Читать онлайн «Матвей Петрович Бронштейн». Страница 42

Видимо, под воздействием этого же замечания Гейзенберг поставил вопрос, не присущи ли расходимости квантовой электродинамике независимо от «проблемы электрона», т. е. не возникнут ли они и в отсутствие зарядов, если учитывать собственное гравитационное взаимодействие электромагнитных волн. Ответу на этот вопрос посвятил свою статью 1930 г. Розенфельд[48] [259]. Он рассматривал систему, состоящую из электромагнитного и (слабого) гравитационного полей, взаимодействие между которыми определяется линеаризованными уравнениями Эйнштейна и соответственно обобщенными уравнениями Максвелла. В этом приближении (полученном Эйнштейном в 1916 г.) о геометрической природе гравитации, об искривлении пространства-времени можно забыть, считая, что в плоском пространстве-времени имеются два поля — векторное и тензорное. Квантуя эти поля по Гейзенбергу—Паули, Розенфельд подтвердил предположение Гейзенберга о расходимости гравитационной энергии и описал возможные в первом приближении взаимные превращения световых и гравитационных квантов. Однако результаты, полученные Розенфельдом, имели, как подчеркивали Фок и Тамм [173, с. 317, 320], лишь формальный характер, не доходили до существенных физических выводов.

Таким было состояние квантовой гравитации, когда Бронштейн начинал свое исследование этой области. Хотя и Бронштейн в основном рассматривал слабое поле, его работа содержит также анализ, выявляющий принципиальное различие между квантовой электродинамикой и квантовой теорией гравитации без ограничения условием слабости и «негеометричности». Этот анализ показал недостаточность римановой геометрии и обычной схемы квантования поля для полной теории квантовой гравитации. При этом обнаружились границы области существенно квантово-гравитационных явлений.

б) «Отношение физических теорий друг к другу и к космологической проблеме». Аналогия между электромагнетизмом и гравитацией, возможность распространить методы квантовой электродинамики на новую область была вовсе не главной причиной, из-за которой Бронштейн обратился к квантованию гравитации. Более глубокая причина связана с общей физической картиной мира, о целостности которой Бронштейн начал размышлять рано. Напомним, что уже самые первые его работы касались квантовой и релятивистской физики: статья [1] посвящена квантовой структуре электромагнитного поля, а по статье 1926 г. [4] уже видно знание аппарата ОТО.

Популярную брошюру 1930 г. «Строение атома» Бронштейн закончил характеристикой тогдашнего состояния фундаментальной физики. Упомянув теорию Дирака, квантовую электродинамику, эддингтоновский замысел фундаментальной теории, он не забыл и гравитацию: «Задачей ближайшего будущего является также и установление связи между квантовой механикой и теорией тяготения».

Это предсказание в 1930 г. выглядело вовсе не таким очевидным, как сейчас. Многие физики даже если бы и согласились, что какую-то связь между гравитацией и квантами надо найти, вряд ли включили бы эту задачу в список главных, тем более в книге, посвященной строению атома. Потому что было трудно разглядеть явления, для изучения которых такая связь могла бы пригодиться. С другой стороны, для группы физиков с Эйнштейном во главе, стремящихся к построению единой теории поля, слова «связь гравитации с квантами» означали «выведение квантов из обобщенной теории гравитации». То, что Бронштейн так не думал, видно из энциклопедической статьи [37], раздел которой посвящен единой теории поля. Вывод этого раздела таков: «эйнштейновская программа единой теории поля, вероятно, окажется невыполнимой» и «потребуется какое-то слияние теории относительности с теорией квантов». Для Бронштейна, владевшего обеими теориями, фундаментальны обе, и связь между ними означает именно синтез, а не сведение или подчинение.

Популярная статья [60] (где допустимы более сильные выражения, чем в энциклопедии) кончается словами:

« Будущая физика не удержит того странного и неудовлетворительного деления, которое сделало квантовую теорию "микрофизикой" и подчинило ей атомные явления, а релятивистскую теорию тяготения "макрофизикой", управляющей не отдельными атомами, а лишь макроскопическими телами. Физика не будет делиться на микроскопическую и космическую; она должна стать и станет единой и нераздельной».

В наши дни физика элементарных частиц интенсивно взаимодействует с космологией и подобным высказыванием никого не удивишь. Но что стояло за ним в 1930 г.?

Схема 1. «Области применимости квантовой механики и специальной теории относительности пересекаются в области классической механики; пунктирным прямоугольником обозначена область применимости еще не построенной "релятивистской теории квант"» [21, с. 22]

Прежде всего за ним видны астрономические интересы Бронштейна (космология в то время в гораздо большей степени относилась к астрономии, чем к физике). Однако эти интересы важны не сами по себе.

Схема 2. Отношение физических теорий друг к другу и к космологической теории; «сплошные прямоугольники изображают существующие теории в физике, а пунктирные соответствуют еще не решенным проблемам» [21, с. 25]

Для мировосприятия Бронштейна характерно устойчивое внимание не только к физической картине мира, но также и к тому, что можно назвать картой мира физики,— теоретической физики, конечно. Свои представления об этой карте он изложил развернуто в статье 1933 г. «К вопросу о возможной теории мира как целого», в разделе «Отношение физических теорий друг к другу и к космологической теории». Судя по тому, что материал этого раздела Бронштейн впоследствии воспроизводил еще дважды [50, 81], этой теме он придавал большое значение и был к ней привязан.

Какой же видит карту физической науки Бронштейн? Прежде всего эволюционирующей. Об этой карте он рассказывает, используя все три времени: прошедшее, настоящее и будущее. Как и полагается, на карте существуют границы. Хотя охраняют их не так строго, как государственные, языки по разные стороны каждой границы различаются сильно. Обе структуры в мире теоретической физики — и «пространственная» и «временная» — определяются тремя константами: с, G и h. Упомянутые границы — это, конечно, границы применимости фундаментальных теорий, не учитывающих какие-то из универсальных констант с, G или h. А эволюция состоит в построении теорий, включающих эти константы органически.

Объяснив предельный характер связей классической механики, квантовой механики, СТО и еще не построенной «релятивистской теории квант», Бронштейн иллюстрирует соотношение этих теорий схемой 1. Затем, после введения константы G в составе ОТО, он чертит новую, расширенную схему 2. По его словам, «в эту схему входят все вопросы, имеющие физический смысл, которые могут быть сформулированы в настоящее время, и возможно даже, что в нее входят все вообще