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.

---

В журнале отразилась отнюдь не застойная общественная жизнь: на январских выборах в Академию наук были забаллотированы три кандидата-коммуниста; на III Всесоюзном съезде научных работников наряду с другими проблемами говорилось, что «затирание коммунистов, антисемитизм наблюдаются как прочное явление в некоторых вузах»; VII Всесоюзный съезд просвещенцев высказался за «пополнение кадров батрацкой и бедняцкой молодежью и за усиление борьбы с теми просвещенцами, которые подпадают под влияние буржуазных элементов города и села... »

В редколлегии журнала физику представлял Я. И. Френкель, и представлял очень успешно. Практически в каждом номере статьи по физике. Фамилии большинства авторов сейчас хорошо известны: Хвольсон, Мысовский, Харитон, Шальников, Кобеко, Курчатов, Дорфман, Кикоин, Гохберг, Гамов. Опубликованы переводы статей Планка, Комптона, Шредингера. Уже из этого перечня ясно, что на страницах журнала была представлена вся физика.

Теперь, обрисовав несколькими штрихами журнальный фон, перейдем к статьям Бронштейна.

Его рассказ в апрельском номере о «новой теории Эйнштейна» был посвящен более чем актуальному вопросу тогдашней теоретической физики. Достаточно сказать, что этот вопрос стал одним из главных на конференции по теоретической физике, собравшейся в Харькове в конце мая (рассказ Д. Иваненко об этой конференции помещен в № 14). Это первая популярная статья двадцатидвухлетнего автора (еще не закончившего, напомним, университет). Подписана она инициалами М. В., возможно, потому, что автор не решил еще, как ему относиться к самому жанру популяризации. Помимо отваги, с которой автор взялся объяснить очень высокие теоретические материи, производят особое впечатление слова о квантовой геометрии (за год до появления первых публикаций на эту тему, см. разд. 3.4) и заключительная фраза статьи, фраза, под которой и сейчас подписались бы многие теоретики.

Вторая помещенная здесь статья настолько отличается от первой, что кажется написанной другим человеком. Там энтузиазм по поводу «последнего слова» науки, тут внимательное разглядывание предшествовавших «слов» науки, всей эволюции, вкус к историческим деталям. И все же у этих статей один автор, которому просто очень интересно связать последнее слово науки с предыдущими. Первую статью прекрасно дополняет фраза из второй: «Физические величины не могли бы быть выведены из геометрических, если бы уже каким-то образом не заключались в них; и если физика становится геометрией пространства и времени, то эта геометрия в такой же мере становится физикой». Что касается заключительного прогноза, то он неверен только лексически: слово «эфир», слишком отягощенное историей, осталось в прошлом. По существу же прогноз оправдался, поскольку понятия пространства-времени и вакуума, унаследовавшие роль эфира, играют ключевую роль в современной физике.

В первых статьях Бронштейна чувствуется, конечно, давление научного лексикона (которое со временем и с мастерством исчезнет начисто), но это не мешает видеть свободное течение мысли. А такая свобода порождается только полным владением материалом.

Чтобы не возникло ощущение, что Бронштейн интересовался исключительно супервеликими проблемами, отметим, что между помещенными здесь статьями Бронштейн опубликовал статью о японском счетном приборе «Соробан». Его интересы были широки и полнокровны.

Итак, 1929-й год, журнал «Человек и природа», 22-летний М. П. Бронштейн.

М. П. Бронштейн. Всемирное тяготение и электричество (Новая теория Эйнштейна) [68]

Создатель теории относительности проф. Альберт Эйнштейн выступил с новой математической теорией, объединяющей в одно целое явления тяготения и электромагнитное поле. Помещены статьи, разъясняющие смысл новой теории, но вследствие их краткости они оказались недоступными пониманию среднего читателя. Для того чтобы понять новую теорию Эйнштейна, необходимо уяснить себе основы общей теории относительности, так как новая теория является непосредственным продолжением и развитием идей Эйнштейна о тяготении, резюмированных им в общей теории относительности. Трудность понимания этих идей происходит от двух причин. Первой причиной является то, что теория Эйнштейна оперирует не с обычным трехмерным пространством и рассматриваемым отдельно от него временем, а с четырехмерной совокупностью пространства и времени, рассматриваемым как некоторое четырехмерное «пространство». Точками такого четырехмерного пространства являются не обычные пространственные точки, а так называемые «события», т. е. точки пространства, рассматриваемые в определенный момент времени. Весь мир теории относительности является четырехмерной совокупностью таких «событий», охватывающей собою прошлое, настоящее и будущее.

