Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана - Джеймс Глик

Метод Фейнмана и его быстрый успех поразили физиков, которые начали работать со сжатой материей гораздо раньше и продолжили исследования в этой сфере после того, как он прекратил этим заниматься. Не прибегая к прославившим его инструментам — диаграммам или интегралам по траекториям, — Фейнман начал разрабатывать тему с визуализации, ментальных образов. Этот электрон толкает другой; а этот ион отскакивает, как мячик на резинке. Коллеги сравнивали его с художником, способным запечатлеть человеческое лицо всего тремя-четырьмя быстрыми выразительными штрихами.

Но не все его исследования увенчивались успехом. Одновременно со сверхтекучестью он бился над сверхпроводимостью и здесь в кои-то веки потерпел неудачу. (Хотя подошел к решению проблемы очень близко. Однажды перед отъездом в путешествие он набросал целый лист заметок, начинавшийся со слов: «Кажется, я нашел основной источник сверхпроводимости». В центре внимания Фейнмана оказалась особая разновидность взаимодействия фононов и одно из характерных свойств сверхпроводимости, обнаруженных экспериментальным путем, — изменение удельной теплоемкости вещества. Он понимал, что тут «что-то не сходится», и указал на это в своих заметках, но надеялся преодолеть возникшие трудности. Внизу он подписал: «На случай, если я не вернусь: с вами был Р. Ф. Фейнман».) В 1957 году трое молодых физиков, зная, что Фейнман наступает им на пятки, сумели вывести успешную теорию сверхпроводимости[148]. Их звали Джон Бардин, Леон Купер и Роберт Шриффер. Годом ранее Шриффер присутствовал на лекции Фейнмана, посвященной двум феноменам: в основе одного из них лежала проблема, которую ему удалось решить, суть же другого от него ускользнула. Никогда в жизни Шриффер не слышал, чтобы ученый с такой увлеченностью, во всех подробностях рассказывал о работе, закончившейся провалом. Фейнман с бескомпромиссной искренностью описывал каждый неверный шаг и ошибочный вывод, каждую неудачную визуализацию.

Решить эту задачу не помогут никакие приемы и сложные расчеты, заявил тогда Фейнман. Единственный способ — угадать ответ, его очертания и форму. То, что экспериментов со сверхпроводимостью проводится недостаточно, нас не извиняет. Эксперименты тут ни при чем. Это же не мезоны, характер движения которых человеческому уму разгадать невозможно, если нет ключей и подсказок. В случае со сверхпроводимостью не нужно смотреть на результаты опытов… Это все равно что заглядывать в конец учебника, чтобы узнать ответ. Единственное, что мешает нам разработать теорию сверхпроводимости, — нехватка воображения.

Шриффер должен был законспектировать это выступление Фейнмана для публикации в научном журнале. Но из-за обрывочных рассуждений и откровенных признаний статья получилась слишком похожей на устную речь, и ему пришлось отредактировать материал. Однако Фейнман заставил его вернуть статье первоначальный вид.

За пять лет, прошедших после триумфа новой квантовой электродинамики, эта сфера науки неоднократно претерпевала радикальные изменения. Научный язык, область интересов, техническое оснащение — почти каждый месяц возникало что-то новое. Ежегодно экспериментаторы и теоретики собирались на «рочестерские конференции», получившие свое название в честь первого места их проведения — города Рочестер в штате Нью-Йорк. Эти мероприятия выросли из ставших уже легендарными конференций на Шелтер-Айленде, в Поконо и Олдстоуне, но были крупнее, насчитывали уже десятки (а позже и сотни) участников и лучше финансировались.

Ко времени первой рочестерской конференции, состоявшейся в конце 1950 года, квантовая электродинамика уже устарела; ее теории полностью подтверждались экспериментами, но были очень далеки от новой сферы интересов ученых-физиков. 1950 год стал своеобразной вехой: он ознаменовался открытием частицы, обнаруженной не в космических лучах, а в экспериментальном ускорителе. Это был нейтральный пи-мезон, или пион — нейтральный, потому что он не имел заряда. На самом деле экспериментаторы выявили не сам пи-мезон, а момент его немедленного распада под воздействием пары гамма-лучей. Эфемерность этой частицы, живущей десять миллионных миллиардных долей (10-17) секунды, выводила ее за пределы привычного мира столов и стульев, химии и биологии, где она не имела какого-либо значения. В 1950 году ее время жизни считалось очень коротким. Но стандарты менялись. Уже через несколько лет в таблице частиц такая единица причислялась к категории устойчивых. Тем временем исследователей космических лучей (которые в основном были британцами), направлявших фотографические пластины в небо на воздушных шарах, насчитывались уже легионы, и их профессия внезапно перестала считаться такой уж редкой. «Джентльмены, произошло вторжение, — объявил один из лидеров в этой области. — Нас заменили ускорители».

Прежде физики крайне неохотно добавляли к обширному списку элементарных частиц новые наименования. Теперь об этом забыли; каждый экспериментатор мечтал совершить как можно больше открытий. В измерении частиц также произошли большие перемены с тех пор, когда электроны правили балом. Рассчитать массу частицы по хвостовому следу, оставленному в облачной камере продуктами вторичного или третичного распада, было не так уж просто. Приходилось делать множество допущений при расчетах. Обнаружить частицу, дать ей название, вывести закон ее распада на другие частицы — это оказалось само по себе серьезной и достойной интеллектуальной задачей. Так появились новые емкие уравнения: π— + p → π0 + n, где при распаде отрицательно заряженного пиона и протона возникают нейтральный пион и нейтрон. Да что уж говорить о массе — сами объекты исследования были неуловимы. Заявления о существовании или несуществовании той или иной частицы превратились в тонкий ритуал, окруженный предвкушениями и прогнозами и походивший на попытки предугадать, отложат ли матч из-за дождя.

Но все это относилось к области экспериментальной физики, а Фейнман с началом эпохи ускорителей заинтересовался методологией и ловушками, подстерегающими физиков-теоретиков. Большое влияние на него оказал Бете, всегда стремившийся обосновать свои теории интуитивными расчетами, и Ферми, последний из великих физиков, которые были одновременно и экспериментаторами, и теоретиками.

Бете тогда занимался разработкой формул вероятностей для неправильных (обратных) кривых, отображавшихся на фотографиях из облачных камер. Физик Марсель Шайн заявил, что в ходе экспериментов с ускорителем обнаружил новую частицу; последовала привычная в таких случаях суматоха. Бете же засомневался. Энергии, высвободившейся в ходе эксперимента, было явно недостаточно для возникновения частицы, описанной Шайном. Фейнман потом еще долго помнил спор двух физиков, их лица в зловещем отблеске светового стола для разглядывания фотографических пластин. Рассмотрев одну из пластинок, Бете сказал, что газ в облачной камере образует завитки, и кривые искажаются. Изображения на трех следующих пластинах также были неточными. Наконец ему попалась четкая фотография, и он заявил о статистической вероятности ошибки. Шайн возразил, что такая вероятность выявлена лишь в одном случае из пяти. Да, ответил Бете, и мы уже рассмотрели пять пластин. Фейнману, присутствовавшему при этом разговоре, позиция Шайна казалась классическим примером самообмана: ученый верит в результат, который хочет получить, поэтому начинает придавать повышенное значение данным в свою пользу и недооценивать свидетельства, опровергающие его позицию. Шайн раздосадованно заявил: у вас на каждый случай есть отдельная теория, а я разработал единую концепцию, объясняющую всё. Конечно, произнес Бете, но разница в том, что все мои теории верны, а ваша единственная — ошибочна.