Помоги проекту - поделись книгой:
Тема квантования пространства не была оставлена и во время морской прогулки на теплоходе «Грузия» в Батуми, устроенной для участников съезда. Далеко не все относились оптимистически к задаче построения квантовой геометрии. Паули, например, считал ее безнадежной. Бронштейн приводит его слова: «Кто в непрерывном пространстве роет другому яму, сам в нее попадет!». Эта фраза содержалась в передовой статье, написанной Паули для первого номера газеты «Am Morgen nach der Schlacht» (Наутро после битвы), изданного Бронштейном 26 августа 1930 г. Газета давала отчеты о теоретических битвах, происходивших накануне вечером в кают-компании (издателю наверняка пригодился опыт «Physikalishe Dummheiten» и «Astrocabical Journal»).
В пылу одной из таких битв прозвучало двустишие:
(«Ослы едва ли постигнут квантование пространства», или, рифмованно: «Ослы не только из упрямства не смогут квантовать пространство».)
Подводя итог рассмотрению «нового кризиса» квантовой теории, Бронштейн подчеркивает общую тенденцию развития науки, состоящую в вытеснении некоторых наглядных представлений, унаследованных от классической физики: «Реально существующий мир может и не соответствовать нашим утверждениям о нем, какими бы необходимыми они нам ни казались». Он приводит мнение Гейзенберга: основной грех квантовой электродинамики — использование в микромире уравнений Максвелла и понятия поля, основанных на классических представлениях о движении электрона и имеющих только макроскопический смысл. Это обвинение, воплощенное в формулы Ландау и Пайерлсом, сыграло стимулирующую роль и было «нейтрализовано» только анализом Бора, Розенфельда 1933 г. (подробнее см. гл. 5).
В статье Гейзенберга [157], датированной августом 1930 г., остался след его попыток развить дискретную геометрию. Он пишет о минимальной длине, об уравнениях в конечных разностях, но приводит простое соображение против нового дискретного подхода. В релятивистской области, когда скорости частиц порядка скорости света
Сейчас-то известно, что в квантово-релятивистской области могут быть существенны не только
А статью 1931 г. Бронштейн кончает такими словами: «Чувство растерянности, охватившее большинство физиков-теоретиков при виде неразрешенных и кажущихся неразрешимыми трудностей, является характерной чертой переживаемого теорией кризиса».
Растерянность была так сильна, что в течение нескольких лет многие физики верили в гипотезу Бора, согласно которой в грядущей перестройке теории придется пожертвовать даже законом сохранения энергии (подробнее об этом в гл. 4). Действовала, правда, еще инерция революционности, характерной для прошедшего тридцатилетия.
И не нужно думать, что Паули, скептически относясь к идее дискретной геометрии и не поверив в гипотезу Бора (противопоставив ей нейтринную гипотезу), в целом иначе оценивал «новый кризис». Так, в 1933 г., уже после того как фундаментальная трудность уравнения Дирака превратилась в триумфальное предсказание античастиц, когда неказистая идея нейтрино побеждала безумно храбрую боровскую гипотезу, Паули писал, что создание подлинной квантово-релятивистской теории «приведет к существенному изменению понятия пространства-времени (а не только понятия поля) в областях размером
Гипотеза минимальной длины, родившаяся во время «нового кризиса», была попыткой квантово-релятивистского обобщения геометрии. Такие попытки имеют собственную интересную историю, которую надо начинать с программы единой теории поля 20-х годов[20] [127]. Вот что, например, писал Бронштейн в 1929 г. в связи с очередным проектом единой теории: «Построение такой геометрии пространства и времени, из которой вытекали бы не только законы тяготения и электромагнитного поля, но и квантовые законы,— вот величайшая задача, которая когда-либо стояла перед физикой» [54]. Так что энтузиазм по поводу квантования пространства возник не на пустом месте.
По мнению Бронштейна, «если даже программа дискретной геометрии не осуществится, некоторые следы этой теории все же должны в физике остаться» [64]. И действительно, идея квантовой геометрии, или, более осторожно, идея фундаментальной длины (ограничивающей область применимости классической евклидовой геометрии), с тех пор не исчезала из поля зрения теоретиков [200]. В разные времена с ней связывалось больше или меньше надежд. В 60-е годы энтузиастом этой идеи был, в частности, И. Е. Тамм. Выдвигались разные проекты квантовой геометрии (некоммутирующие координаты, конечные геометрии, искривленное импульсное пространство и др.). При этом фундам-1е3нтальную длину привязывали к той же величине 10-13 см, что и в 1930 г., однако проверка квантовой электродинамики на малых расстояниях показала, что по крайней мере еще на несколько порядков вглубь действует евклидова геометрия.
Попытки обобщить пространственно-временное описание долгое время были подчинены физике элементарных частиц в старом понимании — без учета гравитации. Все эти попытки, как считается, принадлежат только истории. Вместе с тем в современной физике распространено мнение (имевшее до 70-х годов только отдельных сторонников), что обобщение пространственно-временного описания неизбежно. Но связывается это обобщение с программой построения единой теории всех взаимодействий, включая гравитацию, и квантовой космологии. И характеризуется оно так называемой планковской длиной) =10- см.3 1/233
Первые основания для такого прогноза обнаружил Бронштейн в 1935 г. Подробнее об этом мы будем говорить в главе 5, а пока опять вернемся в 1930-й год, в «новый кризис теории квант».
