Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана - Джеймс Глик

Укрепление довоенного сотрудничества ученых и военных конструкторов основывалось на патриотизме, который ни в одну из последующих войн не мог бы возникнуть по приказу. Он легко преодолел пацифизм Уилсона. Даже Фейнман пришел в военкомат и хотел записаться на фронт связистом, но, когда узнал, что ему придется начинать с общей строевой подготовки, быстро оставил эту идею. Той весной 1941 года его наконец-то пригласили работать в лабораторию Белла в Нью-Йорке. Когда его приятель Уильям Шокли показывал ему будущее место работы, Ричарда заворожила атмосфера, в которой прикладная наука представала во всей красе. Из окна лаборатории открывался вид на строящийся через Гудзон мост Джорджа Вашингтона. Сотрудники лаборатории нарисовали на стекле изображение первого троса и по мере того, как воздвигался мост, слегка изменяли рисунок, так что кривая постепенно превращалась в параболу. Фейнман подумывал принять предложение. Тем не менее, когда генерал армии, представляющий Франкфортский арсенал[101], посетил Принстон, приглашая физиков заключить контракт, Ричард без колебаний отклонил предложение лаборатории Белла и на лето записался в армию. Как-никак это возможность послужить своей стране.

В декабре, когда Соединенные Штаты официально вступили в войну, четвертая часть всех физиков страны (а их было более семи тысяч) уже принимала участие в разбросанных пока по разным лабораториям, но стремительно набирающих обороты военных исследованиях и разработках. Поколение, воспитанное на идее о том, что наука — двигатель прогресса и источник знаний, поддерживающих человечность, теперь увидело другую великую идею. Отношения между федеральными властями и главами научных институтов налаживались. Летом 1941 года правительство учредило Управление научных исследований и разработок, подчиняющееся Национальному исследовательскому комитету по вопросам обороны. Комитету поручили координировать научные разработки в области, которую президент МТИ Карл Комптон, олицетворявший тогда новое партнерство, назвал «областью машин, приборов, инструментов и материалов, предназначенных для ведения войны». К ним относились не только радиолокационные установки и взрывчатые вещества, но и вычислительные машины и военная медицина. А такому роду войск, как артиллерия, требовались приспособления, позволяющие прицельно, а не наугад, выпускать снаряды. По собственной инициативе физик-ядерщик Ханс Бете участвовал в разработке зарождающейся теории бронепробиваемости, а также в изучении проблемы сверхзвуковых ударных волн, создаваемых реактивными снарядами. Фейнман проводил время более тривиально. Все лето он работал во Франкфортском арсенале над примитивным аналоговым компьютером, состоящим из зубчатых колес и кулачков, предназначенным для наведения артиллеристских орудий на цель. Все это казалось технически устаревшим и архаичным, и Ричард даже думал, что лучше бы он остался работать в лаборатории Белла.

Однако даже в университетских мастерских ему не приходилось сталкиваться с таким актуальным взаимодействием математики и металлов. Чтобы направить орудийную башню, нужно было перевести синусы и тангенсы в движения металлических деталей. Неожиданно у тригонометрии открылся инженерный контекст: задолго до того, как тангенс почти вертикальной башни стремился к бесконечности, вращение, передаваемое зубцам шестеренок, обламывало их. Фейнман углубился в математические расчеты, с которыми никогда раньше не сталкивался, а именно — в манипуляции с функциональными корнями. Он разделил синус на пять равных дополнительных функций так, чтобы функция функции функции функции функции равнялась синусу. В этом случае шестеренки могли выдержать нагрузку. Ближе к концу лета Фейнману поставили новую задачу — сделать так, чтобы подобный компьютер вычислял плавную кривую, например траекторию движения самолета, исходя из последовательно, с одинаковым интервалом в несколько секунд поступающих данных о его положении. Только позже Фейнман узнал, что в решении были заинтересованы специалисты Радиационной лаборатории МТИ, работающие над созданием радара.

Лето кончилось, Ричард вернулся в Принстон. Ему осталось лишь написать докторскую. Он работал не торопясь, пытаясь применить свой подход использования принципа наименьшего действия при решении основных типичных проблем квантовой механики. Он рассмотрел случай взаимодействия двух частиц, или систем частиц А и В, взаимодействующих не напрямую, а через промежуточную колебательную систему — гармонический осциллятор О. А вызывает колебания О, который, в свою очередь, действует на В. Отставание во времени усложняет картину, потому что как только О приходит в движение, поведение В будет зависеть от поведения А в прошлом, и наоборот. Этот случай не что иное, как аккуратно упрощенный вариант обычной задачи, рассматривающей взаимодействие двух частиц с помощью поля. Фейнман спросил себя, при каких условиях уравнение движения можно вывести из принципа наименьшего действия, строго исходя из имеющихся данных о двух частицах А и В и не принимая во внимание то обстоятельство, что вместо поля будет О. Принцип наименьшего действия стал казаться чем-то большим, нежели просто удобным способом расчета. Ричард почувствовал, что все это имеет непосредственное отношение к вопросам, которыми обычно занимается физика, таким, как принцип сохранения энергии.

«Этот интерес к …» — написал он, но потом переформулировал мысль.

«Такое стремление к использованию принципа наименьшего действия не только приводит к упрощению выражений; помимо всего прочего, в тех случаях, когда движение может быть представлено таким образом, мы можем быть уверены в том, что законы сохранения энергии, импульса и т. д. работают».

Как-то утром Уилсон зашел в кабинет Фейнмана, присел. «Какие-то слухи ходят повсюду», — заметил он. Нельзя раскрывать секреты, но Ричард был ему нужен, а его невозможно заполучить, не выложив все карты на стол. К тому же никаких официальных требований о необходимости держать всё в тайне не поступало. Военные все еще не принимали физиков всерьез. Физики сами решили не обсуждать некоторые вопросы, но теперь Уилсон решил отступить от правил. Настало время раскрыть Фейнману некоторые секретные сведения.

Уилсон сказал, что существует вероятность создания ядерной бомбы. Британские физики за два года до этого, узнав от Бора и Уилера об уране-235, заново рассчитали критическую массу вещества, необходимого для реакции. Немецкий химик-эмигрант из британской команды Франц Симон[102] пересек Атлантику на гидросамолете, чтобы сообщить последние новости из Бирмингемской лаборатории. Возможно, достаточно будет примерно килограмма вещества. Британцы трудились не покладая рук над решением проблемы разделения изотопов урана, отделяя более легкий и редкий изотоп урана-235 от более распространенного урана-238. Химические свойства этих двух форм урана одинаковые: при химических реакциях они неразличимы, поскольку количество протонов в ядре совпадает. Но массы атомов разных изотопов различаются (так как количество нейтронов разное), и теоретически можно воспользоваться именно этим обстоятельством. Симон и сам работал над схемой медленной диффузии газов через металлическую фольгу с проделанными в ней точечными отверстиями. Молекулы урана-238, чуть более тяжелые, отставали от легких при прохождении газа через отверстия в фольге. Вокруг проблемы урана начали формироваться секретные комиссии и отделы.