Пол Халперн - Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность

• Название: Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность
• Автор: Пол Халперн
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2019
• ISBN: 978-5-04-093386-0

Перед вами история невероятной дружбы между двумя великими физиками, изменившими понятия времени и истории, Ричардом Фейнманом и Джоном Уилером. Несмотря на различия этих двух личностей, их дружба выдержала испытания временем и способствовала чрезвычайно успешному сотрудничеству, приведшему в итоге к полному переосмыслению природы времени и реальности.

---

Оживляя аналогию с веревкой – мы словно привязываем один ее конец к креслу-качалке, а другой – к стене (она представляет посредника). Покачаем кресло, и вибрация побежит по веревке, добравшись до стены, она отразится и вернется к креслу, препятствуя его колебаниям. Теперь вообразим, что неким образом стена посылает отраженный сигнал обратно во времени, чтобы тот повлиял на кресло в тот момент, когда оно начинает качаться.

Так мы получим странный эффект опережающего сигнала.

Предположения Уилера заинтриговали Фейнмана, и он немедленно принялся выражать их математически, пробуя разные комбинации исходящих и входящих пульсаций, чтобы получить суммарный эффект, способный объяснить радиационное сопротивление. Вскоре он нашел правильную пропорцию: смесь пятьдесят на пятьдесят из сигналов, идущих вперед и назад во времени, полностью симметричную относительно настоящего.

Он смог описать радиационное сопротивление, не используя электромагнитные поля, и тем самым избежал проблемы расходящейся энергии, причинившей столько неудобств Дираку и остальным. С изгнанными фотонами свет стал прямым взаимодействием между электронами, ясно и просто.

Гипотеза стала известной как «теория поглощения Уилера – Фейнмана».

Экзамен

Получив расчеты Фейнмана, Уилер понял, что они достигли цели, и, учитывая революционный потенциал нового подхода, он сообщил ученику, что настало время оповестить коллег. Оба знали, что проект пока не завершен, они использовали классические, а не квантовые методы. Полное сосредоточение на проблеме собственной энергии электрона и других важных провалах в теории потребовало бы цельной квантовой электродинамики, которая еще не была полностью создана в то время.

Как и в случае с классической физикой, предварительные попытки квантовать (описать в квантовой форме) электродинамику закончились появлением математически непривлекательных бесконечных значений для собственной энергии и других параметров.

Квантовая теория означала бы замещение точных детерминистических механизмов классической теории на вероятностные описания, базирующиеся на математических функциях, именуемых «операторами». Необходимо было учесть некоторую расплывчатость и неопределенность, чтобы отразить непрозрачность реальности на квантовом, субатомном уровне.

С наивным оптимизмом Уилер сказал, что он быстро управится с квантовой частью, в то время как Фейнман подготовит классическое описание. Он убедил Ричарда, что позже, когда экспериментальная фаза будет завершена, он представит отдельную лекцию по квантовым аспектам.

Фейнман, понятно, нервничал перед первой в жизни чисто научной лекцией, наставник успокаивал его и говорил, что она даст ему ценный опыт выступлений. Как только Ричард согласился, Уилер обратился к Вигнеру, координировавшему серию докладов, и попросил внести его ученика в расписание.

За несколько дней до назначенной даты Фейнман шел по коридору Файн-холла и наткнулся на Вигнера. Похвалив труды молодого коллеги, последний упомянул, что на лекцию приглашены несколько профессоров: Джон фон Нейман, которого многие считали гением, один из лучших мировых специалистов по теории квантовых измерений; известный астроном Генри Норрис Рассел, прославившийся схемой классификации звезд; Паули, покинувший Цюрих и посетивший институт перспективных исследований; и наконец сам Эйнштейн, почти никогда не приходивший на выступления, организованные факультетом физики, заинтересовался темой и обещал непременно быть.

Услышав о том, что все эти титаны мысли явятся послушать его гипотезы, Фейнман превратился в настоящий комок нервов, нечто вроде ходячего циклотрона из плоти и крови.

Уилер снова успокоил ученика – если какие-то вопросы покажутся слишком сложными, то он придет на помощь. Ричард немного остыл и продолжил готовить речь.

Перед самым началом выступления он принялся рисовать на доске уравнения, но тут седовласый шестидесятилетний мужчина с грубым южно-германским акцентом прервал Фейнмана. «Привет, я пришел на вашу лекцию. Но, во-первых, где же чай?»27 – поинтересовался Эйнштейн.

