Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана - Джеймс Глик

Гелл-Манн — натуралист, коллекционер и специалист в области классификаций — как нельзя лучше подходил на роль ученого, способного интерпретировать стремительно растущую вселенную частиц в 1960-е. Новые технологии в сфере ускорителей (на этот раз пузырьковые камеры с жидким водородом и компьютеры, позволяющие автоматизировать анализ треков столкновения) открыли ящик Пандоры, и сотни доселе неизвестных частиц вырвались на свободу. В 1961 году Гелл-Манн и — независимо от него — израильский физик-теоретик Юваль Неэман нашли способ свести в единую систему различные симметрии спинов и странности. В алгебраической терминологии это была группа, известная как SU(3), — хотя Гелл-Манн вскоре в шутку окрестил ее «восьмеричным путем»[163]. Восьмеричный путь напоминал сложный прозрачный объект, в котором, если поднести его к свету, обнаруживались семьи из восьми, десяти или даже двадцати семи частиц. Эти семьи были разными, но некоторые их свойства совпадали, в зависимости от того, как на них смотреть. Восьмеричный путь стал новой периодической таблицей, которая считалась триумфом классификации прошлого века, так как выявила скрытые закономерности в мире разрозненных химических элементов, между которыми существовала численная взаимосвязь. Но по сравнению с таблицей Менделеева открытие Гелл-Манна являлось более динамической системой. В теории групп одна операция влекла за собой множество других, как перетасовка карточной колоды или поворот граней кубика Рубика.

Теория Гелл-Манна обладала такой силой, потому что была воплощением концепции, которую любой физик высоких энергий считал краеугольным камнем своего метода, — концепции неточной симметрии, «почти-симметрии», или — термин, который укоренился в итоге, — нарушенной симметрии. В мире частиц было полно таких почти-симметрий, представлявших опасность для теоретика: они служили своего рода «запасным выходом» на случай, если ожидания не совпадут с реальностью. Нарушенная симметрия подразумевала процесс, изменение состояния. Когда вода замерзает, она утрачивает свою симметрию; система временно выглядит иначе, если взглянуть на нее с другой стороны. Типичный пример нарушения симметрии — магнит, который сам «выбирает», как себя вести. В физике частиц такие примеры часто казались выбором, сделанным Вселенной, когда она сгущалась и из горячего хаоса превращалась в прохладное вещество, cодержащее многочисленные случайные асимметрии.

В очередной раз доверившись своим расчетам, Гелл-Манн предсказал существование доселе неизвестной частицы, которая является следствием нарушения симметрии. Омега-гиперон обнаружили в 1964 году; для этого команде из тридцати трех физиков-экспериментаторов пришлось просмотреть более трехсот тысяч метров фотопленки. Через пять лет Гелл-Манн получил свою Нобелевскую премию.

Его следующее и самое знаменитое открытие было сделано в результате попыток понять и объяснить эффективность «восьмеричного пути» для описания поведения частиц. SU(3) наряду с восьмикомпонентными и десятикомпонентными семьями должна была включать основную семью из трех элементов. Это выглядело странным упущением. Согласно теории групп эта троица должна была обладать дробными электрическими зарядами: 2/3 и –1/3. Поскольку до сих пор заряд всех частиц был единичным, это казалось невообразимым даже по современным стандартам. И тем не менее в 1963 году Гелл-Манн и — независимо от него — молодой физик-теоретик из Калтеха Джордж Цвейг выдвинули такое предположение. Цвейг назвал свои частицы тузами, но верх в лингвистической битве снова одержал Гелл-Манн, предложивший в качестве названия бессмысленное кряканье, кварк. (Вообще-то Гелл-Манн настаивал, что придуманное им слово произносится иначе — «кворк», но название прижилось. А позже он обнаружил, что в литературе слово «кварк» уже встречалось: в романе Джойса «Поминки по Финнегану» была фраза «три кварка для мистера Марка».)

Гелл-Манну и другим ученым понадобились годы на изобретение всевозможных уловок, чтобы подвести поведение кварков под сколько-нибудь логичную схему. Так, им пришлось придумать новую характеристику частиц под названием «цвет»: она была совершенно искусственной, никак не связанной с цветом в привычном понимании. Другой такой характеристикой был «аромат»: Гелл-Манн решил, что аромат у частиц может быть верхним, нижним и странным. Также предполагалось существование антикварков и антицвета. Новая частица-посредник, получившая название глюона, должна была переносить цветовое взаимодействие от одного кварка к другому. Все эти новшества вызвали в сообществе физиков весьма скептическую реакцию. Джулиан Швингер написал, что эти частицы, видимо, издают «оглушительный писк, щебет, кряки и кварки». Цвейг, гораздо более чувствительный к критике, чем Гелл-Манн, решил, что его карьере нанесен непоправимый урон. Теоретикам кварка пришлось смириться с мыслью, что их частица так никогда нигде и не появится, хотя ее усиленно искали в ускорителях и глубоководных морских отложениях, подвергнувшихся воздействию космических лучей.

Проблема соотнесения кварков и реальности стояла гораздо острее аналогичной проблемы с уже знакомыми электронами. У Цвейга был конкретный взгляд на кварки — и чересчур умозрительный для научного сообщества, еще со времен Гейзенберга научившегося обращать внимание лишь на наблюдаемое. Гелл-Манн сказал о его работе: «Наглядная модель кварков? Это для болванов». Он отдавал себе отчет в том, какие философские и социологические проблемы создаст утверждение о реальности кварков. Для него самого кварки поначалу были элементом некой создаваемой им игрушечной теории, которую он подробно исследовал, чтобы потом отбросить. «Забавно размышлять о том, как вели бы себя кварки, будь они физическими частицами с конечной массой (а не чисто математическими величинами, масса которых равна бесконечности)», — писал он. «Будь они физическими частицами» — математики всегда находили прибежище в сослагательном наклонении. Он призывал «искать устойчивые кварки», но тут же добавлял: «Эти поиски помогут убедиться в том, что кварков в реальности не существует». В последующие годы комментаторы не раз ставили подобные оговорки ему в вину. Один физик был особенно беспощаден: «Я всегда считал эти слова закодированным посланием. На самом деле оно означало: если кварки не найдут, вспомните, что я это предвидел; если найдут, не забудьте: я обнаружил их первым». Для Гелл-Манна эти уколы стали постоянным источником обиды.

Тем временем Фейнман так долго игнорировал происходящее в физике высоких энергий, что попытка нагнать текущую ситуацию сама по себе превратилась в долгосрочный проект. Он старался уделять больше внимания экспериментальным данным, а не выкладкам теоретиков. Как и раньше, он читал научные работы лишь до тех пор, пока не вникал в суть, а дальше пытался найти решение проблемы самостоятельно. «Я всегда считал, что мне достаточно постичь закономерности природы, а разбираться в методах моих коллег совсем необязательно», — сказал он в эти годы одному историку. И он действительно сумел противостоять «модным» направлениям исследований. Однако теперь он был вынужден повернуться лицом к сообществу, от которого столько лет держался в стороне. Настало время, когда без общепринятой методологии обойтись было невозможно, и аутсайдеру стало не под силу решать всё более сложные и специфические проблемы современной физики. Фейнман, одно время прекративший преподавать физику высоких энергий, в конце 1960-х начал снова. И поначалу кварки не входили в программу его курса.