Чтение онлайн

Так возникла первая физическая «константа», зависимость которой 4от времени была увязана с расширением Вселенной [36] . В современной космологии, видящей свой фундамент в единой теории взаимодействий [201], также появляется космологическая константа, зависящая от возраста Вселенной (от ее температуры, меняющейся с возрастом). И так же как в модели Бронштейна, в нынешних построениях энергия может перекачиваться от «видимых» форм материи к «невидимому» Л-полю. Когда историк науки говорит о предвосхищении, это нередко производит впечатление натяжки — слишком сильно научная ситуация меняется со временем. Мы не станем употреблять этого слова. Но не забудем, что идеи, переданные научному сообществу, начинают жить собственной жизнью, легко забывая свое происхождение.

Вернемся теперь к статье Бронштейна. В добавлении к ней, датированном 13.1.1933 г. и возникшем в результате харьковских обсуждений с Эренфестом и Ландау (которых Бронштейн благодарит), замечание Ландау было опубликовано впервые:

« Ландау привлек мое внимание к тому факту, что выполнение гравитационных уравнений эйнштейновской теории для пустого пространства, окружающего материальное тело, несовместимо с несохранением массы этого тела. Это обстоятельство строго проверяется в случае решения Шварцшильда (сферическая симметрия); физически это связано с тем фактом, что эйнштейновские гравитационные уравнения допускают только поперечные гравитационные волны, но не продольные...».

Указанная несовместимость ГН с ОТО не разрушает бронштейновскую модель, но делает ее малопривлекательной: «То, что в моей работе эта трудность обходится, основано на использовании макроскопических уравнений вместо микроскопических; рождение излучательной энергии в ядрах звезд [подчиняющихся, как тогда считалось, квантово-релятивистской теории] трактуется как новая форма энергии, связанная с Л-полем, которая компенсирует боровское несохранение. Этот выход из указанного трудного положения кажется очень неприятным; никаких других в настоящее время не видно. Данный парадокс в действительности очень озадачивает, он характерен для трудностей, возникающих в связи с космологической проблемой» (об отношении Бронштейна к космологии см. гл. 5).

Напомним, что в ОТО масса сферически-симметричного источника в пустоте не может зависеть от времени и что поперечность электромагнитных волн связана с законом сохранения заряда. Как мы видим, у Бронштейна несовместимость ГН и ОТО описана гораздо определеннее, чем в письме Гамова (и в статьях [147, 148]). Это, впрочем, не удивительно; судя по публикациям, Гамов владел ОТО далеко не в той мере, как Бронштейн.

Суть соображений Ландау можно пояснить следующим образом. Согласно ОТО роль источника гравитационного поля — роль заряда — играет энергия (или соответствующая ей масса: E = Мс ). Поэтому, аналогично электродинамике, нельзя изменить энергию в какой-то области без того, чтобы изменение не было скомпенсировано переносом энергии через границу этой области (теорема Гаусса). Нельзя предполагать нарушение ЗС только в микрообластях и уповать на будущую квантово-релятивистскую теорию. Ведь, поместив такую микрообласть внутри области достаточно большой, заведомо относящейся к сфере применимости ОТО, получили бы нарушение ЗС уже в пределах ОТО.

Хотя замечание Ландау не было вполне определенным в математическом смысле, с физической точки зрения оно казалось почти убийственным для ГН. Об этом свидетельствует отчаянное предположение Бора, что теория гравитации неприменима к атомным частицам [118, с. 172]. Впрочем, как уже сказано, это не спасало положения — надо было менять теорию гравитации и вне микромасштабов. Гамов по этому поводу писал: «отказ от закона сохранения энергии должен необходимо повести к изменению общих уравнений гравитации для пустого пространства. Это, конечно, возможно, но весьма неудобно» [148, с. 391].

Бронштейн, знаток ОТО, яснее видел всю меру этого «неудобства». Во введении к своей главной работе о квантовании гравитации он отмечает, что указанное Ландау обстоятельство, «по-видимому, исключает возможность нарушения закона сохранения энергии в материальных системах, хотя бы и не подчиняющихся общей теории относительности (например, в системах, подчиняющихся «релятивистской теории квант»). В самом деле, изменение энергии (и, следовательно, массы) такой системы должно привести к распространению гравитационных волн в окружающем пустом пространстве, подчиняющемся обыкновенной («неквантовой») общей теории относительности; эти волны, на основании соображений симметрии, должны иметь продольный характер, а это исключается уравнениями закона тяготения в пустом пространстве. Этот качественный аргумент Ландау, впрочем, до сих пор не получил более подробного количественного обоснования» [31, с. 196].

