Радуга Фейнмана. Поиск красоты в физике и в жизни

– Необязательно. Вы, может, просто недостаточно знаете или знали недостаточно долго, чтобы оно вас избаловало. Избыток осведомленности, бывает, все портит.

Что верно, то верно: многие величайшие открытия в физике сделали «дети» примерно моих лет. В этом возрасте Ньютон разработал счисление, Эйнштейн – теорию относительности, а Фейнман – методику диаграмм. Много чего добились и физики постарше, но большинство революционных прорывов, похоже, совершили юные. Мы, аспиранты и недавно защитившиеся, понимали, что для математической и теоретической физики наши мозги – на пике возможностей. Но Фейнман, судя по всему, смотрел на это иначе: мы катимся под горку не из-за умственного увядания, а из-за некой промывки мозгов. Может, поэтому он избегал узнавать новое из книг или статей – он славился настойчивым стремлением выводить новые результаты собственноручно и понимать их именно таким способом. Для него сохранять молодость означало применять подход новичка. И подход этот был явно успешен.

– Смотрите, – сказал он. – Вот вам и еда.

Во дворе «Атенеума» был накрыт громадный стол. Похоже, гуляли чью-то свадьбу. Мы остановились поглазеть на толпу в шикарных платьях, костюмах и галстуках.

– Ну да, но нас-то не приглашали.

– Вы, как я погляжу, спец по этикету.

– В смысле?

– В смысле, если вас не пригласили, это разве означает, что вам не рады?

Я пожал плечами.

– Обычно я делаю такой вывод.

– Значит, вы не голодны.

Я задумался.

– Ну, мы как-то наряжены несообразно. – На Фейнмане были парадная белая рубашка и свободные штаны. На мне – шорты и футболка.

– Ясное дело. Что за ученый отправляется на работу одетый, как на свадьбу? Ну, за вычетом Марри. – Он рассмеялся.

– Вы со мной пойдете?

Фейнман хмыкнул. Мы двинулись к столу. Пока я нагружал тарелку, он приглядывал. Поначалу нас вроде бы никто не замечал, но вдруг некто в смокинге встал за нами.

– Вы со стороны жениха или невесты? – поинтересовался мужчина.

– Ни с той, ни с другой, – ответил Фейнман. Человек оглядел нас. Мысленно я заметался – подыскивал, что бы такое соврать, дабы смягчить неловкость. Но тут Фейнман добавил: – Мы представляем факультет физики.

Человек улыбнулся, положил себе салата и ушел, с виду не озадачившись ни этим ответом, ни нашим облаченьем.

XI

Сохранять игривость, получать удовольствие, смотреть на все молодо. Мне было ясно, что для Фейнмана открытость всем возможностям природы и жизни – ключ и к творчеству, и к счастью.

Я спросил его:

– Становиться зрелым – глупо?

Он задумался. Пожал плечами.

Неуверен. Но для творческого процесса важна игра. Во всяком случае, для некоторых ученых. С возрастом ее труднее поддерживать. Становишься менее игривым. Но так нельзя, конечно.

У меня много математических задачек развлекательного толка, всякие словечки, в которые я играю и с которыми время от времени работаю. Например, о счислении я впервые услышал в старших классах и узнал о формуле производной функции. И для второй производной, и для третьей… И тут я заметил закономерность, верную для n-производной, неважно, чему целочисленное n равно – одному, двум, трем и так далее.

Но потом я задался вопросом: а что с «половинными» производными? Я хотел такую операцию, которая дает новую функцию, когда ее проделываешь с функцией, а если сделать ее дважды, получаешь обычную первую производную функции. Знаете такую операцию? Я ее изобрел, когда учился в старших классах. Но я тогда не умел ее рассчитывать. Я же школьник был, знал только, как ее определить. А рассчитать не мог ничего. Няне знал, как вообще что делается, чтобы проверить. Просто определил. И только потом, когда уже в университете учился, взялся заново. Изрядно развлекся. И обнаружил, что мое исходное определение, которое я в школе придумал, – верное. Подходит.

А потом, когда работал в Лос-Аламосе над атомной бомбой, видел, как народ возится со сложным уравнением. И понял, что их формула связана с моей полупроизводной. Ну, я придумал численную операцию для решения, применил – сработало. Мы ее применили дважды, что, по сути, обычная производная. А я изобрел изящный метод решения их уравнения. Все – ну, не совсем все, но многое – пригождается. Главное в это играть.

Творческий ум – просторный чердак. Та задачка из домашней работы в колледже, та занимательная, но вроде бы бестолковая статья, с которой ты неделю разбирался после защиты, та небрежная реплика коллеги – все это хранится в сундуках где-то наверху, в мозгу творческого человека, и бессознательное частенько за ними лазает и применяет в самые неожиданные моменты. Это часть творческого процесса, который шире физики. К примеру, Чайковский писал: «Обыкновенно вдруг, самым неожиданным образом, является зерно будущего произведения. Если почва благодарная…»[9] Мэри Шелли: «Сочинители не создают своих творений из ничего, а всего лишь из хаоса»[10]. Стивен Спендер: «Все, нами вообразимое, нам известно. А наша способность воображать есть способность вспоминать уже пережитое нами и способность применять это к другим обстоятельствам»[11].

Еще одно очень интересное развлечение – спрашивать себя, что бы произошло, если бы я мог как-то изменить природу, изменить физический закон? Прежде всего, если бы я мог что-то изменить, это изменение должно согласовываться с кое-какими другими вещами. А еще придется продумать все последствия такого измененного закона и понять, что произойдет в результате с миром. Интересная работа. Большая. Я разок попробовал – захотел посмотреть, какая вышла б физика, если бы она была двухмерная, а не трехмерная. Два измерения – евклидова плоскость плюс время. А там же еще очень, очень интересные явления – поведение атомов, линии их спектров, например. Я перебрал множество штук, которые в двух измерениях иные, нежели в трех. Очень интересно. У меня записано в блокноте. Очень развлекся, потея возился.

Под линиями спектра Фейнман подразумевает характеристический свет, испускаемый атомом. Добавку еще двух измерений к существующим я представил легко. Для своей диссертации я тоже изучал, как что меняется при изменении мерности пространства – вплоть до бесконечного количества измерений. Это как новые направления добавлять. В одном измерении есть только вперед и назад. Второе добавляет влево и вправо. Третье – вверх – вниз. Каждое новое измерение просто добавляет одно дополнительное независимое направление (для некоторых – дополнительную возможность заблудиться). Приятно было думать, что воображение позволяет нам представить подобные альтернативные миры. Но к тому, куда Фейнман меня дальше заведет, я оказался не готов…

А потом я вот так еще развлекался. Представьте, что существует два времени. Два пространства, два времени. Что это будет за мир – с двумя временами?

Все привыкли, что у событий есть временной порядок. С двумя временными измерениями, то есть когда время отслеживается по плоскости, а не по прямой, строго порядка вещей уже не будет. Странный получится мир, это уж точно.

Мы это обсуждали с сыном на пляже, долго. У него много хорошего геометрического воображения. Он сделал своего рода модель, в которой мы смогли это отразить и понять, как все будет выглядеть. Отразили – и стали задаваться вопросами. Что произойдет и всякое такое. И в это я тоже люблю играть, когда заняться нечем.

Мы все время спрашиваем: «А что если?» – и начинаем разбираться с последствиями. Но поменять можно столько всего, что, если только нет хорошего повода, тебе недосуг это все менять. Воображение нужно, чтобы выбрать правильное изменение, потому что, если позволить себе такие простые модификации, есть бесчисленное множество способов это проделать, а выбрать нужный – очень трудно.

Кто-то однажды спросил: «А что было бы, если бы все состояло из трех частиц?»

Фейнман слукавил: этот «кто-то» был Марри, а три частицы – кварки, кирпичики, из которых состоят субъядерные частицы типа протонов.

Ну, тогда частица под названием «К-мезон» будет не при чем. Не годится. А если бы заряды частиц были дробные? А! Так подойдет! Ух ты, ловко. Смотрите-ка, тогда получится вот так! А вот это мы объясним! Объясним ту штуку, которую раньше никак не могли понять! Все в восторге! Теперь мы знаем, что все состоит из трех частиц, у которых заряд ненормальный!

Физики давно заметили, что все электрические заряды кратны некому мельчайшему. В 1891 году ирландский физик Джордж Джонстоун Стоуни предположил существование фундаментальных незримых частиц, несущих элементарный заряд, и назвал эти частицы электронами. Через несколько лет ученые, экспериментируя с катодными лучами, смогли наблюдать отдельные электроны. С тех пор никто ни разу не видел ни единого иона или частицы, чей заряд был бы не кратен 1,2,3 или другому целому числу, кратному заряду электрона. И поэтому, когда Марри впервые выдвинул гипотезу о кварках, представление о «нецелочисленном», или дробном, заряде показалось всем очень противоречивым. И все же, как и таинственные дополнительные измерения струнной теории, эта гипотеза была необходима для непротиворечивости теории Марри.

Марри, предполагавший возможную отрицательную реакцию, поначалу говорил о кварках осторожно. В «Physical Review» он свою первую статью о кварках слать не стал – побоялся опровержений от редакторов и референтов, а потому издал ее в менее престижном журнале. Фейнман по первости отнесся к теории кварков скептически. Но в конце концов его изначальная нерешительность будто подогрела его же обожание Марри – потому что он теорию продолжал развивать.

Освободиться от предположения, что все заряды обязаны быть целочисленными, и при этом все, что видишь, имеет целочисленный заряд – вот где нужно воображение. Нужно воображение, чтобы сказать: заряды могут быть не такими, какими их все время видишь. Встроен же некоторый консерватизм. Мы установили, что у всего всегда целочисленный заряд, всюду. Всюду! А потому считаешь, что все тоже слеплено из целочисленных зарядов. Разумно вроде, и никто и не думал об альтернативах, потому что в этом вроде бы нет необходимости, – и никаких доказательств. И вот все доделал, а тут обнаруживаешь, чего не ждал, – просто наткнулся, и поначалу кажется, что это волшебство! Здорово! Очень интересно. Я разбирался со многими маленькими задачками. В этом моя роль.

Я слушал Фейнмана и вдохновлялся. Почему бы не освободиться от мысли, что пространство-время четырехмерно? А если струнная теория потребует шести измерений? Разбираться имеет смысл именно со всякими «а если» – вот что я понял.

XII

Близилась весна. В Пасадине это приятное время года – тепло, но пока не жарко, и дождей поменьше, чем зимой. Время радоваться синему небу, пальмам и отчетливому виду гор Сан-Габриэль, все еще укрытых зеленью. Как-то где-то Рей наконец встретил девушку себе по душе – или, точнее сказать, которой пришелся по душе он. Трудность состояла, с его слов, лишь в одном: она обитала в штате Вашингтон. В Беллвью, если точнее. Я же усматривал и другие трудности. Например, он решил не говорить ей, что он мусорщик, – сказал, что просто муниципальный служащий. А также и то, что объединяет их исключительно талант к математике – во всяком случае, к арифметике. Но поскольку Рей математику терпеть не мог, мне связь через этот предмет не казалась однозначным преимуществом. И все же он, похоже, настроился серьезно, и я за него радовался. Он даже начал подумывать, не переехать ли к ней поближе. Она что-то поделывала в маленькой программистской компании под названием «Майкрософт». Он предположил, что она поможет ему найти работу. Я, разумеется, эгоистически надеялся, что он никуда отсюда не денется.

Поскольку я частенько рассказывал Рею про физический факультет Калтеха и в особенности о «чуваке Фейнмане», как его называл Рей, он решил, что хочет сам все увидеть и познакомиться с «чуваком». Я согласился, хоть и не без трепета. Знакомить болтливого любителя каннабиса, который ненавидит математику, но страсть как любит философствовать, с суровым старым профессором, который обожает математику, ненавидит философствовать и яростно оберегает свое время, – довольно рискованно. Но мы с Реем дружили, и я согласился.

Рей часто расспрашивал меня, чем вообще занимаются физики и зачем это. Однажды я ответил ему цитатой из Эйнштейна, вычитанной в «Дзэне и искусстве ухода за мотоциклом»:

– «Человек стремится каким-то адекватным способом создать в себе простую и ясную картину мира для того, чтобы оторваться от мира ощущений, чтобы в известной степени попытаться заменить этот мир созданной таким образом картиной… На эту картину и ее оформление человек переносит центр тяжести своей духовной жизни, чтобы в ней обрести покой и уверенность, которые он не может найти в слишком тесном головокружительном круговороте собственной жизни…»[12]

– Так то Эйнштейн, – ответил Рей. – Витал в облаках. А я спрашиваю про планету Земля. Я хочу понять что… ты… делаешь… и… зачем, – он проговорил это все так, будто повторение вопроса медленно и с упором на каждое слово придавало ему иной смысл. Может, так оно и было, но пролетело совершенно мимо меня. Однако я подумал, что визит в академгородок мог бы показать ему эту самую картину, которая стоила тысячи моих бестолковых слов.

По дороге я опробовал на нем свою детективную метафору.

– Это как у Шерлока Холмса или у Рокфорда – в зависимости от личного стиля, конечно. Сначала выбираешь себе задачу.

