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

Фейнман не был обычным физиком и не желал им быть. В то время как все его коллеги для своего первого путешествия за границу выбирали Европу, он решил посетить Бразилию. Сильная любовь соединила его с Арлин и Гвинет — двумя из трех жен, которые были в его жизни, но он также довольно часто увлекался и другими женщинами, однако подобные романы не имели серьезного продолжения.

Фейнман очень редко читал статьи, опубликованные его коллегами, так как он предпочитал собственными усилиями приходить к выводам, которые уже сделали другие. Он исповедовал принцип никогда не доверять идее, которую он не извлекал из себя самого. Такова была отличительная черта Фейнмана, опасное свойство, способное привести к многочисленным ошибкам и потерянному времени — но не для него. «Дик мог сделать все, потому что он был блистателен, — заявил однажды по этому поводу другой физик-теоретик. — Он смог бы подняться босиком на Монблан».

Работа этого любопытного «персонажа» (как он сам себя называл в своей автобиографии) крайне абстрактна. Областью его предпочтения была квантовая теория, которая родилась за несколько лет до него. Установить законы, которые управляют субатомным миром, было сложной задачей, требовавшей участия великих умов физики первой половины XX века. Мир элементарных частиц противоречит здравому смыслу, который основан на нашем повседневном опыте, и понимание этого мира все еще ускользает от нас сегодня. Однако познавательные возможности квантовой физики не вызывают никакого сомнения. Мы можем критиковать ее с точки зрения философии, она даже может показаться нам нелепой, принимая во внимание наше восприятие Вселенной (между прочим, это причина, по которой ее отверг Эйнштейн), но мы не можем закрыть глаза на ее научное и технологическое значение.

Квантовая физика требовала развития многочисленных средств для изучения феноменов, которые она намеревалась объяснить. В период первой половины XX века физикам пришлось использовать математические понятия, разработанные в предыдущие десятилетия (причем никто не верил, что они смогут иметь практическое применение) для того, чтобы решать проблемы, которые возникали перед ними. Но этого было недостаточно: необходимо было разработать совершенно новый математический арсенал. Именно в этой области Ричард Фейнман отличился и сделал самый большой вклад. Одной из наиболее острых проблем, на которую физик должен был обратить внимание в 1930-х годах, было появление бесконечных величин в теории, объясняющей взаимодействие между материей и светом. При попытках просчитать, что происходит в тот момент, когда электрон взаимодействует с фотоном, результат получался катастрофический, так как бесконечные величины извращали подсчеты, и никто не знал, как решить этот вопрос. Ученые были настолько обескуражены, что организовали конгресс, целиком посвященный этому вопросу. Фейнман стал одним из трех физиков, взявшихся за его решение, наряду с японцем Синъитиро Томонагой и американцем Джулианом Швингером. Результатом было создание нового варианта квантовой электродинамики, который актуален и поныне. Также актуальны созданные в тот же период известные диаграммы Фейнмана, которые используются практически во всех дисциплинах физики, связанных с микромиром.

Более того, вклад Фейнмана в физику на этом не заканчивается. Невероятная интуиция привела его к решению загадки жидкого гелия, который при температуре, близкой к абсолютному нулю (-273 °С), может перетекать через край сосуда, где он находится: речь идет о явлении сверхтекучести гелия. Фейнман также внес существенный вклад в создание теории слабого взаимодействия, одного из четырех фундаментальных взаимодействий природы, которое несет ответственность за некоторые радиоактивные распады. Наконец, он помог убедить научное сообщество в том, что кварки, частицы, из которых состоят протоны и нейтроны, открытые его коллегой Марри Гелл-Маном, не являются математической абстракцией, а действительно существуют.

Тем не менее Ричард Фейнман не интересовался только научными исследованиями, его увлекали также популяризация науки и преподавание. Лекции Фейнмана под названием «Что есть наука?» и «Значение науки» остаются источниками вдохновения как для студентов, так и для исследователей. Его лекции по физике собраны в серию книг и продолжают издаваться в течение 50 лет после первой публикации. Они демонстрируют метод Фейнмана, применявшийся им для занятий этой наукой, которая стала его настоящей большой любовью. Его две фразы-талисманы («То, что я не могу создать, я не могу понять» и «Знать, как решить любую решенную проблему») были написаны на доске его аудитории. Физика была страстью Фейнмана, любая физика. Для него наука была в постоянном развитии. Он сравнивал ее с формой облаков: «Когда наблюдаешь за ними, они кажутся застывшими, но через несколько минут ты отдаешь себе отчет, что все поменялось».

