Геннадий Горелик - Кто изобрел современную физику? От маятника Галилея до квантовой гравитации

Мушкетеров вряд ли заботило, что они оставляют историкам трудную задачу — понять происхождение странной статьи. Но трудные задачи интереснее решать. И вот решение.

Статья родилась не в ученых дискуссиях у доски с мелом, а в дружеском трепе за обедом в студенческой столовой. Кто-то вспомнил, что у одной из джаз-девушек грядет день рождения. И кто-то предложил в качестве подарка посвятить ей научную статью, а заодно повеселиться за счет «зубров» — так они именовали физиков, отставших от скорого поезда науки по возрасту и малой скорости ума. То, что зубры называли физикой, в Джаз-банде обзывали «филологией», «патологией» или просто ахинеей. Такого рода физика находила порой себе место в «Журнале Русского физико-химического общества», от аббревиатуры которого — ЖРФХО — веяло чем-то старорежимным.

Подарочную статью мушкетеры смастерили, можно сказать, из воздуха, в котором витали и трепались всевозможные идеи. В трепе физиков сырые идеи соединяются с идеями здравыми и остроумными, но не настолько определенными, чтобы их предлагать мировой научной публике в «Цайтшрифте». А чтобы поздравить с днем рождения, годится и ЖРФХО. Авторство идей, сложенных в такого рода статью, малосущественно. Почему Аббат не записан среди авторов? Быть может, в тот день его отвлекли какие-то другие дела, скажем, астрономические. А скорее, он уклонился от участия в самой затее. При полнокровном чувстве юмора он был человеком морально более серьезным, чем его друзья.

Как и предполагали мушкетеры, редакция ЖРФХО благосклонно отнеслась к их вкладу в мировую науку. Но поздравительное посвящение изъяли, чтобы к мыслям ученых мужей не примешивать ненаучные чувства. Уцелела, однако, дата в конце статьи, совпадающая с днем рождения невольной виновницы самой затеи.

Когда пять лет спустя Бронштейн развил и опубликовал свой cGh -взгляд на физику, он не сослался на статью своих друзей, что было бы для него немыслимо, если бы идея была не его. Человек высокой морали, он ссылался даже на устные замечания.

В понимание cGh -физики Бронштейну еще предстояло сделать важный вклад, но рассказ об этом следует начать с событий 1916 года, когда будущие участники Джаз-банда были еще детьми.

Спустя несколько месяцев после триумфального завершения своей теории гравитации Эйнштейн понял, что она… неверна. Изучая следствия новой теории, он обнаружил, что гравитация не только искривляет лучи света — любая планетная система излучает гравитационную энергию. И первым делом он подумал о самых многочисленных планетных системах — об атомах, где вокруг звезды-ядра движутся планеты-электроны.

Всего лишь в 1913 году Нильс Бор спас эти планетные системы от неминуемо быстрой гибели, грозившей им в силу законов электродинамики: двигаясь по орбите, электрический заряд должен излучать электромагнитные волны и терять свою энергию, притом очень быстро — за миллиардную долю секунды электрон должен врезаться в ядро. Чтобы предотвратить такой коллапс атома, Бор предположил, что помимо законов электродинамики действуют и новые — квантовые — законы, запрещающие электрону излучать, пока он находится на одной и той же орбите, и разрешающие излучить соответствующую разность энергий при переходе — квантовом «перепрыге» — с одной орбиты на другую.

Теперь же, три года спустя, в 1916 году, Эйнштейн увидел, что атому грозит новая опасность — гравитационное высвечивание:

Из-за внутриатомного движения электронов атом должен излучать энергию не только электромагнитную, но и гравитационную, хоть и ничтожное количество. Поскольку реально в природе такого быть не может, то, видимо, квантовая теория должна изменить не только электродинамику Максвелла, но также и новую теорию гравитации.

Отсюда ясно, что Эйнштейн не считал боровскую h -модель атома подлинной теорией, но осознал также, что и выстраданная им cG -теория гравитации требует h -доработки. «Ничтожность» гравитационного высвечивания он не показал количественно — и правильно сделал. Если в его общую формулу гравитационного излучения подставить параметры атомной планетной системы, то время «гравитационной гибели» атома измерялось бы не миллиардной долей секунды, а миллиардами миллиардов лет! По сравнению с этим ничтожна даже нынешняя оценка возраста Вселенной (десяток миллиардов лет), хотя в 1916 году выражение «возраст Вселенной» еще не имело смысла в физике. Так что никакой наблюдаемой опасности для атомов не было.

Вера Эйнштейна в то, что «реально в природе такого быть не может», относилась не столько к атомам, сколько к его представлению о Вселенной за полгода до публикации его космологии. Идея об эволюции Вселенной была тогда для него чуждой, а в неизменной Вселенной, существующей вечно, смертность атомов недопустима независимо от продолжительности их жизни.

В 1929 году, после признания факта расширения Вселенной и оценки ее возраста, довод Эйнштейна о необходимости квантовать гравитацию потерял силу, но теоретики уже были выше этого. По воле истории именно в 1929 году основатели квантовой механики (то есть h -теории) Гейзенберг и Паули изложили метод квантования электродинамики (то есть построения сh -теории) и заявили, что «квантование гравитационного поля проводится без каких-либо новых трудностей с помощью метода, аналогичного нашему».

Оптимизм этот подразумевал квантование приближенных уравнений слабой гравитации , что и проделал в 1930 году Леон Розенфельд. Работая под руководством Паули, он отвечал на вопрос Гейзенберга: не бесконечна ли энергия поля в квантовой электродинамике с учетом гравитации света. По расчетам Розенфельда, эта энергия действительно бесконечна, что обнаружило «новую трудность для квантовой теории волновых полей Гейзенберга — Паули». При этом Розенфельд, однако, не объяснил, как можно доверять бесконечности, полученной в предположении слабого поля.

Даже не вникая в эти хитрости, ясно, что, если в расчетах появляется бесконечность, значит, что-то не в порядке с самой теорией. Помимо этого, в конце 1920-х годов появились и другие причины ожидать, что подлинная ch -теория принесет в физику революционные перемены, не меньшие, чем принесли теория относительности и квантовая механика.

Так думали почти все фундаментальные теоретики… кроме Эйнштейна. Параллель между электродинамикой и гравитацией, подразумеваемая в его замечании 1916 года, к началу 20-х годов превратилась в его убеждение о глубинном родстве двух сил и в стремление соединить их в некой новой обобщенной сG -теории, следствиями которой стали бы и квантовые свойства. Это убеждение увело Эйнштейна из живой бурлящей науки к миражу Единой теории поля. Некоторые называют это трагедией, хотя сам он сохранял оптимизм, сдобренный иронией. Но уж точно то была драма.