Знание-сила, 2005 № 11 (941)

В наше время вера в единство позволяет физикам надеяться на объединение краеугольных камней в цельный теоретический фундамент. И в этом процессе важнейшую роль отводят объединению квантовой физики и гравитационной.

Путь к единству будет, по-видимому, очень нелегким. Но в науке легкие пути ведут обычно в никуда. Удача ждет только тех, кто ищет верный путь, который, впрочем, покажется легким и естественным для потомков, изучающих этот путь в школе.»

Этими словами начиналась статья о квантовой теории гравитации, опубликованная в нашем журнале почти восемнадцать лет назад (№ 2 за 1988 год). В то время - время перестройки - впервые были открыты многие «неразрезанные страницы истории». Заключали они не только замалчиваемые факты и секретные материалы, касающиеся социально-политического прошлого нашей страны, но, и казалось бы, канувшие в небытие перипетии научного поиска, в том числе и гравитационного.

Тема эта, выясняется, вовсе себя не исчерпала, а интерес к ней подогрели два события: юбилей научный и юбилей известного ученого. В непосредственном отношении к обеим датам оказался автор той давней уже статьи Г. Горелик, поскольку и судьба квантовой гравитации, и судьба связанных с ней ученых тесно переплелись с его научной и писательской жизнью. Неразделенности этих судеб и посвящается наша «Главная тема».

Геннадий Горелик

В прошлом году человечество проворонило сенсацию.

Если такого не может быть — просто по смыслу слова «сенсация», — готов уточнить: научное человечество не заметило научно-криминальную сенсацию — покушение на убийство, или даже действительное убийство. Впрочем, человечество можно понять: это случилось в малоподходящем месте — в «Нью-йоркском книжном обозрении». Журнал этот, конечно, возвышается в книжном мире, но в мире науки он мало заметен. Зато все остальные элементы сенсации — высшего научного уровня.

Покушение совершил знаменитый физик-теоретик Фримен Дайсон, а его жертва — знаменитая теория квантовой гравитации. То есть теории пока нет, — ее ишут не первый год и не первое десятилетие, и уже поэтому она заслуживает звание самого проклятого вопроса современной физики. Но Дайсон заявил, что на самом деле и вопроса нет. точнее, вопрос неправильный, потому что «квантовая гравитация физически бессмысленна». А значит, многолетние поиски следует прекратить, за отсутствием предмета поисков. И теория квантовой гравитации мертва, или, на сдержанном английском, — скорее мертва, чем жива. Обосновал он свое мнение следующим образом:

«Любая теория квантовой гравитации предполагает частицу «гравитон» — квант гравитации, точно так же как фотон — квант света. Наличие фотонов легко обнаружить, как показал Эйнштейн, по электронам, выбитым с поверхности металла под действием света. Но гравитационное взаимодействие неимоверно слабее электромагнитного, и, чтобы обнаружить гравитон по электрону, выбитому с поверхности металла под действием гравитационных волн, пришлось бы ждать дольше, чем позволяет возраст Вселенной. Но если отдельные гравитоны невозможно наблюдать в эксперименте, значит они не имеют никакой физической реальности. Можно считать их несуществующими, подобно эфиру XIX века. И тогда гравитационное поле, описываемое теорией Эйнштейна, — это чисто классическое поле безо всякого квантового поведения».

Две убийственные аналогии как два кинжальных удара.

Весь XIX век физики верили, что все сушес погружено в вездесуший эфир, и мучились над все более проклятым вопросом, каким законам подчиняется эта универсальная, но неуловимая среда, в одних отношениях похожая на твердое тело, в других — на сверхразряженный газ. Мучения прекратил Эйнштейн, сказав, что неуловимость эфира означает, что ловить просто нечего, и объяснив коллегам, что без понятия эфира можно прекрасно обойтись. Дайсон предложил последовать примеру Эйнштейна.

Есть, правда, важное отличие. Неуловимый эфир был просто пережитком древнегреческих времен, пусть даже и воспетым Пушкиным: «Ночной зефир струит эфир» (зефиру в этом смысле повезло больше, — каждый человек знает его вкус). А гравитон — это, скорее, «недожиток». И причину неуловимости гравитона вполне может уловить даже школьник, если у него по физике больше тройки.

Такой школьник в упомянутом «выбивании электронов с поверхности металла под действием света» легко узнает фотоэффект. Ведь этот эффект не только принес Нобелевскую премию Эйнштейну, но и прочно вошел в обыденную жизнь. Каждый пассажир метро, проходя через турникет, участвует в этом явлении, точнее — в прерывании его. Поэтому школьник легко поверит, что обнаружить фотон — минутное дело. Он может сам подсчитать во сколько раз гравитационные силы в микромире слабее электрических, если вспомнит закон Кулона и ньютоновский закон всемирного тяготения. А подсчитав, сможет убедиться, что гравитону не найти применения в народном хозяйстве просто потому, что самого гравитона не найти, даже если его искать днем с огнем.

Использованные в упомянутых законах физические константы знали сше до того, как слова «гравитация» и «квант» соединились в одном предложении. И соединил их впервые сам Эйнштейн, в 1916 году, через несколько месяцев после создания своей теории гравитации и спустя 11 лет после того, как ввел в физику понятие фотона. Предложение его звучало так: «квантовая теория должна модифицировать не только максвелловскую электродинамику, но также и новую теорию гравитации».

Дайсон прекрасно знал, на что поднял руку. Ведь сделал он это в рецензии на книгу, автор которой Б. Грин, профессионально занимаясь квантованием гравитации как физик и литератор, своей книгой побил кассовые рекорды научной популярности. И на ниве квантовой гравитации, кроме Грина, трудятся еще многие и многие профессионалы. Чтобы как-то оценить их число, я воспользовался интернетным каталогом Гарвардской библиотеки. Оказалось, что за последние тридцать лет издано более 90 книг, в аннотациях которых фигурирует выражение «квантовая гравитация», а у шести десятков книг оно входит прямо в название. В прошлом году, прямо для нас, итог подвели две солидные монографии с одинаковым лаконичным названием «Quantum Gravity», изданные крупнейшими научными издательствами. Там много чего написано о струнах, клавишах и прочих физико- математических инструментах, но общий итог всей этой музыки таков: проблема квантовой гравитации остается широко открытой.