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

Результат Бора — Розенфельда состоял в том, что квантовая электродинамика как ch-теория, не имеет пространственно-временных границ, поскольку из двух ее фундаментальных констант c и h нельзя составить никакую длину.

В сGh-теории констант три, и из них длину составить уже можно:

lcGh = (hG/c3)1/2 ≈ 10-33 см.

Эту величину называют иногда планковской длиной. Она впервые появилась в статье Планка 1900 года безо всякой связи с квантованием гравитации. Планк тогда даже не понимал, что в физике началась новая — квантовая — эра. Он был лишь уверен, что открыл новую физическую константу h (тогда еще обозначаемую буквой b) и надеялся встроить ее в здание классической физики. А предложенные им «естественные единицы измерения»

lcGh = (hG/c3) ≈ 10-33 см,

mcGh = (hG/G) ≈ 10-5 г,

tcGh = (hG/c5) ≈ 10-43 сек

имели единственную цель — чтобы новые единицы измерения «сохраняли свое значение для всех времен и для всех культур, в том числе и внеземных, и нечеловеческих». Это экзотически-межпланетное предложение с несуразными значениями «естественных эталонов» не нашло сочувствия у коллег и было забыто на полвека.

Бронштейн пришел к cGh-границе в ходе своего анализа измеримости. Явно у него фигурирует лишь планковская масса — как рубежная масса пробного тела, «пылинки, весящей сотую долю миллиграмма»,

mcGh = (hG/c) ≈ 10-5 г.

Такая пылинка проявит квантово-гравитационную суть, если ее размер lcGh, а тогда ее плотность

cGh = mcGh / (rcGh)3 = c5/G2h ≈ 1094 г/см3.

И это — граница, за которой необходима теория квантовой гравитации, cGh-теория. За этой границей — начало расширения Вселенной и последняя стадия коллапса звезды.

Самое малое расстояние, доступное современной экспериментальной физике, порядка 10-16 см, во столько же раз больше квантово-гравитационной длины rcGh, во сколько земной шар больше атома. С учетом такой пропасти, отделяющей эксперимент от теории, говорить что-либо определенное о квантово-гравитационной физике может показаться делом совершенно несерьезным. Однако история знает похожий случай: теория электромагнетизма, созданная в прошлом веке для явлений масштаба 1 см, подтверждается в наше время экспериментально вплоть до расстояний 10-16 см. Поэтому можно надеяться, что квантовая теория гравитации, cGh-теория, поможет объяснить устройство нашего мира и в самых малых, и в самых больших масштабах. Эту надежду первым выразил Бронштейн еще в 1930 году:

Будущая физика не удержит того странного и неудовлетворительного деления, которое сделало квантовую теорию «микрофизикой» и подчинило ей атомные явления, а релятивистскую теорию тяготения — «макрофизикой», управляющей не отдельными атомами, а лишь макроскопическими телами. Физика не будет делиться на микроскопическую и космическую: она должна стать и станет единой и нераздельной.

Предсказание Бронштейна относительно квантовой гравитации имело характер запрета: невозможно решить cGh-проблему «малой кровью», с сохранением основных понятий теории гравитации. Характер запрета имели такие законы физики, как, например, запрет на существование вечного двигателя, то есть закон сохранения энергии, или невозможность определить скорость источника света по измерению скорости самого света, что стало основой теории относительности.

Размышляя об истории попыток квантования гравитации, приходишь к выводу, что большая часть публикаций не возникла бы, если бы их авторы знали и всерьез восприняли анализ, проделанный Бронштейном. Тем самым по меньшей мере сэкономили бы изрядное количество бумаги и рабочего времени.

Ну, а почему сам Матвей Бронштейн остановился на достигнутом и не перешагнул cGh-границу, найдя те самые «лишенные наглядности понятия», которые, как он предвидел, заменят обычные представления о пространстве и времени?

Галилей, 1937

Вскоре после защиты cGh-диссертации Бронштейну исполнилось 29 лет. На все его замыслы ему осталось полтора года. За это время он сделал несколько научных работ, в том числе уже известную нам работу о (не)возможности спонтанного распада фотона как обоснование факта расширения Вселенной и первое в истории соединение ch-физики и cG-космологии. Кроме того, он преподавал в Ленинградском университете и многообразно участвовал в жизни науки. Особенно близкие отношения связывали его с Ландау.

Документальное свидетельство тому — конспект рукописи, озаглавленной «М.П. Бронштейн и Л. Ландау. Статистическая физика». На обложке тетради приметы времени: столетие со дня смерти Пушкина, отмечавшееся в феврале 1937 года, картина дуэли и стихотворение Лермонтова «Смерть поэта».

Эта рукопись не успела превратиться в книгу, как и многие другие рукописи того времени, авторы которых — поэты и физики — гибли в 1937 году не на дуэлях, а в тюремных подвалах и лагерях…

Ближе всего, в домашней обстановке, дружбу Ландау и Бронштейна наблюдала Лидия Чуковская, жена Бронштейна:

Расхаживая из угла в угол по Митиной [домашнее имя М. Бронштейна] комнате и неохотно отрываясь для обеда и ужина, они обсуждали физические проблемы. Я заходила, садилась на край тахты; из вежливости они на секунду умолкали; Лева произносил что-нибудь насмешливо-доброе… Но я видела, что им совершенно не до меня, уходила — и из Митиной комнаты снова доносились два перебивающих друг друга мальчишеских голоса и слова непонятного мне языка.

Это была дружба на равных — при всех различиях внутренних миров и стилей жизни. Быть может, слово «дружба» в данном случае неточное — слишком самостоятельны были оба. Проще сказать об их различиях в объеме культурной жизни. Для Бронштейна гуманитарная культура во всей полноте была столь же важна, как и физика. Для Ландау это были несопоставимые сферы. Особенно ясно это видела Лидия Чуковская, для которой физика была лишь делом жизни любимого человека, а главным в ее жизни было точное слово — слово, точно выражающее чувство и мысль:

Не знаю, как на семинарах или в дружеском общении с собратьями по науке, но с простыми смертными Ландау никакой формы собеседования, кроме спора, не признавал. Однако меня в спор втягивать ему не удавалось: со мной он считал нужным говорить о литературе, а о литературе — наверное, для эпатажа! — произносил такие благоглупости, что спорить было неинтересно. Увидя на столе томик Ахматовой: «Неужели вы в состоянии читать эту скучищу? То ли дело — Вера Инбер», — говорил Ландау. В ответ я повторяла одно, им же пущенное в ход словечко: «Ерундовина». Тогда он хватал с полки какую-нибудь историко-литературную книгу — ну, скажем, Жирмунского, Щеголева, Модзалевского или Тынянова. «А, кислощецкие профессора!» — говорил он с издевкой. (Все гуманитарии были, на его взгляд, «профессора кислых щей», то есть «кислощецкие».) «Ерундовина», — повторяла я. И в любимые Левой разговоры об «эротехнике» тоже не удавалось ему меня втянуть. «Кушайте, Лева», — говорила я в ответ на какое-нибудь сообщение о свойствах «особ первого класса» и клала ему на тарелку кусочек торта. «Лида! — сейчас же вскрикивал Лев Давыдович, — вы единственный человек на земле, называющий меня Левой. Почему? Разве вы не знаете, что я — Дау?»

– «Дау» — это так вас физики называют. А я кислощецкий редактор, всего лишь. Не хочу притворяться, будто я тоже принадлежу к славной плеяде ваших учеников или сподвижников.

Митя, придерживаясь строгого нейтралитета, вслушивался в нашу пикировку. Забавно! Его занимало: удастся ли в конце концов Ландау втянуть меня в спор или нет.

Зато Лидии Чуковской, совместно с Самуилом Маршаком, удалось втянуть Бронштейна в научно-художественную литературу для юных читателей. На его письменном столе рядом с высоконаучными статьями, понятными считанным коллегам, в работе были детские книги о научных открытиях — при редакторском соучастии Лидии Чуковской. «Солнечное вещество» и «Лучи Икс» вышли в Детиздате в 1936-м и 1937-м, книжка об изобретении радио успела выйти лишь в журнальном варианте, и он начал книгу о Галилее.