URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Визгин В.П. Единые теории поля в квантово-релятивистской революции: Программа полевого геометрического синтеза физики
Id: 39109
 
375 руб. 299 руб.

Единые теории поля в квантово-релятивистской революции: Программа полевого геометрического синтеза физики. Изд.3, стереот.

URSS. 2007. 312 с. Мягкая обложка. ISBN 978-5-484-00834-6.
Внимание: АКЦИЯ! Только до 07.12.2016!

 Аннотация

В книге рассматривается история попыток создания единой геометризованной теории поля в первой трети XX в. Выделяются две глобальные исследовательские программы в физике на рубеже третьего десятилетия: полевая геометрическая программа, основанная на общей теории относительности, и квантово-теоретическая программа. Исследуются пути развития полевой геометрической программы и ее взаимодействие с квантово-теоретической программой, в частности ее плодотворное воздействие на генезис калибровочной концепции поля, оказавшейся в последние десятилетия основой для построения объединенного полевого описания фундаментальных взаимодействий.

Для научных работников, преподавателей, аспирантов, студентов --- физиков и математиков.


 Оглавление

Предисловие ко второму изданию
ПРЕДИСЛОВИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНО-ПОЛЕВАЯ ПРОГРАММА СИНТЕЗА ФИЗИКИ
 Вводные замечания
 Формирование электромагнитно-полевой программы
 Трудности электромагнитно-полевой программы: СТО и кванты
 Единые теории поля, основанные на электромагнитно-полевой программе
 Попытки Эйнштейна
 Теория Ми
 Теории Ишивары и Нордстрема
 Выводы
Глава 2. ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ -- ЯДРО ПРОГРАММЫ ЕДИНЫХ ГЕОМЕТРИЗОВАННЫХ ТЕОРИЙ ПОЛЯ
 Релятивистская программа и общая теория относительности
 Отношение Эйнштейна к унифицирующим возможностям ОТО
 Теория Гильберта -- первая единая теория поля, основанная на ОТО
 Выводы
Глава 3. ТЕОРИЯ ВЕЙЛЯ -- ПЕРВАЯ ПОДЛИННО ГЕОМЕТРИЗОВАННАЯ ЕДИНАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ
 Научно-коммуникативные аспекты формирования теории Вейля
 Значение философских интересов Вейля
 Предшествующие работы по единым теориям; поля
 Предшествующие исследования по дифференциальной геометрии
 Геометрический фундамент теории и основная идея объединения гравитации и электромагнетизма
 Проблема полевых уравнений и законы сохранения в теории Вейля
 Вопрос об опытной проверке основ теории (критика Эйнштейна)
 В.Паули и теория Вейля: от активной поддержки к критике
 Выводы
Глава 4. 1921 ГОД -- УЗЕЛ В РАЗВИТИИ ЕДИНЫХ ГЕОМЕТРИЗОВАННЫХ ТЕОРИЙ ПОЛЯ
 Введение
 Квантово-теоретическая программа
 Развитие теории Вейля
 Теория Эддингтона
 Теория Калуцы
 Теории Эйнштейна 1919-1923 гг.
 Выводы
Глава 5. ПУТЬ ЭЙНШТЕЙНА: ДЕСЯТИЛЕТИЕ НАДЕЖД И РАЗОЧАРОВАНИЙ
 Введение
 Аффинная теория, 1923-1924 гг.
 Концепция переопределения полевых уравнений и кванты, 1923 г.
 Аффинно-метрическая теория, 1925-1926 гг.
 Проблема уравнений движения и пятимерие, 1927 г.
 Геометрия с абсолютным параллелизмом, 1928-1930 гг.
 Новый вариант пятимерия (Эйнштейн и Майер, 1931-1932 гг.)
 Эскиз дальнейших усилий Эйнштейна (Принстон, 1933--1955 гг.)
 Выводы
Глава 6. РОЛЬ ЕДИНЫХ ГЕОМЕТРИЗОВАННЫХ ТЕОРИЙ ПОЛЯ В ГЕНЕЗИСЕ И РАЗВИТИИ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ
 Введение
 Теория Вейля и волновая механика
 Калибровочная концепция поля и единые теории поля (постановка проблемы)
 Потенциалы и напряженности в электродинамике
 Калибровочные преобразования в теории Вейля
 Локальные калибровочные преобразования и квантовая механика
 От калибровочной симметрии к калибровочным полям
 На пути к теории Янга -- Миллса
 Выводы
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
ЛИТЕРАТУРА
УКАЗАТЕЛЬ ИМЕН

 Предисловие ко второму изданию

Первое русское издание монографии вышло более 20 лет тому назад [1]. Тираж был невелик -- примерно 2000 экземпляров. Насколько я могу судить, книга была благожелательно встречена и вызвала интерес физиков, историков и философов науки; в 1994 г. издательство "Birkhauser" выпустило ее перевод на английский язык [2], выполненный Дж.Барбуром и привлекший внимание зарубежных коллег. К сожалению, последующие годы я несколько отошел от тематики, связанной с историей единых теорий поля. За прошедшее же время появилось немало важных работ в этой области, сколько-нибудь полный учет которых, потребовал бы существенной доработки или даже   переработки книги. Включенность в другие темы и проекты не оставляет времени для этого.

Тем не менее, я считаю небесполезным переиздание книги по нескольким причинам. Во-первых, я внес в текст ряд уточнений и дополнений, исправил найденные мною погрешности и опечатки. Во-вторых, удалось убедить издателей восстановить эпиграфы к главам из стихов О.Э.Мандельштама, которые в 1985 г. я вынужден был снять по не зависящим от меня обстоятельствам. Надеюсь, читатель оценит пророческий дар поэта, творившего в те же 10Не -- 30Не годы, когда А.Эйнштейн, Д.Гильберт, Г.Вейль и другие разрабатывали свои теории. В-третьих, я рад, что это издание я могу посвятить моим родителям, как и английский перевод книги.

После 1994 г., когда был выпущен этот перевод, вышло несколько моих работ, имеющих отношение к содержанию книги [3, 4]. Несколько слов о них. В двух из них речь идет, прежде всего, о единой теории гравитационного и электромагнитных полей Д.Гильберта, на основе которой он нашел свой путь к общековариантным уравнениям гравитации. Найденная в 1997 г. в архиве Геттингенского университета корректура гильбертовского доклада "Основания физики" проливает новый свет на формирование теории Гильберта и, особенно, на драматичную историю открытия уравнений гравитационного поля [5, 6].

Далее, в 1996 г. вышел мой перевод с немецкого классической книги Г.Вейля "Пространство, время, материя", содержащей как блистательное изложение специальной и общей теорий относительности, так и ценный материал по единым теориям поля. В 2004 г. вышло ее второе (исправленное) издание [3].

Наконец, издательство "Birkhauser" в 2002 г. выпустило в известной бостонской серии "Einstein Studies" под нашей с Ю.В.Балашовым редакцией сборник переводов на английский язык ряда российских работ, посвященных изучению творчества Эйнштейна и развития его идей [4]. Большая часть статей была опубликована ранее в "Эйнштейновском сборнике". В некоторых из этих работ также затрагиваются вопросы истории единых теорий поля.

В заключение -- небольшой список некоторых важных работ по истории единых теорий поля, в основном появившихся за последнее десятилетие и ставших мне известными [7--14]. Кратко прокомментирую его.

В монографии Т.Цао [9] геометрическая полевая программа рассматривается весьма конспективно; зато она включена в последующую цепочку программ: квантово-полевой и калибровочно-полевой. Значительное внимание уделено философско-научной проблематике.

Важный дополнительный материал к I главе, особенно в части касающейся теории Ми, содержится в препринте [8]. Что касается гл.II в. целом, и теории Гильберта в частности, то, помимо [4,5], много важных деталей можно найти в цитированных там работах Л.Корри, Ю.Ренна, Т.Зауэра, Дж.Стейчела и др.

К центральным в монографии III--V главам (теории Вейля, Эддингтона, Калуцы, Эйнштейна и др.) можно добавить ссылки на статьи [7, 8, 10]. Теориям Калуцы--Клейна посвящена работа [15].

Главу VI можно дополнить ссылками на работы по истории калибровочной симметрии и калибровочной концепции поля [11, 14]. Две недавно вышедшие монографии Ю.С.Владимирова [16] также включают в себя обширный материал по развитию геометрической полевой программы, в частности по теориям Калуцы--Клейна и их многомерным аналогам.

Философские и методологические аспекты проблемы единства физического знания в целом и единых теорий поля в частности существенно затрагиваются в упомянутых книгах Т.Цао, Ю.С.Владимирова и в препринте Г.Геннера [12].

