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.

---

Сотрудничество Фейнмана и Уилера привело к пересмотру фундаментальных концепций квантовой физики через призму интеграла по траекториям, предложенного Фейнманом и получившего имя от Уилера. Этот революционный подход рассматривает нечто актуальное как композицию всех возможностей, словно мелодию из множества смешанных треков.

Как именно электрон переходит дорогу?

Фейнман и Уилер показали: корректный квантовый ответ заключается в том, что электрон переходит дорогу по любому из возможных физических путей одновременно – на самом деле, он комбинирует их все.

Двое ученых составляли идеальную команду: Фейнман проявлял себя осторожным и дотошным в вычислениях, Уилер высказывал смелые идеи и позволял воображению заглядывать за грань возможного. Так они оттачивали и шлифовали странные гипотезы, превращая их в работающие решения.

Путешествие длиной в жизнь, посвященную смелым исследованиям, началось в кабинете Уилера в Принстоне.

Чужак

Ричард Фейнман был во всех отношениях чужаком для Принстона, он словно прибыл с другой планеты.

Он родился 11 мая 1918 года в еврейской семье в Нью-Йорке и вырос в районе Куинс. Поэтому говорил Фейнман с жестким акцентом, характерным для рабочего класса и похожим на бруклинский, а вел себя грубовато, и все это сильно выделяло его среди белых мужчин-протестантов из богатых семей, поставлявших тогда кадры для магистратуры и преподавательского состава Принстона.

Иной человек в такой обстановке предпочел бы слиться с окружающей средой, подстроиться под нее, но не Фейнман, с ранних лет уяснивший, что жизнь слишком коротка, а время слишком ценно, чтобы беспокоиться по поводу того, что думают о тебе другие. Он понимал, что выделяется, но сделал из этого повод для шуток и источник силы, а вовсе не слабости.

«В Принстоне царила определенная элегантность, – вспоминал Фейнман. – Однако я вовсе не был элегантным человеком. В любой официальной ситуации я вел себя вполне как олух… я был грубый, простой парень, насколько это вообще позволено в обществе. Только я не беспокоился по этому поводу, я этим даже как бы немного гордился»3.

В первый же день в кампусе он отметил, что класс джентльменов вокруг отличают пафосная речь и претенциозность. Он вздрогнул при виде академических мантий, которые требовалось носить студентам во время серьезных мероприятий.

Не прошло и часа после того, как отец, Мелвилл Фейнман, высадил сына и уехал, как Ричарда в его спальне поприветствовал торжественный «смотритель резиденции», говоривший с подчеркнутым английским акцентом высшего света, и пригласил на вечерний чай с деканом Градуэйт-колледжа, Лютером Айзенхартом. Новичок почувствовал бы себя куда лучше у киоска с сосисками на Кони-айленд, но он никогда не был на официальном чаепитии и его терзало любопытство.

Жена декана была сама благовоспитанность, словно Маргарет Дюмон в фильмах братьев Маркс. Она должным образом приветствовала каждого входящего студента и предлагала им чай либо с молоком, либо с лимоном. Добравшись до Фейнмана, который как раз обдумывал, куда бы ему сесть, хозяйка спросила, что именно он хочет.

Он рассеянно ответил: «Я бы взял и то, и то. Спасибо»4.

Ее озадаченное восклицание: «Конечно, вы шутите, мистер Фейнман!», сопровождаемое нервным хихиканьем, стало ключевой репликой много раз пересказанного анекдота, а в дальнейшем – и заглавием для самой популярной книги Фейнмана. Несомненно, акцент и поведение Фейнмана позже вдохновили писателя Чарльза Сноу саркастически заметить, что это было «как будто Граучо Маркс неожиданно очутился внутри великого ученого»5.

Фейнман не ставил себе задачу соответствовать стилю и прихотям элиты Лиги плюща, да и вообще ожиданиям и представлениям кого бы то ни было. Но его интересовал окружающий мир, и он рассматривал Принстон как место, где его снабдят инструментами, без которых не раскрыть тайны этого мира.

Особый интерес у него вызывал циклотрон, феноменальная машина в подвале лаборатории Палмера, которая использовала мощные магниты, чтобы гонять элементарные частицы по кругу со все возрастающей скоростью, и в конечном итоге, когда они получат необходимый энергетический заряд, направлять в предназначенную цель. Циклотрон к тому времени стал базой многочисленных научных открытий, и Фейнман очень хотел на него посмотреть.