– Типа как преступление для расследования.

– Точно. Только сыщикам расследования поручают. Физики должны выбирать сами.

– Это как список «Десять наиболее разыскиваемых ФБР»?

– Да, есть задачи, которые кажутся важными всем. Но тут надо осторожнее – над ними много кто уже работает. Лучше найти задачу, которую только ты опознал как важную – если, конечно, не ошибаешься с определением ее важности.

– И дальше начинаешь искать улики.

– Ага, но это все у тебя в голове происходит. Размышляешь над всякими возможностями, собираешь идеи – направления расследования. Потом по этим направлениям работаешь – возишься с математикой. Чтобы выяснить, есть у твоей идеи следствия, которые ты предполагал, или нет. Часто все непросто, потому что не знаешь, как тут математику применять. Пока понятно?

– Только в некоем абстрактном и совершенно поверхностном смысле.

Я улыбнулся.

– Лед тронулся.

Мы заглянули ко мне в кабинет, а затем выбрались в коридор и завернули за угол. Там возле семинарской комнаты толклось несколько аспирантов. Физики живут обсуждениями. Они говорят о физике всюду: так же, как другие люди – о спорте или погоде. Эдакое перекрестное опыление. Так Шварцу дался его великий прорыв – во всяком случае, то, что он считает прорывом. Пару лет назад он болтал с Майклом Грином в столовой Европейского центра ядерных исследований в Швейцарии, и вдруг они вместе поняли, что струнная теория – еще и теория тяготения. Обнаружь они, скажем, что квантовая хромодинамика может быть расширена и на гравитацию, это была бы новость для передовиц и уж точно Нобелевская премия. Но практически никто не считал струнную теорию верной. Соображение, что неверная теория может описывать и силу тяготения, никакого особого восторга среди тех немногих, кто не поленился послушать, не вызвало.

Шварцем я не мог не восхищаться: всеобщее отвержение не мешало ему проталкивать свою теорию при любой возможности.

Сегодня он вел семинар по своей с Грином работе. Когда бы кто-нибудь из калтеховских сотрудников ни обнаружил что-нибудь, заслуживавшее объяснения (а зачастую и не обнаружил ничего), семинарская комната была местом, где можно посвятить коллег в свою работу, скопом. В случае Шварца «скопом» означало, вероятно, горстку тех, кто не поленится прийти, но Шварц всегда принимал это с улыбкой. И семинаров проводил, кажется, больше, чем кто угодно другой на факультете.

Я восхищался Шварцем еще и по другой причине. Он, как и я, окончил Беркли. Наставником его докторской диссертации, еще в 1960-е, был человек по имени Джеффри Чу, ведущий специалист в очень амбициозном подходе под названием «теория S-матриц». Цели и философия этой теории походили на таковые у струнной, и несколько лет она была самой горячей темой, – но не состоялась. Чу, тем не менее, ее не отставил и десятилетиями работал, как и Шварц, высмеиваемый и практически в одиночку. Чу так ничего и не добился и закончил свою когда-то блистательную карьеру в забвении. Шварц работал в тени Чу и словно повторял его историю, но все равно с улыбкой двигался дальше – это, на мой взгляд, выказывало силу характера.

Я знал, что Рей на семинаре ни слова не поймет, что лишь слегка отставало от моего собственного понимания, но решил: раз уж он все время расспрашивал меня, чем именно я весь день занят, пусть попробует все.

На встречу явилось всего человек десять, из них половина – аспиранты Шварца. Но вскоре после начала к нам присоединились околачивавшиеся снаружи Марри и Фейнман. Обоих разом я видел их на семинаре впервые и решил, что нас всех ожидают фейерверки.

За несколько лет до этого, когда Фейнман и Марри чаще приходили вместе, семинары в Калтехе слыли событиями жестокими. Марри цеплялся беспрестанно, к любым мелочам. Или того хуже: если ему казалось, будто ты говоришь что-нибудь незначительное или неинтересное, он мог достать газету и с нескрываемой скукой в нее углубиться. Фейнман тоже всегда бывал борз и нетерпим к небрежному мышлению – и обожал играть в кошки-мышки. Для Фейнмана физика была спектаклем, и если его не устраивали твои ответы, он вставал, оглашал свое мнение и покидал аудиторию. Сочетание Марри с Фейнманом вызывало такую робость, что как минимум один будущий Нобелевский лауреат не решался читать в Калтехе лекции.

