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

Я благодарен Калтеху за живое и вдохновенное пространство исследования, а также за веру в меня в те далекие годы. И, конечно, я особенно благодарен покойному Ричарду Фейнману – за многочисленные жизненные уроки.

I

Худощавый мужчина с отросшими волосами входит в свой скромный кабинет в сером бетонном здании среди олив Калтеховского академического городка на Калифорнийском бульваре в Пасадине. Кое-кто из студентов, пробывших на этой планете втрое меньше профессора, останавливается в коридоре и смотрит ему вслед. Никто и слова бы не сказал, не явись он сегодня на работу, однако ничто его не удержит – уж тем более не операция, последствиям которой он не позволит больше нарушать распорядок его дня.

Снаружи пальмы омыты ярким солнцем, но оно уже не иссушает, как летом. Высятся холмы, бурый на них уступает зеленому, растительность возрождается – грядет зима, куда более мягкое время года. Профессор, вероятно, раздумывает, сколько еще смен бурого на зеленый ему удастся повидать: он знает, что болезнь с ним разделается. Он любил жизнь, но верил в законы природы, а не в чудеса. Когда в 1978 году у него обнаружили редкую форму рака, он ознакомился с литературой по предмету. Пять лет жизни в менее чем 10 процентах случаев. Десять лет не прожил почти никто. У него шел четвертый год.

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.

II

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.