3.7. Космология в начале 30-х годов

3.7. Космология в начале 30-х годов

Научные интересы Бронштейна охватывали всю фундаментальную физику. И первый его год в ЛФТИ, начавшийся с квантовой работы, завершился теорией относительности. Вместе с В. К. Фредериксом он написал энциклопедическую статью о теории относительности, а в УФН был напечатан его большой обзор по космологии.

Такой обзор был как нельзя более своевременным. После того как в 1929 г. Хаббл установил факт систематического красного смещения в спектрах удаленных галактик,— по существу, первый эмпирический факт космологического характера,— релятивистская космология получила возможность превратиться из физико-математической схемы в настоящую физическую теорию. На рубеже 30-х годов, после того как программа единой теории поля выдохлась и утратила доверие у большинства теоретиков [128], самым активным приложением общей теории относительности стала космология.

Бронштейн чувствовал себя свободно на том пересечении астрономии, физики и математики, каким была релятивистская космология. Общение с астрономами и работа в астрофизике давали ему уверенность в обращении с материалом, который сильно отличался от обычного в физике своей уникальностью и невоспроизводимостью. К этому добавлялась фундаментальная физико-математическая образованность и мастерство изложения. В результате обзор Бронштейна стал событием истории ОТО в нашей стране. Впечатление, произведенное обзором, хорошо помнят даже физики, далекие от космологии.

Статья в соответствии с названием «Современное состояние релятивистской космологии» давала исчерпывающее описание тогдашней ситуации (в статье, законченной в 1930 г., из 25 цитированных работ девять относятся к 1930 г.).

Во введении ярким языком и сжато описываются основные астрономические данные, характеризующие звездную и галактическую структуру Вселенной, и подчеркивается, что «астроном-наблюдатель никогда не будет знать ничего о мире как о целом, как бы ни увеличивалась дальнозоркость астрономических инструментов. Поэтому может казаться, что космологическая проблема является неприступной крепостью, завоевание которой не может быть уделом эмпирической науки. Но там, где астроном-наблюдатель пришел в отчаяние от своего бессилия, к решению безнадежной проблемы подходит физик».

Физический подход к космологии открыл создатель общей теории относительности. Бронштейн ясно понимал необычность проблемы, уникальность физического объекта «мир как целое», или (если пользоваться словом, менее определенным по смыслу, но общепринятым сейчас) «Вселенная». Необычность этого объекта (его уникальность в полном смысле, узость эмпирической базы космологии, безграничность в геометрическом смысле и в смысле задачи матфизики) еще несколько десятилетий мешала полноправному включению космологии в физику. Даже такой специалист в области ОТО, как В. А. Фок, весьма скептически смотрел на законность нового объекта.

Бронштейн в своем обзоре не скрывает необычность космологической проблемы за математическими формулами, а, наоборот, делает все, чтобы раскрыть «механизм» релятивистской космологии. Он дает краткий очерк римановой геометрии, достаточный для того, чтобы избавить читателя от мистического трепета перед сложностью ОТО и грандиозностью космологической задачи. И рассматривает три модели вселенной, существовавшие тогда: статическую (цилиндрическую) модель Эйнштейна, модель де Ситтера и вышедшую на первый план нестатическую модель Фридмана—Леметра.

Имя А. А. Фридмана уже появлялось на страницах нашей книги. Бронштейн пришел в Главную геофизическую обсерваторию в 1929 г., когда там, можно сказать, еще блуждала тень Фридмана (директора ГГО в последние годы своей жизни), и мог слышать о нем от его ближайших сотрудников. И в своем обзоре Бронштейн воздает должное «покойному русскому математику», который ввел нестатическую космо-логическую модель еще в работе 1922 г., «наполовину забытой»[23].

Бронштейн излагает и критически обсуждает свойства всех трех космологических моделей вместе с имевшимися тогда привязками к астрономическим данным. Он четко и ясно объясняет понятие «радиуса мира», которое тогда казалось особенно диковинным. Объясняет и на языке формул, и на языке здравого смысла: «если радиус мира очень велик, то цилиндрическая форма мира [Эйнштейна] так же мало сказывается на явлениях, происходящих в сравнительно небольших участках этого мира, как шарообразная форма Земли сказывается на явлениях, происходящих в пределах одной комнаты» (в статье рассматриваются только замкнутые модели, казавшиеся тогда предпочтительными, хотя имеется ссылка и на работу Фридмана 1924 г., посвященную случаю отрицательной кривизны — открытой модели).

Наглядным языком поясняются удивительные свойства релятивистских геометрий, выраженные в виде интегралов и уравнений. Вот, например, понятие горизонта: «письма, адресованные в пункт, отстоящий на расстояние R п/2 от ближайшей почтовой конторы, в мире де Ситтера никогда не доходят до места назначения, даже если почта передает их со скоростью света».

