Геннадий Горелик - Матвей Петрович Бронштейн

• Название: Матвей Петрович Бронштейн
• Автор: Геннадий Горелик
• Издательство: АКАДЕМИЯ НАУК СССР
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1990
• ISBN: ISBN 5-02-000670-Х

В книге рассказывается о жизни и творчестве замечательного советского физика-теоретика М. П. Бронштейна. Наиболее важный его вклад в науку — первое глубокое исследование квантования гравитации. Полученные им результаты стали особенно актуальны в наше время, когда построение квантовой теории гравитации насущно необходимо для космологии и физики элементарных частиц. Бронштейну также принадлежат важные работы в релятивистской космологии, астрофизике, теории полупроводников. Написанные им замечательные научно-популярные и научно-художественные книги переиздаются в наши дни.

Книга рассчитана на читателей, интересующихся историей советской науки.

---

Для тех, кто имеет представление об авторах этой заметки, она выглядит очень странно. Бросается в глаза явная «нерезультативность» этой публикации в научном журнале (ни одной производной, ни одного интеграла!). Если еще учесть утроенный авторский потенциал (это, кстати, единственная их совместная работа) и молодость авторов, то недоумение только возрастает. Трудно удержаться от предположения, что Ландау должен был назвать такую заметку «филологией» (самая мягкая из его отрицательных оценок). Ни у кого из троих в других работах не видно следов этой заметки.

Упоминание Планка привязывает этот текст сразу и к прошлому, и к будущему. В 1899 г. Планк ввел — с чисто метрологической целью — естественные единицы на основе констант с, G и только что появившейся h; а, как впервые обнаружилось в диссертации Бронштейна 1935 г., эти же самые план-ковские величины соответствуют квантовым границам ОТО (см. разд. 5.4).

Только Гамов, более других соавторов склонный к научно-популярному жанру, обсуждал в своих книгах константы с, G, h. Он даже дал инициалы С. G. Н. своему герою мистеру Томпкинсу, банковскому клерку, заставив его интересоваться физикой [149]. Но то, как Гамов обращался с этими константами, скорее доказывает, что заметка 1928 г. (в которой с, G, h одинаково выделены) не оставила в нем глубокого следа. Он сомневался в фундаментальности G, то подозревая, что это замаскированный квадрат константы слабого взаимодействия, то легко допуская переменность G, то вообще исключая ее из числа «истинных констант» [153, с. 157]. И даже когда Гамов писал обо всех трех константах, он делал это через запятую, рассказывая в отдельности о с-, G- и h-теориях, но не о cGh-физике. Мало того, что он в угоду своей выдумке с инициалами изменил буквы с и h со строчных на прописные; он еще и без всяких колебаний — в педагогических целях — менял сами величины с, G, h, считая, что это помогает понять физику [149].

Такое вольное обращение с фундаментальными константами, но мнению Бора, было скорее глупым, чем смешным [241, с. 189]. Вряд ли этот педагогический прием нашел бы сочувствие и у Эйнштейна. Оба великих физика считали значения универсальных констант настолько существенными для устройства мироздания, что их нельзя менять без изменений или даже разрушения самого этого устройства [310, т. 4, с. 281] (речь, разумеется, идет об изменениях безразмерных комбинаций констант; остальные просто фиктивны). Так же относился к фундаментальным константам и М. П. Бронштейн.

Как мы видим, даже в Гамове, с его «филологическими» наклонностями, не узнать автора cGh-заметки

1928 г.

Вероятно, читатель уже догадался, к чему его склоняют. Действительно, и ознакомившись с последовательными и настойчивыми сGh-построениями Бронштейна, трудно допустить его непричастность к заметке 1928 г. Можно, конечно, предположить, что идею, к которой ее авторы были довольно равнодушны, Бронштейн принял близко к сердцу, а затем ее развил, «геометризовав» в виде своей cGh-схемы. Но если помнить об устойчивом интересе Бронштейна к соотношениям теорий, о ключевых для него словах «границы применимости теории» (появившихся уже в первой его работе 1925 г.), то легче предположить другое.

В 1927 г. (заметка датирована 20.10.1927 г.) три мушкетера — Джо, Димус и Дау только что расстались с университетом, Аббат еще на положении студента. Джаз-банд в расцвете. И преданность его участников науке нисколько не препятствовала веселью и озорству. Озорным было и рождение заметки, в которую мы так пристально вглядываемся. По свидетельству А. И. Ансельма, она сочинялась во время не очень сытного, но веселого КУБУЧевского обеда в «Астории». И сочинялась ко дню рождения прекрасной дамы — И. Сокольской, также участницы Джаз-банда. При публикации посвящение исчезло. Однако и без него ясно, что заметка трех авторов не соответствовала их собственным стандартам научной работы. Хотя для физических разговоров тема была пригодна. Из устного арсенала ее, видимо, извлекли,7 когда возникла срочная надобность написать статью[49]. А в арсенал этот, где идеи очень быстро коллективизируются, она могла попасть как раз благодаря Бронштейну (который 20 октября 1927 г. обедал, возможно, не в компании своих друзей-физиков, а в обществе астрономов или филологов).

