Когда физики в цене
Шрифт:
Идея Сахарова состоит в том, что искривление пространства влияет на квантовые флуктуации вакуума, причем так, что флуктуации препятствуют искривлению пространства. Так возникает своеобразная упругость пространства, природа которой ранее была неизвестной.
Важное следствие, полученное Сахаровым в результате математической обработки этой идеи, — возможность вычислить одну из важнейших величин современной физики — постоянную, входящую в закон тяготения Ньютона, которая ранее не поддавалась вычислению и определялась только из опыта.
В конце короткой заметки Сахаров указывает, что его подход к теории гравитации аналогичен новой трактовке квантовой электродинамики, развитой в работах
Лагранжианом физики называют аналог функции, введенной в науку выдающимся математиком и механиком Лагранжем. В простейшем случае функция Лагранжа — это разность между кинетической энергией (энергией движения) системы и ее потенциальной энергией (энергией в каком-либо поле, например в поле тяжести). В квантовой физике лагранжиан — не функция, а более сложное математическое понятие — оператор. Важное научное значение лагранжиана состоит в том, что, зная его, можно найти уравнения теории.
Процитированная выше заключительная фраза из статьи Сахарова — намек на его статью, вышедшую в том же 1967 году в малодоступном, отпечатанном небольшим тиражом, сборнике препринтов (предварительных публикаций) Института прикладной математики. Центральная идея этой статьи — «гипотеза нулевого лагранжиана гравитационного поля».
Столь же труднодоступна работа Сахарова «Многолистная модель Вселенной», опубликованная в 1969 году в виде препринта Отделения прикладной математики Математического института имени В. А. Стеклова.
1967 год был очень плодотворным для Сахарова, для его исследований в области космологии. Вероятно, он уже убедился в том, что совершенствование термоядерного оружия, которому он в течение нескольких лет отдавал все свои силы, ведет человечество в тупик, и стремился перейти от технической физики, к которой относилось такое совершенствование, к исследованию фундаментальных проблем физики. И он избрал самую трудную, самую увлекательную область — космологию.
Обращение Сахарова к космологии совпало по времени с началом его активной общественной деятельности. Первым результатом его интереса к общечеловеческим проблемам стали знаменитые «Размышления о прогрессе, мирном сосуществовании и интеллектуальной свободе», появившиеся в 1968 году. Этот труд, изданный за рубежом, но широко известный в нашей стране, стал манифестом для многих людей, которые, как и Сахаров, были ранее замкнуты в своей профессиональной деятельности. Реакцией начальства на публикацию «Размышлений» было отстранение Сахарова от секретной работы.
Понимая место Сахарова в науке, Тамм, руководивший его первыми исследованиями, немедленно пригласил Сахарова возвратиться в Физический институт. Сахаров колебался, начальство возражало, но смертельно больной, прикованный к постели Тамм настоял на своем.
Начался новый этап в жизни Сахарова. Со свойственной ему целеустремленностью он совмещал занятия наукой со все более активной общественной деятельностью.
Поворот стрелы времени
В первой части этих заметок обсуждены исследования Сахарова в области космологии, опубликованные в 1965–1967 годах. Он вел их в то время, когда еще активно трудился над термоядерным оружием и все глубже осознавал, чем грозит это оружие человечеству.
В следующие два года Сахаров не опубликовал ни одной научной работы. Вероятно, он глубоко переживал насильственное прекращение его двадцатилетней исследовательской работы. Может быть, не предполагал, что власть имущие решатся покарать его за свободомыслие в ущерб безопасности страны.
В течение этих лет он написал несколько научно-популярных статей.
Начиная с 1970 года вновь появляются научные публикации. Сперва это статья «Релятивистский коллапс и топологическая структура Вселенной» (совместно с И. Д. Новиковым), напечатанная в форме препринта Института прикладной математики АН СССР, то есть доступная очень узкому кругу ученых. В ней говорится о многолистной модели Вселенной, способной к многократной смене расширения и сжатия. Затем последовал доклад в Физическом институте АН СССР «Теория нулевого лагранжиана гравитационного поля», оставшийся в форме рукописи.
После годичного перерыва в «Сборнике, посвященном И. Е. Тамму» появилась работа Сахарова «Топологическая структура элементарных зарядов и СРТ-симметрия».
Наконец, в 1974 году вышла важная статья «О скалярно-тензорной теории гравитации», в которой Сахаров защищает Общую теорию относительности Эйнштейна от попыток отвергнуть ее основу — принцип эквивалентности инертной и гравитационной массы.
С этой статьи мы продолжим знакомство с космологическими исследованиями Сахарова.
Мы знаем, что основой современной космологии стала Общая теория относительности Эйнштейна. Физические принципы ее просты, но математика, в которую она облечена, сложна. Она была непривычна для большинства физиков. Понимали ее с трудом. Предложения упростить эту теорию зазвучали почти сразу после ее опубликования в 1916 году. Эйнштейн неоднократно разъяснял, почему недопустимы упрощения, в основе которых было желание сохранить постоянство скорости света и в присутствии гравитации. В некоторых случаях доминировало стремление отказаться от принципа эквивалентности (эквивалентность поля гравитации ускорению, если наблюдение происходит в малом объеме пространства).
Отдавая все силы работе над созданием единой теории поля — теории, охватывающей одновременно гравитационное и электромагнитное поля, — Эйнштейн скоро перестал реагировать на попытки ревизовать Общую теорию относительности.
С 1948 года начали входить в моду новые варианты пересмотра Общей теории относительности — их объединяло название «скалярно-тензорная теория гравитации».
В упомянутой выше статье Сахаров опирался на гипотезу нулевого лагранжиана, выдвинутую им в 1967 году. Из этой гипотезы, писал он, следует, «что скалярное поле является ненаблюдаемым и исключается из теории, которая при этом переходит в обычную теорию Эйнштейна» (Смысл термина «лагранжиан» пояснен в первой части этих заметок.)
Сахаров продолжает: «Если же отказаться от гипотезы нулевого лагранжиана, то скалярное поле проявляется (точнее — должно проявиться) в наблюдаемых эффектах. Но одновременно выявляется невозможность удовлетворить условию эквивалентности (пропорциональности) инертной и тяготеющей масс. Теория с нарушением принципа эквивалентности не представляется нам удовлетворительной».
Напомним, что справедливость принципа эквивалентности установлена многими опытами, погрешность лучшего из них не превосходит 10– 12.
Существенное значение гипотезы нулевого лагранжиана побудило Сахарова в 1975 году опубликовать методические и математические соображения, лежащие в ее основе. Эта, богатая содержанием статья, столь насыщена сложной математикой, что мы оставили ее тем, кому она адресована — специалистам в области теоретической физики.
К концу 1978 года Сахаров закончил большую работу, сжатое изложение которой содержится в статье «Барионная асимметрия Вселенной». Она вышла в 1979 году и начинается напоминанием: