Дикке, Роберт

Сначала Дикке работал в области атомной физики, в частности, в 1953 году изучал оптическую накачку параллельно и независимо от А. Кастлера. В 1954 году Дикке предсказал явление сверхизлучения в системе сильно связанных возбуждённых дипольных излучателей^[5]. В 1958 году независимо от А. М. Прохорова и А. Шавлова предложил открытый резонатор для получения лазерного эффекта. Измерил гиромагнитное отношение электрона с большой точностью. Важным вкладом Дикке в спектроскопию и метрологию является предсказание существования сужения Дикке: когда длина свободного пробега атома становится много меньше длины волны излучения, в процессе испускания или поглощения фотона атом меняет скорость и направление движения много раз, что приводит к усреднению доплеровского сдвига и уменьшает доплеровское уширение спектральной линии аналогично эффекту Мёссбауэра для гамма-излучения. В области миллиметровых и микрометровых волн сужение Дикке происходит при относительно низких давлениях газа, что позволяет использовать эффект для повышения точности атомных часов.

В области электроники Роберт Дикке известен изобретением синхронного усилителя, широко применяемого ныне, а также разработкой теории цепей с распределёнными параметрами для высокочастотной электроники.

Затем Дикке посвятил себя области прецизионных тестов общей теории относительности (ОТО) и особенно принципа эквивалентности. Совместно с Карлом Брансом он разработал теорию Бранса — Дикке — модификацию ОТО с нарушением принципа эквивалентности, вдохновлявшуюся гипотезой больших чисел Дирака и принципом Маха и базировавшуюся на более ранних работах П. Йордана. Эксперимент Ролла, Кроткова и Дикке (1964) поставил верхний предел отклонений от принципа эквивалентности, более чем в 100 раз более точный, чем предшествующие работы Л. фон Этвёша. Также Дикке занимался проблемой квадрупольного момента Солнца, важного для сравнения результатов измерений прецессии перигелия Меркурия с предсказаниями ОТО, и опубликовал работу, в которой утверждалось об обнаружении эллиптичности формы Солнца. Это вызвало всплеск интереса с данной проблематике, что закончилось опровержением результатов Дикке, но поставило новый предел на эллиптичность формы солнечного диска и соответственно на квадрупольный момента Солнца, подтвердив релятивистскую природу аномальной прецессии перигелия Меркурия. Дирак отметил, что гравитационная постоянная G примерно равна обратному возрасту Вселенной, выраженному в некоторых естественных единицах, и предположил, что такое соответствие не случайно, а фундаментально и выполняется на всех стадиях развития Вселенной, то есть что G меняется так, чтобы такое соотношение было верно всегда. Дикке показал, что такое соотношение может быть эффектом выборки: G определяет время жизни звёзд главной последовательности, таких как Солнце, а именно эти звёзды формируют химические элементы, необходимые для развития жизни, а также дают жизни свет и тепло. В другие эпохи, когда соотношение Дирака сильно нарушено, просто не будет существовать разумной жизни, чтобы это отметить. Это было первым современным приложением того, что сейчас называется слабым антропным принципом. В начале 1960-х годов работы над теорией Бранса — Дикке привели Дикке к разработке проблемы физического состояния ранней Вселенной, и вместе с Джимом Пиблсом он предсказал существование реликтового излучения (1964) (одновременно с Дорошкевичем и Новиковым (1964)^[6] и забыв, по его собственным словам, об аналогичном предсказании Георгия Гамова с соавторами (1948)). Приступив совместно с Д. Вилкинсоном и Питером Роллом к конструированию радиометра для проверки предсказания, группа Дикке с удивлением узнала, что их случайно опередили Арно Пензиас и Роберт Вильсон, занимавшиеся проблемой уровня шумов нового радиометра в Bell Labs буквально в нескольких милях от Принстона. Тем не менее, группа Дикке провела независимые измерения и подтвердила существование фона, а также дала теоретическое объяснение результата Пензиаса и Вильсона, переведя физику ранней Вселенной из разряда спекуляций в экспериментальную науку. Нобелевская премия по физике 1978 года за открытие реликтового излучения была присуждена Арно Пензиасу и Роберту Вильсону. Отсутствие Дикке в числе лауреатов, несмотря на его фундаментальный теоретический вклад, вызвало споры в научном сообществе^[7].

Дикке в 1970 году^[8] принадлежит интересный аргумент о том, что плотность материи во Вселенной должна быть очень близка к критической. Обычные космологические модели проходят последовательно через стадии доминирования излучения, материи, кривизны и т. д. Переходы между стадиями — это выделенные интервалы времени, которые a priori должны занимать много меньше времени, чем сами стадии. Так как мы видим, что во Вселенной присутствует существенное количество материи, то мы либо живём в переходной стадии из или к стадии доминирования вещества, либо в середине такой стадии, последняя возможность более вероятна согласно принципу Коперника. Это предположение требует малой пространственной кривизны Вселенной, поэтому плотность Вселенной должна быть близка к критической. Этот аргумент носит название «совпадение Дикке». На самом деле он неверен, по причинам, близким к аргументации Дикке о соотношении Дирака, так как сейчас показано, что мы действительно живём в эпоху перехода от стадии доминирования вещества к доминированию тёмной энергии. Объяснение совпадения Дикке с точки зрения антропного принципа было дано Вайнбергом в 1987 году. Теория Бранса — Дикке продолжает активно исследоваться в 2023—2024 годах, в том числе с использованием данных гравитационно-волновой астрономии^[9][10].

1. Principles of Microwave Circuits (1948, with C. G. Montgomery and E. M. Purcell)
2. Introduction to Quantum Mechanics (1960, with James Wittke)
3. The Theoretical Significance of Experimental Relativity (1964)
4. Theoretical Significance of Experimental Relativity (1965)
5. Gravitation and the Universe (1970), русский перевод: Гравитация и Вселенная (1972)