Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана - Джеймс Глик

В те времена знания были в дефиците. Комиссионки были редким явлением. Подростку в Фар-Рокуэй, чтобы найти учебник математики, приходилось приложить немало сил и изобретательности. Каждая радиопередача, каждый телефонный звонок, каждое выступление в местной синагоге, каждый фильм в новом кинотеатре на Мотт-авеню были событиями особенными. И каждая книга Ричарда запечатлелась в его памяти навсегда. Когда что-то в учебнике по основам математики озадачивало его, он начинал прорабатывать формулу за формулой, заполняя блокнот самостоятельно придуманными упражнениями. С друзьями они обменивались книжками по математике, как бейсбольными карточками. И если мальчик по имени Морри Джейкобс говорил ему, что косинус угла 20°, умноженный на косинус угла 40° и умноженный на косинус угла 80°, равнялся одной восьмой, Ритти запоминал это на всю жизнь. Как запоминал и то, где находился в тот момент, когда узнал это, – в кожной галантерейной лавке отца Морри.

Даже в разгар эпохи радио сознание людей не подвергалось воздействию, подобному тому, что принесет впоследствии телевидение, – настоящей бомбардировке визуальными образами и звуками мерцающих вспышек доступных знаний. Истинные знания были тогда редки и потому ценны. То же самое происходило и в среде ученых. Валюта научной информации тогда еще не обесценилась ее доступностью. Для ученика это означало, что за вопросами не придется далеко ходить. Фейнман быстро почувствовал себя вблизи той границы, за которой окружающие его люди не знали ответов. Даже в старшей школе, когда он после полудня приходил в лабораторию, чтобы поэкспериментировать с магнитами и помочь учителю убрать лабораторные принадлежности, ему нравилось задавать вопросы, которые ставили преподавателя в тупик.

Теперь же, оканчивая среднюю школу, он не мог точно сказать, насколько близок к той самой науке, в которой ученые выискивали нетривиальные задачи, словно выкапывали клубни картофеля из земли. Прорыв в квантовой механике обнажил фундаментальные проблемы. Физика тогда считалась наукой молодой, непознанной, покрытой тайнами больше, чем любые человеческие познания дня сегодняшнего, но в то же время чем-то напоминала семейное дело. Несмотря на зарождение новейших теорий, таких как ядерная физика или квантовая теория поля, опубликованных материалов было все еще крайне мало, да и те несколько научных журналов, в которых появлялись такие статьи, издавались в основном в Европе. Ричард, конечно, не знал о них ровным счетом ничего.

В это же время в другой части города еще один не по годам развитый подросток по имени Джулиан Швингер потихоньку познавал мир физики. Он настолько же был городским ребенком, насколько Фейнман – мальчиком с окраины. Младший сын успешного владельца ателье по пошиву одежды, он рос сначала в еврейской части Гарлема, потом на Риверсайд-драйв, где темные величественные дома с каменными стенами тянулись вдоль берега реки Гудзон. Улица была предназначена для автомобилей, но по ней все еще ездили конные повозки, которые развозили контейнеры по лавкам торговцев, расположенных в нескольких кварталах к востоку. Швингер знал, где достать книги. Он частенько рыскал по букинистическим магазинам на Четвертой и Пятой авеню в поисках продвинутой литературы по математике и физике. Он учился в школе Харриса, известной своими связями с Городским колледжем Нью-Йорка, и в 1934 году, еще до выпускного, когда ему было всего шестнадцать, открыл для себя современную физику. У Джулиана было вытянутое серьезное лицо, слегка покатые плечи. Он просиживал в библиотеке колледжа за чтением работ Дирака в Proceedings of the Royal Society of London («Труды Лондонского Королевского общества») и статей в Physikalische Zeitschrift der Sowjetunion[42]. Он также читал и Physical Review, который спустя сорок лет стал издаваться не раз в месяц, а каждые две недели в надежде конкурировать с более известными европейскими изданиями. Учителям Швингер казался слишком застенчивым, хотя держался всегда не по годам достойно.