Фейнман исследовал уже пройденные пути, но использовал совокупность искусных математических приемов, которые, совмещенные с сильной интуицией ученого, изменяли представления в этой области. Его несколько хаотичный способ работать никогда не следовал канону «аксиома — теорема — доказательство». На самом деле Фейнман предчувствовал результат, а затем проверял его столько раз, сколько это было необходимо, при любых возможных обстоятельствах. Тем не менее он никогда не старался быть оригинальным, скорее его интересовал способ никогда не ошибаться. «Физика всегда меня неотступно преследовала, — объяснял он. — Если идея казалась мне плохой, я это говорил. И если она казалась мне хорошей, я это также говорил».

Одна из самых удивительных способностей Фейнмана заключалась в умении концентрироваться в течение многих часов на одной и той же проблеме, что не могло не волновать его родителей в те времена, когда он был подростком. В тот период Ричард увлекался починкой радиоприемников. Он их разбирал и долго сидел неподвижно, пытаясь понять, в чем причина поломки. Пожалуй, не вызывает удивления возникший среди его соседей слух, что он чинил радио с помощью мысли... Позднее, когда ученый закончил свою докторскую диссертацию, команда Манхэттенского проекта отправила его в Чикаго, где Фейнман решил проблему, на которую они натолкнулись месяц назад. И, надо сказать, самое большое впечатление на коллег произвел не столько его интеллектуальный подвиг, сколько его не соответствующий образу ученого имидж: «Было очевидно, что Фейнман не относится к большинству послевоенной университетской молодежи. Он имел выразительную пластику танцора и манеру очень быстро говорить, которая напоминала нам Бродвей — фразы как у мошенника, ни с чем не сравнимая говорливость и много апломба».

В конце своей жизни Фейнман приобрел широкую известность вне научного сообщества. Произошло это благодаря его работе в 1986 году, за два года до смерти, в комиссии, созданной НАСА для расследования аварии шаттла «Челленджер». Фейнман, будучи тогда больным, решил следовать тому же принципу, который он применял в науке: пользоваться только собственноручно проверенной информацией. Таким образом, вместо того чтобы читать многочисленные страницы отчетов, он принялся опрашивать инженеров и ученых НАСА и ставить эксперименты, казавшиеся ему необходимыми, чтобы обрести полную уверенность в причинах катастрофы. Звездный час для ученого пробил во время одного из публичных заседаний комиссии, в ходе которого он провел маленький эксперимент. Фейнман предположил, что причиной аварии могла быть неисправность кольцеобразных резиновых уплотнителей, используемых для ракетных ускорителей и топливного бака (известных под техническим термином O-ring по причине их характерной формы). Вследствие переохлаждения эти уплотнители потеряли свою эластичность, из-за чего герметичность была нарушена. Горячие газы прожгли корпус правого ускорителя, что привело к разрушению топливного бака и взрыву топлива. На фотографиях, сделанных во время аварии, можно было увидеть пламя, выходящее из зоны, в которой находились уплотнители. Так, перед всеми журналистами и телевизионными камерами Фейнман сжал пассатижами небольшое резиновое кольцо, а затем оставил его на несколько секунд в стеклянном стакане со льдом, чтобы наглядно объяснить свою теорию: из-за низкой температуры ночью перед стартом уплотнители потеряли упругость. В конце своего выступления Фейнман не был уверен в том, что убедил присутствующих, но он недооценил проницательность журналистов. В эту ночь все телеканалы распространили новость: причина аварии очевидна. Фейнман стал героем для всех американцев.

После смерти физика многие отдавали ему должное и выражали свое восхищение им. Но, наверное, лучше всех о нем сказал Джулиан Швингер, крупный послевоенный ученый, с которым Фейнман разделил Нобелевскую премию и который был его главным соперником: «Честный человек с прекрасной интуицией, самая выдающаяся личность нашей эпохи и лучший пример того, чего может добиться тот, кто осмелится следовать за многообразием барабанных ритмов».