Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана

Многим не нравились методы, всего несколько лет тому назад собранные под общим названием теории поля, — прямой расчет взаимодействия частиц при наличии бесконечностей, по-прежнему остававшихся камнем преткновения для ученых. В других областях физики частиц исследования не были столь успешными, как в квантовой электродинамике. Из четырех фундаментальных взаимодействий — электромагнитного, гравитационного, сильного (формирующего атомное ядро) и слабого (отвечающего за радиоактивный бета-распад и распад странных частиц) — перенормировка оказалась эффективна лишь применительно к первому. Для объяснения электромагнетизма было достаточно простейших диаграмм Фейнмана. Но по мере ослабления силы взаимодействия более сложные схемы оказывались все менее применимы математически (по той же причине в ряде типа 1 + n

 + n

²

 + … дальнейшие члены исчезали, если n

 = 1/100). Для расчетов сильного взаимодействия уже требовался целый лес фейнмановских диаграмм, и это бесконечно усложняло любые вычисления. Получить реальный результат становилось невозможно. Квантовая электродинамика позволяла делать удивительно точные динамические прогнозы; однако там, где действовали более сложные силы, нельзя было применить столь же успешный метод: его попросту не существовало. Симметрии, законы сохранения и квантовые числа складывались в абстрактные принципы, служащие для упорядочения экспериментальных данных. Ученые искали в них логику, пытаясь заполнить пробелы и выстроить систему. Физики, использовавшие математический метод, обособились в отдельную группу и продолжали работать с теорией поля, но большинство теоретиков предпочитали иметь дело с данными о частицах и искать общие принципы. Эти данные поступали в огромных объемах. Поиск симметрий означал, что ученые не были больше привязаны к микроскопической динамике поведения частицы. Если физик-теоретик продолжал записывать динамические показатели и размеры, теперь это считалось занятием почти предосудительным или как минимум глупым.

По мере углубления в симметрию также пришло осознание, что идеального равновесия не существует: чем больше внимания уделяли изучению ее законов, тем яснее становилось, что они не абсолютны. Отчетливее всего это было видно на примере самой явной из симметрий: право — лево. Человеческое тело кажется ее образцом, но это не совсем так. Любой врач скажет, что она нарушается смещением от центра сердца и печени, а также множеством тонких и незаметных различий. Мы и сами нарушаем эту симметрию, на бессознательном уровне усваивая разницу между правой и левой сторонами. Фейнман как-то признался группе ученых, собравшихся на чашку кофе в лаборатории Калтеха, что до сих пор интуитивно ищет родинку на тыльной стороне левой ладони, когда хочет определить, где правая и левая сторона. А в свою бытность в МТИ он размышлял над классическим ребусом зеркальной симметрии: почему в зеркале меняются местами лишь лево и право, но не верх и низ? Почему буквы в книге выглядят перевернутыми, но не опрокинутыми, а у двойника Фейнмана в зеркале родинка на правой руке? Возможно ли вывести теорию зеркального отображения, которая могла бы дать обоснование не только право- и левосторонней симметрии, но и симметрии «верх — низ»? Над этой загадкой раздумывали многие логики и ученые. Существует множество версий ее разгадки, и некоторые из них верны. Фейнман предложил предельно четкое объяснение.

Представьте, что стоите перед зеркалом, одной рукой указывая на восток, а другой — на запад. Махните «восточной» рукой. Отражение в зеркале махнет в том же направлении. Голова изображения находится наверху. «Западная» рука — на западе. Ноги стоят на земле. «Вроде бы все нормально», — говорит Фейнман. Проблема в оси, проходящей перпендикулярно зеркалу. Нос и ладонь оказываются перевернутыми: если нос повернут к северу, нос вашего двойника будет указывать на юг. И тут проблема становится психологической. Мы воспринимаем свое изображение в зеркале как другого человека. Поскольку мы не можем представить себя вывернутыми наизнанку, то представляем, будто прошли через зеркало, развернулись и встали к себе лицом. В процессе этого «разворота», который происходит только в нашей голове, право и лево меняются местами. То же происходит с книгой. Строки в книге идут справа налево, потому что мы поворачиваем книгу по вертикальной оси лицом к зеркалу. С таким же успехом можно было бы повернуть ее вверх ногами — и тогда строки перевернулись бы.