Ребенок любопытства

Отец Фейнмана, всю жизнь шивший униформу, очень интересовался наукой и передал сыну негаснущее восхищение перед тем, как удивителен наш мир и сколько в нем тайн. Когда Ричард был еще ребенком и носил прозвище «Ритти», отец развлекал его, подсовывая одну головоломку за другой. Они вместе исследовали чудеса природы, такие как раковины на морском берегу, и получали удовольствие, изучая статьи в энциклопедии на самые разные темы.

Благодаря моральной поддержке отца Ричард освоил интегральное исчисление к тринадцати годам. К этому времени семья перебралась в комфортабельный дом в Фар-Рокэуэй, одном из предместий Квинс, по соседству с популярным пляжем. Мать Ричарда, Люсиль, некогда мечтавшая о работе воспитателя в детском садике, не возражала против того, чтобы сын увлекался естественными науками и математикой, но она также развивала его творческую сторону, и именно она рассказывала ему смешные истории.

В средней школе Фар-Рокэуэй Хай Скул Ричард был настолько развитым, что один из учителей, понимавший, что ученик скучает, дал ему учебник по исчислению, чтобы тот не мешал другим и сам был занят. В других книгах Фейнман прочитал о принципе наименьшего времени Ферма: простое объяснение того, почему свет путешествует по прямой линии, и познакомился с понятием времени как четвертого измерения и другими продвинутыми концепциями физики.

Участие в математическом конкурсе для школьников под эгидой Нью-Йоркского университета в 1935 году принесло ему первое место, золотую медаль и упоминание в «Нью-Йорк Таймс»6.

Фейнман часто размышлял, как объяснить тот или иной процесс отцу, а тот регулярно засыпал сына непростыми вопросами, касавшимися разных физических явлений, даже после того, как Ричард отправился в колледж. «Почему оно происходит именно так?»7 – интересовался Мелвилл, имея в виду тот или иной феномен в природе.

Например, как-то летом, когда Ричард уже начал обучение на бакалавра в Массачусетском технологическом институте (МТИ), его отец попросил растолковать, как электрон переходит на более низкий энергетический уровень, испуская фотон (частицу света). «Находился ли фотон в атоме с самого начала, чтобы он мог выйти наружу? – интересовался Мелвилл. – Или в первый момент там не было никакого фотона?»8.

Фейнман храбро попытался объяснить отцу, что фотоны подобны словам, пусть они и выскакивают по одному, но их в атоме неограниченное количество. Как нет ограничения по поводу того, сколько существительных может произнести человек, так нет внутри атома мешка с фотонами, который в один момент в состоянии опустеть.

Но к разочарованию Ричарда его отец так и остался в недоумении, не осознал, что точно происходит в атоме, когда электрон испускает фотон. Ирония судьбы в том, что много позже Фейнман получил Нобелевскую премию за работу, где, помимо прочего, описывались и подобные взаимодействия.

Воспитанный таким отцом, Фейнман на всю жизнь сохранил детское восхищение перед миром. Как писал его друг Ральф Лейтон: «Он всегда мог взглянуть на любое явление как ребенок. Он смотрел на вещи с любопытством и восхищением, находил что-то новое и делал маленькие головоломки из всего, на чем останавливалось его внимание»9.

Даже по стандартам одного из лучших технических университетов мира Фейнман был блестящим студентом. Он прекрасно справлялся с любыми расчетами, на зубок знал интегральное исчисление и прочие разделы высшей математики.

Весной 1939-го, в последний год в МТИ, его в составе команды из пяти человек пригласили принять участие в престижной математической олимпиаде имени Уильяма Патнема. Поначалу Ричард уперся, утверждая, что он не настолько сильный математик. Только после того, как стало ясно, что среди старшекурсников не хватает людей, чтобы набрать команду, он согласился.

И к собственному удивлению получил наивысший балл среди всех участников. Победа Фейнмана попала в новости по всей стране и дала ему возможность автоматического зачисления в Гарвард с полной стипендией на все время обучения.

Ричард, тем не менее, был склонен пойти в магистратуру МТИ.

Но Джон Слэтер, глава физического факультета и специалист в области квантовой теории, побудил Фейнмана посмотреть на вещи шире. Когда тот стал настаивать, что МТИ – лучшее место для занятий наукой, и что он должен остаться здесь, Слэтер возразил, что другие университеты как минимум не хуже, а еще они предлагают новые, интересные возможности. В конце концов он прекратил спор и велел Ричарду выбирать.