Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана - Джеймс Глик

Научные сборища ему никогда не нравились. «Как будто черви пытаются выбраться из бутылки, заползая друг на друга».

Но, несмотря на недовольство Фейнмана, его выступление в Варшаве стало новой главой, положившей начало применению интегралов по траекториям в решении глубочайших космологических проблем. В конце 1950-х ни он сам, ни другие теоретики не использовали этот подход в физике высоких энергий. Лишь намного позже некоторые ученые применили интегралы по траекториям к самой структуре пространства и времени. Они стремились унифицировать пространственно-временную топологию, суммировав все возможные вселенные. Сам Гелл-Манн говорил, что функциональные интегралы Фейнмана могут оказаться не просто методом, не просто альтернативной формулировкой, а «реальным фундаментом квантовой механики и, следовательно, теоретической физики».

В то время казалось, что современная физическая наука совсем отошла от мира привычных масштабов. Исследования в области физики высоких энергий переместились в самый низ размерной шкалы, выйдя за пределы микромира в сферу невообразимо маленьких частиц с кратчайшим временем жизни. В ходу было слово «миниатюризация». Инженеры и производители тоже имели дело с мелкими масштабами, правда, не столь мелкими, как в физике частиц. Транзистор, изобретенный чуть больше десятилетия назад в лаборатории Белла, получил повсеместное распространение. А это означало появление радиоприемников на батарейках в жестком пластиковом корпусе, которые умещались на ладони. Исследователи искали способы уменьшить размеры приборов, например катушечных магнитофонов, которые тогда были схожи с чемоданами. Компьютеры, раньше занимавшие целые комнаты, теперь были величиной с автомобиль.

Фейнман понимал, что инженеры еще не совсем осознали свои возможности. «Говорят, на рынке появился прибор, с помощью которого можно записать “Отче наш” на булавочной головке, — сказал он в конце 1959 года на ежегодном собрании Американского физического общества в Калтехе. — Но это еще ничего, — добавил он и призвал ученых двигаться дальше, внутрь атома. — Там, внутри, нас ждет мир невообразимо меньших масштабов». На булавочной головке могут поместиться все двадцать четыре тома «Британской энциклопедии» с картинками, если уменьшить издание в двадцать пять тысяч раз. И это тоже «еще ничего»: каждая из едва заметных точек, составлявших полутона на фотогравюре, содержала примерно тысячу атомов. Чтобы воссоздать и прочесть миниатюрную «Британнику», Фейнман предложил использовать инженерные технологии, существовавшие в то время, — развернуть линзу электронного микроскопа и направить фокусируемый ионный луч на небольшой участок поверхности. Таким образом в небольшой брошюре уместились бы все книги мира.

Но метод непосредственного уменьшения слишком груб, продолжал он. С появлением телефонов и компьютеров возникло новое восприятие информации: одна буква равноценна семи-восьми битам, а бит содержит сотню атомов; все печатные издания, какие только существуют в мире, можно записать на куб размером не больше пылинки. Участники собрания, непривычные к такого рода лекциям, слушали его как завороженные. «Так что никому не нужны ваши микропленки!» — подытожил он.

Фейнман начал задумываться о механике мира атомов по нескольким причинам. Хотя он никому об этом не рассказывал, его мысли занимал второй закон термодинамики и связь между энтропией и информацией; на атомном уровне он достиг порога, после чего вновь взялся за расчеты и мысленные эксперименты. С новыми открытиями в генетике возникли те же проблемы. Он говорил о ДНК (пятьдесят атомов на единицу информации) и способности живых организмов выстраивать крошечные механизмы, предназначенные не только для хранения информации, но и для манипуляций и производства. Он рассуждал о компьютерах: когда-нибудь они станут в миллионы раз мощнее и не только смогут быстрее считать, но обнаружат другие, качественно новые свойства — например, возможность анализировать и делать выводы. «Все законы физики указывают на то, что элементы компьютера могут стать существенно меньше, чем сейчас». Он упомянул о проблемах смазки и о сфере, где начнут главенствовать квантово-механические законы. Высказал мысль об изобретении в скором времени аппаратов, которые будут изготавливать машины и устройства меньшего размера, а те, в свою очередь, еще более микроскопические. «И не нужно будет тратиться на материалы. Допустим, я захочу построить миллиард крошечных фабрик, похожих друг на друга; они будут работать одновременно, просверливая отверстия, штампуя детали и так далее». В заключение своей речи он учредил два приза по тысяче долларов каждый: один обещал вручить тому, кто изготовит уменьшенную в двадцать пять тысяч раз книгу, которую можно будет прочесть с помощью микроскопа; второй — изобретателю рабочего электромотора размером с куб, каждая из граней которого будет не более 0,03 см.

Лекцию Фейнмана опубликовали в журнале Калтеха «Инженерия и наука» и впоследствии перепечатали во многих других изданиях. (Ежемесячник «Популярная наука» опубликовал ее под заголовком «Как построить автомобиль меньше точки».) А двадцать лет спустя для сферы, которую Фейнман тогда пытался лишь вообразить, появилось название — нанотехнологии. Нанотехнологи — ученые, которых кто-то считал гениями, а кто-то безумцами — изготавливали крошечные силиконовые шестеренки с аккуратными зубчиками и гордо демонстрировали их под микроскопом; они мечтали о времени, когда по артериям будут перемещаться микроскопические самовоспроизводящиеся роботы-«врачи». Фейнмана они считали своим духовным отцом, хотя он так никогда и не вернулся к этой теме. С точки зрения грубой механики мельчайшие механизмы, появление которых пророчили нанотехнологи, казались фантастическими объектами из далекого будущего — такого же далекого, каким воспринималось их время из 1959 года. В соответствии с механическими законами физики трение, вязкость и электрические силы при уменьшении масштабов давали сбой, будучи не в состоянии действовать столь безукоризненно, как предсказывал Фейнман в лекции о «миллиарде крошечных фабрик». Колесики, шестеренки и рычаги попросту склеивались. Правда, другие микроскопические устройства действительно появились: их использовали для хранения и обработки информации, причем эффективность этих машин превзошла все его прогнозы. Но это были электронные машины, а не механические; они использовали законы квантовой механики, а не противостояли им.

Приз за микроскопическую книгу Фейнман выплатил лишь в 1985 году: аспирант из Стэнфорда Томас Ньюман потратил целый месяц и уменьшил-таки первую страницу «Повести о двух городах», разместив ее на силиконовой основе и применив технику, почти в точности описанную Фейнманом в 1960-е. А вот крошечный моторчик не заставил себя ждать так долго. Фейнман недооценил уровень развития технологий: местный инженер Уильям Маклеллан прочел статью в журнале «Инженерия и наука» в феврале, а в июне, так и не услышав новостей о подобном изобретении, решил сконструировать мотор сам. У него ушло на это два месяца; он работал в свободное время, используя резец часовщика и пресс для микродрели. Обычный пинцет не годился — вместо него Маклеллан взял заостренную зубочистку. С помощью этих инструментов он просверливал невидимые отверстия и оборачивал мотор медной проволокой толщиной 0,001 см. Вскоре моторчик мощностью одна миллионная лошадиной силы был готов.