Чтение онлайн

Дирак закончил свою статью вопросом о том, почему изолированные магнитные поля никогда не наблюдались. Выведенное им соотношение между электрическим и магнитным зарядами позволило ему определить минимальное значение магнитного заряда через заряд электрона. Он получил следующий результат:

Mmin = 137e/2.

Иначе говоря, магнитный заряд был примерно в 70 раз больше элементарного электрического заряда. Дирак интерпретировал это значение как результат присутствия большой силы притяжения между магнитными полями с противоположными знаками, что объясняло, почему их трудно разделить и почему, таким образом, они не были установлены.

ЭВОЛЮЦИЯ МАГНИТНОГО МОНОПОЛЯ

Несмотря на интерес прессы к исследованиям Дирака, связанным с магнитным монополем, научное сообщество физиков, как правило, игнорировало его результаты. По правде говоря, сам Дирак вернулся к данной теме лишь много времени спустя, в 1948 году. Но и впоследствии он продолжал держаться в стороне от этих исследований, даже после начала разговоров о том, что монополи были обнаружены экспериментально. Его отношение не изменилось и в 1970-1980-е годы, когда теория Большого взрыва снова ввела в обиход идею изолированного магнитного поля. Большинство экспериментов по его обнаружению провалились. Но в 1982 году испанский физик Блас Кабрера, профессор Стэнфордского университета (Калифорния), удивил научное сообщество, заявив, что обнаружил доказательства существования магнитного монополя. Его утверждение не могло быть ни подтверждено, ни опровергнуто. Гипотетическое существование новой частицы, таким образом, не было принято, и даже сегодня нет никаких серьезных экспериментальных доказательств существования магнитного монополя.

КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ

Дирак, несомненно, имел представление об исследованиях в области космологии, но он не выказывал никакого интереса к ним до 1937 года, когда в журнале Nature была опубликована его короткая статья под названием «Космологические постоянные». Он взял в качестве отправной точки гипотезу Леметра: «Вселенная родилась в далеком прошлом и находится на пике расширения». Его интересовало, являются основные физические постоянные действительно постоянными или же они меняются со временем, в космологическом масштабе. Дирак ввел некоторые астрономические «расширения», соответствующие разным величинам, связанным с описанием Вселенной в крупном масштабе, и предположил, что между ними должно быть простое отношение. Вот числа, с которыми работал ученый.

1. Возраст Вселенной в атомных единицах времени (время, которое необходимо свету для прохождения диаметра электрона): ~2 х 1039.

2. Отношение между электрической силой и гравитационной силой, существующей между электроном и протоном: ~1039.

3. Общее число протонов и нейтронов во Вселенной: ~1078.

Дирак был убежден, что отношения между приведенными выше астрономическими числами не являются случайными. Он считал, что эти величины зависят от развития Вселенной:

«Упомянутые большие числа должны быть представлены не в виде постоянных, а как простые функции нашей настоящей эпохи. Согласно общему принципу, эти большие числа, которые описывают физическую теорию, должны зависеть от времени, выраженного в атомных единицах».

Дирак назвал данный тезис «гипотезой больших чисел». В ее основе лежала идея о том, что два любых больших числа в природе всегда связаны математическим отношением, в котором их коэффициенты составляют порядка единицы.

Дирак развил свою гипотезу до предела и завершил статью замечанием, что гравитационная постоянная обратно зависит от времени. Кроме того, общее количество нуклонов (протонов и нейтронов) во Вселенной увеличивается пропорционально квадрату времени. И наконец, возраст Вселенной и постоянную Хаббла связывает следующее отношение:

t = 1/3H.

Работа Дирака, противоречащая теории Эйнштейна (согласно которой космологическая постоянная не зависит от времени), не вызвала никакого интереса в научном сообществе. Для значительного числа физиков в области космологии речь шла просто о нумерологии. А коллеги по квантовой физике полностью проигнорировали выводы ученого.