Я благодарен Дж.Барбуру, Ю.С.Владимирову, В.Л.Гинзбургу, П.Джозефсону, М.Б.Менскому, В.В.Нестеренко, Л.Б.Окуню, Н.Ф.Овчинникову, А.Н.Паршину, Р.Ф.Полищуку и Б.А.Розенфельду читавшим первое издание книги и сделавшим ряд важных замечаний. Конечно, я сохраняю свою признательность сотрудникам сектора истории физики и механики Института истории естествознания и техники им. С.И.Вавилова РАН (см. предисловие к первому изданию), а также моим учителям и старшим коллегам, закончившим свой жизненный путь, прежде всего Л.С.Полаку и И.Ю.Кобзареву, а также А.Т.Григорьяну.


 Предисловие

И за полем полей поле новое...
О.Э.Мандельштам. Стихи о неизвестном солдате, 1937--1938

Несмотря на быстро растущее расширение сферы физического исследования, появление все новых и новых разделов физики, главным нервом в ее развитии было и остается стремление к теоретическому синтезу всего массива физического знания. Основные свершения в физической науке были, как правило, связаны с различными фазами этого синтеза. Наиболее радикальным выражением названной тенденции является программа построения единой физической теории. После того как максвелловская электродинамика объединила в одной теоретической схеме явления электричества, магнетизма и оптики на основе понятия электромагнитного поля, возникла надежда на то, что именно полевая концепция должна стать фундаментом будущей единой теории физического мира. Но уже в первом десятилетии XX в. выяснилась ограниченность электромагнитно-полевой концепции физики.

Нетривиальное развитие получило понятие классического поля в общей теории относительности, возникшей на пути разработки релятивистской теории гравитации. Оказалось, что гравитационное поле наряду со свойствами, присущими электромагнитному полю, обладает той важной особенностью, что оно одновременно выражает метрическую структуру пространственно-временного континуума. В результате появилось следующее обобщение программы полевого синтеза физики: единое поле, представляющее гравитацию и электромагнетизм, должно также описывать геометрию пространства-времени. Основной задачей в свете этой программы стали поиски таких геометрических схем, более общих, чем риманова геометрия, которые бы определили уравнения единого поля настолько нетривиальные, чтобы включить в число своих решений корпускулярные и квантовые аспекты материи.

Книга, предлагаемая читателю, рассказывает о возникновении этой грандиозной по своему замыслу программы полевого геометрического синтеза физики, о первых ее успехах, надеждах^ которые возлагались на нее в начале 20-х годов, об ее трудностях, неудачах и путях дальнейшего развития вплоть до начала 30-х годов, когда успехи квантовой теории и открытие новых элементарных частиц и новых взаимодействий между ними отодвинули эту несработавшую программу на второй план и поставили ее перед новыми крайне серьезными проблемами.

В 70--80-х годах проблема единой полевой теории основных физических взаимодействий вновь стала весьма актуальной. Правда, теперь речь шла о квантовой полевой теории четырех фундаментальных взаимодействии: гравитационного, электромагнитного, слабого и сильного. И в современном варианте эта программа остается существенно геометрической. Ее геометризм связан с так называемой калибровочной структурой основных полей, позволяющей использовать геометрию расслоенных пространств. Калибровочная концепция поля, открывшая новый ресурс теоретико-полевого синтеза физики, исторически возникла в единых геометризованных теориях поля 20-х годов. Не вполне утратили свое значение и конкретные варианты геометризации полей, использованные в единых теориях Вейля, Калуцы, Эйнштейна. Но сегодня программа полевого синтеза физики не противостоит квантово-теоретической программе, как это было в 20-х и 30-х годах. Напротив, обе эти программы, долгое время находившиеся в оппозиции друг к другу, теперь нашли способ объединить свои усилия в попытке решить основную задачу современной физики -- построить последовательную единую теорию элементарных частиц и их взаимодействий.

Автор благодарен Г.Е.Горелику, Г.М.Идлису, И.Ю.Кобзареву, А.Б.Кожевникову, М.И.Монастырскому и Л.С.Полаку, которые прочли книгу в рукописи и сделали много полезных замечаний. Весьма стимулирующими были обсуждения рукописи или ее фрагментов в секторе истории физики и механики ИИЕиТ АН СССР, возглавляемом А.Т.Григорьяном, которому автор благодарен за постоянное внимание к данной работе.


 Введение

В 1979 г. Нобелевской премии по физике удостоились американские физики С.Вайнберг и Ш.Глэшоу, а также пакистанский физик А.Салам за создание единой калибровочной теории слабых и электромагнитных взаимодействий. По времени это совпало, как заметил в своей Нобелевской лекции А.Салам, со столетием со дня смерти Максвелла, осуществившего впервые теоретико-полевой синтез электричества, магнетизма и света, и с сотой же годовщиной, но со дня рождения, Эйнштейна -- "человека, давшего нам предвидение окончательного объединения всех сил" [1, с.8].

