Педро Феррейра Идеальная теория. Битва за общую теорию относительности

Глава XIII Показная экстраполяция

Поиск фундаментальной теории стал для Эддингтона амбициозным начинанием, которое медленно; но верно подрывало его престиж. Физик из Кембриджа Поль Дирак считал общую теорию относительности Эйнштейна идеальным примером того, какой должна быть теория. В конце жизни он говорил: «Предусмотренная природой красота уравнений вызывает сильную эмоциональную реакцию»; а в уравнениях Эйнштейна эта красота была. Еще Дираку не давали покоя наблюдаемые в окружающем мире совпадения численных значений; которые в случае действительно красивых фундаментальных уравнений просто не могли быть реальными совпадениями.

В наблюдениях фигурировали кое-какие очень-очень большие числа; которые не могли оказаться случайными. Сравним электрическое взаимодействие между электроном и протоном с гравитационным взаимодействием между ними. Первое во много раз превосходит второе, и множитель в этом выражении содержит тридцать один ноль. Это чрезвычайно большое число, подходящее в качестве характеристики более серьезного параметра, например возраста Вселенной.

Герман Вейль и Артур Эддингтон тоже считали; что для совпадения таких огромных чисел должна быть какая-то причина. Поль Дирак сделал шаг вперед, предположив; что сила тяжести; определяемая постоянной Ньютона, должна меняться во времени, что противоречит общей теории относительности. Свою идею Дирак предложил в конце 1930-х; но никогда ее не развивал. В 1950-е и 1960-е годы Роберт Дикке и один из его принстонских студентов, Карл Бранс; совместно с Паскуалем Йорданом из Гамбурга вдохнули в идею Дирака новую жизнь и создали альтернативу теории Эйнштейна. В определенной степени это было идеальное дополнение к общей теории относительности.

Как выразился Карл Бранс: «Экспериментаторы; особенно из NASA; радостно восприняли возможность оспорить теорию, которая долгое время не подтверждалась экспериментально». Подобным образом думали далеко не все, и как вспоминает Бранс: «Казалось, с течением времени многие теоретики испытали раздражение от того, что в теорию Эйнштейна вторгается другая область знаний». После ухода в отставку Поль Дирак перебрался в университет штата Флорида и занялся обдумыванием некоторых своих странных идей. Иногда он признавался своим коллегам, что убежден в наличии лучшего, более естественного способа объяснения гравитации.

Но особо о своих экспериментах в этой области он предпочитал не распространяться, боясь, что их могут счесть непредсказуемыми и умозрительными. К этому времени было сделано уже много попыток модифицировать общую теорию относительности, в основном обусловленных проблемами с поиском не содержащей бесконечностей теории квантовой гравитации. Когда дело доходит до квантовой физики, с гравитацией начинают происходить странные вещи, как указал в конце 1960-х советский физик Андрей Сахаров. Сахаров наряду с Яковом Зельдовичем, Львом Ландау и многими другими входил в группу, собранную Игорем Курчатовым и Лаврентием Берией для работы над советским ядерным проектом.

Сын учителя физики, в 1938 году в возрасте семнадцати лет Сахаров поступил в Московский государственный университет, во время войны работал инженером-изобретателем и в 1947 году получил степень кандидата физических наук в области теоретической физики. Как и Зельдович, Сахаров был успешным советским ученым. Если Ландау спасла смерть Сталина, то Сахаров проработал над ядерным и термоядерным оружием даже дольше Зельдовича, почти двадцать лет.

В отличие от творческого, открытого и полагающегося на интуицию Зельдовича, Сахаров был больше подкован технически и сильнее интересовался абстрактными задачами. Друг о друге эти ученые отзьшались с восхищением. Сахаров считал Зельдовича «человеком всесторонних интересов», в то время как Зельдович сделал комплимент уникальному и своеобразному способу решения задач своим коллегой, сказав: «Я не понимаю, как думает Сахаров». С1965 года Андрей Сахаров сосредоточился на космологии и гравитации, правда, работая в собственном темпе.

Зельдович опубликовал множество работ, нагруженных новыми идеями, количество же публикаций Сахарова было далеко не таким внушительным. Его статей хватило бы разве что на тонкую книжку. Но среди них встречаются настоящие жемчужины, посвященные формированию структуры, происхождению материи и природе пространства-времени. В одной короткой блестящей работе утверждается, что законы, управляющие пространством-временем, — не более чем иллюзия, причиной которой является сложная квантовая природа реальности.

С точки зрения Сахарова, вид и поведение пространства-времени во многом напоминают воду, кристаллы и другие сложные системы. И то, что, как нам кажется, мы видим, является не более чем картиной более фундаментальной реальности, нарисованной широкими мазками. Именно квантовые свойства молекул и слабая связь между ними однозначно придают воде вид жидкости, плещущейся вокруг нас и ведущей себя определенным образом. Несмотря на отличие в деталях, широкий взгляд Сахарова достаточно точно предсказал, как в результате прогресса в квантовой гравитации пространство-время будет восприниматься сейчас, почти сорок лет спустя.

Рассматривая теорию Эйнштейна, Сахаров предположил, что геометрия пространства-времени не является фундаментальным свойством, как не являются таковыми вязкость воды или упругость кристаллов. Эти свойства возникают из более базового описания реальности. Аналогичным образом из квантовой природы материи возникает гравитация. Простая трехстраничная работа Сахарова дала удивительный результат. Сделанное им предположение привело к естественному выводу уравнений Эйнштейна. Иными словами, квантовый мир естественным образом вызывал появление геометрии пространства- времени.

Смоделированная Сахаровым теория гравитации в чем-то напоминала общую теорию относительности, но приводила к более сложному набору уравнений. Уравнения Эйнштейна сами по себе были настоящей пыткой; смоделированная же Сахаровым гравитация пошла еще дальше. Ее отличия от теории Эйнштейна проявлялись только при сильном искривлении пространства-времени вблизи черных дыр, в очень ранней Вселенной, когда все вокруг было горячим и плотным, или в микроскопическом масштабе, когда на сцену выходила квантовая пена Уиллера.

Когда физические законы раздвигаются до границ своей применимости, они перестают работать и становятся частью нового, более обширного набора законов. Эту работу Андрей Сахаров опубликовал в 1967 году, когда его голова была занята другими вещами. За долгие годы работы над проектом бомбы он получал награды от советского режима. Играя ключевую роль он, как и Зельдович, три раза награждался медалью Героя Социалистического Труда.

Но близость к ядерному оружию заставила его остро осознать катастрофические последствия гонки вооружений, в которую были вовлечены Советский Союз и Соединенные Штаты Америки. Все усиливающиеся протесты Сахарова против ядерного оружия привели к тому, что он утратил свой статус. В 1968 году он пошел против режима, опубликовав статью «Размышления о прогрессе, мирном сосуществовании и интеллектуальной свободе», в которой недвусмысленно изложил свои возражения против одной из основных оборонных программ Советского Союза — развития противоракетной обороны.

Это был конец пребывания Андрея Сахарова в роли идеального советского гражданина. Как ярко выраженный диссидент, он был лишен привилегий и наград, возможности работать над секретными проектами и сослан в Горький. Зельдович неодобрительно относился к так называемой социальной работе Сахарова, говоря своим коллегам, что «такие люди, как Хокинг, посвящают себя науке. Ничто не в силах их отвлечь».