В начале статьи Бронштейн рассказывает о том, как собравшиеся у Бора в Копенгагене весной 1930 г. видные знатоки квантовой физики под тяжестью проблем квантовой теории (каждую из которых Паули отмечал, трубя в рог) с шутливой торжественностью отказывались от своей профессии. Несмотря на это и на заключительные слова Бронштейна о растерянности, охватившей теоретиков, от его статьи в целом веет вовсе не унынием, а предвкушением грандиозных событий, предстоящих неизбежных побед человеческого разума, которые будут тем триумфальней, чем серьезней кризис.
Однако в редакции «Научного слова», по-видимому, не захотели, чтобы советская физика переживала какой-либо кризис.
Поэтому статью Бронштейна снабдили редакционным предисловием, в котором отмечалось, что автор, касаясь «одного из наиболее острых кризисов буржуазной мысли в области теоретического естествознания — кризиса современной теоретической физики, не освещает связи этого кризиса с кризисом буржуазного идеалистическо-махистского миросозерцания, вообще не видит выхода из теоретического тупика путем перестройки всего теоретического естествознания на базе диалектического материализма». Публикация статьи оправдывалась только тем, что «автор дал очень живую и яркую картину современной квантовой физики, доступную и для неспециалистов». Не удовлетворившись предисловием, в редакции дописали к статье и последние слова: «Преодоление кризиса невозможно внутренними силами буржуазного теоретического естествознания» (по воспоминаниям А. И. Ансельма, возмущенный Бронштейн подумывал о том, чтобы воздействовать на непрошеных соавторов в форме, совершенно не свойственной теоретику).
Отсюда можно получить некоторое представление о тогдашней социально-научной атмосфере, столь отличной от нынешней. Не учитывая этого, трудно понять научную жизнь 20—30-х годов.
В Советской России первых десятилетий обществоведы внимательно следили за процессами, происходящими в естествознании. Для этого были причины. В естественных науках, достижения которых воплощаются в новой технике, видели важнейшее средство преобразования производительных сил, а тем самым согласно марксизму и общества в целом. Кроме того, революционному социальному переустройству была созвучна революция в естествознании, происходившая тогда и связанная прежде всего с релятивистской и квантовой физикой.
Особенно горячо принималась теория относительности. В начале 20-х годов имя Эйнштейна стало почти нарицательным. Любого человека, по многу раз на день отвечающего на вопросы «где» и «когда», задевали выводы теории относительности о пространстве и времени. Сильное впечатление также произвели наблюдения английских астрономов, подтвердившие теорию немецкого физика,— в мире, еще недавно расколотом мировой войной и национализмом. Идеи теории относительности (или, вернее, то, что под ними понималось) проникали в книги этнографа, религиозного мыслителя, поэта; в 20-е годы появились десятки популярных изданий по теории относительности [130].
Слова «горячий прием», однако, характеризуют только абсолютную величину отклика, но не его знак. А знаки были оба: и плюс, и минус. По словам Планка, «новые научные истины побеждают не так, что их противников убеждают и они признают свою неправоту, а большей частью так, что противники эти постепенно вымирают, а подрастающее поколение усваивает истину сразу» [254, с. 656]. Человеку, знающему о теории относительности «с пеленок», легко преуменьшить усилия, которые требовались физику, воспитанному в дорелятивистскую — эфирную — эру, чтобы усвоить новый взгляд. Достаточно вспомнить, что даже у А. Пуанкаре, сделавшего многое для создания теории относительности, имеются антирелятивистские высказывания.
Наиболее видным противником теории относительности в нашей стране стал профессор физического факультета Московского университета А. К. Тимирязев (1880—1955). Вместе с ним был известный электротехник академик В. Ф. Миткевич (1872—1951) и еще ряд физиков, философов и журналистов. Когда противники новых идей исчерпывали физические и полуфизические доводы, они переходили к нефизическим (или даже антифизическим). Естественно, предпочитали брать на вооружение доводы, наиболее сильные в данных социально-культурных обстоятельствах. Когда общественная жизнь определялась противостоянием социально-экономических укладов, наиболее сильные нефизические аргументы относились к сфере философии и политики.
Не следует, однако, думать, что взаимодействие физики со сферой идеологии имело только недоброкачественный характер и проводилось только ретроградами от науки, выжившими из творческого возраста. Пик философских дискуссий по теории относительности, например, приходится на вторую половину 20-х годов, и уже тогда было, в сущности, выработано философское отношение к науке, принятое в наше время. Уже тогда было осознано, что научная теория не может противоречить подлинно научной философии, а выводы теории относительности вполне соответствуют диалектической взаимосвязи пространства, времени и движения [263, 177].
В советской науке быстро рос удельный вес молодежи. В науку устремился поток молодых людей из социальных слоев, отгороженных ранее от нее высокими барьерами. Обычное для периодов спокойного развития науки влияние маститых «геронтов» и устойчивой иерархии существенно ослабло. С этими процессами был сопряжен стремительный переход российской науки из положения далекой провинции на мировой уровень.
Бурлящая идеологическая атмосфера и осознание ответственной социальной роли науки побуждали молодых ученых к «идеологизации» науки в гораздо большей мере, чем это обычно для нашего времени.
И тональность цитированного предисловия редакции к статье Бронштейна была нередкой для того времени. Например, в номере «Научного слова» со статьей Бронштейна, в разделе «Из жизни науки», была помещена пространная декларация, подписанная молодыми математиками (Л. А. Люстерником, Л. Г. Шнирельманом, А. О. Гельфондом, Л. С. Понтрягиным), с призывом к радикальной перестройке Московского математического общества, перед которым ставились, в частности, задачи «сблизить кадры математиков с пролетариатом, бороться за марксистское революционное миросозерцание в вопросах математики, за освобождение советской науки от идеологического плена буржуазной науки».