Стремление естествоиспытателей к построению единой научной картины мира, а физиков -- к созданию единой физической теории восходит к античной натурфилософии, напряженно искавшей ключ к единому описанию Вселенной либо на путях открытия единственного материального первоначала явлений природы, либо, как это пытались сделать пифагорейцы, в форме установления единой математической структуры мира, либо на основе атомистической концепции.

На протяжении более чем двух веков, начиная с XVII в., эпохи Галилея, Декарта, Ньютона, в роли такого объединяющего начала всего многообразия явлений природы выступала классическая механика. "Механистическое мировоззрение", "механистическая картина мира", "механистическое объяснение природы" господствовали и в XIX в. Встав на позиции, близкие к методологии научно-исследовательских программ или куновского парадигмального подхода, мы могли бы сказать о классико-механической программе или соответственно о классико-механической парадигме в естествознании (и тем более в физике) XVII--XIX вв.

Создание в 60--70-х годах XIX в. теории электромагнитного поля, прежде всего Дж.Максвеллом, привело в конечном счете к рождению в середине 90-х годов электромагнитно-полевой программы и соответственно электромагнитной картины мира в физике. Успехи максвелловского полевого синтеза электрических, магнитных и оптических явлений, последующие успехи электронной теории Лоренца в объяснении широкого круга вопросов строения вещества привели к выдвижению на первый план электромагнитно-полевой программы, лидерами которой выступили Э.Вихерт, М.Абрагам, П.Друде, В.Кауфман, В.Вин, А.Зоммерфельд, Дж.Лармор, О.Лодж, в значительной мере Дж.Дж. Томсон, О.Хевисайд, Дж.Фицджеральд, Г.А.Лоренц, А.Пуанкаре, П.Ланжевен. Первые стадии научной революции в физике, происходившей на рубеже XIX и XX вв., во многом протекали под лозунгом перехода физиков на позиции электромагнитно-полевой программы.

При изучении кризиса философских оснований физики в начале XX в. В.И.Ленину пришлось обратиться к анализу научной революции в физике, и он совершенно верно оценил основное содержание этой революции, которое, по его мнению, заключалось в крушении механистического мировоззрения и переходе физики на позиции электромагнитно-полевой программы.

Непреходящим достижением теории Максвелла и электромагнитно-полевой программы в целом было создание понятия поля и выдвижение концепции синтеза физики на полевой основе. Однако эта блестяще задуманная и казавшаяся столь перспективной программа уже к началу 10-х годов оказалась существенно подорванной. Создание в 1905 г. специальной теории относительности, возникновение квантовой теории излучения, разработка уже во втором десятилетии общей теории относительности и квантовой теории атома совершенно отчетливо показали границы электромагнитно-полевой программы. На смену ей шли, с одной стороны, в области макрофизики и, в частности, теории гравитации -- релятивистская программа, а с другой -- в области микрофизики -- квантово-теоретическая программа. Во многих разделах физики эти две программы в течение долгого времени либо не соприкасались друг с другом, либо даже дополняли друг друга. Первой наиболее впечатляющего теоретического успеха добилась релятивистская программа -- в области теории тяготения. В 1915--1916 г. была создана общая теория относительности (ОТО), в сущности релятивистская теория гравитационного поля. Но значение этой теории вышло далеко за рамки гравитационной физики, поскольку ОТО одновременно оказалась новой теорией пространства и времени, радикально преобразовавшей основы пространственно-временных представлений классической физики и даже специальной теории относительности (СТО). Основной особенностью ОТО, резко выделяющей ее из всего многообразия физических теорий, включая также и первые квантовые теории, была присущая ей идея геометризации физического взаимодействия (именно гравитационного). Истолкование гравитационного поля как проявления кривизны пространства-времени и новая концепция пространства-времени, отождествленного фактически с физическим полем, уравнения которого определяются распределением материи (как обладающей массой покоя, так и электромагнитного поля), были совершенно новым словом в истории физики. Фундаментальный характер ОТО, глубина и оригинальность ее исходных идей выдвинули ее в разряд программных теорий. И действительно, в работах Д.Гильберта (1915) и Г.Вейля (1918) были развиты первые единые теории электромагнитного и гравитационного полей на основе ОТО, которые к началу 20-х годов привели к оформлению программы единых геометризованных теорий поля (программы ЕГТП). Программа ЕГТП родственна электромагнитно-полевой программе, поскольку в обеих программах основополагающую роль играет понятие поля, именно классического поля, описываемого системой дифференциальных уравнений в частных производных. Общность программ заключается и в том, что в своих наиболее радикальных вариантах они стремились свести понятия частиц и особенности квантового поведения полей и частиц к своеобразным проявлениям классических полей.

