависимость имеет вид

Т (т) = Т эф [ 3/4(т + д(т))] 1/4

5Авторы этой книги глубоко благодарны В. В. Иванову за подробный комментарий к первым астрофизическим работам Бронштейна.

где величина д(т) мало меняется и дается решением определенного интегрального уравнения (уравнения Милна). Ясно, что численное значение q(0) дает возможность по измеряемой на Земле величине ТЭф узнать истинную температуру поверхности Солнца T o . На определение величины q(0) были затрачены многие усилия корифеев астрофизики, но удавалось получить только различные приближения (по два — Джинс и Эддингтон и три — Милн). И вот Бронштейн в 1929 г. получил точное значение а следовательно, и точное соотношение

Этот результат впоследствии стал называться соотношением Хопфа— Бронштейна [297, с. 85, 96], хотя порядок фамилий мог быть и обратным, потому что Хопф [10] Выдающийся немецкий математик Э. Хопф (род. 1902) в то время работал в Берлинском университете. Из его занятий математическими вопросами переноса излучения выросли уравнение и метод Винера—Хопфа. получил его несколько позже .

Об уровне первых астрофизических работ Бронштейна можно судить по тому, что они публиковались в главных журналах того времени. Третья (и последняя) его статья по звездным атмосферам была опубликована в английском «Monthly Notices». Представил эту статью сам Милн, и написана она была, как указал автор, в ответ на письмо Милна. По-видимому, на Милна точный результат ленинградца произвел столь сильное впечатление, что он поставил перед Бронштейном вопрос о другом граничном значении q(x) (бесконечная оптическая глубина в атмосфере звезды соответствует фактически небольшой геометрической глубине). Однако на этот раз точного значения получить не удалось (не известно оно и до сих пор), Бронштейн нашел только некоторое приближение [11] А в добавлении к корректуре (датированном декабрем 1930 г.) приведена более точная оценка, принадлежащая В. А. Амбарцумяну, - еще одно свидетельство их сотрудничества. В специальном пространном примечании к этой статье Милн счел необходимым отметить, что значение q(0) было получено независимо Бронштейном и Хопфом, что он — Милн - получил в одной пачке корреспонденции журнал со статьей Бронштейна и рукопись Хопфа (впоследствии опубликованную в «Monthly Notices») и что поэтому приоритет принадлежит Бронштейну. .

Эти работы Бронштейна можно отнести к математической физике, их суть состояла в искусном математическом «пробивании» уже поставленной физической задачи, но это отнюдь не было математическим паразитированием на физике. (Тот же, в сущности, аппарат оказался необходим для описания переноса нейтронов, когда в конце 30-х — в 40-х годах начались исследования, связанные с цепной реакцией в уране.)

Говорить подробнее об этих работах мы не будем. Как известно, время беспощадно к произведениям научного творчества, гораздо беспощаднее, чем к произведениям искусства. В особенности это относится к теоретической физике. Даже от работ, которые включают в золотой фонд науки, остается спустя некоторое время всего несколько строчек и формул в учебниках и сводных монографиях. Мучительный зачастую путь к результатам, преодоление мнимых и подлинных препятствий, ошибки и предрассудки — все это заменяется одной-двумя фразами, которые служат, скорее, педагогическим целям или же выражают эмоциональное отношение автора учебника к излагаемому результату. Что же говорить об основном потоке работ, добротных и даже первоклассных работ?! Они, как показывает тщательный историко-научный анализ в каждом конкретном случае, образуют необходимую питательную среду, без которой не появилась бы «золотая» работа. Но сами растворяются в последующих исследованиях, оказываются хотя и полезными, но слишком сильными идеализациями.

Об уровне астрофизических работ Бронштейна говорит и то. что, когда в СССР в 1934 г. были введены научные степени, кандидатскую Бронштейну присудили без защиты за его работы по астрофизике (к статьям о звездной атмосфере добавились работы по белым карликам и о влиянии электрон-позитронных пар на тепловое равновесие при высоких — звездных — плотностях энергии (см. разд. 5.2, п. в).

Для Бронштейна 1929 год был не только астрофизическим, но еще и на удивление геофизическим. Хотя название его большой статьи [8] содержит то же слово «атмосфера», что и название области его астрофизических работ, эта общность чисто словесная. Звездная атмосфера и атмосфера Земли как объекты физико-математического исследования совершенно различны. Уж не говоря о кардинальном различии физических условий в этих атмосферах, совершенно различны были вопросы, которыми задавались их исследователи. Для звездной атмосферы нужно было изучить стационарный усредненный режим, определяющий энергоотдачу звезды, поведение температуры и плотности с глубиной. А для земной атмосферы самые важные вопросы связаны с ее динамикой. У Эддингтона были основания говорить, что звезда — очень простой объект для изучения, гораздо проще, например, чем человек. Земная атмосфера по своей сложности уже сравнима с человеком. Недаром прогноз погоды, который должен быть простым приложением динамики атмосферы, до сих пор не стал образцом определенного научного прогноза, а остается в большой мере предсказанием. И предсказать погоду в конкретном месте бывает не легче, чем предсказать поведение человека в конкретных обстоятельствах.