В тот год он аккуратно напечатал на шести стандартных листах свой первый труд по физике «О взаимодействии нескольких электронов» (On the Interaction of Several Electrons), изящество и отточенность которого свидетельствовали о том, что его автор зрел отнюдь не по годам. За основу своей работы Джулиан взял новые положения теории поля: «Две частицы не вступают в непосредственное взаимодействие; их связи обусловлены влиянием поля одной из частиц на поле другой, находящейся в непосредственной близости». То есть электроны не просто отталкиваются друг от друга, они находятся в поле таинственной субстанции, пришедшей взамен эфиру, а волны, образуемые ими, действуют на другие электроны». Швингер не претендовал на то, что совершил прорыв своей работой. Он лишь показал, что понимает «квантовую электродинамику Дирака, Фока[43] и Подольского[44]», «представление Гейзенберга»[45] о потенциалах в вакууме и может применять «единицы Лоренца – Хевисайда» для выражения этого потенциала в относительно компактных формулах. Это была тяжелая артиллерия, размещенная на слабом грунте. Поле Максвелла, в котором столь эффективно объединились электричество и магнетизм, теперь предстояло квантовать, выразив его через волновые пакеты конечного размера, которые невозможно было бы уменьшать далее. Эти волны одновременно были гладкими и динамичными. В начале своей профессиональной деятельности в области физики Швингер рассматривал даже не это сложное электромагнитное поле, а поле еще более абстрактное: он отошел от материального аспекта, работая не с частицами, а с математическими операторами. Он описал эту теорию последовательностью из 28 уравнений. Однажды он был вынужден прервать работу, когда рассматривал уравнение № 20. Часть уравнения выглядела очень громоздкой: появлялись бесконечные величины. И если применять это уравнение к описанию физических свойств, то обнаруживалась тенденция электрона взаимодействовать с самим собой. Взаимодействуя с собственным полем, электрон приобретал (математически) бесконечную энергию. Дирак и другие неохотно соглашались иметь дело с этой частью формулы, Швингер же нашел правильный подход. Он просто игнорировал эту часть уравнения и перешел к формуле № 21.

Джулиан Швингер и Ричард Фейнман, ровесники, одержимые абстрактным миром науки настолько, насколько могут быть одержимы шестнадцатилетние мальчишки, уже в юности выбрали разные дороги. Швингер изучал теории новой физики, Фейнман заполнял свои школьные блокноты математическими формулами. Швингера интересовали мастодонты, Фейнман пытался произвести впечатление на ровесников занимательными фокусами. Швингер стремился к городской интеллектуальной элите, Фейнман бегал по пляжам и мостовым пригорода. Если бы они встретились, то вряд ли могли бы найти тему для разговора. Так они и не встретятся в течение последующих десяти лет, вплоть до Лос-Аламоса. И уже значительно позже, совсем в зрелом возрасте, когда разделят Нобелевскую премию как соперники, на одном из ужинов они поразят собравшихся, соревнуясь, кто первым вспомнит в алфавитном порядке заголовки и определения из «Британской энциклопедии», выпущенной за полвека до этого.

Когда детство закончилось, Ричарду пришлось поработать в разных местах – от местной типографии до небольшого отеля в Фар-Рокуэй, принадлежащего ее тете. Он пытался поступить в колледж. Его оценки по математике и естественным наукам были превосходны, но по другим предметам немного уступали, а у колледжей в 1930-х годах был лимит на зачисление евреев. Он заплатил пятнадцать долларов за вступительные экзамены в Колумбийский университет и долго сожалел о потраченных деньгах, когда его не приняли. Наконец, его согласились зачислить в Массачусетский технологический институт.

Массачусетский технологический институт

* * *

СЕМНАДЦАТИЛЕТНИЙ студент-первокурсник Теодор Велтон на Дне открытых дверей Массачусетского технологического института (МТИ) весной 1936 года помогал студентам старших курсов демонстрировать работу аэродинамической трубы. Как и большинство его однокурсников, поступая в институт, он знал все о самолетах, электричестве, химических веществах и восхищался Альбертом Эйнштейном. Он был родом из маленького городка Саратога-Спрингс, расположенного в штате Нью-Йорк. Проучившись почти год в институте, Велтон не растерял уверенности в себе. Закончив выполнять свои обязанности по обслуживанию аэродинамической трубы, он отправился посмотреть другие научные экспонаты, которые превратили мероприятие в настоящую выставку для родителей и гостей из Бостона. Он подошел к математической секции и там, в толпе, заметил еще одного похожего на него первокурсника с оттопыренными ушами и румянцем на лице. Тот как-то несуразно управлялся со сложным вычислительным устройством величиной с чемодан, которое называлось анализатор гармоник. Парень фонтанировал объяснениями и отвечал на вопросы как конгрессмен на пресс-конференции. Устройство могло разложить любую волну на сумму синусоидальных и косинусоидальных волн. У Велтона прямо уши загорелись, когда он услышал, как Дик Фейнман пылко объясняет принципы работы преобразования Фурье – сложного математического метода гармонического (спектрального) анализа волн. До этого он и подумать не мог, что кто-то из новичков, кроме него, обладает такими знаниями.