Радуга Фейнмана. Поиск красоты в физике и в жизни - Леонард Млодинов

Лет сорок назад, когда ему было почти столько же, сколько местным студентам, он отправил несколько статей в престижный журнал «Physical Review». Статьи проиллюстрировал странными диаграммками, отражавшими новое восприятие квантовой механики – менее формальное, нежели стандартный математический язык физики. И пусть мало кто верил в этот его новый подход, он все равно думал: вот будет потеха, если в один прекрасный день весь этот журнал запестрит подобными диаграммами. Время показало, что метод тех диаграмм не только верен и полезен, но и революционен, и к тому самому дню в конце 1981 года от таких диаграмм в журнале «Physical Review» уже некуда было деться. Вершина популярности любой диаграммы. И вершина популярности ученого – в научном мире, во всяком случае.

Последние пару лет профессор трудился над некой новой задачей. Метод, разработанный им в студенческие годы, оказался крайне успешным применительно к теории под названием «квантовая электродинамика». Это теория электромагнитной силы, управляющей, среди прочего, поведением электронов, обращающихся вокруг ядра атома. Электроны сообщают атомам их химические и спектральные свойства (цвет излучаемого и поглощаемого света). И потому исследование этих электронов и их поведения называется атомной физикой. Но со времен студенчества профессора прошло много лет, и физики далеко продвинулись в новой области физического знания – ядерной физике. Она занимается не электронной структурой атома, а потенциально гораздо более яростными взаимодействиями между протонами и нейтронами внутри ядра. Хотя протоны подчиняются той же электромагнитной силе, что управляет поведением электронов в атоме, взаимодействия внутри ядра обусловлены новой силой, куда мощнее электромагнитной. Эти взаимодействия так и называются – «сильные».

Для описания сильных взаимодействий была предложена грандиозная новая теория. У нее были кое-какие математические свойства квантовой электродинамики, и она получила название, отражающее это сходство, – «квантовая хромодинамика» (вопреки корню «хромо» о цвете в привычном понимании речь не идет). В своей сути квантовая хромодинамика давала точные количественные описания протонов, нейтронов и тому подобных частиц, а также их взаимодействий – как они могут связываться друг с другом и как ведут себя при столкновении. Но как из теории нам извлечь описания этих процессов? Подход профессора в целом опирался на эту новую теорию, но возникали практические затруднения. Квантовая хромодинамика одержала некоторые победы, и все же во многих ситуациях ни профессор, ни кто-либо еще не знали, как с помощью этих диаграмм – или какого угодно иного метода – извлекать из теории точные численные предсказания. Теоретики не могли даже массу протона с ее помощью рассчитать, а она уже была давно и точно известна практикам из эксперимента.

Профессор, возможно, думает, что оставшиеся ему на Земле месяцы или годы он провозится с задачей квантовой хромодинамики – одной из важнейших научных проблем современности. Чтобы пробудить в себе силы и волю, потребные для натиска, он говорит себе, что всем прочим, кто много лет безуспешно брался за решение этой задачи, недоставало некоторых качеств, какие есть у него. Каковы они, эти качества, Ричард Фейнман точно не знает – может, чудачество. Но какими бы ни были, они служили ему верно: он получил Нобелевскую премию, хотя, возможно, заработал бы и две или три, если учесть широту и важность тех прорывов, что он совершил за свою жизнь в науке.

Меж тем, в 1980 году один гораздо более молодой человек из Беркли, что в нескольких сотнях миль к северу, прислал пару статей с описанием своего подхода к решению нескольких старинных загадок атомной физики. Его метод предлагал ответы на кое-какие сложные задачи, но была в нем и неувязка. Мир, который он исследовал в своем воображении, – пространство с бесконечным числом измерений. В этом мире существовали не только верх-низ, право-лево, вперед-назад, но и бесчисленное множество других направлений. Изучая Вселенную таким способом, можно ли сказать хоть что-то полезное о нашем трехмерном существовании? И можно ли распространить этот метод на другие области изучения – например, на современную ядерную физику? И вот, этот студент получает младшую научную должность в Калтехе, по соседству с кабинетом Фейнмана – как оказалось, к вящей пользе студента.

В тот вечер, получив это предложение, я лежал в постели и вспоминал, каково оно было полжизни назад – накануне моего первого дня в средней школе. Больше всего, помнится, я нервничал из-за спортзала и перспективы душа вместе с остальными мальчишками. На самом же деле я больше всего боялся насмешек. В Калтехе на меня тоже все будут смотреть. В Пасадине у меня не будет факультетского наставника или руководителя, а лишь мои собственные ответы на неприступнейшие загадки из тех, что могут удумать лучшие физики. Мне казалось, физик, не выдающий гениальных идей, – живой мертвец. В таком заведении, как Калтех, его будут чураться, а потом и уволят.

Была во мне искра или же нет? А может, я вообще неправильно ставлю вопрос? И я взялся разговаривать с худым, умирающим профессором, с шевелюрой, в его кабинете по соседству. Рассказанное стариком и есть предмет этой книги.

Начало этой истории – зима 1973 года. Я жил тогда в киббуце – это такие коллективные фермы в Израиле – у подножья холмов близ Иерусалима. Носил волосы до плеч, а политически был пацифистом, хотя оказался в киббуце из-за Войны Судного дня, названной так из-за того, что началась она в Иом-Киппур. И пусть, когда я приехал, она уже закончилась, последствия все еще ощущались. Войска оставались мобилизованы. А потому сильно не хватало рабочих рук. Я бросил второй курс колледжа и отправился помогать.

В свои тогдашние двадцать я казался себе взрослым. Но на самом деле был еще ребенком – мной руководили, обо мне заботились, меня защищали. В киббуце я получил первый жизненный опыт сразу много в чем: впервые в другой стране, впервые ухаживал за скотиной, первый раз прятался в бомбоубежище, а кругом рвались снаряды. И в первый раз я жил без некоторых удобств, которые привык воспринимать как должное, – без магнитофона, телевизора, телефона и… туалета в доме.

Вечерами делать было, в общем, нечего – только трепаться с другими добровольцами, глазеть на звезды или навещать маленькую «библиотеку» киббуца с парой десятков книг на английском. Кое-какие оказались по физике, судя по всему – дар одного киббуцника, учившегося в колледже в Штатах. У меня в то время была двойная специальность – химия и математика, и все, кто меня знал, считали, что рано или поздно я стану профессором химии в каком-нибудь крупном университете. Я всегда был ребенком-ученым и, по общей памяти, с малолетства увлекался химией и математикой. Курс физики для старших классов показался мне сухим и скучным. Я совершенно не понимал, с чего такой сыр-бор вокруг Исаака Ньютона: кого вообще могла воодушевить скорость шара, катящегося по наклонной плоскости, или сила, с которой падает груз со второго этажа? Никакого сравнения с фейерверками и шутихами, какие я мог мастерить в химической лаборатории, или с искривленными пространствами, какие воображал на занятиях по математике. И все же на книжном безрыбье пришлось взяться за издания по физике.