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

Фейнмановское различение этих подходов отражает, как мне кажется, и теория Сперри о двух полушариях мозга. Левое, ищущее порядка и организации, – Марри, грек, платоник, а правое, воспринимающее закономерности с упором на интуицию, – Фейнман, вавилонянин, аристотелевец. В свете физической укорененности этого различия в мозге неудивительно, что оно распространяется и за пределы физики – на то, как двое этих ученых жили. Это выбор образа жизни, перед которым, не осознавая этого, вскоре окажусь и я.

Во многих смыслах Фейнман был для Марри главным интеллектуальным противником. Хотя в 1981 году широкие СМИ Фейнмана еще не открыли, в мире физики его персона затмевала Марри уже несколько десятилетий. Легенда Фейнмана зародилась в 1949-м, когда он, тогда еще тридцатилетний, написал серию статей для «Physical Review». Со времен Исаака Ньютона было так: создаешь теорию физики, записывая уравнение или систему уравнений, называемых дифференциальными. Потом обсчитываешь следствия теории, решая эти дифференциальные уравнения. С квантовой теорией все в точности так же. К примеру, чтобы разобраться, что квантовая электродинамика – квантовая теория электрически заряженных частиц – предсказывает в поведении электрона, физик 1940-х для начала описал бы его текущее, или «исходное», состояние. Эта математическая функция содержит количественную информацию об импульсе электрона и энергии в начале процесса или эксперимента. Цель теоретика – описать эти же количества в конце процесса или эксперимента (то есть рассчитать так называемое «конечное» состояние) или хотя бы рассчитать вероятность, с которой электрон достигнет того или иного состояния, интересующего ученого. Для этого физику нужно решить дифференциальное уравнение.

Чтобы вычислить вероятность, с которой электрон в некоем исходном состоянии окажется в другом, конечном, в Фейнмановом подходе необходимо сложить по определенным правилам вклады всех возможных траекторий, или историй, электрона, приводящих его из исходного состояния в конечное. По Фейнману, именно это отличало квантовый мир от повседневного, или классического. В классических теориях частица перемещается по единственной траектории – в точности как предметы в окружающем нас мире. Странный квантовый мир возникает от необходимости учитывать всякие дополнительные маршруты. Для крупных предметов сложение всех возможных путей дает лишь один, самый значимый, классический, и потому квантовых эффектов не замечаешь. А для субатомных частиц – например, электронов – отметать траектории, которыми этот электрон движется в дальних просторах Вселенной или мечется во времени, уже нельзя. Квантовый электрон носится по Вселенной в космическом танце, из настоящего в будущее, а оттуда – в прошлое, отсюда – везде и обратно. Следуя своими путями, он не обращает внимания на привычные нам правила движения и ведет себя так, будто природа бросила поводья. По словам Фейнмана, тут даже «временной порядок событий… не применим». И все-таки, как гармония музыкальных инструментов, все эти траектории, сложенные вместе, дают конечное квантовое состояние, наблюдаемое экспериментатором.

Метод Фейнмана казался радикальным и, на первый взгляд, абсурдным. В нашей наукоориентированной культуре принято ожидать порядка. Мы развили устойчивое представление о времени и пространстве – о том, что время движется из прошлого через настоящее в будущее. Фейнман, как обычно, никогда не комментировал метафизические аспекты своей теории. Позднее, узнав его ближе, я вроде бы понял, как у него родилась такая теория. Он сам вел себя очень похоже на электрон.

Подход Фейнмана физикам его времени было трудно и постичь, и принять. Так называемые интегралы по траекториям, которые он изобрел для суммирования путей частиц, не имели математического доказательства, а временами и определены скверно. А его наглядный метод извлечения ответов из его же теории, ныне именуемый диаграммами Фейнмана, не походил ни на что виденное физиками прежде. Физики требовали доказательства. Они желали, чтобы математический вывод его формул исходил из обычных формулировок квантовой теории. Но он развил свой метод, применяя интуицию и физическую логику – а также множество проб и ошибок. Доказать его он не мог. Когда в 1948 году представлял этот метод на конференции, подвергся нападкам звезд физики – Нильса Бора, Эдварда Теллера и Поля Дирака. Они потребовали греческого подхода, а Фейнман-то – вавилонянин. И все же с ним пришлось считаться: ему за полчаса удавались теоретические расчеты, на которые у звезд физики уходили месяцы.

Но наконец другой молодой физик, Фримен Дайсон, показал, как подход Фейнмана соотносится с обычным, и он постепенно прижился. Кое-кто, включая самого Марри, полагал, что, быть может, метод Фейнмана, его интегралы по траекториям и диаграммы, а не Ньютонов подход с применением дифференциальных уравнений, есть подлинная основа всей физической теории.

Среди физиков Фейнман был легендарен, но Марри, хоть и более человечен, все же оказал большее влияние на направление развития своей области науки. А все потому, что Марри, всегда стремившийся к порядку и контролю, желал себе роли вожака. Фейнман ее избегал, предоставляя своим работам говорить за себя.

И при чем тут я, спрашивается?

Корень моего успеха – в моей докторской диссертации и в нескольких статьях, написанных в соавторстве с коллегой по последиссертационной работе – Никосом Папаниколау из Греции. Как и Фейнман, мы с Ником исследовали возможность соединить квантовый и классический миры: открыли, что квантовый мир был бы похож на наш, классический, если бы мы жили во Вселенной с гораздо большим числом измерений, чем три пространственных, к которым все привыкли. Затем мы показали, как определенные задачи атомной физики легко бы решились, если бы мир был бесконечномерен. И наконец, мы продемонстрировали, как уравновесить ложную предпосылку бесконечного числа измерений, и нашли ответы, правильные и соотносимые с нашим трехмерным миром. Когда пыль улеглась, я сам поразился точности нашего подхода. Но главное, я гордился оригинальностью нашего мышления.

Примерно за год до этого нашу работу процитировал молодой принстонский профессор по имени Эдвард Виттен в своей статье в профессиональном научно-техническом журнале «Physics Today» — именно Виттен в следующие десять лет станет Йодой номер один мира физики вместо покойного профессора Фейнмана (а позднее займет и старый кабинет Марри). После той статьи цитировать нашу работу взялись и другие. Число упоминаний доросло до нескольких десятков. Когда оно подобралось к сотне, я бросил считать. А еще обнаружил, что в обращении со мной появилось некое новое уважение. Мой наставник по диссертации вдруг стал интересоваться моей работой в мельчайших подробностях. Внезапно передал привет стародавний преподаватель из аспирантуры. Профессора принялись обращаться со мной так, будто к моим суждениям имеет смысл прислушиваться. Надвигалось время решать, что же делать дальше, и тут меня начали посещать скверные мысли. Сомнения. А смогу ли я когда-нибудь повторить собственный успех? И тут – приглашение на работу в Калтех.