Обычно считается, что у истоков программы ЕГТП стоял А.Эйнштейн. С одной стороны, это не совсем так, поскольку программные установки нового подхода сформировались, как мы заметили, в работах Гильберта и Вейля, а Эйнштейн первоначально отнесся к этой программе крайне скептически. Но это верно в том отношении, что основу, ядро этой программы составила ОТО, решающий вклад в создание которой был внесен бесспорно Эйнштейном. Все же спустя несколько лет после пионерской работы Вейля (кстати, заметим, что именно в вейлевском, а не в гильбертовском варианте сформировалось в окончательном виде ядро программы ЕГТП) Эйнштейн действительно стал лидером этой программы. Более того, он оставался им до конца своей жизни.

В начале 20-х годов на программу ЕГТП возлагались большие надежды, хотя немногие физики решались руководствоваться ею в своих исследованиях. Неудачи глобальных замыслов Гильберта и Вейля, прежде всего в плане получения новых физических результатов и установления связей с квантовой теорией, отпугивали физиков, которые предпочитали в большинстве своем работать на основе квантово-теоретической программы, что приносило не всегда значительные, но все же реальные физические результаты. Математическая же глубина программы ЕГТП, ее связь с новейшими разделами дифференциальной геометрии привлекали к этой программе математиков, которые сыграли в ее развертывании важную роль. Помимо Д.Гильберта и Г.Вейля, здесь в первую очередь надо назвать Э.Картана, Я.Схоутена, О.Веблена, Т.Леви-Чивиту, Л.Эйзенхарта. Программой ЕГТП интересовались и пытались ее использовать такие физики, как Э.Шредингер, В.Паули, А.С.Эддингтон, В.А.Фок, И.Е.Тамм и другие, которые внесли значительный, иногда определяющий вклад в разработку квантово-теоретической программы. Создание в 1925--1927 гг. квантовой механики и ее триумфальные достижения в последующие годы привели в начале 30-х годов к заметному снижению авторитета программы ЕГТП, хотя время от времени некоторые из лидеров квантово-теоретической программы, такие, как В.Паули (в начале 30-х) или Э.Шредингер (в 40-х годах), возвращались к единым теориям поля. На фоне выдающихся успехов квантово-теоретической программы порой изящные математические схемы единых геометризованных теорий поля выглядели бесплодными, тем более что проходили годы и десятилетия, а сменяющие одна другую единые теории не выходили за рамки глобальных замыслов и абстрактных математических структур. Основной кризис в разработке единых полевых теорий возник в начале 30-х годов, особенно после 1932 г., явившегося вехой в истории физики элементарных частиц. Именно в эти годы были открыты нейтрон, позитрон, созданы основы квантовой электродинамики, развиты протонно-нейтронная модель ядра, представление об обменном характере ядерных сил, первая теория слабых взаимодействий. Таким образом, в физике появились два новых типа взаимодействий -- сильное и слабое. Это обстоятельство еще более подчеркнуло ограниченность программы ЕГТП, стремящейся прежде всего к объединению гравитационного и электромагнитного полей и по-прежнему остававшейся классической по своей сути. Именно начало 30-х годов оказалось тем рубежом, за которым программа ЕГТП постепенно утратила свое значение. По-видимому, лишь авторитет Эйнштейна (и, может быть, Шредингера, который в 40--50-х годах продолжал заниматься едиными теориями) и математическая глубина некоторых из этих теорий привлекали теоретиков к исследованиям в этой области.

Хотя в 40--50-х годах предпринимались отдельные попытки связать воедино на основе программы ЕГТП не только электромагнитное и гравитационное, но и мезонное поле, подавляющее большинство физиков расценивали эти попытки как бесперспективные. Основные усилия теоретиков в это время были направлены на разработку непротиворечивой квантовой электродинамики и распространение методов квантовой теории поля на всю совокупность элементарных частиц. Первая задача была блестяще разрешена С.Томонагой, Дж.Швингером, Р.Фейнманом, создавшими теорию перенормировок. Решение второй задачи затруднялось из-за непрекращающегося открытия все новых элементарных частиц и их свойств. Именно в конце 40-х-- начале 50-х годов начался период новых открытий в области физики элементарных частиц: были открыты гипероны и K-мезоны, а также так называемые "резонансы". При таком изобилии различных типов элементарных частиц и их взаимодействий подход, основанный на ЕГТП-программе, казался крайне абстрактным и лишенным реальной эмпирической основы. Большим успехом в физике частиц считалось обнаружение хотя бы полуэмпирических регулярностей типа закона сохранения странности, дававших некоторые надежды на построение в обозримом будущем разумной теоретической схемы. Открытие несохранения четности в слабых взаимодействиях во второй половине 50-х годов еще больше осложнило положение в физике элементарных частиц.