Получить наглядное представление об этом четырехмерном слиянии пространства и времени возможно при рассмотрении более простого случая, когда пространство, соединяемое с временем, было первоначально не трехмерным, а одномерным. Примером может служить хотя бы такая известная всем вещь, как график железнодорожного движения. Проведем на листе бумаги две взаимно перпендикулярные прямые (оси координат).

Рис. 1 Рис. 2

Первая прямая представляет изображение железнодорожного пути, вторая является той осью, на которой откладываются в известном масштабе промежутки времени. Рассмотрим какую-нибудь точку этой диаграммы, например обозначенную цифрой 1 (рис. 1). Опустим из этой точки перпендикуляры на обе оси. Перпендикуляр, опущенный на ось, изображающую железнодорожный путь, пересечет ее в точке А, а перпендикуляр, опущенный на ось времен, пересечет ее в точке, соответствующей какому-нибудь определенному моменту времени, например 4 часам пополудни. В этом случае говорят, что точка 1 соответствует событию, происходящему в 4 часа пополудни в точке А железнодорожного пути. Если по железнодорожному пути перемещается поезд, то на диаграмме возможно начертить линию, точки которой соответствуют событиям, заключающимся в прохождении поезда в определенные моменты времени через определенные места железнодорожного пути. Такая линия начерчена на рисунке. Из нее видно, что в 4 часа пополудни поезд был в точке A, в 5 часов пополудни он был в точке Б (это «событие» изображается на диаграмме точкой 2) и т. д. Построение железнодорожных графиков известно каждому школьнику. Легко видеть, что если поезд двигался по железнодорожному пути с постоянной скоростью, то график его движения изобразится на диаграмме прямой линией, если же он двигался не равномерно, то графиком будет служить кривая или ломаная линия.

Четырехмерная совокупность «событий», рассматриваемая в теории относительности Эйнштейна и введенная впервые в эту теорию знаменитым математиком Германом Минковским, представляет полную аналогию с железнодорожным графиком, с той лишь только разницей, что эта четырехмерная совокупность по вполне понятным причинам не может быть изображена графически. Изучающий теорию относительности должен мыслить таким образом, что вместо движения материальной точки в трехмерном пространстве по некоторому пути он сразу представляет себе линию, являющуюся графиком движения этой материальной точки в четырехмерной «диаграмме» Эйнштейна. Подобные представления о четырехмерной совокупности «событий» были развиты Минковским и Эйнштейном уже для «специальной теории относительности», в которой явления тяготения еще не рассматривались. Когда Эйнштейн начал работать над созданием новой теории тяготения (в 1912 г.), ему пришлось ввести новое большое усложнение. Этим усложнением было введение неевклидовой геометрии.

Рассмотрим вкратце, в чем здесь дело, и будем для простоты рассматривать снова не четырехмерную совокупность точек, с которой приходится иметь дело в теории Эйнштейна, а двухмерную, которую возможно изобразить на листе бумаги. Проведем снова две взаимно перпендикулярные оси координат и рассмотрим две точки 1 и 2 на этой диаграмме (рис. 2). Расстояние между точками 1 и 2 можно вычислить с помощью теоремы Пифагора, если даны так называемые «проекции отрезка 1 2 на координатные оси», т. е. катеты прямоугольного треугольника 12 3, проведенные параллельно координатным осям. Квадрат длины отрезка 1 2 равен сумме квадратов его проекций 1 3 и 2 3. Теорема Пифагора даст возможность вычислять длину также и любой кривой линии, проведенной на диаграмме. Для этого нужно разбить кривую линию на ряд таких мелких частей, что каждая из этих частей может приближенно рассматриваться как отрезок прямой линии (бесконечно малая дуга может быть заменена своей хордой). Вычислив длину каждого бесконечно малого отрезка прямой линии, равную квадратному корню из суммы квадратов проекций этого отрезка, мы можем сложить полученные результаты и найти таким образом длину всей кривой линии. Такое вычисление длины кривой, опирающееся на теорему Пифагора, является необходимым следствием геометрии Евклида.