А в 1935 г. в «Известиях» появилась статья Л. Д. Ландау под названием «Буржуазия и современная физика». В этой статье обличалось влияние буржуазной идеологии на физиков Запада; Эддингтон и Джинс были в запале названы «физиками средней руки, чьи научные работы не слишком значительны»; под горячую руку досталось даже Бору [215].
Такая идеологическая активность вызывалась не только энергией социального переустройства, высвобожденной революцией. Само развитие физики, прежде всего освоение теории относительности и квантовой теории, связанная с ними грандиозная перестройка фундамента и переосмысление всего здания физической науки обусловили повышенное внимание к вопросам методологии и философии физики в 20—30-е годы. Это было отличительным знаком времени и проявлялось в разных формах: в передовых статьях УФН, в том, что в составе ЛФТИ был самостоятельный отдел методологии физики, а на пленарном заседании одесского съезда физиков был поставлен большой доклад Б. М. Гессена, посвященный методологическим вопросам квантовой физики, взаимосвязи физики и философии.
Состояние фундаментальной теоретической физики того времени (физики квантовой, релятивистской и особенно квантово-релятивистской) было таким, что методологический анализ и соответствующие выводы стали неизбежной — явной или неявной — составляющей размышлений физика над «сокровенными тайнами природы». И Бронштейн вовсе не был склонен обходить тогдашние острые методологические углы физики. В его книгах и статьях, даже ранних, можно найти проницательные замечания и выразительные формулировки, которые, как указывают историки философии [178], стали заметным вкладом в анализ методологических уроков, преподанных физикам их революционно обновлявшейся наукой. И его статью в «Научном слове» нельзя было упрекнуть в недостаточном внимании к методологическим вопросам, которые ставило развитие физики.
Чтобы понять мотивы авторов редакционного предисловия к этой статье, вспомним, что 1930-й год — это второй год тяжелейшего кризиса, поразившего мировую капиталистическую экономику, и второй год жизни нашей страны в условиях первого пятилетнего плана. Тогда господствовало убеждение, что государственное планирование обеспечит бескризисное интенсивное развитие советской экономики. В плановой организации видели большие возможности и для ускоренного развития советской науки. На одесском съезде А. Ф. Иоффе сделал на эту тему большой доклад; в марте 1931 г. состоялась первая Всесоюзная конференция по планированию научно-исследовательской работы, в декабре 1932 г.— вторая. Можно представить себе, что человек, идеологически подкованный, но не слишком глубоко понимающий жизнь фундаментальной науки в ее истории и развитии, мог усмотреть аналогию между кризисом экономическим и «новым кризисом теории квант» и решить, что советская физика не может отвечать за этот кризис и, более того, что именно советская наука, вооруженная передовой идеологией и организованная на плановых началах, может этот теоретический кризис преодолеть. По-видимому, так думал и составитель редакционного предисловия к статье Бронштейна.
Позиция самого автора, если судить о ней по содержанию его статей, а не искать прямолинейных деклараций, была вполне передовой — он глубоко понимал диалектику развивающегося научного знания. Ему, как представителю точных наук, также были видны преимущества плановой организации. Но он, прекрасно зная историю науки и зная о роли неожиданных экспериментальных открытий (таких, как открытия Беккереля и Рентгена) и теоретических идей (планковского кванта, эйнштейновской геометризации тяготения), видел и границы применимости планирования в науке. След соответствующих дискуссий сохранился в виде выразительного шаржа, на котором М. П. изображен в цыганской шали, со словами: «Планирование — это предсказание».
То, что Бронштейн считал прогноз развития фундаментальной физики делом сомнительным, нисколько не ослабляло его уверенности в том, что это развитие будет основано на квантовой механике и теории относительности, на объединении этих теорий.
О взгляде Бронштейна на квантовую механику в 1931 г. можно узнать из двух его (помещенных в УФН рядом) рецензий: на «Принципы квантовой механики» Дирака и на книгу Вейля «Теория групп и квантовая механика». Эти рецензии на книги, посвященные одной области, многое говорят о состоянии этой области, о духе времени и о самом рецензенте. Поэтому прочитаем их внимательно.
«После нескольких лет весьма бурного развития квантовая механика наконец пришла в состояние относительной законченности. Ее основные идеи, казавшиеся в первое время чрезмерно абстрактными и парадоксальными, стали знакомыми и привычными; наряду с этим стали вырисовываться и границы применимости теории, а также и фундаментальные трудности, мешающие ей перешагнуть через эти границы,— иными словами, наступил период кризиса. Нет ничего удивительного в том, что у теоретиков появилась потребность оглянуться на пройденный путь, подвести итоги и тщательно проанализировать основные принципы теории для того, чтобы было видно, в каком направлении следует двигаться дальше»,— так начинается рецензия на книгу Дирака, книгу, которую Бронштейн считает выражением указанной потребности и «наилучшим из существующих изложений квантовой механики».
«Наилучшим» не значит «идеальным». По мнению Бронштейна, Дирак недостаточное внимание уделяет принципу неопределенности и недооценивает радикальность перемен, к которым должно привести построение релятивистской квантовой теории.
Недостаткам книги уделена четверть рецензии, но только потому, что они «бросаются в глаза гораздо меньше, чем ее совершенно неоспоримые достоинства. Главное из этих достоинств — простота». В главах, содержащих конкретные применения теории, Бронштейн видит педагогический образец, который превзойти невозможно, а в целом книга Дирака, по его мнению, «полностью опровергает легенду о том, что современная теоретическая физика представляет какой-то густой лес математических формул; все это оказывается ,,от лукавого"; на протяжении всей книги читатель не найдет ни малейших следов напыщенной учености и педантизма».
