Темная сторона материи. Дирак. Антивещество

«Упомянутые большие числа должны быть представлены не в виде постоянных, а как простые функции нашей настоящей эпохи. Согласно общему принципу, эти большие числа, которые описывают физическую теорию, должны зависеть от времени, выраженного в атомных единицах».

Дирак назвал данный тезис «гипотезой больших чисел». В ее основе лежала идея о том, что два любых больших числа в природе всегда связаны математическим отношением, в котором их коэффициенты составляют порядка единицы.

Дирак развил свою гипотезу до предела и завершил статью замечанием, что гравитационная постоянная обратно зависит от времени. Кроме того, общее количество нуклонов (протонов и нейтронов) во Вселенной увеличивается пропорционально квадрату времени. И наконец, возраст Вселенной и постоянную Хаббла связывает следующее отношение:

t = 1/3H.

Работа Дирака, противоречащая теории Эйнштейна (согласно которой космологическая постоянная не зависит от времени), не вызвала никакого интереса в научном сообществе. Для значительного числа физиков в области космологии речь шла просто о нумерологии. А коллеги по квантовой физике полностью проигнорировали выводы ученого.

ПИОНЕРЫ ФИЗИЧЕСКОЙ КОСМОЛОГИИ

В 1930-е годы в космологии произошла настоящая революция. В 1929 году, после тщательного анализа огромного количества данных наблюдений, американский физик Эдвин Хаббл (1889-1953) пришел к выводу, что Вселенная расширяется. Чем больше расстояние между какими-либо двумя галактиками, тем выше скорость их взаимного удаления. Хаббл установил отношение между скоростью и расстоянием: v=H∙d. Сегодня этот коэффициент пропорциональности Н называется постоянной Хаббла. Экспериментальные доказательства Хаббла согласуются с исследованиями, осуществленными ранее Александром Фридманом (1888-1925) и Жоржем Леметром (1894-1966), которые подтвердили, что общая теория относительности допускает расширение Вселенной. Забавно, что Леметр и Дирак посещали Кембриджский университет в одно время — в середине 1920-х годов.

Российский и советский физик Александр Фридман.

В 1938 году Дирак посвятил упомянутой проблеме вторую статью, более содержательную, а потом сделал большой перерыв и вернулся к ней только в 1972 году. Во всех дальнейших работах ученый развивал свою гипотезу больших чисел; кроме того, он пытался согласовать свои предположения с новыми опытными результатами, такими как реликтовое излучение, доказывающее теорию Большого взрыва.

Математика увлекла меня на неожиданные пути, открывающие новые перспективы и ведущие к новым территориям, на которых мы можем создать оперативную базу для изучения окружающего мира и прогресса в будущем.

Поль Дирак

Исследования, проведенные Дираком в 1950-х годах касательно возможности использования гамильтониана в общей теории относительности, заслуживают особого внимания.

Главной целью данных работ было построение квантовой теории гравитации. И хотя Дирак не преуспел в своих попытках (и сегодня физики еще решают эту проблему), «гравитон», представленный им на заседании Американского физического общества в 1959 году в Нью-Йорке, все-таки заслуживает упоминания: квант гравитационного взаимодействия является эквивалентом фотона для электромагнитного взаимодействия.

РАБОТА И ПОЕЗДКИ

Жизнь Дирака после 1934 года была организована практически так же, как и всегда, и включала в себя постоянную работу и поездки. До начала Второй мировой войны ученый неоднократно посещал США и Советский Союз. Дирак несколько раз побывал в Институте перспективных исследований Принстона, где познакомился с Маргит Вигнер (сестрой венгерского физика Юджина П. Вигнера), на которой женился в 1937 году.

Интересно, что в научной среде особые отношения у Дирака сложились с некоторыми физиками из СССР: он тесно сотрудничал с Таммом, Фоком и Капицей и трижды приезжал к ним в период между 1934 и 1937 годами (второй приезд совпал со смертью его отца в 1936 году). В дальнейшем Дирак не мог вернуться в Советский Союз до 1955 года.

Во время войны физик участвовал во многих военных проектах, однако в гораздо меньшей степени, нежели его коллеги. Он осуществил множество расчетов и исследований распада радиоактивных изотопов и, тем не менее, отказался прямо участвовать в Манхэттенском проекте. В Кембридже Дирак продолжал исследования в области теоретической физики, тогда как многие его коллеги-ученые полностью посвятили себя военным исследованиям. Большинство из них (родом из разных стран Европы) остались в США после окончания войны.

Следующие годы ознаменовались началом холодной войны (с 1948 года) и периодом «маккартизма» (1950-1956) в Штатах. В течение нескольких лет отношения Дирака с его советскими коллегами практически сошли на нет; частые поездки в СССР в 1930-е годы обернулись неприятностями с американскими властями. В 1954 году ученому было отказано во въездной визе в США. Однако для некоторых его европейских коллег (и даже для американских) последствия были гораздо более серьезными: Роберт Оппенгеймер, например, подвергся судебному преследованию.

Начиная с 1955 года Дирак снова стал ездить по миру, при этом надолго останавливаясь в Штатах. В этот период он активно участвовал в научных конгрессах, заседаниях и конференциях, по-прежнему держась подальше от света прожекторов. В 1969 году, после 37 лет работы руководителем Лукасовской кафедры в Кембридже, Дирак решил оставить свою должность. В тот же год он уехал в США, где сотрудничал со многими университетами. В 1971 году ученый принял, наконец, кафедру во Флоридском университете в Таллахасси, которую потом занимал до самой смерти (в 1984 году).

Во Флориде Дирак также продолжал свою исследовательскую деятельность и регулярно публиковал научные статьи. Он участвовал и в общественной деятельности, причем гораздо активнее, чем в Кембридже, где его университетская жизнь ограничивалась лекциями и семинарами. И хотя большую часть времени Дирак по-прежнему проводил в своем рабочем кабинете, его общение с другими профессорами и коллегами приняло более регулярный характер, нежели в прошлом.

КАПИЦА И СЕМЬЯ ДИРАКА

Среди физиков самые близкие дружеские отношения Дирак поддерживал, несомненно, с Петром Капицей. С самой их встречи в Кембридже в 1920-е годы они настолько хорошо понимали друг друга, что Дирак согласился сотрудничать с Капицей в его экспериментальных работах. В 1934 году Капице запретили покидать страну, и поездки Дирака в СССР значили для него очень много. Слова супруги ученого, наверное, лучше всего описывают особые отношения, связывавшие двух физиков: «В 1937 году Дирак привез меня в Россию, где мы побывали у его дорогого друга Петра Капицы. Он стал моим героем, [...] незабываемый друг, которого мы оба бесконечно любили и ценили». Капица получил Нобелевскую премию по физике в 1978-м и умер в 1984 году.

ПРИНЦИП МАТЕМАТИЧЕСКОЙ КРАСОТЫ

В 1956 году, во время пребывания Дирака в МГУ им. М.В. Ломоносова, его попросили (как и других выдающихся гостей) написать на доске одну, символизирующую его работу фразу, которую он завещал бы потомкам. Дирак написал: «Закон физики должен обладать математической красотой». Это предложение характеризует мышление Дирака с середины 1930-х годов. Девиз, которому он следовал всю жизнь, сегодня известен как «принцип математической красоты в физике». Именно из-за данного принципа Дирак так и не признал квантовую электродинамику, несмотря на то что она описывала экспериментальные результаты с исключительной точностью. Именно из-за него он защищал свою теорию космологических постоянных, хотя она очевидным образом противоречила экспериментальным данным.