Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана - Джеймс Глик

Читая статью Ли и Янга накануне конференции — Джоан велела ему сесть за стол, как студенту, и прочесть публикацию от корки до корки, — Фейнман увидел альтернативный способ сформулировать закон нарушения четности. Ли и Янг описали ограничения, связанные со спином нейтрино. Фейнману эта идея понравилась, и, урвав пять минут у другого выступающего, он упомянул об этом. Затем вернулся к истокам квантовой механики — не только к уравнению Дирака, но и к уравнению Клейна — Гордона, которое они с Велтоном вывели, будучи аспирантами МТИ. Используя интегралы по траекториям, он пошел дальше и получил — или открыл — уравнение, слегка отличающееся от дираковского. Это было более простое равенство из двух компонентов (у Дирака их было четыре). «И я задал себе такой вопрос, — сказал Фейнман. — Что, если бы мое уравнение возникло раньше уравнения Дирака? Ведь оно имеет абсолютно те же следствия и для его описания тоже можно использовать диаграммы».

В диаграммах, описывающих бета-распад, добавлялось поле нейтрино, взаимодействующее с полем электрона. Когда Фейнман внес в свое уравнение необходимые изменения, он сделал вывод, что «этого, разумеется, сделать нельзя, потому что нарушается четность. Но так как при бета-распаде четность не сохраняется, то это возможно!»

Оставались две сложности. Первая: спин у Фейнмана получился с противоположным знаком. Нейтрино должен был иметь спин, противоположный предсказанному Ли и Янгом. Вторая: в формуле Фейнмана использовалось векторное и векторно-осевое взаимодействие, а не скалярное и тензорное, которые, как известно, были верными.

Тем временем проблема создания теории слабых взаимодействий занимала не только Фейнмана, но и Гелл-Манна. И они были не единственными: Роберт Маршак и его молодой коллега Джордж Сударшан также склонялись к тому, что правильными были векторное и векторно-осевое взаимодействия. Именно Маршак впервые предположил, что существует два типа мезонов, — это произошло на конференции в Шелтер-Айленде в 1947 году. А летом 1957 года, пока Фейнман был в Бразилии, Маршак и Сударшан встретились с Гелл-Манном в Калифорнии и изложили ему свою теорию.

Фейнман вернулся в конце лета, решив в кои-то веки изучить последние результаты лабораторных исследований и довести до конца свою теорию слабых взаимодействий. Он посетил лабораторию Ву в Колумбийском университете и попросил экспериментаторов из Калтеха сообщать ему все данные, которые они получали в последнее время. В данных царил полный кавардак, одно противоречило другому. Один из калтеховских физиков сказал, что Гелл-Манн даже начал задумываться о правильности не скалярного, а векторного взаимодействия. Как позднее вспоминал Фейнман, именно это предположение навело его на верную мысль.

«В тот самый момент я вскочил со стула и воскликнул: “Тогда все ясно! Я понял, в чем дело, и завтра утром вам все объясню”. Они тогда подумали, что я шучу. Но я не шутил. Мои мысли освободились от ограничивающего их стереотипа, будто все, что мне нужно, — скалярное и тензорное взаимодействие; моя теория допускала возможность векторного и векторно-осевого произведения — и это был правильный ответ, точный и безупречный».

Он набросал черновик публикации за пару дней. Однако Гелл-Манн решил, что тоже должен написать работу. По его мнению, у него были свои причины сосредоточиться на векторном и векторно-осевом взаимодействии: он хотел вывести универсальную теорию. Электромагнитное взаимодействие зависело от векторной связи, а странные частицы «предпочитали» векторное и векторно-осевое. К тому же ему не нравилось, что Фейнман, казалось, столь легкомысленно пренебрегает своими идеями.

