Страница 5 из 96
Новый результат гласил: время жизни протона составляет 1031 лет. Экспериментаторы увеличили размеры установок. Теперь оценка среднего времени жизни протона — более 1032 лет. Но никто не сомневается в справедливости предсказания Сахарова. Вопрос лишь в том, когда удастся зафиксировать распад протона и какова окажется его истинная долговечность?
Не менее вещим было предсказание, что в первые моменты расширения Вселенной, в адской жаре того времени, нарушалась СРТ-инвариантность, то есть безусловное в наши дни течение времени от прошлого к будущему. Течение, приводящее к тому, что одновременная замена частиц античастицами не может быть замечена, если до такой замены смотреть непосредственно на частицы, а после замены — на их зеркальное отражение.
28 августа 1967 года редакция журнала «Доклады Академии наук» получила еще одну короткую заметку Сахарова «Вакуумные квантовые флуктуации в искривленном пространстве и теория гравитации». В ней он возвратился к исследованию флуктуации вакуума. Теперь его интересует связь флуктуации с природой гравитационного поля.
Эйнштейн многократно говорил и писал, что Общая теория относительности есть, по существу, теория гравитации. Он указывал также, что теория имеет дело с макромиром, с Вселенной, а в микромире она нуждается в уточнении, в учете квантовой природы микромира. Без такого уточнения, писал он, невозможно объяснить длительное существование атомов. Здесь имеется, считал Эйнштейн, глубокое подобие с электродинамикой: без учета квантовых процессов невозможно объяснить, почему атомы не разрушаются вследствие потерь энергии — ее уносят электромагнитные волны, излучаемые атомами. Точно так же атомы должны были бы терять энергию на излучение гравитационных волн, но этому излучению, считал Эйнштейн, препятствуют квантовые эффекты. Устойчивость атомов требует учета квантовых процессов при излучении гравитационных волн.
Сахаров пишет, что в Общую теорию относительности входит некоторая сила, препятствующая искривлению пространства. Эта сила аналогична упругости, которая в обычной механике препятствует, например, искривлению плоской пружины.
Именно упругость становится причиной того, что искривление пространства можно обнаружить только в двух случаях. Во-первых, в непосредственной близости к очень массивным телам (например, вблизи Солнца; даже вблизи таких тел, как Земля, невозможно обнаружить искривление пространства: здесь пространство с большой точностью обладает эвклидовой геометрией и свет распространяется прямолинейно) и, во-вторых, при очень больших расстояниях.
Эйнштейн, по-видимому, не выявил упругости пространства, скрытой в Общей теории относительности и поэтому не рассмотрел причину ее появления.
Сахаров выдвигает неожиданную гипотезу о том, что в основе упругости пространства лежат квантовые флуктуации вакуума. Они возникают вследствие флуктуации полей и постоянного возникновения и исчезновения виртуальных частиц. Такие частицы нельзя наблюдать непосредственно, но их существование бесспорно проявляется в экспериментах, например в сдвиге спектральных линий атомов водорода.
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 таких выдающихся ученых, как Ландау, Померанчук, Фрадкин, и продолженной в 1967 году Зельдовичем. Это развитие сводится к обоснованию возможности «сформулировать уравнения квантовой электродинамики без «затравочного» лагранжиана свободного электромагнитного поля». Сахаров назвал этот путь гипотезой нулевого лагранжиана.
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».