Стивен Хокинг. О дружбе и физике

Для иллюстрации этой идеи предположим, что вы хотите вычислить вероятность того, что квантовая частица, начав свой путь в лаборатории в Калтехе, попадет через какое-то время в детектор, установленный в лаборатории на Луне. Согласно методу Фейнмана, нужно рассчитать все вклады от всех возможных траекторий, по которым могла бы пройти частица, направляясь из одной лаборатории в другую. По пути она могла бы, например, залететь за Юпитер и вернуться обратно или покружить несчетное число раз вокруг Земли. И даже такие траектории, которые нарушают законы физики, надо сложить: частица могла бы облететь всю Вселенную со сверхсветовой скоростью или даже очутиться в прошлом, путешествуя из начального в конечное состояние. Большинство траекторий с нашей точки зрения выглядит нереально. Фейнмановские правила однако гласят, что траектория по прямой линии вносит наибольший вклад, а «абсурдные» пути почти ничего не привносят в суммарный результат. И тем не менее, существует бесконечный набор таких путей, и от каждого из них что-то прибавится – не важно, будет это «что-то» маленьким или большим^[15].

Стивен, без сомнения, восторгался элегантными идеями Фейнмана. Но он и сам был такой же «белой вороной», как Фейнман – любил будоражить окружающих своими идеями, а потом прилагать все силы, чтобы убедить их в своей правоте. Когда Фейнман впервые рассказал о своем методе на конференции в 1948 году, он встретился с таким же непониманием и сопротивлением коллег, что и Стивен, впервые заявивший о своем излучении черных дыр. Такие выдающиеся физики, как Нильс Бор, Эдвард Теллер и Поль Дирак, заявили, что метод Фейнмана – полная ерунда.

Взгляды Фейнмана, конечно, были принципиально новыми; его теория на первый взгляд могла показаться даже скандальной. Никто не хотел всерьез думать о траекториях частиц, которые совершают зигзаги по всей Вселенной. Фейнман, как и Стивен, в своих математических выкладках «срезáл углы» и пренебрегал математической строгостью. Например, при суммировании по траекториям приходилось нарушать некоторые фундаментальные математические принципы, но Фейнмана это мало волновало. Как и Стивен, Фейнман предпочитал мыслить образами, а не уравнениями, и этот не знакомый для других физиков подход прибавлял им скептицизма, подливая масла в огонь. «Это было похоже на магию», – сказал как-то физик Фримен Дайсон.

Но Дайсон с коллегами в конце концов убедились, что методу Фейнмана можно дать строгое математическое обоснование и что – несмотря на то, что его теория рисует другую картину происходящего – ее предсказания относительно результата экспериментов всегда совпадают с теми, которые следуют из прежних формулировок квантовых теорий. Фейнман не предлагал новых законов в квантовой физике. То, что он предлагал, – это новый взгляд на квантовую физику, новый способ понимания квантовой Вселенной, который привел к новым невероятным предвидениям.

В некоторых областях, таких как физика элементарных частиц, концептуальная картина Фейнмана и его методы расчета параметров исходя из теоретической модели оказались намного эффективнее старых подходов. Сегодня фейнмановский метод является стандартным инструментом теоретической физики. Стивена познакомил с этим методом сам его создатель – во время годичной стажировки Стивена в Калтехе в качестве стипендиата фонда Фэрчайлда. Десятью годами позже Стивен применил фейнмановский метод, создавая свою теорию «Вселенной без границ». Единственная разница (но очень существенная) между подходами Стивена и Фейнмана состояла в том, что у Стивена роль элементарной частицы играла вся Вселенная, потому что Стивен пытался проследить квантовую историю космоса, а не электронов и фотонов.

⁂

Как применить квантовую теорию ко всей Вселенной? При попытке это сделать возникает много вопросов. Один из них касается определения местоположения. Ведь когда теоретики приступают к анализу движения элементарной частицы с помощью фейнмановского метода суммирования по траекториям, они хотят иметь дело с наблюдаемыми параметрами – такими, как положение частицы в пространстве. Но Вселенная не имеет «положения в пространстве» – Вселенная сама есть это пространство.

Вместо того чтобы задумываться о положении в пространстве или о других переменных величинах, которые интересуют физиков элементарных частиц, теория Стивена сосредоточивается на величинах, относящихся к геометрии пространства-времени – точнее, на его кривизне, определенной в каждой точке. Что это означает? Возьмем пространство, в котором мы живем. В нем три измерения – из любой точки на поверхности Земли мы можем двигаться на север или на восток, на восток или на запад, вверх или вниз, а также по любому промежуточному пути между этими направлениями.

Математика предоставляет нам возможность описания этого трехмерного пространства и, по сути, пространства с любым количеством измерений. Она также дает определение того, что физики имеют в виду, когда говорят об искривленном пространстве в противоположность плоскому пространству.