Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана - Джеймс Глик

Весной 1948 года Швингеру и Фейнману предстояла очередная конференция — продолжение элитной встречи на Шелтер-Айленде. Мероприятие запланировали на конец марта; для него был арендован курортный отель в горах Поконо в Пенсильвании. Все было как в прошлый раз: идиллическая обстановка, небольшой список участников и серьезная повестка. Снова должны были приехать Ферми, Бете, Раби, Теллер, Уилер и фон Нейман; председателем назначили Оппенгеймера. Кроме того, в этот раз ждали двух гигантов довоенной физики: Дирака и Бора.

Они собрались 30 марта в холле отеля, под старой зеленой башней с часами. Из окон открывался вид на поле для гольфа и километры лесистых гор. Конференция началась с доклада, посвященного последним новостям о треках частиц в космических лучах и ускорителе в Беркли. Ученые обещали, что к осени синхротрон, снабженный пятиметровым магнитом, разгонит протоны до значений энергий в 350 миллионов электронвольт. Этого будет достаточно для выделения огромного числа новых элементарных (так казалось ученым) частиц — мезонов, содержащихся в космических лучах и в данный момент представляющих самый большой интерес для исследователей. Чем ждать, пока образцы частиц поступят в облачные камеры из космоса, экспериментаторы лучше создадут их самостоятельно.

Анализируя данные, полученные в результате изучения космических лучей, ученые столкнулись с проблемой: оказалось, что между ожидаемой и реальной силами взаимодействия мезонов с другими частицами имелось огромное расхождение. На предыдущей конференции молодой физик Роберт Маршак высказал мнение, которое в 1947 году требовало от ученого гораздо больше мужества и смекалки, чем спустя двадцать — тридцать лет: он предположил, что существуют две разновидности частиц и что эти группы взаимодействуют друг с другом. Не один мезон, а два! — стоило только высказать это предположение, и оно стало очевидным. Фейнман торжествующе заявил, что новую частицу следует назвать маршаком. Благодаря развитию технологий реестр новых частиц насчитывал уже почти двузначное число. На открытии конференции в Поконо экспериментаторы разогревали публику демонстрацией слайдов с наиболее характерными изображениями — впечатляющими треками частиц, похожими на следы разбежавшихся кур. На этих снимках не было полей, матриц, операторов, зато геометрия рассеяния частиц была представлена достаточно отчетливо.

На следующее утро пост докладчика занял Швингер. Он презентовал «полную» теорию квантовой электродинамики, которая, как он подчеркнул в самом начале, соответствовала двойному критерию «релятивистской инвариантности» и «калибровочной инвариантности». Выполненные в соответствии с ней вычисления выглядели одинаково вне зависимости от скорости и фазы частиц. Инвариантность гарантировала, что теория останется неизменной, какой бы ни была случайная позиция наблюдателя: так на длительность отрезка времени от рассвета до заката не влияет то, перевели вы часы на час вперед, чтобы продлить световой день, или нет. Теория обеспечивала независимость расчетов от определенной системы координат — «калибра». По словам Швингера, он рассматривал квантованное электромагнитное поле, в котором «каждая малейшая единица пространства считается частицей» — частицей с большей математической силой и меньшей визуальной ощутимостью, чем в физике вчерашнего дня. Далее он представил новые сложные вычисления и начал демонстрировать применение своей теории на конкретном примере, показывая взаимодействие электрона с его собственным полем. Его почтенные слушатели, скорее всего, ничего не поняли, но, в отличие от привычной Швингеру аудитории, их было не так легко запугать, поэтому его воодушевленную речь не раз прерывали. Сам Бор задал ему вопрос — Швингеру это не понравилось, и он резко его оборвал, а затем продолжил свою речь, пообещав, что все станет ясно в свое время. Как всегда, он не пользовался записями и подчеркивал это; почти вся его лекция была посвящена формулировкам, он выводил одно уравнение за другим. Это был настоящий математический марафон, затянувшийся почти до вечера. Бете отметил, что критики притихли, когда Швингер перешел к математическим формулам; вопросы возникали лишь тогда, когда тот начинал объяснять чисто физические понятия. Он поделился этим наблюдением с Фейнманом и посоветовал ему избрать аналогичный, математический подход к своему докладу. Глядя на своих знаменитых коллег, Ферми с некоторым удовлетворением отметил, что те начали терять нить. Лишь он и Бете до самого конца внимательно слушали Швингера.

