Геннадий Горелик - Матвей Петрович Бронштейн

Как следствие интерес к космологии резко возрос. Вместе с тем появилась возможность, а значит, и необходимость, количественно проверить космологическую теорию наблюдениями, т. е. отнестись к ней всерьез, как к физической теории. Одним из проявлений новой ситуации стал обстоятельный обзор по релятивистской космологии, написанный Бронштейном для УФН в 1930 г. (о нем рассказывалось в разд. 3.6). Этот обзор автор закончил указанием на главную трудность релятивистской космологии, связанную с возрастом Вселенной. Уже наивное рассмотрение хаббловского соотношения (15) дает, что расширение Вселенной началось

тому назад. В точной космологической модели Фридмана—Леметра возраст Вселенной получался еще меньшим. Это вопиюще не соответствовало данным изотопной геологии (согласно которым уже для истории Земли требуется несколько миллиардов лет) и астрофизики. Только три десятилетия спустя в результате нескольких пересмотров шкалы расстояний хаббловский коэффициент H уменьшился в десять раз и соответственно возраст Вселенной стал оцениваться приемлемой величиной —20-10 лет. Сейчас хорошо видно, как бедны были тогдашние возможности эмпирического обоснования космологии, если основной количественный параметр изменился в десять раз. А тогда, в 30-е годы, астрономы хоть и сознавали, что данные их наблюдений весьма неопределенны, но, как это обычно бывает, меру этой неопределенности преуменьшали. У нынешних специалистов может вызвать улыбку то, что Хаббл, стремившийся к интерпретации наблюдательного материала в рамках ОТО, пытался привлечь модель с положительной кривизной пространства.

Тридцатые годы были тяжелым испытанием для релятивистской космологии не только из-за принятой тогда короткой шкалы расстояний. Само несоответствие теории наблюдениям стало одной из причин появления альтернативных космологических схем (чтобы не злоупотреблять словом «теория»). Действовали и другие причины. От грандиозной картины расширения Вселенной у некоторых, видимо, не выдерживали нервы, и они искали более простого объяснения для соотношения Хаббла. Р. Цвикки уже в 1929 г. предположил, что галактики на самом деле не удаляются, а просто фотоны, прилетающие к нам от этих галактик, за долгое время путешествия успевают покраснеть. Милн в своей «кинематической» космологии, которую начал строить в 1931 г., обходился без ОТО и отделял космологию непроницаемой стеной от атомной физики. Эддингтон, наоборот, строил фундаментальную теорию, описывающую сразу и во взаимной связи и микро-, и мегаскопические свойства Вселенной. Тогдашнюю ситуацию вполне характеризует то, что авторами еретических космологий были астрофизики первой величины — Эддингтон, Милн, Цвикки.

Для большинства физиков-теоретиков эти построения выглядели если н 16е беспочвенными, то безответственными фантазиями [58], хотя астрономы честно сравнивали с наблюдениями все пригодные для этого модели — Цвикки, Милна и Леметра (имя Фридмана тогда упоминалось редко). И космология ОТО отнюдь не выглядела тогда наилучшей с наблюдательной точки зрения.

Отношение физиков (даже специалистов в ОТО) к релятивистской космологии также не было автоматически благоприятным. Космологическая задача слишком отличалась от других задач физики. Из ОТО надо было извлечь описание принципиально единичного объекта с принципиально единственной историей, а математический аппарат ОТО — дифференциальные уравнения и начальные условия — не отличается от других физических теорий и никакой единичности изначально не содержит. Кроме того, любое сопоставление теории с наблюдениями предполагало нефизическую экстраполяцию — ведь надо нечто говорить сразу о всей Вселенной, а не только о наблюдаемой ее части. К такой экстраполяции, в частности, скептически относился В. А. Фок.

В СССР положение космологии в 30-е годы отягчалось еще и философским давлением на естествознание. В предыдущих главах уже говорилось о тогдашней повышенной чувствительности идеологии к естествознанию, о дискуссиях вокруг теории относительности и квантовой механики. По отношению к физическим теориям стражи философского порядка покушались только на отдельные следствия и интерпретации — слишком явным было практическое значение физики. Что же касается космологии, то скромные ее достижения не препятствовали отвергать ее целиком. Уже обзор Бронштейна 1931 г. в УФН был снабжен, напомним, нелепыми философскими примечаниями. А к 1937 г., когда появилась последняя статья Бронштейна, ситуация еще более обострилась. Те философы, которые считали себя вправе надзирать за физиками, особенно предосудительным считали возможную пространственную конечность Вселенной и ее нестатичность; гораздо более приемлемым казалось покраснение фотонов. Этих философских надзирателей помимо физической безграмотности отличал философский догматизм, следовать которому всегда спокойней и безопасней. Не обошлось тут без уже знакомого нам борца против физического идеализма: «На фронте космологии» — так назвал В. Е. Львов свою крупнокалиберную статью, вполне дающую представление об аргументации противников релятивистской космологии. В этой статье не хватает, пожалуй, только политической интерпретации покраснения фотонов; такой аргумент встал бы рядом с красным цветом меридиана у другого тогдашнего борца против идеализма — В. Ф. Миткевича.

«Философские» атаки достигали цели. Иначе не понять такую фразу из статьи Ландау 1937 г.: «...чтобы поддерживать солнечное излучение на постоянном уровне в течение двух миллиардов лет (предположительного времени существования Солнца согласно общей теории относительности)...» [216] (конечно, здесь подразумевается хаббловская оценка возраста Вселенной). Иначе появилась бы вторая часть обзора Зельманова «Космологические теории» [184], которая должна была включать релятивистскую космологию.

В такое время и появилась статья Бронштейна, показавшая, что гипотеза покраснения фотонов должна быть отвергнута. В результате доплеровская интерпретация красного смещения, лежащая в основе нестатической космологии, получила физическое обоснование. Поводом для этой работы Бронштейна стало то, что предположение о покраснении фотонов, выглядевшее произвольной гипотезой (во всяком случае в глазах М. П.), получило неожиданную поддержку со стороны новейшей фундаментальной физики — дираковской теории электрон-позитронного вакуума.

В 1933 г. О. Гальперн высказал гипотезу, что в пустом пространстве фотон может взаимодействовать с электронами, находящимися в состояниях с отрицательной энергией, в результате чего электроны переходят в состояния с положительной энергией и затем возвращаются в исходное в несколько шагов, испуская кванты меньшей энергии. «Рассеяние такого типа,— писал Гальперн,— может только уменьшить частоту; это уменьшение, если оно мало, было бы в среднем пропорционально расстоянию, проходимому квантом через «вакуум». В этой связи может быть упомянута гипотеза, что константа Хаббла сводима к атомным константам без использования гравитационных теорий» [142]. Гальперна поддержал в 1936 г. Гайтлер в своей известной книге — первой монографии по квантовой электродинамике [141, с. 193] (видимо, именно книга Гайтлера была непосредственным поводом для работы Бронштейна, краткое изложение которой [34] появилось в 1936 г.)