Матвей Петрович Бронштейн

«Будущая физика не удержит того странного и неудовлетворительного деления, которое сделало квантовую теорию «микрофизикой» и подчинило ей атомные явления, а релятивистскую теорию тяготения – «макрофизикой», управляющей не отдельными атомами, а лишь макроскопическими телами. Физика не будет делиться на микроскопическую и космическую; она должна стать и станет единой и нераздельной».

...

М. П. Бронштейн, 1930

К 100-летию со дня рождения

В последние годы всё большее внимание привлекает к себе проблема построения непротиворечивой теории квантовой гравитации, с которой связывается создание единой теории всех фундаментальных взаимодействий во Вселенной. В этом контексте имеет смысл еще раз вспомнить, как зарождались основы теории квантовой гравитации и кто сделал первые шаги в этом направлении.

Первое глубокое исследование проблемы квантования гравитации, которое привело к нетривиальным физическим результатам, было выполнено в работах М. П. Бронштейна, опубликованных в 1933–1936 годах. Он был первый, кто осознал, что квантовая теория гравитации требует фундаментального пересмотра понятий пространства и времени в плане объединения релятивистских и квантовых идей того времени.

Его научное мировоззрение охватывало не только релятивистскую квантовую теорию и гравитацию, но и физику полупроводников, квантовую электродинамику, космологию, ядерную физику, астрофизику и физику атмосферы. Все, кто общался с М. П. Бронштейном, отмечали его эрудированность, широкую образованность, глубину продуманных проблем, что делало его заметным физиком-теоретиком 30-х годов прошлого столетия. Поэтому представляется уместным напомнить его краткий, но, несомненно, яркий творческий жизненный и научный путь.

До Ленинградского университета

Матвей Петрович Бронштейн родился 2 декабря 1906 года в уездном городе Виннице на Украине, в семье врача. Детей в семье было трое: сыновья-близнецы и дочь, старше их на четыре года. В 1915 году семья переехала в Киев. Братья учились дома, сдавая экзамены в гимназии экстерном. Мир, открывающийся перед ними в книгах, давал гораздо более сильные впечатления, чем события того времени. Любовь к книгам Матвей Петрович сохранил на всю свою короткую жизнь.

В 1923 году братья поступили в электротехникум, однако из-за материальных трудностей им пришлось оставить учебу, и они пошли работать на завод. В 1924 году М. П. Бронштейн узнал, что при Киевском университете действует кружок любителей физики под руководством молодого физика Петра Саввича Тартаковского, впоследствии руководителя лаборатории Ленинградского физико-технического института и заведующего кафедрой электрофизики Политехнического института. По своему духу и характеру этот кружок готовил студентов к научной работе, отбирая лучших.

Вскоре Бронштейн становится членом секции научных работников при Киевском окружном отделении Союза работников просвещения.

Директор Киевской астрономической обсерватории С. Д. Черный и руководители физических семинаров Л. И. Кордыш и Г. Г. Де Метц высоко оценили его работу в этой секции, впоследствии дав ему рекомендацию при поступлении в Ленинградский университет.

В 1925 году М. П. Бронштейн опубликовал свою первую научную статью – «Об одном следствии гипотезы световых квантов» в физической части «Журнала русского физико-химического общества» (в настоящее время периодический журнал – ЖЭТФ).

В работе исследована зависимость границы непрерывного рентгеновского спектра от угла излучения в предположении фотонной структуры излучения рентгеновской трубки. Здесь же им была установлена граница применимости теории световых квантов в области рентгеновских лучей, что является важным с точки зрения применимости квантовой теории в изучении физических явлений. Следует также отметить, что в это время гипотеза о фотонном излучении все еще не была общепризнанной, в том числе и Нильсом Бором. Это означает, что 18-летний М. П. Бронштейн был не только в орбите актуальных проблем современной физики, но и проявил себя как практик в реализации теоретического результата в экспериментах. В том же 1925 году в немецком журнале Zeitschrift fuer Physik он опубликовал еще две научные работы, посвященные квантовой теории взаимодействия рентгеновских лучей с веществом, а в 1926 г. еще три статьи.

И все же в этот период научной столицей в СССР был Ленинград (Академия наук и ее основные институты находились здесь до 1934 г.). Это и послужило поводом тому, что М. П. Бронштейн переехал Ленинград, где он поступил в 1926 г. в Ленинградский университет.

