Андрей Сахаров - Воспоминания

• Название: Воспоминания
• Автор: Андрей Сахаров
• Жанр: Биографии и Мемуары

В двухтомник вошли книги воспоминаний академика Андрея Дмитриевича Сахарова: «Воспоминания» и «Горький, Москва, далее везде», написанные в 1978-1998 гг., постскриптум Елены Георгиевны Боннэр к «Воспоминаниям», а также приложения и дополнения, содержащие письма, статьи и другие материалы.

---

Введение космологической постоянной эквивалентно предположению, что вакуум обладает некоторой плотностью энергии и противоположным по знаку давлением, которые создают гравитационное поле по тем же законам, что «обычная» материя. Идея Зельдовича заключалась в том, что космологическая постоянная представляет собой энергию нулевых колебаний квантовых полей элементарных частиц и их взаимодействий. На заре квантовой теории поля энергия нулевых колебаний, как я уже писал, очень пугала теоретиков. Потом возникла привычка к ним, стали считать, что это – ненаблюдаемое постоянное слагаемое в полной энергии (но при этом забывали, что и постоянное слагаемое в энергии должно создавать гравитационное поле – на это и указал Зельдович). Напомню, что в квантовой механике каждой колебательной степени свободы системы (каждому «маятнику») соответствует энергия hw (1/2 + n); w – частота, h – постоянная Планка и n – целое число. При n = 0 имеем состояние наименьшей энергии, из-за присутствия в формуле половинки она не равна нулю; это – следствие принципа неопределенности. Число степеней свободы в вакууме бесконечно; соответственно, энергия нулевых колебаний вакуума может оказаться тоже бесконечной. Выход тут заключается в том, что нулевая энергия фермионов – частиц с полуцелым спином – имеет другой знак, чем энергия бозонов, и в принципе возможна компенсация. Окончательное решение проблемы, как я думаю, – в использовании идей так называемой суперсимметрии – симметрии между бозонами и фермионами.

Зельдович докладывал свою работу о космологической постоянной на семинаре Теоретического отдела в ФИАНе. Я тогда еще не ходил в ФИАН и не присутствовал на этом докладе. Теоретики ФИАНа резко отрицательно отнеслись к идеям Зельдовича, которые шли вразрез с установившейся традицией игнорировать нулевую энергию. После семинара Зельдович позвонил мне по телефону и рассказал содержание своей работы, очень мне сразу понравившейся. А через несколько дней я сам позвонил ему со своей собственной идеей, представлявшей дальнейшее развитие его подхода.

Я решил рассмотреть те изменения энергии нулевых колебаний полей элементарных частиц, которые имеют место при переходе от плоского четырехмерного пространства-времени к искривленному, и связать эти изменения энергии с выражениями, входящими в уравнения теории тяготения Эйнштейна. Эйнштейн (и независимо от него Давид Гильберт) постулировали эти выражения, а коэффициент при них – обратно пропорциональный гравитационной постоянной – брали из опыта. По моей идее функциональный вид уравнений теории тяготения (т. е. общей теории относительности), а также численная величина гравитационной постоянной – должны следовать из теории элементарных частиц «сами собой», без каких-либо специальных гипотез.

Зельдович встретил мою идею с восторгом и вскоре сам написал работу, ею инициированную.

Я назвал свою теорию «теорией нулевого лагранжиана». Это название связано с тем, что теоретикам часто удобно иметь дело не с энергией и давлением, а со связанной с ними другой величиной – так называемой функцией Лагранжа; это разность кинетической и потенциальной энергий (на квантовом языке – с лагранжианом). В части своих работ я пользовался этим аппаратом.

Для наглядного изображения своей идеи я придумал образный термин – «метрическая упругость вакуума». При внесении в вакуум материальных тел, обладающих некоторой энергией, они стремятся его «искривить», т. е. изменить его метрику (геометрию). Но вакуум «противится» такому изменению, так как благодаря происходящим в нем квантовым движениям он обладает «упругостью». Наглядный образ – шланг, по которому течет вода. В этом случае, однако, упругость имеет обратный знак, имеет место неустойчивость. Чем больше упругость вакуума, тем меньше изменяется его геометрия телами данной массы и тем меньше гравитационное искривление траекторий. По масштабам микромира упругость вакуума очень велика, т. е. гравитационные взаимодействия для частиц микромира – слабы.