Мнение рецензента было весьма основательным. Он не просто прочел книгу Дирака, а перевел ее, снабдив перевод (вышедший в 1932 г.) значительным числом пояснительных примечаний.
Книгу Вейля 25-летний рецензент оценивает совсем иначе, хотя и отдает должное «учености ее автора»: «Изложение повсюду отличается свойственной Вейлю элегантностью; однако оно не может избежать упреков в педантизме, если даже сделать соответствующую скидку на то обстоятельство, что книга Вейля есть не физическая книга, но лишь математическая книга по поводу физики. Тот, кто желает понимать квантовую механику, сделает большую ошибку, если будет изучать ее впервые по книге Вейля; книга носит эстетический характер и поэтому может быть рекомендована только читателю-математику, но не физику (хотя бы и теоретику)». Бронштейн отмечает, что физические результаты, к которым приводит книга Вейля, могут быть получены гораздо более коротким путем, и безо всякого почтения пишет, что изложение трудных вопросов квантово-релятивистской теории дано «в обычной для Вейля манере сочетания внешнего математического блеска с бедностью физическими идеями». В заключение, ввиду того что книга «не превосходит другие книги по квантовой механике по физическому материалу, будучи наиболее трудной из всех», следует суровый приговор о нецелесообразности ее перевода.
По некоторым сохранившимся свидетельствам может возникнуть впечатление, что среди молодых теоретиков начала 30-х годов был силен культ теории самой по себе. Имел даже хождение специальный обвинительный ярлык — «талмудизм», подразумевающий слишком сильное стремление возводить свои сухие теоретические построения на фундаменте «первых принципов» и пренебрежение к феноменологическому подходу, к вечно зеленеющему древу физической жизни[21]. Такого рода претензии к молодым теоретикам были, например, у Иоффе. По-видимому, сказалось то, что он был экспериментатором и не так легко принимал изменение стиля теоретической физики.
Поскольку свой язык теоретическая физика в большой мере берет у математики, можно было бы думать, что высокие требования к качеству физической теории подразумевают и поклонение математике. То, что это не так, видно из рецензий Бронштейна. Только физик-теоретик мог сказать о книге Дирака: «простой и ясный физический результат не затемнен педантическими конструкциями математика». И только физик-теоретик мог так непочтительно говорить о книге выдающегося математика Вейля.
Несмотря на то что в течение XX в. математическая оснащенность теоретической физики стремительно возрастала, принципиальное различие между профессиями физика и математика, различие в мировосприятиях осталось. Вейль был математиком, хотя его имя принадлежит также истории теоретической физики (первый проект единой теории поля, идея калибровочной симметрии). Если ограничиться краткими характеристиками, можно сказать, что физик стремится раскрыть одно-единственное устройство Мироздания, стремится к единственной истине, а математик изобретает и исследует конструкции, заботясь только об их стройности и последовательности,— стремится получить все возможные истины[22].
Не следует думать, что отношение Бронштейна к математике было чисто потребительским. В отличие от Ландау в царице наук он видел не только «орудие производства». Например, по воспоминаниям его друга математика Г. И. Егудина, в один из обходов книжных магазинов Бронштейн увидел на прилавке книгу «Распределение простых чисел» А. Ингама (1936). Почти не зная эту область математики (что вполне естественно для физика), он решил воспользоваться книгой для того, чтобы разузнать об одном из немногих районов, не известных (и уже поэтому интересных) ему в стране физико-математических наук. И в тот же день по телефону увлеченно обсуждал новые впечатления.
Мнение Бронштейна о том, что книгу Вейля переводить не стоит, определялось и ее трудностью, и тогдашним «педагогическим» положением квантовой механики, и тогдашним бескнижьем. В 1931 г., когда квантовая механика имела всего несколько лет от роду и репутацию очень трудной, чуть ли не иррациональной, на русском языке не было еще ни одного ее систематического изложения. В этих условиях в первую очередь нужны были книги, не отпугивающие своей трудностью начинающих. Другое дело — «продолжающие». Наверняка, Бронштейн не предполагал, что русский перевод книги Вейля появится только через 55 лет. Уже в 1931 гвполне признавая право на существование для этой книги, «написанной математиком для математиков», он замечает, что протяженность математических путей, избранных автором, «перестает казаться таким большим недостатком изложения, хотя бы потому, что тот, кто гуляет, никогда не может сделать крюк». Использовал он книгу Вейля и в преподавании квантовой механики.
Научные интересы Бронштейна охватывали всю фундаментальную физику. И первый его год в ЛФТИ, начавшийся с квантовой работы, завершился теорией относительности. Вместе с В. К. Фредериксом он написал энциклопедическую статью о теории относительности, а в УФН был напечатан его большой обзор по космологии.
Такой обзор был как нельзя более своевременным. После того как в 1929 г. Хаббл установил факт систематического красного смещения в спектрах удаленных галактик,— по существу, первый эмпирический факт космологического характера,— релятивистская космология получила возможность превратиться из физико-математической схемы в настоящую физическую теорию. На рубеже 30-х годов, после того как программа единой теории поля выдохлась и утратила доверие у большинства теоретиков [128], самым активным приложением общей теории относительности стала космология.