В Ленинградском университете

В 1926 году М. П. Бронштейн начинает учиться на физическом факультете Ленинградского университета, что дает ему возможность войти в научное сообщество физиков и современных физических идей. Очень скоро на физическом факультете заговорили о студенте, который мог сдать по своему уровню любой экзамен. Профессор Орест Данилович Хвольсон, к которому М. П. Бронштейн пришел сдавать экзамен за весь курс общей физики, заявил: «Что это за маскарад, милостивый государь?! Третьего дня я читал вашу статью в «Цайтшрифт фюр физик», а сегодня вы приходите ко мне экзаменоваться?! Давайте вашу зачетку!» Еще через неделю М. П. Бронштейн сдал экзамен по математике за первый курс. Судя по зачетке, среди его учителей в университете были математики Б. Н. Делоне и В. И. Смирнов, физики В. Р. Бурсиан, M. М. Глаголева, Ю. А. Крутков, П. И. Лукирский, А. Н. Теренин, В. А. Фок, В. К. Фредерикс, С. Э. Фриш, химик С. А. Шукарев. В эти годы им получены оригинальные результаты в астрофизике, по которым, после введения в СССР в 1934 году ученых степеней, ему была присвоена степень кандидата наук без защиты. Уместно напомнить о той атмосфере, которая была в это время в астрономии в Ленинграде. В университете астрономическое отделение входило в состав механико-математического, а не физического факультета. Причины этого исторические, и на них мы останавливаться не будем.

Однако с развитием идей квантовой природы света и в особенности когда квантовая теория разгадала структуру спектральных линий, астрономия стала опираться на физику не в меньшей мере, чем на небесную механику. В это время астрономия стала ставить и решать такие задачи, которые до этого были просто немыслимы. Именно вторая половина 20-х годов – период совершеннолетия астрофизики.

И любой физик, следящий за развитием фундаментального естествознания, не мог не заметить такого расцвета астрофизики. М. П. Бронштейн был одним из таких. В университете он стал ходить на занятия к астрономам и на семинарах, которые проходили в Ленинградском университете и в Пулковской обсерватории, он особенно сблизился с В. А. Амбарцумяном и Н. А. Козыревым.

Оба эти талантливых астрофизика входили в состав известной в то время группы студентов, которая сформировалась в университете в 20-е годы. В ее состав входили еще М. П. Бронштейн, Г. А. Гамов, Л. Д. Ландау, Д. Д. Иваненко – яркое созвездие будущих звезд первой величины в физике. М. П. Бронштейн и Д. Д. Иваненко не раз были в Пулковской обсерватории, где обсуждали многие вопросы теоретической физики и астрофизики, после которых появились работы М. П. Бронштейна по теории переноса излучения в атмосферах Солнца и звезд.

В этот же период проблемами астрофизики занимался и Л. Д. Ландау, в результате появилась его статья 1932 г. о возможности существования сверхплотных звезд. Следует отметить, что на фоне бурного развития идей релятивистской и квантовой физики астрофизика обрела важные открытия наблюдательного характера; в частности, была окончательно установлена внегалактическая природа спиральных туманностей – других галактик (Хаббл, 1924), что заметно раздвинуло рамки астрономической природы происхождения Вселенной. Новую идеологию в астрофизику несли молодые физики. Третья, и последняя, работа М. П. Бронштейна по звездным атмосферам была опубликована в английском журнале Monthly Notices (1929 г.), представил ее сам Милн, один из корифеев в этой области того времени. Для М. П. Бронштейна 1929 год был творческим не только в астрофизике, но еще и в геофизике. В июле 1929 года, будучи студентом, он работал в должности физика в Главной геофизической обсерватории (ГГО), в отделе теоретической метрологии. Отделом руководил Л. В. Келлер (1863–1939), один из ближайших сотрудников А. А. Фридмана (основоположника современной космологии), который занимался теорией циркуляции атмосферы. К этой области относились работа М. П. Бронштейна и ряд его докладов на семинарах в ГГО. Изобилие духовной жизни, царившее вокруг Бронштейна, сочеталось с довольно скудными условиями материальной жизни. Поскольку он не получал стипендии, ему приходилось зарабатывать на жизнь другими способами, в частности, ему нравилось писать популярные статьи о науке. В это время в стране появилось много научно-популярных журналов с приложениями в виде брошюр. Лозунгом этого времени стали слова «знание – сила», и не случайно журнал с таким названием появился именно в 1926 году. А в 1929 году читатели журнала «Человек и природа» познакомились с популярной работой М. П. Бронштейна, написанной по работе А. Эйнштейна, в которой великий физик предпринял попытку объединить гравитацию и электромагнетизм.