Потом я узнал, что у меня были предшественники в этого рода идеях (у меня нет под рукой ссылок, кажется один из них – Паркер), а также были авторы, которые независимо пришли к близким идеям (среди них – О. Клейн). В одной из старых работ Вейнберга вводится «нулевой лагранжиан» для тяжелого векторного бозона. Я узнал об этой работе не ранее 1968 года (из нее я заимствовал термин «нулевой лагранжиан»). Дальнейшее развитие идеи «индуцированной гравитации» получили в работах Хидецуми Теразава (H. Terazawa) и, в последнее время, в работах Стивена Адлера и Д. Амати и Г. Венециано. Я также не раз возвращался к ним.

Четвертая работа, о которой я хочу тут рассказать, – совместная с Я. Б. Зельдовичем статья «Кварковая структура и массы сильновзаимодействующих частиц» («Ядерная физика», 1966)1. Я остановлюсь лишь на той части этой работы, которая выдержала проверку временем, – на полуэмпирической формуле для масс мезонов и барионов.

Работа была написана в то время, когда вслед за выдвинутой Гелл-Маном и Цвейгом гипотезой кварков и первыми работами по симметрии сильновзаимодействующих частиц (адронов, как мы теперь говорим) работы, использующие соображения симметрии, пошли сплошным потоком – настолько плотным, что некоторые научные журналы были вынуждены принять решение прекратить их печатание. Одной из особенностей тех формул для масс адронов, которые выводились и печатались тогда, являлась различная трактовка барионов и мезонов. Для барионов соотношения записывались так, что массы в них входили в первой степени, линейно, как принято говорить, а в формулы для мезонов массы входили во второй степени, квадратично. Это, конечно, закрывало возможность сопоставления параметров в этих двух типах формул. Наша трактовка основывалась на «наивной» модели кварков, и барионы, и мезоны трактовались однотипно, линейно. Учитывалось отличие свойств двух типов кварков – входящих в протоны и нейтроны «обычных», легких кварков и так называемого «странного» кварка, обладающего большой массой и входящего в некоторые тяжелые нестабильные барионы. Других типов кварков тогда не знали, сейчас известны еще более тяжелые кварки.

Отправной точкой для всего рассмотрения явился удивительный факт различия масс барионов сигма-ноль и лямбда-ноль, имеющих одинаковый состав – они состоят из двух различных обычных кварков с электрическим зарядом +2/3 и -1/3 (в единицах заряда позитрона) и из одного странного кварка с зарядом -1/3. Я предположил, что причина различия масс этих барионов – различное расположение в них спинов кварков и различная величина взаимодействия спинов (векторов моментов количества движения) двух обычных кварков между собой и обычного кварка со странным кварком. Зная расположение спинов в лямбда и сигма, можно было вычислить коэффициент ослабления спин-спинового взаимодействия для странного кварка. Он оказался равным 0,61. С другой стороны, тот же коэффициент можно было вычислить из рассмотрения разностей масс векторных и псевдоскалярных (т. е. бесспиновых) мезонов. Так было найдено значение коэффициента ослабления – 0,64.

Совпал и другой параметр в формулах для мезонов и барионов – разность масс для странного и обычного кварка (179 и 177 мегаэлектронвольт соответственно). Заметим, что для барионов следовало использовать разность масс лямбда и протона, так как именно в лямбда не проявляется ослабление спин-спинового взаимодействия для странного кварка. Полученные совпадения параметров были большим успехом.

Конечно, полуэмпирический подход не заменяет тех детальных конкретных расчетов, которые потом проводились многими авторами. Но мне кажется, что благодаря своей крайней простоте и наглядности он полезен, многое проясняет – так же, как известная полуэмпирическая формула для масс атомных ядер Вейцзеккера, тоже основанная на очень простых и наглядных соображениях. О дальнейшем развитии идей этой работы, так же как других моих работ 60-х годов, я расскажу во второй части воспоминаний.

Уже в конце 50-х годов и особенно в 60-е годы все большее место в моем мире стали занимать общественные вопросы. Они вынуждали к выступлениям, действиям, отодвигая на задний план многое другое, в какой-то мере и науку (хотя и не всегда; иногда наука брала свое). Были и другие существенные трудности в научной работе, быть может не менее важные, в том числе естественное падение научного потенциала с возрастом.

Истоки общественных выступлений, изменения в жизни – новые обстоятельства, новые проблемы, новые люди – вот то главное, к чему я теперь перейду в своих воспоминаниях.

Рис. 3-а Рис. 3-б

Рис. 4

* Читатель, не любящий формул, всюду без особой потери пропустит их и здесь, и дальше. Я же постараюсь быть крайне экономным в этом отношении.

МК-2. Фотография

Рис. 9-а Рис. 9-б