Книга Кто изобрел современную физику? От маятника Галилея до квантовой гравитации - Геннадий Горелик

Однако сама стационарная космология не выдержала другого следствия из идеи Горячей Вселенной — космического реликтового излучения. Гамов и его сотрудники несколько раз оценивали температуру этого излучения, хоть и не для того, чтобы озадачить радиоастрономов своим предсказанием. Они хотели убедиться в разумности своего сценария: если получилась бы слишком большая температура, сценарий пришлось бы забраковать. Его забраковали, как уже сказано, по совсем другой причине, но представление о фоновом космическом излучении и его малой температуре жило своей жизнью и дождалось случайного открытия в 1965 году!

И Гамов дождался триумфа правильного следствия из его ошибочной идеи. Эту удачу он заслужил, расширив горизонт физического подхода к ранней Вселенной и не отступив от космологии Фридмана в трудное для нее время.

Подарок судьбы Андрея Сахарова

К Андрею Сахарову мировая слава пришла не за его научные достижения. Она на него обрушилась в 1968 году, сразу после того, как на Западе опубликовали его большую статью «Размышления о прогрессе, мирном сосуществовании и интеллектуальной свободе». Семь лет спустя его наградили Нобелевской премией мира за

«убедительность, с которой он провозгласил, что нерушимые права человека дают единственный надежный фундамент для подлинного и устойчивого международного сотрудничества» и за «бесстрашную личную приверженность к отстаиванию фундаментальных принципов мира между людьми».

Преображение секретного физика, «отца» советской водородной бомбы, в общественного деятеля и правозащитника озадачивало и западных наблюдателей, и тех, кто знал Сахарова со студенческих лет. Советским пропагандистам, однако, надлежало объяснить народу, что случилось с академиком, трижды Героем и лауреатом. Одно из объяснений звучало так: «Сахаров решил возместить прогрессировавшую научную импотентность лихим ударом в другой области».

Академик и трижды Герой Андрей Сахаров за вечерней партией шахмат с женой Клавдией, вторая половина 1960-х годов, когда Сахаров выдвинул свои главные научные и общественно-политические идеи.

На самом же деле в 1967 году — накануне «лихого удара в другой области» — Сахаров опубликовал две свои самые яркие чисто научные идеи. И это, укрепив его веру в свои силы, сыграло роль в его поворотном жизненном решении.

Его изобретательский талант и чувство ответственности отделили его от чистой науки почти на двадцать лет, то есть почти навсегда, если говорить о способности выдвинуть принципиально новую идею. Для него это был больной вопрос. Оглядывая свою жизнь, шестидесятилетний Сахаров в «рукописной беседе» с женой — укрываясь от ушей КГБ — написал о своем возвращении в чистую науку в «преклонные» сорок с лишним лет:

На самом деле, подарок судьбы, что я смог что-то сделать после спецтематики. Никому, кроме Зельдовича и меня, это не удалось. И в США тоже ни Теллер, ни Оппенгеймер не смогли вернуться к большой науке. Там исключение — Ферми. Но он быстро умер и он — гений.

Вернуться в чистую науку Сахарову помог общительный Зельдович. Уйдя из ядерного проекта в 1963 году, он Сахарову заменял участие в научных семинарах и общение с мировой наукой. И первую задачу в космологии Сахаров, можно сказать, получил из рук Зельдовича. Но решил он ее сам и запомнил день, когда это случилось, — 22 апреля 1964 года: «…Я вновь уверовал в свои силы физика-теоретика. Это был некий психологический разбег, сделавший возможными мои последующие работы тех лет».

Его новая уверенность видна в «программе на 16 лет», которую он составил для себя в 1966 году. Почему 16? Возможно, потому, что предыдущие 16 лет провел на Объекте — в секретном ядерном центре, в отрыве от высокой науки. Видимо, по той же причине программа включила в себя 16 проблем, начиная с солидной «Фотон + Гравитация» и кончая загадочным «Мегабиттроном».

Особого внимания заслуживает пункт 14 в этой программе. Правда, думая о сложных физико-математических материях, академик пропустил восьмой пункт. А значит, пункт 14 становится фактически 13-м, чем можно объяснить его особый характер. Похоже, поставив себе цель набрать 16 задач, Сахаров задумался в этом месте, поставил вопросительный знак и, вспомнив, что наука плохо поддается планированию, дописал: «Именно это я и буду, наверно, делать». Он оказался прав: «именно этим», незапланированным, он занялся в том же, 1966 году и даже уместил в этот пункт две самые яркие свои теоретические работы.

Во-первых, он объяснил, почему во Вселенной частиц гораздо больше, чем античастиц, и то была самая успешная из его чисто физических идей. А во-вторых, предложил новый подход к гравитации, в которой усмотрел проявление ультрамикроскопических свойств вакуума.

Симметрии асимметричной Вселенной

Научный синоним слову «красота» — понятие «симметрия», математически точное, важное в физике и, сверх того, наглядное. Простой пример — зеркальная симметрия бабочки: если ее отразить в зеркале, правое крыло станет на место левого, но никакой разницы не заметить. Всякая симметрия — это закономерность формы, в силу которой форма эта не меняется при каких-то переменах.

Такое свойство, выраженное на языке математики, стало инструментом физики в изучении устройства природы. Физика прошла долгий путь, прежде чем в своих законах разглядела проявления глубинных симметрий мироздания. Все знают, что вертикально поставленный и закрученный волчок стоит на одной точке и не падает. Но почему? Потому что не знает, куда упасть: все направления, поперечные его оси, равноправны — все направления в пространстве симметричны относительно этой оси. Такая симметрия определяет главный закон волчка — закон сохранения момента импульса.

Понятие симметрии — одно из самых работоспособных в физике. Поведение не только волчка, но и атома и атомной бомбы определяются симметрией. Теоретик всегда ищет максимально симметричное упрощение своей задачи. А всякий фундаментальный физический закон раскрывает некую симметрию природы. Если же обнаруживается какая-то асимметрия, то это — проблема для теоретика.

«Электродинамика Максвелла в применении к движущимся телам приводит к асимметрии, несвойственной самим явлениям», — так Эйнштейн начал статью о теории относительности. Созданием этой теории он преодолел асимметрию, которая оказалась лишь видом сбоку на глубинную симметрию природы.

Другой триумф симметрии в физике обязан Полю Дираку. В конце 1920-х годов, стараясь соединить теорию относительности и квантовую механику, он получил элегантное уравнение для электрона. Вскоре, однако, обнаружилось, что уравнение описывало еще и другую частицу — в чем-то очень похожую на электрон, а в чем-то противоположную. По массе эта частица совпадала с электроном, а по заряду была противоположной. Настолько противоположной, что встреча этой частицы с электроном привела бы к их аннигиляции, то есть взаимоуничтожению.