К концу 1935 г., когда были написаны эти слова, математическая неопределенность указанной взаимосвязи уже не имела особого значения, поскольку к тому времени ГН утратила привлекательность почти совсем. Однако, несмотря на такую неопределенность и на смехотворную малость гравитационных эффектов в микрофизике, для сторонников ГН этот теоретический аргумент был сильнее новых экспериментальных данных по Р-спектрам. В этом можно убедиться по статьям Бора и Гамова [118, 147, 148]. Даже Паули в 1937 г., когда проблема ЗС уже закрылась, в лекции, прочитанной во время пребывания в СССР, говорил об этом аргументе как о существенном достижении [251] [37] . Теоретики были готовы изменять понятия для продвижения физики вперед, но не жертвовать классическим наследием, в которое тогда уже входила ОТО (обычное для науки сочетание революционности и консерватизма).

Гипотезу несохранения энергии в ядерной физике отделяло от гравитации не такое большое расстояние, как может показаться. Уже при появлении эта гипотеза (в рукописи Бора 1929 г. [247]) применялась для объяснения источника солнечной энергии. В дальнейшем, несмотря на неконструктивность ГН, астрофизическое ее приложение обросло даже некоторой плотью. Главную роль в этом сыграла работа Ландау 1932 г. о предельной массе звезды из ферми-газа [214]. Сейчас этот результат воспринимается только в связи с теорией белых карликов и черных дыр, однако в то время он воспринимался иначе. Сам Ландау считал, что обнаружил существование в звездах областей (названных им патологическими), требующих для своего описания ch-теории и, в соответствии с идеей Бора, рождающих из «ничего» энергию излучения звезд. Подразумевался некий циклический процесс, в котором рождается энергия: патологическая область — гигантское ядро — испускает Р-электроны высокой энергии, а поглощает — низкой [81, с. 230].

Сейчас кажется очень странным, почему проблема источников звездной энергии так настойчиво привязывалась к ГН. Ведь на эту роль уже были предложены и синтез гелия из водорода, и аннигиляция электрона и протона (еще не запрещенная законами сохранения лептонного и барионного зарядов). Оба эти способа горения звезд были хорошо известны, их не раз обсуждал и Бронштейн.

Чем же они не устраивали? Прежде всего, оба опирались на закон сохранения энергии (Д E = ДМ/ с2), а в особых условиях недр звезд, где эти механизмы могли бы действовать, применимость ЗС сама была под вопросом. Кроме того, физикам-теоретикам мешал максимализм в отношении к астрономическому материалу — стремление объяснить сразу все из первых принципов. Теория звездной эволюции оказалась тогда в тяжелом состоянии: физикам стала ясна переупрощенность основного ее предположения, согласно которому звезды состоят из идеального газа (только впоследствии обнаружилась обширная область применимости этого предположения). В то же время наблюдательный материал (диаграмма Герцшпрунга—Рессела) намекал на одномерную эволюционную связь различных типов звезд и провоцировал на фундаментальное физическое объяснение. Причина, по которой отвергался общепризнанный теперь механизм горения (синтез), состояла в том, что он давал слишком много гелиевой «золы» и не мог объяснить эволюционного перехода между состояниями звезд, сильно отличающимися по массе.

Ограниченность и даже наивность подобных соображений сейчас понятна каждому, кто знаком со сложным — далеко не одномерным — материалом по звездной эволюции, накопленным к настоящему времени. Известно также, что массу звезда может сбрасывать, а не только высвечивать по релятивистскому закону ДE = ДМс . Однако все это известно сейчас, а в тогдашней астрономо-физической обстановке выводы относительно «патологических областей» в сердцевинах звезд принимались всерьез, в частности В. А. Амбарцумяном [91], творческий путь которого в середине 30-х годов уже заметно удалился в астрономическом направлении от университетских друзей физиков из Джаз-банда.

С проблемой ЗС взаимодействовала не только астрофизика. Космологический мотив в этой истории, так же как и судьба замечания Ландау, свидетельствует, что представление об «опыте как верховном судье» описывает эволюцию взглядов теоретика весьма приблизительно.

По словам Паули (в 1957 г.), его антипатия к ГН в 30-е годы питалась, помимо эмпирического факта (верхней границы Р-спектра), двумя теоретическими соображениями [252, с. 393]. Во-первых, он, не сомневаясь в законе сохранения электрического заряда, не видел оснований для того, чтобы этот закон и закон сохранения энергии имели бы разные уровни фундаментальности (конкретизацию этого сомнения можно, кстати, видеть в замечании Ландау, в сущности обратившего внимание на параллель между электрическим и гравитационным зарядами). Во-вторых, Паули считал недопустимым, что несохранение энергии в Р-процессах подразумевало необратимость физических явлений на фундаментальном уровне. Однако то же самое обстоятельство — возможная временная асимметрия ch-теории — делало ГН привлекательной для Ландау и Бронштейна, которых в те годы занимала проблема космологической необратимости [22]. Любопытно отметить, что спустя два с половиной десятилетия, когда в физике бушевали страсти по поводу уже действительного нарушения закона сохранения (четности), тот же самый Паули счел вполне разумным искать связь этого нарушения с космологическими обстоятельствами [252, с. 383].