Затем настала очередь Фейнмана. Он нервничал. Ему показалось, что лекция Швингера, по всем признакам блистательная, была принята не очень хорошо (но он ошибался: Швингер произвел неизгладимое впечатление на всех, и, главное, на Оппенгеймера). По совету Бете он полностью изменил ход доклада. Изначально Фейнман планировал излагать свои идеи с точки зрения физики; математические формулы у него тоже имелись, хоть и не столь изящные, как у Швингера, но, как и у Швингера, они во многом были понятны лишь самому автору. Он мог объяснить свои методы с помощью формулировок, но не мог обосновать сами математические вычисления. Он пришел к имеющимся результатам путем проб и ошибок и знал, что его формула точна, так как проверил ее на множестве задач, в том числе на задачах Швингера — и она сработала. Но доказать, что она работает, и связать ее со «старой» квантовой механикой он был не в состоянии. Тем не менее он последовал совету Бете и начал с уравнений, заявив: «Математическая формула, которую я сейчас вам покажу, решает все нерешенные задачи квантовой механики».

Фейнман всегда говорил друзьям, что может рассказывать о физике кому угодно — неважно, кем были его слушатели. Он любил вспоминать о том, как Нильс Бор в Лос-Аламосе отметил его как молодого человека, который не боялся оспаривать мнение старших. Время от времени Бор обращался к Фейнману за личной консультацией, часто через своего сына Оге, тоже физика, но так до конца и не проникся к нему полной и безоговорочной симпатией. Бору претила «американистость» Фейнмана, его чрезмерный энтузиазм, манеры рубахи-парня. Сейчас, в конце затянувшегося дня, сидя среди двадцати шести других уважаемых ученых, Бор ждал. Фейнману никогда не приходилось выступать перед таким скоплением светлых научных умов — даже в Принстоне, когда он читал лекции в присутствии Эйнштейна и Паули. Он создал новую квантовую механику, почти не зная старой, за исключением работ Дирака и Ферми, которые он прочитал и на которые опирался; оба ученых сейчас сидели перед ним. Были здесь и его учителя Уилер и Бете. А также Оппенгеймер, который создал одну бомбу, и Теллер, строивший другую. Для них он был многообещающим и бесстрашным юным светилом. Через семь недель ему исполнялось тридцать лет.

Швингер впервые слышал теорию Фейнмана. Она показалась ему интеллектуально отталкивающей, хотя тогда он ничего не сказал (позже они по-дружески сравнят свои методы и обнаружат, что сходятся почти во всем). Ему казалось, что Фейнман выстраивает сеть из догадок и интуитивных предположений, напоминавшую сырой каркас из поперечных и продольных балок. Бете прервал его лишь однажды, почувствовав, что слушатели потерялись в деталях, и попытался вернуть Фейнмана к основным положениям теории. Тот объяснил свои интегралы по траекториям, оставшиеся совершенно непонятыми, и позитроны, путешествующие во времени, — идею еще более чуждую. Теллер отметил явное нарушение принципа запрета и не согласился с неубедительным оправданием Фейнмана. У последнего же сложилось впечатление, что у каждого из присутствующих есть свой любимый принцип или теорема, а он нарушил их все. Дирак спросил: «Ваша теория унитарна?» Фейнман даже не понял, что он имеет в виду. Дирак объяснил: матрица, несущая объект из прошлого в будущее, должна хранить точную информацию о полной вероятности. Но у Фейнмана не было такой матрицы. Суть его подхода заключалась в том, что он рассматривал прошлое и будущее вместе; его объекты могли свободно передвигаться вперед и назад во времени по одному лишь своему желанию. Его не понимали. Наконец, когда он нарисовал на доске диаграммы — схематичные траектории частиц — и попытался продемонстрировать свой метод суммирования амплитуд различных траекторий, Бор поднялся с места. Разве Фейнман не проигнорировал центральный принцип квантовой механики, сформулированный еще двадцать лет назад? Совершенно очевидно, что эти траектории противоречат принципу неопределенности. Он подошел к доске, попросил Фейнмана отойти в сторону и начал объяснять. Уилер, делавший заметки, быстро записал: «Бор хотел знать, действительно ли эта теория рассматривает ту же физику, что и теория Дирака, или же физическая ее часть недостаточно продумана». Бор продолжал рассуждать несколько долгих минут. Тогда-то Фейнман и понял, что потерпел неудачу. В тот момент его это очень огорчило. Но позже он заметит: «Я рассказал им слишком много. Грохот моих шестеренок слишком далек от них».