– «первая работа по квантованию гравитационных волн, в которой дело доведено до получения физических результатов». Один из важнейших результатов, сохранивших свое значение до нашего времени, состоит в общем анализе совместимости квантовых и общерелятивистских представлений. М. П. Бронштейн рассмотрел гравитацию в приближении слабого поля, когда можно не учитывать геометрический характер гравитационного поля. Он получил два важных физических следствия: во-первых, формулу для интенсивности гравитационного излучения, которая совпала в классическом пределе с аналогичным выражением Эйнштейна, и, во-вторых, ньютоновский закон тяготения как следствие квантово-гравитационного закона взаимодействия. Исследования Матвея Петровича продемонстрировали глубокие связи классического и квантового вариантов описания гравитации, что свидетельствовало о возможности и необходимости квантового обобщения теории гравитации. Он, в частности, указал на причину, по которой нельзя гравитацию квантовать по подобию квантовой электродинамики. В 1935 году, исследуя условия приближения слабой гравитации, он обратился к анализу измеримости гравитационного поля и пришел к выводу: «В области общей теории относительности, где отклонения от «евклидовости» могут быть сколь угодно велики… возможности измерения еще более ограничены, чем можно заключить из квантово-механических перестановочных соотношений», и «без глубокой переработки классических понятий кажется едва ли возможным распространить квантовую теорию гравитации также на эту область». Тем самым были впервые указаны границы применимости общей теории относительности и установлено различие квантовой электродинамики, не учитывающей структуры элементарного заряда, и квантовой теории гравитации, в которой гравитационный радиус пробного тела не может превосходить его линейных размеров. Таким был качественный анализ границ применимости ОТО, и, конечно, для количественных оценок необходима точная теория квантовой гравитации и единая теория всех фундаментальных взаимодействий, которые все еще не построены.
Заключительные замечания
Естественно, в столь короткой заметке невозможно многое описать и даже просто изложить о М. П. Бронштейне как об ученом, педагоге и человеке, во многом предвосхитившем и осознавшем появление квантовой теории гравитации в середине 30-х годов прошлого столетия. Знавшие Матвея Петровича говорили о его поразительной образованности и энциклопедических познаниях.
Для него жизненно необходимой была целостная и развивающаяся физическая картина мира. Идея глубинного родства микрофизики и космологии была глубоко в сознании Матвея Петровича, идея эта в настоящее время лежит в попытках теоретической физики построить единую и самосогласованную теорию квантовой гравитации, отвечающей экспериментальным данным и предсказывающей эволюцию Вселенной.
Мы не упоминали о его философских, популяризаторских и других интеллектуальных качествах, а также о личных аспектах его жизни.
К сожалению, надо отметить трагический факт его ареста ночью 1 августа 1937 г. в Киеве, в доме родителей, и перевода затем в Ленинград. Он стал жертвой сталинских репрессий и был расстрелян 18 февраля 1938 года выстрелом в затылок в подвале ленинградской тюрьмы. Реабилитирован М. П. Бронштейн в 1957 году.
Обо всем, что упоминалось в этой короткой заметке, и о многом другом интересующийся читатель может прочесть, например, в книгах: «Эйнштейновский сборник», 1980–1981: Сб. статей. – Москва, Наука, 1985, Г. Е. Горелик и В. Я. Френкель «Матвей Петрович Бронштейн», Москва, Наука, 1990; а также в обзоре Г. Е. Горелик, УФН, т. 175, № 10 (2005) с. 1093–1108.
Андрианов Александр Андреевич, д.ф.-м.н., профессор, заведующий лабораторией теории ядра и элементарных частиц, теоретический отдел им. В. А. Фока физического факультета Санкт-Петербургского государственного университета.
Андрианов Владимир Андреевич, д.ф.-м. н., профессор, ведущий научный сотрудник теоретического отдела им. В. А. Фока Санкт-Петербургского государственного университета.
Сноски
1
В 1868 г. (Прим. изд.)
2
В XIX веке. (Прим. изд.)
3
Внимательно изучив эту желтую линию, физики обнаружили, что на самом деле она двойная: она состоит из двух очень близко расположенных друг к другу желтых линий. Эти линии получили у физиков особое название: их называют линиями D 1 и D 2 .
4
Гольфстрим. (Прим. изд.)
5
Во второй половине XIX в. (Прим. изд.)
6
Когда физики говорят о том, сколько весит литр какого-нибудь газа, они подразумевают, что этот газ берется при температуре ноль градусов Цельсия и при нормальном давлении (760 мм рт. ст.). Рэлей наполнял свой шар газом этого давления и этой температуры.
7
В этих рассказах есть доля правды. Многие открытия Кэвендиша остались при его жизни неопубликованными. И только через несколько десятилетий после его смерти английский физик Максуэлл разыскал его рукописи и напечатал их. В рукописях, изданных Максуэллом, действительно оказалось описание нескольких важных открытий, о которых Кэвендиш никому не рассказывал. Из этих открытий самое важное – открытие закона отталкивания и притяжения электрических зарядов. Кэвендиш открыл этот закон, но не счел нужным опубликовать его. А через несколько лет, еще при жизни Кэвендиша, то же самое открытие сделал французский физик Кулон. Кэвендиш даже и тогда не заявил о своем первенстве. Закон взаимодействия электрических зарядов физики с тех пор называют законом Кулона, хотя мы и знаем, что опыты Кэвендиша были сделаны раньше, чем опыты Кулона, и были гораздо точнее.
Рэлей и Рэмзэй знали о работах Кэвендиша по книге, опубликованной Максуэллом.
8
Чем тяжелее газ, тем медленнее он просачивается через обожженную глину. Этот физический закон открыл английский физик Грэм. Закон Грэма оправдывается и на примере азота с аргоном.
9
Был ли Рэмзэй первым человеком, увидевшим на Земле вещество, которое испускает линию D 3 ? В 1881 году итальянец Пальмиери напечатал статью, в которой утверждал, что ему удалось наблюдать желтую линию гелия в спектре лавы вулкана Везувия. Поэтому многие думают, что не Рэмзэй открыл гелий на Земле, а Пальмиери – за 14 лет до Рэмзэя. Но вернее всего, что Пальмиери попросту ошибся. В наше время химики доказали, что гелия в лаве очень мало – так мало, что Пальмиери не мог наблюдать линию гелия в тех условиях, в которых он работал. Желтая линия, которую он видел, принадлежала, вероятно, натрию.
10
С одним лишь исключением: измерить температуру замерзания и кипения гелия Рэмзэю не удалось. Для этого нужно было бы превратить гелий в жидкость и затем узнать, при какой температуре жидкий гелий кипит, а при какой замерзает. Но холод, который создавала построенная Трэверсом машина, был недостаточно силен. Гелий в этой машине не хотел делаться жидком.
Превратить гелий в жидкость удалось впервые не Рэмзэю, а другому ученому – голландцу Каммерлинг-Оннесу. Произошло это в 1903 году. Для превращения гелия в жидкость понадобилось создать мороз в 269 градусов. А в 1926 году удалось сделать гелий из жидкого твердым. Для этого пришлось сильно сдавить жидкий гелий и понизить температуру до 272 градусов ниже нуля. (О лаборатории Каммерлинг-Оннеса и о достигнутых в ней низких температурах рассказано в детском журнале «Еж» – в № 7 за 1935 год.)
11
Эти опыты делал химик Макдональд. Другие химики подтвердили вывод Макдональда: в животных и растениях нет ленивых газов. Но два немецких химика – Шлезинг и Рихард – сделали другой вывод. Им пришла в голову фантазия – добыть воздух из плавательного пузыря рыб и посмотреть, много ли там аргона и других ленивых газов. Как и следовало ожидать, оказалось, что у всех пород рыб в плавательном пузыре содержится самый обыкновенный воздух: в нем ровно столько же аргона, как и в воздухе, взятом из атмосферы. И только у одной породы рыб – у хищных рыб мурен, которые водятся в Средиземном море, – воздух плавательного пузыря почему-то оказался в полтора раза богаче аргоном, чем обыкновенный воздух. До сих пор никто не знает, почему мурены имеют такую странную особенность. Но может быть, что Шлезинг и Рихард просто ошиблись. Это очень вероятно, потому что их опытов никто не проверял.
12
Название «нитон» не удержалось. Чаще называют этот газ другим именем: «эманация радия». А в последние годы ему стали давать еще и третье имя – «радон».
13
Тип жестких дирижаблей немецкой фирмы «Люфтшиффбау Цеппелин ГмбХ». (Прим. изд.)
14
Многие читатели, вероятно, сочтут это рассуждение неправильным. Может ли быть, что подъемная сила гелия всего на несколько процентов меньше подъемной силы водорода? Ведь гелий тяжелее водорода в два раза.
Но проделаем математический расчет.
Известно, что водород в четырнадцать с половиной раз легче воздуха. Предположим, что мы наполнили оболочку дирижабля водородом такого же давления и такой же температуры, как окружающий воздух. Примем вес этого количества водорода за единицу. Это значит, что тяжесть тянет водород к земле с силой, которая равна 1. А окружающий воздух, по закону Архимеда, будет выталкивать тот же самый водород вверх с силой, равной 14,5 (весу вытесненного воздуха). Останется в результате подъемная сила 14,5–1 = 13,5.
Если же наполнить эту оболочку не водородом, а гелием, то вес его будет равен не 1, а 2. А сила, с которой окружающий воздух стремится вытолкнуть дирижабль вверх, по-прежнему равна 14,5. Значит, подъемная сила будет равна 14,5–2 = 12,5, т. е. на 1 меньше, чем 13,5. А единица составляет всего только 8 % от 13,5. Поэтому и подъемная сила гелия как раз на 8 % меньше подъемной силы водорода.
15
По данным на время написания книги. (Прим. изд.)
16
Японские профессора химии Танакаи Нагаи, отчаявшись в возможности достать для японских дирижаблей гелий, пошли по совершенно другому пути. Они стали думать, нельзя ли прибавить к водороду такую примесь, чтобы он сделался невоспламеняемым. С помощью примесей им действительно удалось сфабриковать несгораемый водород. Но оказалось, что подъемная сила несгораемого водорода на несколько процентов меньше, чем подъемная сила гелия. Поэтому такой несгораемый водород (химики называют его «флегматизованным» водородом) мало пригоден для дирижаблей.