ПИОНЕРЫ ФИЗИЧЕСКОЙ КОСМОЛОГИИ

В 1930-е годы в космологии произошла настоящая революция. В 1929 году, после тщательного анализа огромного количества данных наблюдений, американский физик Эдвин Хаббл (1889-1953) пришел к выводу, что Вселенная расширяется. Чем больше расстояние между какими-либо двумя галактиками, тем выше скорость их взаимного удаления. Хаббл установил отношение между скоростью и расстоянием: v=H•d. Сегодня этот коэффициент пропорциональности Н называется постоянной Хаббла. Экспериментальные доказательства Хаббла согласуются с исследованиями, осуществленными ранее Александром Фридманом (1888-1925) и Жоржем Леметром (1894-1966), которые подтвердили, что общая теория относительности допускает расширение Вселенной. Забавно, что Леметр и Дирак посещали Кембриджский университет в одно время — в середине 1920-х годов.

Российский и советский физик Александр Фридман.

В 1938 году Дирак посвятил упомянутой проблеме вторую статью, более содержательную, а потом сделал большой перерыв и вернулся к ней только в 1972 году. Во всех дальнейших работах ученый развивал свою гипотезу больших чисел; кроме того, он пытался согласовать свои предположения с новыми опытными результатами, такими как реликтовое излучение, доказывающее теорию Большого взрыва.

Математика увлекла меня на неожиданные пути, открывающие новые перспективы и ведущие к новым территориям, на которых мы можем создать оперативную базу для изучения окружающего мира и прогресса в будущем.

Поль Дирак

Исследования, проведенные Дираком в 1950-х годах касательно возможности использования гамильтониана в общей теории относительности, заслуживают особого внимания.

Главной целью данных работ было построение квантовой теории гравитации. И хотя Дирак не преуспел в своих попытках (и сегодня физики еще решают эту проблему), «гравитон», представленный им на заседании Американского физического общества в 1959 году в Нью-Йорке, все-таки заслуживает упоминания: квант гравитационного взаимодействия является эквивалентом фотона для электромагнитного взаимодействия.

РАБОТА И ПОЕЗДКИ

Жизнь Дирака после 1934 года была организована практически так же, как и всегда, и включала в себя постоянную работу и поездки. До начала Второй мировой войны ученый неоднократно посещал США и Советский Союз. Дирак несколько раз побывал в Институте перспективных исследований Принстона, где познакомился с Маргит Вигнер (сестрой венгерского физика Юджина П. Вигнера), на которой женился в 1937 году.

Интересно, что в научной среде особые отношения у Дирака сложились с некоторыми физиками из СССР: он тесно сотрудничал с Таммом, Фоком и Капицей и трижды приезжал к ним в период между 1934 и 1937 годами (второй приезд совпал со смертью его отца в 1936 году). В дальнейшем Дирак не мог вернуться в Советский Союз до 1955 года.

Во время войны физик участвовал во многих военных проектах, однако в гораздо меньшей степени, нежели его коллеги. Он осуществил множество расчетов и исследований распада радиоактивных изотопов и, тем не менее, отказался прямо участвовать в Манхэттенском проекте. В Кембридже Дирак продолжал исследования в области теоретической физики, тогда как многие его коллеги-ученые полностью посвятили себя военным исследованиям. Большинство из них (родом из разных стран Европы) остались в США после окончания войны.

Следующие годы ознаменовались началом холодной войны (с 1948 года) и периодом «маккартизма» (1950-1956) в Штатах. В течение нескольких лет отношения Дирака с его советскими коллегами практически сошли на нет; частые поездки в СССР в 1930-е годы обернулись неприятностями с американскими властями. В 1954 году ученому было отказано во въездной визе в США. Однако для некоторых его европейских коллег (и даже для американских) последствия были гораздо более серьезными: Роберт Оппенгеймер, например, подвергся судебному преследованию.