Эйнштейн к этому времени уже умер (в 1955 г.), почти никто из ведущих физиков не относился серьезно к программе ЕГТП. В 1958 г. позицию подавляющего большинства физиков ясно выразил Паули в английском издании своей знаменитой энциклопедической статьи по теории относительности, к которому он написал специальное дополнение, посвященное единым геометризованным теориям поля после 1920 г.: "Большинство физиков, включая автора, придерживаются взглядов, высказанных Бором и Гейзенбергом при эпистемологическом анализе ситуации, создавшейся в связи с этими идеями (т.е. принципами неопределенности и дополнительности. -- В.В.), и потому считают невозможным полное решение открытых вопросов в физике на пути возврата к представлениям классической теории поля" [2, с.419]. Тем не менее Паули рассмотрел основные линии развития программы ЕГТП, еще раз подчеркнув наличие фундаментальных трудностей физического характера на пути ее реализации, так и не преодоленных почти за 40 лет, прошедших со времени появления первых единых геометризованных теорий поля.

Спустя несколько лет после этого еще более резкую оценку программе ЕГТП дал известный советский специалист по ОТО А. 3. Петров: "Все имеющиеся "единые теории" не вышли пока за рамки отвлеченных теоретических построений и не привели к значительным открытиям или следствиям, допускающим экспериментальную проверку... не сыграли... эвристической роли по отношению к другим разделам современной физики" [3, с.7]. Число высказываний подобного рода можно было без труда умножить. Впрочем, во второй же половине 50-х годов идея построения единой теории поля вновь вышла на первый план, хотя и не на основе программы ЕГТП. Речь идет о единой нелинейной спинорной и квантовой теории поля В.Гейзенберга [4, 5]. Сразу заметим, что надежды на теорию Гейзенберга не оправдались, более перспективным оказалось направление, связанное с концепцией калибровочных полей, которое в конечном счете и привело к знаменитой теперь теории Вайнберга -- Салама. Но интересно, как оценивал Гейзенберг, как бы перехвативший эстафетную палочку единых полевых теорий у Эйнштейна, программу ЕГТП? В начале 60-х годов в статье "Замечания к эйнштейновскому наброску единой теории поля" он писал о программе ЕГТП: "Эта великолепная в своей основе попытка сначала как будто потерпела крах. В то самое время, когда Эйнштейн занимался проблемой единой теории поля, непрерывно открывались новые элементарные частицы, а с ними -- сопоставленные им новые поля. Вследствие этого для проведения эйнштейновской программы еще не существовало твердой эмпирической основы, и попытка Эйнштейна не привела к каким-либо убедительным результатам. Однако неудача, постигшая эйнштейновскую программу, имела и более глубокие основания, чем только неуверенность в эмпирических фактах; эти основания лежат в отношении теоретико-полевых представлений Эйнштейна к квантовой теории" [6, с.63].

Не останавливаясь здесь на причинах неудачи гейзенберговой концепции, заметим только, что она, сохранив эйнштейновскую идею нелинейности полевых уравнений, отказалась от идей геометризации и общей ковариантности. Калибровочная же концепция объединения полей, приведшая к теории Вайнберга -- Салама и к реалистическим проектам объединения не только электромагнитных и слабых, но также и сильных и даже гравитационных взаимодействий, является в геометрическом отношении своеобразным обобщением программы ЕГТП, учитывающим и эйнштейновскую концепцию геометризации физических взаимодействий, и идею общей ковариантности [7]. В связи с большими успехами калибровочной концепции в 70-х годах постепенно изменилось отношение к программе ЕГТП и беспрецедентным усилиям Эйнштейна, нацеленным на ее реализацию. Ч.Н.Янг, один из творцов концепции калибровочных полей, и упомянутые выше А.Салам, С.Вайнберг и Ш.Глэшоу подчеркивали, что эта концепция восходит к ранним идеям. Эйнштейна и Вейля, развитым ими на основе ОТО и программы ЕГТП [1, 8]. "На долгом и трудном пути познания природы мы снова и снова находим идеи, восходящие к Эйнштейну" [9, с.8].

