Страница 3 из 96
И решила доверить это сегодняшнему читателю — интересны ли дары предшествующего века нынешнему веку? По-прежнему ли притягателен труд первооткрывателей? Хотим ли мы, готовы ли принять эстафету предшественников?
И прав ли Берг, написав в своем дневнике: «Восхищение незаурядными людьми вызывает естественное желание подражать им?».
Глава 1.
Неизвестный Сахаров
Все знают о великой борьбе Андрея Дмитриевича Сахарова за права человека. Мы ощущали его глубоким политиком и одним из провидцев переустройства России. Сахаровские «Размышления о прогрессе, мирном сосуществовании и интеллектуальной свободе» стали для многих точкой отсчета в поисках пути к новой жизни.
Но я хочу сказать о другом. В годы гонений на Сахарова, во время горьковской ссылки, да и после нее, недоброжелатели утверждали, что обращение Андрея Дмитриевича к политической борьбе было связано с тем, что он исчерпал свои возможности в творческой научной работе.
Я намерена показать читателю нелепость таких утверждений.
Начало
Альберту Эйнштейну принадлежит такое суждение: «По-моему, существует лишь один способ представить великого ученого широкой публике: обсудить и разъяснить общепонятным языком задачи, которые он решал всю жизнь, и сами решения».
Сахаров был великим ученым, поэтому суждение Эйнштейна относится к нему в полной мере.
Пока не пришло еще время рассказать о работах Сахарова в области термоядерного оружия. Обсуждать его опубликованные статьи по микрофизике, тесно связанные с неопубликованными исследованиями, было бы, по меньшей мере, некорректно. Поэтому, чтобы хоть частично последовать указанию Эйнштейна, ограничимся циклом исследований, относящихся к космологии. Откроем статью Сахарова, написанную в 1965 году, — «Начальная стадия расширения Вселенной и возникновение неоднородности распределения вещества».
Космология — старая наука о Вселенной. Но Сахаров проложил здесь новые пути и двигался вперед, отбрасывая общепринятые точки зрения. Прежде чем обсуждать работы Сахарова, необходимо кратко описать научный фундамент, на который он опирался.
В 1923 году Фридман совершил революцию в космологии, показав, что уравнения Общей теории относительности Эйнштейна не только описывают строение Вселенной, но и свидетельствуют о возможности ее изменений со временем. Фридман нашел новое решение уравнений Эйнштейна. Из этого решения следовало, что Вселенная 10 миллиардов лет назад имела чрезвычайно малый объем и с тех пор все время расширяется, причем скорость ее расширения постоянно уменьшается под влиянием сил тяготения.
В 1929 году Хаббл подтвердил вывод Фридмана. Он установил, что удаленные галактики разбегаются тем скорее, чем дальше они от нашей Галактики. Так было доказано, что Вселенная расширяется, но механизм расширения оставался неясным.
В 1946 году ученик Фридмана Гамов, работавший в США, выдвинул гипотезу, объясняющую расширение Вселенной. Он предположил, что в начале эволюции вся материя, образующая Вселенную, была сосредоточена в чрезвычайно малом объеме, имея при этом очень высокую плотность и температуру. Затем началось взрывообразное расширение. Скорость расширения, в соответствии с решением Фридмана, постепенно уменьшалась под влиянием сил тяготения.
Расчеты Гамова и его сотрудников предсказывали, что Вселенная должна состоять преимущественно из водорода и гелия и что от начальной стадии ее эволюции должно сохраниться особое электромагнитное излучение. Теория Большого взрыва, как назвал ее Гамов, долгое время не привлекала особого внимания.
Положение изменилось в 1964 году, когда Пензиас и Уилсон обнаружили идущее со всех сторон из космоса слабое радиоизлучение. Стало ясно, что это и есть предсказанное Гамовым излучение, заполняющее Вселенную со времен одной из начальных стадий ее эволюции.
Естественно, вспыхнул интерес к теории Большого взрыва. Вскоре оказалось, что она нуждается в уточнении, ибо не могла объяснить некоторые новые астрономические наблюдения.
В июле 1965 года «Журнал экспериментальной и теоретической физики» опубликовал важную работу Сахарова «Начальная стадия расширения Вселенной и возникновение неоднородности распределения вещества». В ней исследована гипотеза о возникновении астрономических объектов в результате гравитационной неустойчивости расширяющейся Вселенной. При этом Сахаров установил существенную роль квантовых флуктуаций во время начальной стадии расширения.
Следуя Эйнштейну, надо разъяснить, что гравитационная неустойчивость возникает из-за взаимного притяжения любых незакрепленных физических объектов. Так, например, практически невозможно заставить иголку стоять на острие. Такое положение неустойчиво — притяжение Земли принудит иголку упасть.
Квантовые флуктуации — это случайные процессы или движения, неизбежные в микромире. Прошу читателей, для которых подобные разъяснения излишни, пропускать их, понимая, что для некоторых они нужны.
Ко времени появления сахаровской статьи господствовало убеждение, основанное на теории Большого взрыва, что фридмановское расширение возникло в чрезвычайно плотной, раскаленной и однородной плазме элементарных частиц. При этом оставался не исследованным механизм, нарушающий первоначальную однородность плазмы и приводящий к современному чрезвычайно неоднородному распределению материи. Ведь в наши дни практически вся материя сконцентрирована в звездах, группирующихся в иерархию галактик, разделенных почти пустым космическим пространством.
Статья Сахарова начинается так:
«В настоящее время общепринятой является космологическая теория расширяющейся Вселенной. Эта теория основывается на найденном А. А. Фридманом нестационарном решении уравнений Общей теории относительности Эйнштейна и объясняет, в частности, явление «красного смещения». (Нестационарном — значит, изменяющемся во времени; «красное смещение» — сдвиг спектральных линий в направлении от коротких к длинным световым волнам).
Зельдович привел убедительные аргументы в пользу того, что вещество в начальном плотном состоянии было холодным, и указал, что при определенных предположениях о начальных соотношениях барионной и лептонной плотностей в рамках этих предположений можно объяснить преобладающее содержание водорода во Вселенной и низкую температуру межгалактического пространства. (Барионы и лептоны — это тяжелые и легкие элементарные частицы). Можно предполагать, что на ранней стадии расширения вещество во Вселенной было почти однородным, а «первичные» астрономические объекты возникли в результате гравитационной неустойчивости. Хотя со стороны ряда астрономов и астрофизиков такая точка зрения встречает возражения, исследование ее является необходимым. Для разработки такой гипотезы большое значение имеет изучение законов нарастания малых неоднородностей плотности и нахождение статистических характеристик начальных неоднородностей.
Первая задача в рамках теории расширяющейся Вселенной была решена Е.М. Лифшицем (1946 г.) и вновь рассматривалась Зельдовичем (1963 г.), решение второй задачи требует обращения к рассмотрению начальной стадии расширения Вселенной…».
Сахаров начинает свое исследование, опираясь на основное уравнение теории расширяющейся Вселенной — уравнение Эйнштейна, — и идет по пути, указанном Лифшицем и Зельдовичем. При этом он, по-видимому, впервые использует в изучении космологической проблемы квантовую статистику элементарных релятивистских частиц. Он исходит из того, что основные физические теории — Общая теория относительности и квантовая теория микрочастиц и их коллективов, — остаются справедливыми на малых расстояниях, вплоть до планковской границы, характеризуемой величиной порядка 10-33 сантиметра. (Релятивистских — значит, движущихся со скоростью, близкой к скорости света; планковская граница расстояний — физики предполагают, что на еще меньших расстояниях известные им законы микромира могут оказаться неприменимыми.)