Бронштейн чувствовал себя свободно на том пересечении астрономии, физики и математики, каким была релятивистская космология. Общение с астрономами и работа в астрофизике давали ему уверенность в обращении с материалом, который сильно отличался от обычного в физике своей уникальностью и невоспроизводимостью. К этому добавлялась фундаментальная физико-математическая образованность и мастерство изложения. В результате обзор Бронштейна стал событием истории ОТО в нашей стране. Впечатление, произведенное обзором, хорошо помнят даже физики, далекие от космологии.
Статья в соответствии с названием «Современное состояние релятивистской космологии» давала исчерпывающее описание тогдашней ситуации (в статье, законченной в 1930 г., из 25 цитированных работ девять относятся к 1930 г.).
Во введении ярким языком и сжато описываются основные астрономические данные, характеризующие звездную и галактическую структуру Вселенной, и подчеркивается, что «астроном-наблюдатель никогда не будет знать ничего о мире как о целом, как бы ни увеличивалась дальнозоркость астрономических инструментов. Поэтому может казаться, что космологическая проблема является неприступной крепостью, завоевание которой не может быть уделом эмпирической науки. Но там, где астроном-наблюдатель пришел в отчаяние от своего бессилия, к решению безнадежной проблемы подходит физик».
Физический подход к космологии открыл создатель общей теории относительности. Бронштейн ясно понимал необычность проблемы, уникальность физического объекта «мир как целое», или (если пользоваться словом, менее определенным по смыслу, но общепринятым сейчас) «Вселенная». Необычность этого объекта (его уникальность в полном смысле, узость эмпирической базы космологии, безграничность в геометрическом смысле и в смысле задачи матфизики) еще несколько десятилетий мешала полноправному включению космологии в физику. Даже такой специалист в области ОТО, как В. А. Фок, весьма скептически смотрел на законность нового объекта.
Бронштейн в своем обзоре не скрывает необычность космологической проблемы за математическими формулами, а, наоборот, делает все, чтобы раскрыть «механизм» релятивистской космологии. Он дает краткий очерк римановой геометрии, достаточный для того, чтобы избавить читателя от мистического трепета перед сложностью ОТО и грандиозностью космологической задачи. И рассматривает три модели вселенной, существовавшие тогда: статическую (цилиндрическую) модель Эйнштейна, модель де Ситтера и вышедшую на первый план нестатическую модель Фридмана—Леметра.
Имя А. А. Фридмана уже появлялось на страницах нашей книги. Бронштейн пришел в Главную геофизическую обсерваторию в 1929 г., когда там, можно сказать, еще блуждала тень Фридмана (директора ГГО в последние годы своей жизни), и мог слышать о нем от его ближайших сотрудников. И в своем обзоре Бронштейн воздает должное «покойному русскому математику», который ввел нестатическую космо-логическую модель еще в работе 1922 г., «наполовину забытой»[23].
Бронштейн излагает и критически обсуждает свойства всех трех космологических моделей вместе с имевшимися тогда привязками к астрономическим данным. Он четко и ясно объясняет понятие «радиуса мира», которое тогда казалось особенно диковинным. Объясняет и на языке формул, и на языке здравого смысла: «если радиус мира очень велик, то цилиндрическая форма мира [Эйнштейна] так же мало сказывается на явлениях, происходящих в сравнительно небольших участках этого мира, как шарообразная форма Земли сказывается на явлениях, происходящих в пределах одной комнаты» (в статье рассматриваются только замкнутые модели, казавшиеся тогда предпочтительными, хотя имеется ссылка и на работу Фридмана 1924 г., посвященную случаю отрицательной кривизны — открытой модели).
Наглядным языком поясняются удивительные свойства релятивистских геометрий, выраженные в виде интегралов и уравнений. Вот, например, понятие горизонта: «письма, адресованные в пункт, отстоящий на расстояние
Релятивистская космология, несмотря на свою молодость, уже успела пережить несколько весьма драматических дискуссий. И Бронштейн не искал округлых формулирок для заблуждений именитых коллег, когда, например, писал о попытках Вейля и Эддингтона « различными правдами и неправдами» объяснить эмпирическое преобладание красного смещения в спектрах галактик с помощью решения де Ситтера. Или когда писал о неправильной формуле в американской статье де Ситтера и о правильной — в голландском ее варианте.
Заканчивают обзор проницательные и вполне оправдавшиеся слова: «Космологическая теория безусловно подвергнется еще многим изменениям. Прежде всего ей придется расширить свои сроки, которые все же чрезвычайно стеснительны для космогонистов».
Как мог недавний выпускник университета подготовить такой обстоятельный обзор (60 страниц), активно занимаясь и совсем другими областями физики? Конечно, называть Бронштейна в 1930 г. лишь выпускником университета можно только по формальным признакам: и высшее, в полном смысле слова, образование, и научную самостоятельность, и профессионализм он получал независимо от заполнения зачетки.
Бронштейн не мог бы написать столь квалифицированный обзор по космологическим приложениям ОТО, если бы не знал — энциклопедически — ситуацию в ОТО в целом. Поэтому не удивительно, что он тогда же написал о теории относительности энциклопедическую статью (вместе с В. К. Фредериксом[24]).
Энциклопедия, в которой появилась статья, называлась «технической», хотя точнее ее было бы назвать научно-технической. Издание это было весьма характерным для эпохи (с ее культом техники и знаний), но довольно странным на нынешний взгляд. Достаточно сказать, что статья «Относительности теория» помещена между статьями «Отмучивание (глин)» и «Отопление», а том начинается «Оливковым деревом» и кончается «Патентным правом». Однако, несмотря на такое тематическое разнообразие «Технической энциклопедии», статья по теории относительности (как, впрочем, и другие физические статьи) написана на высоком уровне. Основные ее разделы, посвященные СТО, ОТО, космологии и единой теории поля, принадлежат Бронштейну и Фредериксу, об астрономическ проверках ОТО написал В. Г. Фесенков, а раздел «Теория относительности и философия» — А. К. Тимирязев.