Тут в дело вмешался декан физического факультета Роберт Бахер. Он не хотел, чтобы между учеными росла напряженность и чтобы два физика Калтеха создали противоборствующие версии одного открытия, поэтому попросил Фейнмана и Гелл-Манна написать совместную работу. В университетских коридорах и столовой коллеги напрягали уши, пытаясь уловить хотя бы обрывки разговоров Фейнмана и Гелл-Манна, поглощенных обсуждениями. Несмотря на различия в подходах, они мотивировали друг друга. Фейнман говорил: «Смотри, вот эта штука пролетает вот здесь, и остается только слепить всё вместе — вот так». Гелл-Манн перефразировал: «Заменяем элементы и интегрируем». Их статья вышла в Physical Review в сентябре — за несколько дней до того, как Маршак и Сударшан представили аналогичную теорию на конференции в итальянском городе Падуя. Но теория Фейнмана и Гелл-Манна оказалась глубже во многих важных аспектах. Она распространяла принципы, управляющие процессом бета-распада, на другие типы взаимодействия частиц; многие годы спустя их провидческие данные полностью подтвердились экспериментально. Они также выдвинули идею о том, что существует вид тока, подобного электрическому (потоку электрического заряда), который имеет свойство сохраняться; развитие этой концепции стало главным инструментом в физике высоких энергий.

Фейнман позднее вспоминал их сотрудничество. Гелл-Манну оно далось нелегко; особенно ему не нравились двухкомпонентные формулы: он считал их ужасным способом исчисления. Работа, безусловно, носила фейнмановский отпечаток: он применял формулы квантовой электродинамики, которые использовал еще в своем первом исследовании 1948 года, посвященном интегралам по траекториям. Гелл-Манн позволил ему вставить в текст примечание личного характера: «Один из авторов представленной работы всегда питал особое пристрастие к этому уравнению». Зато фразы вроде «подход авторов к нарушению четности имеет определенную степень теоретически разумного обоснования» были совершенно не в стиле Фейнмана. Очевидным было и стремление Гелл-Манна представить теорию как максимально универсальную и передовую. В сравнении с другими важнейшими открытиями современной физики их находка была более глубокой и менее понятной. Но если бы Фейнман, Гелл-Манн, Маршак и Сударшан не совершили это открытие в 1957 году, скоро это сделал бы кто-то другой. Однако для Фейнмана суть этого открытия, как и любого другого достижения в его карьере, состояла в первую очередь в познании законов природы. Образцом для подражания ему всегда служил Дирак и его «волшебное» уравнение, описывающее движение электрона. Теперь можно было в определенном смысле сказать, что Фейнман открыл такое же уравнение для нейтрино. «В какой-то момент я понял, как работает природный механизм, — вспоминал он. — Я увидел в этом элегантность и красоту. Это было как озарение».

Для других физиков «Теория взаимодействия Ферми» длиной всего шесть страниц стала маяком в мире научной литературы. Казалось, она возвещала о начале плодотворного сотрудничества двух великих умов, идеально дополнявших друг друга. Оба занимали четкую теоретическую позицию, неоднократно заявляли об универсальности, простоте, сохранении симметрии, широком спектре применения теории в будущем. Оба исходили из общих принципов, а не из частных расчетов динамики, и делали ясные предсказания относительно новых видов распада частиц. Они перечисляли эксперименты, противоречащие их теории, и утверждали, что эти эксперименты ошибочны. Никогда еще теоретическая физика столь блестяще не заявляла о своем превосходстве.

В 1958 году купальный костюм бикини, состоявший из двух частей и названный так в честь крошечного тихоокеанского атолла, где в 1940–1950-е годы проводились испытания атомных и водородных бомб, еще не завоевал популярность на американских пляжах. Но Фейнман увидел девушку в таком костюме на песчаном берегу Женевского озера и расположился рядом. Он приехал в Женеву на конференцию ООН по мирному применению атомной энергии. Фейнман готовил выступление от своего имени и имени Гелл-Манна и вот что собирался сказать собравшимся: