Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана

Для выполнения работы требовалось проводить сложные вычисления, выводить и выверять уравнения, постоянно проверять их, чтобы убедиться, что очевидный парадокс не вылился в реальное математическое противоречие. Постепенно в основной модели стала рассматриваться не система из двух частиц, а система, в которой электрон взаимодействовал со множеством других «поглощающих» частиц. Это должна была быть вселенная, где любое излучение в конечном итоге достигало поглощающей его частицы. Оказалось, что благодаря этому сгладились самые непонятные проявления обратного течения времени. Тем же, кто с предубеждением относился к тому, что следствия могут проявиться раньше, чем причины, их вызвавшие, Фейнман предлагал более приемлемую формулировку: энергия мгновенно «заимствуется» из вакуума и позже возмещается в таком же объеме. Излучало и поглощало эту энергию хаотичное множество частиц, двигающихся в разных направлениях таким образом, что практически всё их влияние друг на друга компенсировалось. Приемник излучения проявлял себя только тогда, когда электрон двигался с ускорением; в этом случае воздействие источника на абсорбер (приемник) и абсорбера на источник происходили бы одновременно и с одинаковой силой (с учетом сопротивления излучения). Таким образом, выдвинув только одно космологическое утверждение, что во вселенной во всех ее участках достаточно материи, способной поглотить исходящее излучение, Фейнман обнаружил, что система уравнений, в которой учитывались в равной степени опережающие и запаздывающие волны, выдерживала любые возражения.

Волны, распространяющиеся вперед и назад во времени. Уилер и Фейнман предприняли попытку разработать приемлемую схему взаимодействия частиц, но столкнулись с противоречием понятий «прошлое» и «будущее». На частицу оказывается действие, влияние которого распространяется подобно волнам от брошенного в воду камня. Для симметричности теории им пришлось бы использовать внутринаправленное волновое действие, идущее вспять во времени.

Они обнаружили, что неприятные парадоксы устранялись, потому что обычные и отложенные во времени волны («запаздывающие» и «опережающие») могли погасить друг друга, но лишь в том случае, если гарантировалось, что любое излучение будет где-нибудь когда-нибудь поглощено. Луч света, бесконечно распространяющийся в вакууме и никогда не достигающий абсорбера, перечеркнул бы все их теоретические расчеты. Таким образом, космологи и философы еще довольно долго придерживались своих представлений о времени, пока их место не заняли понятия, вытекающие из квантовой теории.

Фейнман описал теорию своим друзьям-аспирантам и предложил им найти парадокс, который сам не мог объяснить. Например, создать устройство с мишенью, которое закрывало бы ворота перед мишенью при попадании в нее частицы, но при этом опережающая волна закрывала бы эти ворота перед попаданием частицы, тогда частица не могла бы попасть в мишень, следовательно, опережающая волна не закрыла бы ворота… Он представил машину Руба Голдберга[90], которая вполне могла оказаться на страницах старинной книги Уилера о хитрых механизмах.

Согласно расчетам Фейнмана, это идеальная модель. Пока в теории учитывались вероятности, в ней, казалось, не было критических несоответствий. До тех пор, пока существовали частицы, способные поглощать излучение, не имело значения, где располагался поглотитель и какую форму имел. Только при наличии в окружающей среде «дыр» — таких участков, в которых излучение могло распространяться вечно (то есть без поглощения), — могли возникнуть эффекты, когда излучение возвращалось к источнику до того, как было излучено.

У Уилера были свои причины продолжать развивать эту утопическую теорию. В представлении большинства физиков атом тогда состоял из трех несовместимых частиц: электронов, протонов и нейтронов, — а при изучении космических лучей ученые замечали признаки существования и других элементарных частиц. Это увеличивающееся количество частиц разрушало представление Уилера о простоте мира. Он хранил веру в теорию столь странную, что даже не решался ее с кем-либо обсуждать. Идея заключалась в том, что когда-нибудь теоретически можно будет доказать, что в конечном счете все состоит из одних только электронов. Он знал, что это безумие. Но если бы электроны были конечными строительными элементами нашей вселенной, свойства их излучения могли бы дать ключ к объяснению того, чего существующая теория объяснить не могла. На протяжении нескольких недель он настаивал, чтобы Фейнман написал предварительную статью. На случай создания великих теорий Уилер хотел быть уверенным, что они с Фейнманом изложили всё должным образом. В начале 1941 года он попросил Фейнмана выступить на февральском заседании кафедры, на которое обычно приглашались видные физики. Для Ричарда этот доклад стал бы первым профессиональным выступлением, и он очень нервничал.