Подойдя поближе, мы услышали, как Марри беседует с гостем, судя по всему, из Монреаля. Марри настаивал на том, что произносить название города надо так, как это делают местные, с «н» в нос и грассируя «р».

Фейнман повернулся к Марри.

– Откуда?

– Из Монр’еаля.

– Это где такое? – спросил Фейнман. – О Монр’еале не слыхал. – Для полной красоты он усилил прононс Марри.

– Я заметил, что есть много хорошо известных городов, названия которых ты не опознаешь, – отозвался Марри.

– Рассуждая логически, это означает, что либо я – невежа, либо ты их произносишь черт-те как.

– Заблуждение, – парировал Марри. – Рассуждая логически, может быть и то, и другое. – По части точности Марри всегда был занудой.

Фейнман улыбнулся.

– Ну, предоставим другим делать выводы.

Марри хмыкнул и ушел в семинарскую комнату.

Дразнить Марри Фейнману нравилось, он в это играл. А Марри всегда обижался. Я потихоньку показал Рею Фейнмана.

– А второй кто? – спросил он.

– Марри Гелл-Мэнн.

– А, который чувак с кварками.

– Ага, чувак с кварками.

– Они всегда так друг с другом разговаривают? – спросил он.

Я пожал плечами. Они редко бывали вместе.

– Они мне напоминают моих отца с матерью, – заметил Рей.

Семинар начался, и Фейнман выкрикнул с места:

– Эй, Шварц, ты сегодня в скольких измерениях?

Эту издевку на тему дополнительных измерений, потребных струнной теории, я от Фейнмана слышал не впервые. Но она была добродушная. А это уже означало кое-что, поскольку колкости Фейнмана это качество имели не всегда. И поэтому я не чувствовал, что она показывает его подлинную позицию в отношении этого предмета. Я слегка напрягся, мы с Реем ждали. Я изготовился к драке: станут ли Фейнман с Марри воевать против Шварца вместе или все кончится их потасовкой между собой? Мне было немного неловко перед Реем – так же неловко, как бывает перед другом за перепалку родителей в его присутствии.

Шварц улыбнулся и начал разговор. Ему, казалось, все нипочем. Он даже вбросил несколько шуток. В аудитории едва ли усмехнулись. Годы спустя Шварц, забавляясь, рассказывал мне, что после того, как он стал знаменит, те же остроты вызывали взрыв хохота.

Фейнман и Марри слушали почтительно и задавали исключительно технические вопросы. Никаких глумливых комментариев.

Через несколько минут после начала я глянул на Рея. Он спал.

После лекции, за чаем и печеньем на задах аудитории, я представил Рея Фейнману. Я предупредил Рея, чтоб не вел себя слишком агрессивно. И бога ради чтобы не спрашивал ничего психологического или метафизического. Доктор запретил Фейнману метафизику, сказал я. Рей глянул на меня косо, но я был уверен, что он поведет себя хорошо. Фейнман повернулся ко мне.

– Ну что, научил ли вас этот семинар чему-нибудь полезному по этой чепуховой теории, которой вы интересовались?

– Вы хотите сказать, что всю дорогу знали, что речь о теории струн?

– Это единственная чепуховая теория, с которой возятся на этом факультете, – ответил он.

– Если эта теория – чепуховая, – спросил Рей, – зачем же вы пришли?

Фейнман осклабился.

– За печеньем.

Мы выбрались из семинарской комнаты в коридор. Тут к нам подошел гость из Монреаля – похоже, он подслушивал.

– Мне кажется, не стоит отвращать молодых людей от исследования новых теорий лишь потому, что они не приняты светилами физики, – сказал он.

Было что-то такое в его вызывающем тоне, что, как мне показалось, самое место таким людям – на митингах в Беркли[13], с речами против культурного империализма. Но Фейнману хоть бы что.

– Я и не отговариваю его работать с новым, – сказал он. После чего взглянул на меня и добавил: – Я говорю, что, чем бы ни решил заниматься, будь себе самому злейшим критиком. И не берись за дело по неправильным причинам. Не берись, если не веришь по-настоящему. Потому что если ничего не выйдет, много времени окажется потерянным впустую.

Гость отозвался:

– Ну вот я над своей теорией трудился двенадцать лет.

Фейнман спросил, что это за теория. Гость вкратце объяснил. Его уязвило, похоже, что к концу речи никто так и не впечатлился. Я чувствовал, что даже просто за вежливое слушание нам всем причиталась премия от движения «Дай дурацким теориям шанс», коего гость был, вне всяких сомнений, участником. Кажется, он и сам это учуял, потому что добавил: