Андрей Сахаров - Воспоминания

Что дальше произошло в этой области – тоже хорошо известно физикам. Лэмб и Резерфорд (а потом и другие) измерили разность уровней в атоме водорода радиоспектроскопическими методами. Они не только подтвердили сам факт различия уровней (в чем можно было сомневаться раньше – при оптических методах), но и измерили разность уровней с огромной точностью. На одной из научных конференций, состоявшихся в 1947 году (кажется, на Рочестерской), Х. Крамерс выступил с программой вычисления конечных радиационных поправок для наблюдаемых величин – с так называемой идеей перенормирования. Тогда же, или несколько позже, Ганс Бете сообщил о своем расчете разности уровней. По существу, исходные идеи обеих работ были очень близки к тем, которые я описал выше. Бете проводил свои расчеты нерелятивистским образом (что было сознательным переупрощением). Поэтому он получил не конечный результат, а логарифмически растущий при стремлении к бесконечности энергии «обрезания». Но, как любил говорить Ландау:

– Курица – не птица, логарифм – не бесконечность.

Результат Бете по существу означал прорыв в новую область, делал очень вероятным получение полностью конечного результата в этом и во всех других электродинамических явлениях. Остальное было делом техники (весьма трудной). Явились гиганты, которые одолели все эти трудности – Томонага, Швингер, Фейнман, Дайсон, Вик, Уорд и многие, многие другие. Первый последовательный расчет расщепления уровней (давший конечный результат в согласии с опытом Лэмба и Резерфорда) был произведен в работе Вейскопфа и Френча.

Я не могу удержаться от краткого рассказа о дальнейших событиях, в которых я никак не был участником.

В 1948 году Швингер нашел радиационную поправку к магнитному моменту электрона. Вскоре найденное значение поправки было подтверждено на опыте (как для электрона, так и для мю-мезона: возможно, первые данные для электрона были получены до работы Швингера, я точно не помню). Экспериментальные и теоретические значения затем неоднократно уточнялись. Сейчас достигнуто совпадение в 9-м или 10-м десятичном знаке. Ни в одной другой области науки нет такой точности совпадения теории и эксперимента, как в квантовой электродинамике. Интересно, что аналитические вычисления настолько громоздки, что их приходится делать на машине по специальной программе (поясню: аналитические вычисления – это преобразование формул, а не оперирование числами, что первоначально было единственной специальностью ЭВМ).

Но великолепное согласие расчетов с экспериментом еще не означало, что принципиально в теории все в порядке. В 1955 году независимо Фрадкин, Ландау и Померанчук нашли, что последовательное вычисление радиационных поправок приводит к чудовищному следствию – к полному исчезновению наблюдаемых электромагнитных взаимодействий (знаменитый «Московский нуль»).

В тот год я встретил Ландау на новогоднем банкете в Кремле. С очень озабоченным, даже удрученным видом он сказал:

– Мы все оказались в тупике, что делать – совершенно непонятно.

К этому же времени относятся слова Ландау:

– Лагранжиан – мертв. Его надо похоронить; конечно, со всеми полагающимися покойнику почестями.

Лагранжиан – квантовый аналог так называемой функции Лагранжа, основное понятие квантовой теории поля. Ландау, однако, ошибался, лагранжиан не был мертв. Многие годы трудность «Московского нуля» рассматривалась как указание на необходимость отказа в физике высоких энергий от квантовой теории поля, делались попытки найти другие пути построения теории элементарных частиц, оказавшиеся неэффективными. Лишь в 1974 году вновь появился проблеск надежды – было показано, что в так называемых неабелевых калибровочных теориях нет «Московского нуля» (хотя все еще необходимо манипулирование бесконечными величинами). А еще через несколько лет были найдены (среди т. н. суперсимметричных теорий, о них подробнее дальше) нетривиальные примеры (пока не реалистические, т. е. не описывающие реального мира), в которых вообще нет бесконечностей. Сейчас, когда я просматриваю рукопись в Москве, вернувшись из Горького, самые смелые надежды связаны с так называемыми «струнами» – протяженными объектами – ниточками и колечками невообразимо малых размеров. Героические усилия целой армии ученых – теоретиков и экспериментаторов – продолжаются!

Вспоминая то лето 1947 года, я чувствую, что я никогда – ни раньше, ни позже – не приближался так близко к большой науке, к ее переднему плану. Мне, конечно, немного досадно, что я лично оказался не на высоте (никакие объективные обстоятельства тут не существенны). Но с более широкой точки зрения я не могу не испытывать восторга перед поступательным движением науки – и если бы я сам не прикоснулся к ней, я не мог бы ощущать это с такой остротой!

Другая моя неудачная попытка в те же месяцы касалась, напротив, совсем мелкого вопроса. Я все же расскажу. Я задался вопросом, зависит ли возможность аннигиляции электронов и позитронов, образующих атомо-подобную систему – позитроний, от углового импульса (углового момента, или спина) позитрония. Я стал вычислять вероятности аннигиляции свободно сталкивающихся электронов и позитронов при параллельных и антипараллельных спинах (первый случай соответствовал бы спину позитрония 1 – в единицах постоянной Планка, а второй – 0). Но я ошибся в знаке складываемых членов. Я производил эти вычисления в вагоне электрички Пушкино – Москва и потом в шутку «утешал» себя, что вагон тряхнуло в тот момент, когда я писал знак минус, и получился знак плюс. Правильный результат получил Померанчук (тем же топорным методом, который пытался применить я). Позитроний со спином 1 (ортопозитроний) не аннигилирует на 2 гамма-кванта, а лишь на 3! Когда об этом результате узнал Ландау, он воспроизвел его гораздо более красивым и плодотворным методом, основанным на соображениях симметрии (т. е. почти без вычислений). Вывод Ландау распространялся на любую частицу со спином 1. Поэтому, когда вскоре был обнаружен распад пи-ноль-мезона на два гамма-кванта, это полностью исключало, что спин пи-мезона равен 1 (результат огромного значения). Можно сформулировать систему неравенств: L > P > S (L – Ландау, P – Померанчук, S – Сахаров).

Все описанные события происходили еще до защиты диссертации, летом и осенью 1947 года. После защиты передо мной встала задача выбора «солидной» тематики (я не знал, что вскоре эту задачу решат за меня). Я сделал попытку сделать что-либо в теории плазмы. Мне казалось, что кинетическое уравнение с логарифмическим обрезанием «по порядку величины» – некий монстр, хотелось придумать что-либо более изящное и более точное. Задача оказалась мне не под силу, но она, так же как следующая, о которой я сейчас расскажу, научно подготавливала меня к тем проблемам, с которыми мне пришлось столкнуться в спецтематике.