В пользу этого предположения говорит еще то, что Бронштейн, очень аккуратный в ссылках, заметку своих друзей нигде не упоминает[50].

в) У истоков квантово-релятивистской астрофизики. Герой нашей книги ожидал сGh-теорию, питаясь не только общими соображениями, воплощенными в сС/-схеме. Иначе он был бы только философствующим физиком. Но он был физиком практикующим. И зачатки cGh-физики находил среди конкретных физико-математических выкладок. Такие выкладки содержатся в его работах о релятивистском обобщении принципа неопределенности (см. разд. 5.4), о свойствах излучения при очень высоких — астрофизических — температурах, о внутреннем строении звезд.

Большую статью Бронштейна 1933 г. [20] относят к основополагающим для теории белых карликов [198, с. 110]. В ней действительно физически очень ясно и внимательно рассмотрено равновесие гравитирующего шара, состоящего из вырожденного ферми-г9аза в не-и ультрарелятивистском предельных случаях[51]. В этой работе также впервые получено уравнение для такой звезды в общем случае, когда степень релятивизма меняется от центра звезды к поверхности [20, с. 99]. Бронштейн отметил, однако, что решение этого уравнения связано с «утомительными вычислениями». Вычисления проделал в 1935 г. Чандрасекар [296]. Теорию белых карликов он довел до количественных результатов, полученных численным интегрированием (Чандрасекар отметил, что само уравнение он дал в предварительной заметке 1934 г. [295], однако советские астрофизики знали, что Бронштейн получил его первым [92—93]).

И все же статья Бронштейна, как и предшествующая ей заметка Ландау [214] (на которую он ссылается), были посвящены не белым карликам; в обеих статьях белые карлики не упоминаются. Уже названия статей говорят о том, что авторы видели перед собой более общую проблему — проблему физической природы звезд и механизма их излучения. Авторов-физиков звезда интересовала прежде всего как загадочный физический объект. Это, в частности, объясняет, почему Бронштейн не «пробивал» решение полученного им уравнения (для «чистого» астрофизика задача несомненно достойная).

Статью [20] Бронштейн начинает с критики теории Эддингтона за то, что она пыталась описать устройство звезды независимо от вопроса об источнике звездной энергии. Затем, следуя Ландау, он рассматривает газовый шар без всяких источников энергии при нулевой температуре. Такая звезда из классического идеального газа не может быть в равновесии и будет сжиматься, пока не начнут проявляться законы квантовой статистики. Именно так предметом рассмотрения и стало равновесие шара из вырожденного ферми-газа. Следует отметить, что результатом заметки Ландау тогда считалось вовсе не существование предельной массы для такой конфигурации

Этот замечательный результат, как указывает Бронштейн, впервые получен Стонером в 1930 г. [266]. Однако Стонер не увидел ничего страшного в неограниченном сжатии звезды с массой больше предельной: он считал, что такое сжатие будет приводить просто к разогреву и излучению.

Ландау же, поскольку при массе, большей М0, «во всей квантовой теории не существует причины, которая предотвратила бы сжатие системы в точку», а с другой стороны, «в действительности такие массы мирно существуют в виде звезд», приходит к заключению, что «все звезды тяжелее, чем 1,5 М0, содержат область, в которой нарушаются законы квантовой механики (и тем самым квантовой статистики)»; «можно с большой вероятностью предположить, что такую патологическую область имеют все звезды» и что « именно наличие таких областей и делает звезды звездами». «Следуя красивой идее проф. Нильса Бора», Ландау предлагает объяснить излучение звезд «просто» несохранением энергии в релятивистской квантовой механике: эта теория должна действовать в патологической области, когда атомные ядра придут в тесный контакт и образуется одно гигантское ядро[52].

Таким образом, самого Ландау астрофизика приводила только к проблеме сй-теории, G играла роль внешнего фактора, так сказать, стенок сосуда. А для Бронштейна, вполне принимавшего выводы Ландау, астрофизический материал говорил о необходимости построения cGA-теории: «Релятивистская теория квант, соединяющая волновую механику со специальным принципом относительности, должна будет подвергнуться дополнительному расширению в духе общего принципа относительности» [20, с. 102]. Такую необходимость Бронштейн поясняет простым соображением: если Солнце сожмется до ядерной плотности, то его радиус станет сравним с гравитационным.

А одним из наиболее интересных следствий указанных соображений Бронштейн назвал необходимость создания новой физической теории, применимой ко всем частям Вселенной, при этом «сами понятия пространства и времени, а следовательно и формулировка общего принципа относительности и уравнений тяготения, должны подвергнуться в этой будущей теории каким-то весьма глубоким преобразованиям» [20, с. 103]. Эти рассуждения, стоявшие за cGh-схемой [21], были конкретизированы в диссертации.