Таким образом, в связи с нынешним возрождением концепции объединения полей изменилось отношение к программе ЕГТП и возник интерес к истории единых геометризованных теорий поля. Более того, даже предварительное изучение формирования основных идей калибровочной концепции указывает на тесную их связь с едиными геометризованными теориями поля. Тем самым исследование отнюдь не безоблачного пути развития этих теорий приобретает сейчас особую важность.

Но даже если бы не было этого ренессанса и программе ЕГТП был был вынесен окончательный приговор как явно тупиковому направлению в развитии теоретической физики, изучение истории этой программы было бы для историка современной физики крайне важной и интересной задачей. Рождение программы ЕГТП на рубеже 10-х и 20-х годов XX в., огромные надежды, которые на нее возлагались в те годы, попытки использования единых теорий в осмыслении загадок квантовой теории, приверженность (порой временная, порой очень длительная) к этой программе многих выдающихся физиков и математиков XX в., таких, как Эйнштейн, Гильберт, Вейль, Эддингтон, Шредингер, Паули, Картан, постепенное уменьшение ее авторитета после создания квантовой механики и особенно после начала эпохи физики элементарных частиц (в начале второго тридцатилетия), большой вклад этого направления в развитие новейшей дифференциальной геометрии, наконец, беспримерное упорство Эйнштейна -- все это бесспорные реальности физики XX в., причем фундаментальной теоретической физики. И поэтому едва ли можно правильно понять развитие физики в нашем столетии, игнорируя эту еще недавно считавшуюся побочной или даже тупиковой линию развития теоретической физики.

Хотя программа ЕГТП так и осталась нереализованной, а пути ее реализации вовсе не лежали на главных направлениях развития физики, изучение этой программы очень поучительно и позволяет исследовать такие ходы в движении теоретической мысли, мимо которых мы проходим при изучении эволюции программ (например, квантово-теоретической), приведших к созданию общепризнанных научных теорий. Более того, мы увидим, что многие стороны реального исторического процесса познания на его магистральных путях становятся понятными лишь при учете усилий на этих побочных тропах. Конечно, маргинальный характер программ, подобных программе ЕГТП, выясняется далеко не сразу, а лишь в процессе их разработки, сопровождающейся неудачами, особенно на фоне успехов конкурирующих программ.

Исследование единых геометризованных теорий поля дает интересный материал и в методологическом отношении. Проблемы структуры научной теории, функционирования методологических принципов физики, взаимоотношения физических аспектов и математического аппарата, аксиоматики физики, эвристической роли теоретических схем, альтернативных по отношению к магистральной программе, -- все эти коренные проблемы философии и методологии научного познания оказываются в центре внимания при анализе путей развития единых геометризованных теорий поля.

Итак, актуальность, историко-научная и методологическая ценность изучения программы ЕГТП достаточно очевидны. Тем не менее соответствующие историко-научные работы практически отсутствуют. Мы не претендуем на то, чтобы целиком заполнить этот пробел. Наша цель -- рассмотреть лишь узловые моменты в генезисе и развитии единых геометризованных теорий поля. Заранее отметим принятые нами ограничения. Во-первых, в качестве предыстории и предпосылок программы ЕГТП мы рассматриваем только электромагнитно-полевую программу, а также некоторые характерные черты ОТО как ядра программы ЕГТП. Таким образом, предшествующая история проблемы синтеза физического знания, связанная, например, с классико-механической программой (XVIIIXIX вв.), остается за пределами нашей работы.

Во-вторых, мы ограничиваем наше рассмотрение примерно полутора десятилетиями, последовавшими после выдвижения первой образцовой в программном отношении единой теории поля (теории Вейля 1918 г.). 1932--1933 годы -- верхний хронологический предел нашего систематического анализа развития программы ЕГТП. Почему? Дело в том, что к этому времени накопился обширный материал по единым теориям и были созданы все основные варианты теорий такого рода. Кроме того, в эти годы большинству физиков стало совершенно очевидным преимущество квантово-теоретической программы для решения проблемы строения материи. Наконец, как мы уже отмечали, именно в это время становится ясным, что, помимо электромагнитного и гравитационного полей, существуют и другие поля, связанные с только что открытыми новыми элементарными частицами. Именно в начале 30-х годов возникают первые теоретические схемы сильного и слабого взаимодействий, а теория электромагнитного поля преобразуется в квантовую электродинамику. Сказанное не означает, что в последующие годы не появляется больше единых геометризованных теорий поля. Но позиции программы к началу 30-х годов оказываются настолько подорванными, что даже такие приверженцы ее, в известном смысле ее основатели, как Г.Вейль, признают поражение или по крайней мере бесперспективность избранной ими ранее стратегии.