Последние два раздела выразительно характеризуют тогдашнее «общественное» положение теории относительности. Фесенков (весьма авторитетная фигура в советской астрономии, член-корреспондент АН СССР с 1927 г., академик с 1935 г.) заключает свой раздел осторожными словами: «О. т. в настоящее время не может быть проверена совершенно несомненным образом при помощи астрономических наблюдений. Тем не менее ни одно из известных явлений ей не противоречит». А Тимирязев, считая (вместе с И. Е. Орловым, З. А. Цейтлиным и другими) «основные положения теории относительности несовместимыми с материалистической диалектикой», пытался (гораздо сдержаннее, чем в своих неэнциклопедических статьях) продемонстрировать идеалистический характер теории относительности, в противовес тем, кто полагал, что она « является реализацией в конкретной форме учения диалектического материализма о пространстве и времени» (к таким Тимирязев относит Б. М. Гессена, С. Ю. Семковского, О. Ю. Шмидта).
Что касается физических разделов этой статьи, то следует думать, что своими достоинствами они в первую очередь обязаны именно Бронштейну. Дело в том, что Фредерикс смотрел на ОТО немножко снизу вверх. Получив образование в дорелятивистскую эру, он находился под сильным влиянием не только самих релятивистских идей, но и методологических предубеждений их создателей. Например, в его обзоре 1921 г. [283] можно почувствовать и конвенционализм Пуанкаре, и эйнштейновское пристрастие к принципу Маха, и аксиоматизм Гильберта; он некритически и слишком прямолинейно повторяет эйнштейновское убеждение, что полное отсутствие вещества должно приводить к евклидовой геометрии.
Бронштейну, который родился на год позже, чем теория относительности, было легче выработать самостоятельное понимание теории относительности, и он, в частности, в космологическом обзоре специально отмечает, что из отсутствия вещества вовсе не следует плоский характер геометрии. (Самому Эйнштейну до конца жизни хотелось, чтобы отсутствие гравитационного поля, отсутствие вещества означало бы даже отсутствие пространства, хотя это желание не было воплощено в физико-математической форме.) Самостоятельность Бронштейна и глубокое понимание им ситуации видны и в других местах статьи.
Поэтому нетрудно представить себе, что он испытал, увидев свою статью о космологии в УФН снабженной предисловием «От редакции» и примечаниями с неуместным комментарием философского характера и нелепыми поправками. Принадлежали они, как легко было догадаться, Б. М. Гессену, который (вместе с Э. В. Шпольским) был в то время редактором УФН и активно выступал в защиту теории относительности с позиций диалектического материализма.
Этот редакционный комментарий стал одной из причин довольно громкой истории, получившей у физтеховцев название «Гессениада». Прежде чем рассказать об этой истории, коротко охарактеризуем одного из главных ее участников.
Борис Михайлович Гессен (1893—1936) был заметной фигурой в советской физике: член-корреспондент АН СССР, директор Физического института при МГУ, декан физического факультета МГУ, видный философ и историк науки. Наиболее значительной была его работа «Социально-экономические корни механики Ньютона» [162], с которой он выступил на Международном конгрессе по истории науки в Лондоне в 1931 г. Его доклад, демонстрировавший марксистский подход к истории науки, произвел сильное впечатление [232].
Заслуживают внимания и «социально-экономические» корни самого Гессена, тем более, что о них знал герой нашей книги (от своего товарища С. А. Рейсе-ра, приходившегося Б. М. Гессену двоюродным братом). Б. М. Гессен происходил из богатой семьи, его отец был директором банка в Елизаветграде. Однако это не помешало сыну еще в юности примкнуть к социал-демократам (вместе с ним были его друзья И. Е. Тамм и Б. М. Завадовский, которым предстояло большое будущее в науке). Он участвовал в подпольной работе, а после победы большевиков от их имени конфисковал отцовский банк, его называли «наркомфин елизаветградский».
В Московском университете он начал работать, закончив Институт красной профессуры (готовивший преподавателей высшей школы обществоведческого профиля). Л. И. Мандельштам высоко ценил его заслуги в превращении физического факультета МГУ в современный центр науки и образования [257].
Гессен стремился с марксистских позиций осмыслить достижения новой физики, стараясь найти им подобающее место. Однако он, видимо, переоценивал свои возможности адекватно воспринимать эти достижения, в особенности общую теорию относительности и квантовую механику, слишком полагаясь на философские соображения. И молодые теоретики, не склонные к компромиссам (тогда, кстати, вообще немодным), не прощали ему этого, невзирая на всю его философскую защиту новой физики.
В 1931 г. вышел том БСЭ со статьей «Эфир», написанной Б. М. Гессеном [161]. Бронштейн, который читал все, эту статью обнаружил и выставил своим друзьям на осмеяние. Основания для смеха у молодых физиков действительно были. Из статьи Гессена они узнали, что «целый ряд попыток объяснить посредством движения и деформаций в эфире также и явления тяготения не дал пока никаких результатов»; что «проблема эфира является одной из самых трудных проблем физики», а «основной методологической ошибкой общей теории относительности является то, что она рассматривает эфир, как абсолютно непрерывную среду»; что «эфир обладает такой же объективной реальностью, как и все другие материальные тела», и, наконец, что «проблема эфира в современной физике еще только поставлена, но отнюдь не решена — даже в общем виде».
Такое можно было читать спокойно до 1905 г., но не в 1931 г. Ситуация усугублялась еще тем, что Гессен был не просто автором, он был одним из двух редакторов отдела физики БСЭ. И именно в редакции БСЭ получили фототелеграмму (незадолго до того появившийся вид почтовой связи):
На фототелеграмме изображен мусорный ящик, из которого рядом с пустыми консервными банками и старой метлой торчит бутылка с надписью «теплород», а рядом — ночной горшок с надписью «эфир».
Гессен не оставил эту «рецензию» без ответа, и... в Физтехе состоялось собрание, посвященное инциденту. Во время шумного разбирательства никто не защищал содержание статьи Гессена, хотя старшие сотрудники считали, что форму для рецензии молодые теоретики могли выбрать менее хулиганскую. Иоффе не более других физтеховцев был склонен реставрировать понятие эфира, и ситуация для него отнюдь не становилась легче от того, что вместе с Гессеном редактором отдела физики в БСЭ был... он сам. Однако директор ЛФТИ гораздо яснее, чем его молодые сотрудники, понимал, какую важную роль играл Б. М. Гессен, защищавший философскую правомочность новейшей физики от А. К. Тимирязева и его сподвижников.
За фототелеграммой последовали «оргвыводы» — Бронштейн и Ландау на некоторое время (с 29.01. 1932) были отстранены от преподавания в ЛПИ («за антиобщественное выступление по статье тов. Гессена в БСЭ» [102]). В 1931/32 учебном году Бронштейна пригласили (по инициативе студентов, что было тогда возможно) преподавать и в университет. Студенты успели уже оценить педагогический талант Бронштейна, но в связи с «Гессениадой» он и здесь был отстранен от преподавания. Его заменил Гамов (разочаровавший слушателей, несмотря на свое громкое имя). Основным местом работы Гамова был ФМИ, и он практически не пострадал от истории с фототелеграммой, о которой рассказал (с неточностями) в автобиографии [154].
Чтобы лучше понимать эфирный инцидент, надо знать, как в 20-е годы воспринималось слово «эфир». Читатели, знакомые с тем временем понаслышке, могут думать, что это понятие было убито теорией относительности еще в 1905 г. и сразу же перешло в мир иной — в пыльный архив науки, заняв место рядом с теплородом. Тогда статья Гессена 1931 г. должна казаться совсем уж абсурдной. Однако эфир сильно отличался судьбой от других флюидов, которые он надолго пережил. СТО действительно не давала повода для того, чтобы пытаться сохранять слово «эфир» в словаре физики. Электромагнитное поле исчерпывающим образом заменило его. В геометрии Минковского, описывающей пространство-время СТО, не оставалось никаких степеней свободы, за которые мог бы отвечать эфир.
Однако распространение теории относительности на область гравитационных явлений — создание ОТО — изменило ситуацию. В теории появилось сразу десять новых величин. Можно, конечно, их называть гравитационными потенциалами. Но в ОТО гравитационное поле неразрывно связано с геометрией, и поэтому с тем же (и даже большим) правом можно считать, что новые десять переменных величин описывают состояние пространства-времени. А универсальность такого физического объекта, как пространство-время, легко сопоставить прежней вездесущности эфира.
Когда в 1920 г. сам создатель ОТО вдруг миролюбиво заговорил о взаимоотношении эфира и общей теории относительности, многие вздохнули с облегчением. Трудно преувеличить привязанность к эфиру физиков, не принадлежавших к «подрастающему поколению» (по Планку), начавших самостоятельную работу до появления СТО. Достаточно сказать, что с понятием эфира не хотели расставаться Лоренц и Пуанкаре, внесшие значительный вклад в создание СТО. По-видимому, не случайно, что Эйнштейн «помирился» с эфиром в докладе, сделанном в Лейдене — городе Лоренца. Конечно, это было не просто проявлением добрых чувств Эйнштейна к Лоренцу. Скорее, лейденская аудитория давала хороший повод проанализировать фундаментальные идеи ОТО.
Фактически доклад Эйнштейна ничего не менял в аппарате ОТО, он мог лишь облегчить привыкание тем, кому было трудно представлять пространство-время динамической системой, а не сценой, построенной раз и навсегда. Тем, кто привык к классическим пьесам, допустить столь активную роль сцены в физическом спектакле, какая следовала из ОТО, было труднее, чем примириться с персонажем по имени Эфир, более невидимым и неосязаемым, чем привидение. Для того чтобы эфир стал неощутимым, как раз много потрудился Лоренц, и специальная теория относительности Эйнштейна завершила эти труды.
Самому Эйнштейну эфир как рабочее физическое понятие не был нужен (несмотря на то что его первая попытка написать научную работу посвящена эфиру [304]). Для него понятие пространства-времени заменяло эфир почти полностью. Можно было бы обойтись и без слова «почти», если бы Эйнштейн практически с самого рождения ОТО не думал о ее обобщении (на путях включения квантовых идей и построения единой теории). Неокончательность теории не позволяла канонизировать понятие пространства-времени.
