Уравнение Бога. В поисках теории всего - Митио Каку

Внезапно отвлеченные дискуссии, разделившие физическое сообщество на Сольвеевском конгрессе, стали вопросом жизни и смерти, где на карту была поставлена судьба народов, стран и в конечном итоге – всей человеческой цивилизации.

Эйнштейн пришел в ужас, когда узнал, что в Богемии нацисты закрывают доступ в шахты по добыче урановой смолки и засекречивают их работу. Эйнштейн, хотя и был пацифистом, счел себя обязанным написать судьбоносное письмо президенту США Франклину Рузвельту, в котором призывал США создать атомную бомбу. Получив письмо, Рузвельт дал добро на крупнейший научный проект в истории – Манхэттенский проект.

В Германии же нацисты назначили главой атомного проекта Вернера Гейзенберга, которого многие считали лучшим квантовым физиком планеты. По мнению некоторых историков, страх, что Гейзенберг сумеет опередить союзников в создании атомной бомбы, был так велик, что Управление стратегических служб – предшественник ЦРУ – разработало план его убийства. В 1944 г. это задание было поручено Мо Бергу, бывшему профессиональному бейсболисту-кетчеру команды «Бруклин Доджерс». Берг пришел на лекцию, которую Гейзенберг читал в Цюрихе, с приказом убить физика, если ему, Бергу, покажется, что германский проект создания атомной бомбы близок к завершению. (Эта история подробно рассказана в книге Николаса Давидоффа «Этот кетчер был шпионом».)

К счастью, нацистский атомный проект значительно отставал от союзнического. Он плохо финансировался и постоянно сдвигался по срокам; кроме того, его базу бомбили союзники. А главное, Гейзенберг еще не решил тогда принципиальную для создания атомной бомбы задачу – не определил количество обогащенного урана или плутония, необходимое для запуска цепной реакции, то, что называют критической массой. (На самом деле требовалось примерно 10 кг урана-235, иначе говоря, такое количество урана, которое может поместиться в пригоршне.) После войны мир начал понимать, что мудреные, непонятные уравнения квантовой теории являются ключом не только к атомной физике, но и, возможно, к судьбе рода человеческого.

Физики, однако, постепенно возвращались к вопросу, который перед войной ставил их в тупик: как создать полную квантовую теорию вещества.

После войны Эйнштейн – величественный гений, раскрывший перед человечеством космическую взаимосвязь вещества и энергии и разгадавший тайну звезд, – оказался в одиночестве и изоляции.

Почти все последние успехи в физике были связаны с квантовой теорией, а не с единой теорией поля. Мало того, Эйнштейн жаловался, что другие физики смотрят на него как на реликт прежней эпохи. Его цель – создать единую теорию поля – большинство физиков считало слишком сложной, особенно с учетом того, что ядерное взаимодействие оставалось пока полной загадкой.

Эйнштейн отмечал: «Большинство смотрит на меня как на какую-то окаменелость, ослепшую и оглохшую от старости. Мне эта роль представляется не слишком неприятной, поскольку довольно хорошо соответствует моему темпераменту».

В прошлом работа Эйнштейна всегда опиралась на некий фундаментальный принцип. В специальной теории относительности уравнения должны были оставаться неизменными при замене X, Y, Z и T друг на друга. В общей теории относительности это был принцип эквивалентности – то, что гравитация и ускорение могут быть эквивалентны друг другу. Но в поиске теории всего Эйнштейну не удалось отыскать для себя руководящий принцип. Даже сегодня, просматривая записные книжки и расчеты Эйнштейна, я нахожу в них множество идей, но не вижу единого принципа. Эйнштейн и сам понимал, что это обрекает его поиски на неудачу. Однажды он грустно заметил: «Мне кажется, что для реального прогресса необходимо опять выпытать у природы какой-нибудь общий принцип».

Он так и не нашел этот принцип. Однажды Эйнштейн храбро сказал, что «Бог изощрен, но не злонамерен». В последние годы жизни он разочаровался и заключил: «Я передумал. Возможно, Бог все же злонамерен».

Хотя большинство физиков игнорировало поиск единой теории поля, время от времени кто-нибудь решался попытать счастья и предлагал на суд коллег свою версию такой теории.

Даже Эрвин Шрёдингер не остался в стороне. Он скромно написал Эйнштейну: «Вы охотитесь на льва, тогда как я говорю о кроликах»[29]. Тем не менее в 1947 г. Шрёдингер провел пресс-конференцию и рассказал о своем варианте единой теории поля. На пресс-конференции появился даже премьер-министр Ирландии Имон де Валера. Шрёдингер сказал: «Мне кажется, я прав. В противном случае я буду выглядеть чертовски глупо»[30]. Эйнштейн позже сказал Шрёдингеру, что сам он тоже рассматривал такую теорию и нашел ее ошибочной. К тому же эта теория не могла объяснить природу электронов и атома.

Вернер Гейзенберг и Вольфганг Паули тоже заметили ошибку и предложили свой вариант единой теории поля. Паули был известнейшим циником в физике и критиком программы Эйнштейна. Известен его комментарий на эту тему: «Что Бог разорвал, человек да не соединит», иными словами, если Бог счел нужным разделить взаимодействия во Вселенной, то кто мы такие, чтобы пытаться вновь соединить их?

В 1958 г. Паули прочел в Колумбийском университете лекцию, в которой изложил единую теорию поля Гейзенберга – Паули. В аудитории присутствовал Бор. После лекции он встал и сказал: «Мы на галерке убеждены, что ваша теория безумна. Однако мы разошлись во мнениях о том, достаточно ли она безумна»[31].

Это замечание послужило поводом для горячей дискуссии, в которой Паули утверждал, что его теория достаточно безумна, чтобы быть верной, а остальные говорили, что безумия в ней недостает. Физик Джереми Бернштейн, участник тех событий, вспоминал: «Это было страшное столкновение двух гигантов современной физики. Меня мучил вопрос, что подумал бы обо всем этом случайный посетитель-нефизик»[32].

Бор оказался прав: позже было показано, что теория, представленная Паули, неверна.

Однако Бор тогда высказал одну важную мысль. Все простые, очевидные теории Эйнштейн с коллегами уже опробовал, и все они не оправдали надежд. Следовательно, истинная единая теория поля должна радикально отличаться от всех предыдущих подходов. Нужно нечто «достаточно безумное», чтобы претендовать на роль единой теории всего.

КЭД

Реальный прогресс в послевоенную эпоху был достигнут в создании полной квантовой теории света и электронов, получившей название квантовой электродинамики, или КЭД. Цель заключалась в объединении теории электрона Дирака с теорией света Максвелла и формулировании теории света и электронов, соответствующей канонам квантовой механики и специальной теории относительности. (Однако теория, которая объединила бы электроны Дирака с общей теорией относительности, считалась слишком сложной и в качестве цели не рассматривалась.)