Релятивистская космология, несмотря на свою молодость, уже успела пережить несколько весьма драматических дискуссий. И Бронштейн не искал округлых формулирок для заблуждений именитых коллег, когда, например, писал о попытках Вейля и Эддингтона « различными правдами и неправдами» объяснить эмпирическое преобладание красного смещения в спектрах галактик с помощью решения де Ситтера. Или когда писал о неправильной формуле в американской статье де Ситтера и о правильной — в голландском ее варианте.

Заканчивают обзор проницательные и вполне оправдавшиеся слова: «Космологическая теория безусловно подвергнется еще многим изменениям. Прежде всего ей придется расширить свои сроки, которые все же чрезвычайно стеснительны для космогонистов».

Как мог недавний выпускник университета подготовить такой обстоятельный обзор (60 страниц), активно занимаясь и совсем другими областями физики? Конечно, называть Бронштейна в 1930 г. лишь выпускником университета можно только по формальным признакам: и высшее, в полном смысле слова, образование, и научную самостоятельность, и профессионализм он получал независимо от заполнения зачетки.

Бронштейн не мог бы написать столь квалифицированный обзор по космологическим приложениям ОТО, если бы не знал — энциклопедически — ситуацию в ОТО в целом. Поэтому не удивительно, что он тогда же написал о теории относительности энциклопедическую статью (вместе с В. К. Фредериксом[24]).

Энциклопедия, в которой появилась статья, называлась «технической», хотя точнее ее было бы назвать научно-технической. Издание это было весьма характерным для эпохи (с ее культом техники и знаний), но довольно странным на нынешний взгляд. Достаточно сказать, что статья «Относительности теория» помещена между статьями «Отмучивание (глин)» и «Отопление», а том начинается «Оливковым деревом» и кончается «Патентным правом». Однако, несмотря на такое тематическое разнообразие «Технической энциклопедии», статья по теории относительности (как, впрочем, и другие физические статьи) написана на высоком уровне. Основные ее разделы, посвященные СТО, ОТО, космологии и единой теории поля, принадлежат Бронштейну и Фредериксу, об астрономическ проверках ОТО написал В. Г. Фесенков, а раздел «Теория относительности и философия» — А. К. Тимирязев.

Последние два раздела выразительно характеризуют тогдашнее «общественное» положение теории относительности. Фесенков (весьма авторитетная фигура в советской астрономии, член-корреспондент АН СССР с 1927 г., академик с 1935 г.) заключает свой раздел осторожными словами: «О. т. в настоящее время не может быть проверена совершенно несомненным образом при помощи астрономических наблюдений. Тем не менее ни одно из известных явлений ей не противоречит». А Тимирязев, считая (вместе с И. Е. Орловым, З. А. Цейтлиным и другими) «основные положения теории относительности несовместимыми с материалистической диалектикой», пытался (гораздо сдержаннее, чем в своих неэнциклопедических статьях) продемонстрировать идеалистический характер теории относительности, в противовес тем, кто полагал, что она « является реализацией в конкретной форме учения диалектического материализма о пространстве и времени» (к таким Тимирязев относит Б. М. Гессена, С. Ю. Семковского, О. Ю. Шмидта).

Что касается физических разделов этой статьи, то следует думать, что своими достоинствами они в первую очередь обязаны именно Бронштейну. Дело в том, что Фредерикс смотрел на ОТО немножко снизу вверх. Получив образование в дорелятивистскую эру, он находился под сильным влиянием не только самих релятивистских идей, но и методологических предубеждений их создателей. Например, в его обзоре 1921 г. [283] можно почувствовать и конвенционализм Пуанкаре, и эйнштейновское пристрастие к принципу Маха, и аксиоматизм Гильберта; он некритически и слишком прямолинейно повторяет эйнштейновское убеждение, что полное отсутствие вещества должно приводить к евклидовой геометрии.

Бронштейну, который родился на год позже, чем теория относительности, было легче выработать самостоятельное понимание теории относительности, и он, в частности, в космологическом обзоре специально отмечает, что из отсутствия вещества вовсе не следует плоский характер геометрии. (Самому Эйнштейну до конца жизни хотелось, чтобы отсутствие гравитационного поля, отсутствие вещества означало бы даже отсутствие пространства, хотя это желание не было воплощено в физико-математической форме.) Самостоятельность Бронштейна и глубокое понимание им ситуации видны и в других местах статьи.

Поэтому нетрудно представить себе, что он испытал, увидев свою статью о космологии в УФН снабженной предисловием «От редакции» и примечаниями с неуместным комментарием философского характера и нелепыми поправками. Принадлежали они, как легко было догадаться, Б. М. Гессену, который (вместе с Э. В. Шпольским) был в то время редактором УФН и активно выступал в защиту теории относительности с позиций диалектического материализма.