Однако подлинный смысл миролюбия Эйнштейна к эфиру был виден отнюдь не всем и не сразу. Так, например, С. И. Вавилов, реферируя лейденский доклад, писал: «Наиболее знаменательным является "снятие запрета" с гипотезы мирового эфира самим, автором этого "запрета", гипнотизировавшего 15 лет науку и несомненно тормозившего естественное развитие ценной для физики гипотезы» [122]. И это писал активно работавший физик, который в своей замечательной книге 1928 г. «Экспериментальные основания теории относительности», ставшей важной вехой в истории утверждения ОТО, уже констатировал: «демо-критово пустое евклидово пространство и непостижимый эфир заменились сложным, но физически доступным пространством-временем Эйнштейна» [123, с. 13].
Такая замена стала фактом для физиков, воспринимавших «проэфирные» выступления Эйнштейна не только на филологическом уровне и не изолированно от физико-математического содержания других работ по ОТО. К этим физикам Гессен не относился. Судя по его книге [160] и упомянутой статье «Эфир», Гессен вполне адекватно представлял себе суть СТО, но довольно поверхностно — ОТО, и его приверженность эфиру коренилась все же в физике дорелятивистской. Именно этим и была вызвана реакция молодых теоретиков на статью Гессена.
По отношению к Бронштейну во всяком случае нет оснований предполагать, что он был большим релятивистом, чем сам Эйнштейн, и относился к понятию эфира враждебно из-за его неблагополучного происхождения. Чтобы убедиться в этом, достаточно прочитать его статью 1929 г. «Эфир и его роль в старой и новой физике» (см. приложение к данной книге). С удивительным для молодого физика уважением к истории науки и со знанием дела здесь рассказывается об эволюции понятия эфира. А в конце статьи весьма неожиданный для нынешнего (неподготовленного) читателя вывод о том, что без эфира теоретическая физика не может обойтись.
Не удивится этому тот, что знает, что такого же рода прогнозы делал Эйнштейн в 1924 и 1930 гг. [309, 310], и кто понимает смысл, который вкладывали в слово «эфир» эти прогнозы. Они не оправдались, только если воспринимать их буквально: слово «эфир» несло слишком тяжелый груз ненужных ассоциаций. Но эфир, понимаемый как вездесущая, универсальная физическая среда,— под другими именами,— действительно живет в физике, а в последние годы даже находится в центре ее забот. Другие имена — пространство-время и единое поле — существовали уже в 20-е годы, но только после длительного перерыва они вновь вышли на передний план в теоретической физике. Наследником эфира стал и вакуум, который в современной физике способен нагреваться и участвовать в фазовых переходах. Этому, возможно, порадовались бы приверженцы эфира былых времен, но другие свойства нового эфира, несомненно, очень бы их озадачили, например его способность рождать частицы. А главная проблема, которую предстоит решить в теории этого нового, или даже новейшего, эфира,— объединение ОТО и квантовой теории. Эту проблему поставил и глубоко проанализировал герой нашей книги еще в 1935 г. Но об этом мы будем говорить в главе 5.
В «эфирной истории» участвовали физики разных поколений. Не учитывая взаимоотношений «отцов и детей», невозможно понять общую атмосферу в тогдашней теоретической физике.
Известный музыкант Г. Г. Нейгауз говорил, что таланты создавать нельзя, но можно создавать почву, на которой растут и процветают таланты. Это относится не только к музыке. Директора ЛФТИ недаром называли «папой Иоффе». Во многом благодаря его
«отцовским» заботам ЛФТИ дал начало биографиям многих выдающихся советских физиков. Теоретиков ЛФТИ опекал и заведующий теоротделом Я. И. Френкель. Его заботливое отношение к сотрудникам и ученикам выразительно характеризуют воспоминания о нем [139] и его собственные письма [284]. Не случайно в упоминавшемся уже очерке В. Б. Берестецкого «Семинар», основанном на физтеховских впечатлениях, Я. И. Френкель выведен под именем Добрый.
Доброе отношение испытал на себе и Бронштейн. Уже в ноябре 1930 г. Френкель писал: «Мне везет на ассистентов. ...Аббата я считаю самым талантливым». На съезде в Одессе Яков Ильич «сговорился с Зоммерфельдом о том, чтобы Бронштейн у него поработал некоторое время», а во время пребывания в США (1930—1931) хлопотал о Рокфеллеровской стипендии для него [284] (эта стипендия давала возможность провести год в зарубежных научных центрах; ею смогли воспользоваться сам Френкель, Крутков, Фок, Скобельцын, Ландау, Шубников).
Стремительный рост научно-технического потенциала страны был связан со значительной ролью молодых. Положение в советской науке 30-х годов, как и в обществе в целом, хорошо описывают слова песни, рожденной в те годы: «молодым везде у нас дорога». Этому способствовали и руководители Физтеха. В 1933 г. Иоффе, подводя итоги 15-летней биографии института, к основным принципам его деятельности отнес «привлечение к ответственной творческой работе молодежи (одно время нас называли иронически «детским домом»)» [194].
Со второй половиной песенной формулы — «старикам везде у нас почет» — дело обстояло хуже, особенно если говорить о почете со стороны молодых. Два эти лозунга только в песне соединяются легко, в жизни они зачастую противоречат друг другу. К 40, 50-летним «старикам» молодые теоретики относились без почтения, если им казалось, что взгляды «стариков» отстают от времени. Как бывает с детьми, уже самостоятельными, но еще недостаточно взрослыми, они недооценивали «папу». Вряд ли они считали, что Иоффе не выполняет отцовских обязанностей, но думали, что правами злоупотребляет. Это, однако, не мешало Иоффе защищать «детей», например, от обвинений в идеализме со стороны деятелей, сочетавших, невежество с пылкими фразами; не уменьшало это и усилий Иоффе по созданию той самой атмосферы, в которой могут развиваться таланты.
Поделиться книгой: