Радуга Фейнмана. Поиск красоты в физике и в жизни

Люди, никогда не работавшие в физике, обычно говорят о ней в эпитетах «сухая», «строгая» и «точная». Настоящая физика так же далека от этого, как прикладная юриспруденция от теоретических дебатов в юридической школе или медицинская практика от теории физиологии и заболеваний. Юриспруденция, может, и состоит из определенных правил, но ее применение подвержено толкованиям, знание здесь неполно, учитываются практические обстоятельства и психология тех, кто выносит решение. Медицина может описать в деталях симптомы болезни, но мало кто из пациентов приходит в кабинет врача с цитатами из учебника, описывающими их хворь. Физика – еще и искусство. Мало какие подлинные физические задачи можно считать, говоря строго, решенными. Для физика решение задачи включает в себя оценку, какие именно стороны того или иного явления составляют его суть, а на какие можно не обращать внимания, в какой части следует держаться математических расчетов, а в какой – видоизменять их. К примеру, атом водорода состоит из электрона, обращающегося вокруг протона. Это единственная разновидность атома – из сотни с лишним других, – чье квантовое уравнение можно решить строго. А стоит произвести простейшую манипуляцию – поместить атом водорода в магнитное поле, как уравнения, скорректированные с учетом магнитного поля, решить уже нельзя.

Возьмем задачу определения количества света, излучаемого атомом водорода в магнитном поле. Придется упрощать. Начать можно вот с чего: решить, что магнитное поле в этой постановке задачи – ключевой фактор, и отбросить всю математику, связанную с протоном; или же принять, что именно эффект, производимый протоном, – ключевой, и отбросить описания магнитного поля. Или – как поступил я в своей докторской диссертации – переписать уравнения так, будто в мире существует бесчисленное множество измерений. Решение исследовательской задачи физики требует одного допущения за другим, приближения за приближением – и громадных рывков воображения, которые именуются оригинальным мышлением. Оно требует способности двигаться вперед, следовать за интуицией и принимать в себе неполноту понимания того, что ты вообще делаешь. А главное, оно подразумевает веру в себя.

Подход Фейнмана к решению задачи квантовой хромодинамики сводился к написанию теории в упрощенном виде, чтобы глянуть, какие свойства теории – допущение. Работа Фейнмана над этой задачей похожа на один из его знаменитейших ранних трудов – теории жидкого гелия. Задача состояла в том, чтобы теоретически объяснить некоторые довольно причудливые свойства этой жидкости. К примеру, она не закипала, а если налить ее в мензурку, она перебиралась через край и утекала, пока мензурка не опорожнялась совсем. Наглядевшись, как физики намучились с прямым решением этой задачи, Фейнман в своем типично вавилонском стиле решил, что лучший подход – «махать руками, применять аналогии с системами попроще, рисовать картинки и выдвигать правдоподобные догадки». В этом – визитная карточка Фейнмана: не мощная математика, а мощное воображение в сочетании с физическим пониманием. Он решил задачу гелия в серии знаменитых статей в середине 1950-х. И, конечно, уповал на повторение успеха.

Фейнман не дожил до устранения затруднений квантовой хромодинамики. И через двадцать с лишним лет после нашего тогдашнего разговора они по-прежнему есть. Ныне единственные новые результаты, вычисленные из теории, произошли не от более глубокого понимания или математического решения теории, но благодаря постоянному применению все более мощных компьютеров.

IX

Продолжая поиски задачи для работы, я раздумывал над тем, что Фейнман говорил о короткой дороге. В чем моя сила? Я всегда имел больше склонности к математике, чем мои однокашники. А еще я был мятежный тип – меня привлекало все, что против общепринятой истины. Большая часть ученых на нашем этаже занималась, как и Фейнман, поиском лучших методов решения задач квантовой хромодинамики. Это направление было связано в основном с обычной математикой и считалось одной из важнейших задач современности.

Но был один профессор, Джон Шварц, чьи исследования привлекали довольно экзотическую математику и шли совершенно вне основного русла.