Указав на стол с напитками, Фейнман облегченно вздохнул – на первый вопрос величайшего физика современности он ответил. Лекция стартовала, и все получилось не так плохо; погрузившись в выкладки, выступающий забыл о том, какая именно аудитория ему внимает.

Ричард впал в некое подобие расслабляющего транса, как во время давнего сеанса гипноза.

Только резкий выпад Паули по поводу математических ограничений теории – которая, по его мнению, не выглядела многообещающей – вернул Фейнмана к реальности. Венский физик славился прямотой и склонностью к откровенной критике, у него был дьявольский талант находить изъяны в любых теоретических построениях и рассказывать о них в холодной, нелюбезной манере.

В этот раз Паули обнаружил, что модель просто кишит математическими «жучками». Она не выглядела цельной и, соответственно, не могла стать солидной базой для квантовой теории.

Так что его замечания свелись к тому, что «это не работает».

Позже Паули в приватной обстановке сказал Фейнману, что желание Уилера квантовать теорию лишь пустая мечта. Он осудил Уилера за то, что тот не был честен со своим магистрантом по поводу математических сложностей квантования. Паули предсказал, что никакой лекции-сиквела по квантовым аспектам не будет.

Реакция Эйнштейна, напротив, была совершенно иной, дружелюбной, но нейтральной. К этому моменту он был настолько сосредоточен на создании универсальной теории поля и так далек от квантовой физики, что не мог ничего добавить. Он просто обратил внимание на тот факт, что будет сложно соединить теорию поглощения Уилера – Фейнмана с общей теорией относительности. Чтобы сделать подобное, нужно будет интегрировать ее в объединенную теорию электромагнетизма и гравитации. Тем не менее в отличие от Паули он не был склонен отвергать идею в целом, и думал, что в ней есть рациональное зерно.

Еще кое-что Эйнштейн сказал, когда вскоре после лекции Уилер привел ученика в гости к австрийскому светилу.

В 1936 году тот овдовел, жил с сестрой, приемной дочерью и секретарем, каждый из них был обучен не отнимать у него время. Хотя Эйнштейн любил много часов проводить в одиночестве, погружаясь в собственные мысли, он получал удовольствие и от дискуссий в области философии физики, особенно со столь молодыми людьми, как Уилер и Фейнман, ведь они вполне могли воспринять его неортодоксальные идеи.

Уилер прямо спросил Эйнштейна, имеет ли смысл понятие сигнала, идущего против хода времени. Тот отнесся к гипотезе с симпатией и, сославшись на статью, которую написал в соавторстве с Вальтером Ритцем, выразился в том смысле, что фундаментальные законы физики должны одинаково распространяться и в будущее, и в прошлое.

Ободренный такой поддержкой со стороны Эйнштейна, Уилер решил игнорировать замечания Паули. Он продолжил размышлять над тем, как квантовать теорию. Двигаясь вперед по этому пути, он, однако, встречал все больше ям и рытвин и вскоре понял, что застрял.

Хуже всего выглядело то, что к этому моменту Уилер отправил извещение в оргкомитет ежегодной встречи Американского физического общества о том, что он готов выступить на тему квантовой теории действия на расстоянии. У него не было ни малейшего представления, о чем говорить, но он подумал, что по меньшей мере сможет сделать предварительный доклад о ходе работ. Джон пригласил Фейнмана, и тот с радостью согласился, поскольку хотел услышать, как наставник решит (или по меньшей мере попытается решить) проблему.

Выступление началось, Ричард ждал и ждал, Уилер рисовал детали классической теории, не упоминая о квантовой, а затем и вовсе резко переключился на совершенно другую тему. Фейнман вскочил, поднял руку и прервал наставника. «Доклад не имеет ничего общего с заявленной темой! – пожаловался он. – Мы не услышали пока ничего о квантовой теории!»

Фейнман не хотел быть грубым, он просто чувствовал, что честность в науке – единственный путь для достижения успеха. Даже расхождение в интерпретации заголовка может привести к неправильному пониманию того, что уже известно. Уилер согласился с такой оценкой, и когда они покинули встречу, признался ученику, что доклад был большой ошибкой, что у него пока нет решения проблемы и не стоило представлять дело так, будто решение есть.

Как обычно, Паули оказался раздражающе прав.

Уилер осознал, что он снова должен положиться на острый как бритва ум Фейнмана, чтобы убрать математические рытвины, чтобы проект снова двинулся вперед. Но в тот момент он был слишком озадачен, чтобы высказаться настолько определенно. Поэтому, не говоря Ричарду прямо, что сам он не видит, куда им двигаться, он наблюдал, как его магистрант работал самостоятельно и добивался результатов.