Мигуэль Сабадел - Наука. Величайшие теории: выпуск 6: Когда фотон встречает электрон. Фейнман. Квантовая электродинамика

После собрания Бете сел в поезд до Скенектади, где он работал в качестве консультанта на полставки для «Дженерал Электрик». Сидя в вагоне, он начал размышлять о предположении Крамерса. Если мы основываемся на его идее, то что мы получаем для электрона, находящегося в атоме водорода? Один, как и второй, включали в себя величину, отличную от анализируемой энергии, и это приводило к вычитанию бесконечного из бесконечного. Результат явно был абсурдным... или, может быть, нет. Вычислительная машина, которой являлся Бете, принялась за работу, основываясь на нерелятивистской КЭД. Каково же было его удивление, когда он увидел, что хотя полученный результат по-прежнему продолжает стремиться к бесконечности, он делает это уже медленнее! Интуиция Бете говорила ему, что если осуществить то же самое в релятивистской КЭД, тогда это расхождение полностью исчезнет. Бете позвонил Фейнману, чтобы рассказать ему о своем открытии и чтобы убедиться, что черновик его расчетов окажется у Оппенгеймера меньше чем через неделю. Вернувшись в Корнелл в июле, он провел семинар, объясняющий его расчеты, и предложил возможные способы применения релятивистского предела. После конференции Фейнман подошел к нему и сказал: «Я могу это сделать для тебя. Расчеты будут у тебя на столе завтра утром».

В то время Фейнман столкнулся с серьезной проблемой: следовало письменно изложить свои идеи в виде научной статьи, особенно те из них, которые он развернул в своей докторской диссертации. Это было нелегко для него. Он очень хорошо умел выражать свои мысли в виде личных заметок, составленных в его особом фамильярном тоне и используемых им впоследствии для будущих исследований. Но редактирование научной статьи требовало более формального подхода, логической и последовательной манеры объяснять результаты, шаг за шагом. Все это являлось полной противоположностью рабочему стилю Фейнмана. Он не придерживался никакой логической последовательности. Очень часто Фейнман предугадывал ответы, а затем применял их ко многим примерам, чтобы проверить их истинность. Физик Марри Гелл-Ман (он сотрудничал с Фейнманом в 1950-е годы, когда они оба работали в Калтехе) рассказывал анекдот, который давал представление о стиле работы его коллеги. Однажды один студент пришел к нему с серией заметок, которые он приписывал Ричарду Фейнману. Гелл-Ман посмотрел на них и сказал: «Нет, это не его. Его методы не такие, как наши». «И каковы же они?» — спросил студент. Гелл-Ман подошел к доске, находившейся в его кабинете, и объяснил ему: «Дик работает следующим образом. Ты записываешь задачу. Ты интенсивно раздумываешь над ней, — сказал он, закрывая глаза и комично подпирая рукой свой лоб. — Затем ты пишешь решение».

С такими методами работы Фейнман не мог просто сесть и написать статью. Поэтому его друзья Берт и Малика Корбен сочли своим долгом вмешаться. По их словам, летом 1947 года они «заперли Дика в комнате и приказали ему начинать писать». Он послушался, и статья, которая из этого получилась, «Пространственно-временной подход к нерелятивистской квантовой механике», была опубликована в следующем году в журнале Reviews of Modem Physics. Пересмотр своей диссертации позволил Фейнману в первый раз открыть для себя квантовую механику в полном объеме, используя новый метод «интегралов по траекториям». Теперь он мог снова попытаться справиться с тем, что до сегодняшнего дня ему не удавалось: с релятивистской квантовой теорией электромагнетизма.

После конференции Бете Фейнман чувствовал себя достаточно уверенно, но, так как он никогда не работал над этой темой, он направился к коллеге, чтобы уточнить, как следует проводить расчеты. В свою очередь, Дик рассказал Бете про свое новое уравнение. Они попытались сделать расчеты с учетом теории относительности, но допустили ошибку: бесконечные величины были хуже, чем те, что появились в нерелятивистском уравнении, полученном Бете. Фейнман вернулся в свой кабинет, убежденный, что они где-то ошиблись и что результат должен быть положительным, и принялся за работу.

Верный самому себе, он начал с рассмотрения теории дыр и моря отрицательной энергии Дирака, пока не убедился в том, что может применить свой интеграл по траекториям. В итоге Фейнман смог получить конечные значения, используя предположение Крамерса, и нашел значение для смещения Лэмба, очень близкое к значению эксперимента. К сожалению, Фейнман был не единственный, кто к этому пришел. Его конкуренты получили такой же результат: Вайскопф и его студент Энтони Френч, с одной стороны, и баловень Гарварда, Джулиан Швингер, с другой. Швингер сумел исключить бесконечные величины благодаря серии изящных математических преобразований, известных под названием «канонические преобразования». Он перенормировал массу электрона согласно предположению Крамерса и сделал то же самое с его зарядом. Недостаток решения Швингера был в том, что сумма серии величин, полученных методом возмущений (идентичным тому, что использовался в КЭД), требовала крайне сложных расчетов. К счастью, Швингер обнаружил, что первых трех величин было достаточно для получения результатов, отлично совпадающих с экспериментальными данными, озвученными на острове Шелтер. Полученное им значение для g-фактора составило 2,00118 (вспомним, что Раби получил 2,00244), для смещения Лэмба оно было 1,051 мегагерц, тогда как экспериментальные данные были 1,062.

Будущее непредсказуемо, все основывается на вероятностях.

Ричард Фейнман

Национальная академия наук провела под своим патронажем вторую конференцию в горах Поконо (Пенсильвания) 30 марта 1948 года. Как и отель Ram’s Head, отель Pocono Manor посетили великие умы физики: Оппенгеймер, Ферми, Бете, Раби, Теллер, Уилл ер и фон Нейман, а также два светила довоенной физики, Бор и Дирак. Все ждали, что Швингер даст окончательное решение проблемы релятивистской КЭД. Это случилось утром следующего дня.

Швингер начал свое выступление без малейшей интонации в голосе: «Квантованное электромагнитное поле, в котором мы можем рассматривать каждый малейший объем пространства в качестве частицы». Он представил обозначения и окунулся в виртуозную лекцию, включающую математические исчисления, которых было многовато, чтобы успевать понимать их. Однако аудитория здесь была несколько другая, нежели та, к которой он привык, поэтому речь Швингера, похожая на поезд, неумолимо двигающийся по рельсам, постоянно прерывалась репликами его слушателей. Не побоялся остановить этот поезд и сам Бор, высказавший свои замечания. Швингер, который терпеть не мог, когда его перебивают, оборвал его сухим тоном. Одно уравнение сменялось другим, и Швингер продолжал лекцию, не обращая ни малейшего внимания на окружающих. Этот математический марафон длился довольно долго.