В-третьих, нам, к сожалению, не удалось рассмотреть все возникшие в 20--30-х годах варианты единых теорий поля. Пришлось сосредоточить главное внимание на тех теоретических схемах, которые считались в то время наиболее перспективными и разрабатывались с максимальной интенсивностью. Поскольку бесспорными лидерами программы ЕГТП были Вейль, Эйнштейн, Эддингтон, именно их работы, а также работы, привлекавшие их внимание, исследовались наиболее обстоятельно.

Наконец, во всей этой истории мы выделяем некоторые узловые моменты и узловые темы. Например, теорию Вейля и ее последующее развитие, потому что она была первой действительно программной теорией и потому что именно она имела наибольшее эвристическое значение в генезисе фундаментальных аспектов квантовой теории. Примером узлового момента в развитии программы ЕГТП был 1921 год, когда были выдвинуты теории Эддингтона, Калуцы, когда и Эйнштейн явным образом перешел на позиции этой программы. Вот еще несколько узловых тем, которые рассматриваются в нашей работе: эволюция эйнштейновского отношения к программе ЕГТП -- от полного неприятия до полного переключения в ее русло (конечно, Эйнштейн -- фигура особая в рассматриваемой истории, он последовательно испытывал все или почти все теоретические схемы ЕГТП, существовавшие в то время); эвристическая роль единых теорий в генезисе и последующем развитии квантовой механики и квантовой теории поля (в частности, детально исследуется история возникновения понятия калибровочной симметрии и концепции калибровочных полей, поскольку, с одной стороны, единые теории поля сыграли при этом очень важную роль, а с другой стороны, именно на основе этой концепции уже во второй половине XX в. возник реальный проект новой единой теории поля); явный регресс (и его осознание) программы ЕГТП в начале 30-х годов и т.д. Поэтому наша работа носит в значительной мере очерковый характер.

Мы уже отмечали почти полное отсутствие историко-научных работ, посвященных единым геометризованным теориям поля. Все-таки мы использовали не только первоисточники. В первую очередь для нас были важны некоторые обзорные работы по единым геометризованным теориям поля, написанные М.-А.Тоннела, В.Паули, Ц.Бергманом, А.С.Эддингтоном, Г.Вейлем, Г.Беком, А.Ланде, П.Иорданом, Э.Шредингером, Э.Шмутцером, Ю.Б.Румером, Г.-Ю.Тредером, А. 3. Петровым и др. [10--23]. Мы использовали также научно-биографические материалы, относящиеся к жизни и трудам Эйнштейна, Гильберта, Вейля, Эддингтона, Паули, Шредингера и других физиков и математиков 20--30-х годов; переписку и мемуарные материалы (особенно ценной является здесь переписка Эйнштейна); историко-научные исследования по смежной тематике, в частности по истории квантовой механики: работы М.Джеммера, М.Клейна, Дж.Мехры, П.Формэна, В.Рамана и П.Формэна, Ф.Хунда и др. [24].

При обсуждении электромагнитно-полевой программы особое значение для нас имели работы Р.Мак-Кормака, Т.Хиросигэ, С.Гольдберга, Л.Пайнсона и др. [24]. В методологическом плане мы опирались на концепцию научно-исследовательских программ (хотя и не в полной мере и с учетом той критики, которой она была подвергнута в советской литературе) [25, 26].


 Об авторе

Владимир Павлович Визгин (род. в 1936 г.)

Доктор физико-математических наук, заведующий сектором истории физики и механики ИИЕТ РАН. Научные работы относятся к истории и методологии теоретической физики XIX--XX вв., социальной истории физики в России и СССР, истории советского атомного проекта. Автор монографий о развитии принципов симметрии и законов сохранения, по истории теории относительности и единой теории поля, по проблемам взаимосвязи физики и математики. Ответственный редактор и составитель ряда коллективных трудов по истории физики XIX--XX вв., советского атомного проекта и научного сообщества физиков СССР. Участвовал в подготовке к изданию трудов классиков науки (Э.Шредингера, Д.Гильберта, Г.Вейля и др.). В течение многих лет является членом редколлегий журнала "Вопросы истории естествознания и техники", ежегодника "Исследования по истории физики и механики", международной историко-научной серии "Science Networks. Historical Studies". Многолетний руководитель двух общемосковских семинаров при ИИЕТ РАН: по истории физики и механики и по истории советского атомного проекта.

 
© URSS 2016.

Информация о Продавце