Радуга Фейнмана. Поиск красоты в физике и в жизни - Леонард Млодинов

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.