Пол Халперн - Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность

• Название: Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность
• Автор: Пол Халперн
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2019
• ISBN: 978-5-04-093386-0

Перед вами история невероятной дружбы между двумя великими физиками, изменившими понятия времени и истории, Ричардом Фейнманом и Джоном Уилером. Несмотря на различия этих двух личностей, их дружба выдержала испытания временем и способствовала чрезвычайно успешному сотрудничеству, приведшему в итоге к полному переосмыслению природы времени и реальности.

---

Вместе с историей, посвященной банке консервов, Летиция вспоминала и другой визит Фейнмана, когда его небрежные манеры вступили в противоречие с более традиционными взглядами Джанет на то, как должен вести себя молодой человек. Супруга Уилера вошла, когда Ричард сидел, развалившись в кресле, и она сочла невежливым то, что он не встал, чтобы поприветствовать ее.

«У меня в памяти сохранился образ Фейнмана, – говорила Летиция. – У меня есть ощущение, что моя мать побеседовала с ним и заявила, что он должен вставать, когда с ним разговаривает женщина»23.

Приглашать в гости магистрантов и молодых ученых было тогда общей практикой для преподавателей, особенно для тех, кто знал о европейской традиции частных резиденций как научных центров. Например, Нильс Бор и его жена Маргарет с удовольствием принимали начинающих исследователей в своем доме в Копенгагене, смешивая интересные дискуссии с легендарным датским радушием.

Сам Уилер бывал у своего наставника, а позже он смог вернуть услугу, когда уже они с супругой несколько раз приглашали к себе Бора. Для детей было волнующим приключением, когда настолько известный физик и его жена приезжали к ним в дом. Летиция прекрасно помнила, как она встречала миссис Бор, и даже у Элисон сохранилось кое-что в памяти.

Она рассказывала: «Нильс Бор сидел в любимом красном кресле моей матери. Говорил очень неразборчиво, и было трудно понять хотя бы слово из того, что он сказал»24.

Цепная реакция

Невзирая на неразборчивую речь, предупреждение Бора оказало нужное воздействие на научное сообщество. Его тихие ремарки на семинаре с участием молодых ученых, в зависимости от их тона, могли поддержать или загнать в тупик карьеру выступающего.

Когда Бор выглядел возбужденным, как в день объявления о немецком открытии ядерного распада, коллеги-физики всегда принимали его слова во внимание.

Уже несколько ученых высказали тревогу по поводу того, что нацистская Германия может получить ядерное оружие, но от властей в ответ не прозвучало ничего, поскольку иногда Вашингтон действует очень медленно. Хотя Ферми контактировал с ВМФ в марте 1939-го, а Эйнштейн впервые написал Рузвельту в августе того же года, президент не увидел в деле никакой срочности.

Побуждаемый Силардом Эйнштейн отправил еще два письма в 1940-м, и правительство США наконец выделило около шести тысяч долларов на исследования в области ядерного распада (около 100 тысяч современных долларов, учитывая инфляцию). Только 6 декабря 1941 года, за день до того, как Япония атаковала Перл-Харбор, и Соединенные Штаты вступили в войну, стартовала по-настоящему, с хорошим финансированием американская атомная программа, позже получившая кодовое название «Проект «Манхэттен».

Статья Бора и Уилера показала: есть два возможных материала, с помощью которых можно запустить цепную реакцию: уран-235 и плутоний-239. Но чтобы получить каждый в достаточном количестве, требовались значительные технологические усилия. Уран-235 составляет крошечную долю в урановой руде, его нужно отделять от намного более распространенного урана-238. Исследования показали, что чисто химические процессы и другие общие методы разделения составляющих в данном случае не работают.

С плутонием-239 проблема состояла в ином: этот полностью искусственный элемент можно было создать только в ядерном реакторе посредством трансмутации урана.

Впереди маячили и другие трудности, такие как определение критической массы материала, необходимой для запуска цепной реакции, подготовка и хранение этого материала и так далее. «Манхэттен» стал в результате несравненным научно-техническим подвигом, в совершении которого приняли участие многие лучшие умы США (а также союзных Канады и Великобритании).

Фейнман и Уилер оказались завербованы, хотя решали разные задачи в разных точках пространства.

Уилер позже думал, что союзникам следовало намного сильнее торопиться с программой изготовления атомной бомбы. Ведь прошло два года между первым письмом Эйнштейна Рузвельту и стартом проекта, и еще четыре года понабилось на то, чтобы бомбы сконструировать, протестировать и сбросить.

В то время как его коллеги сожалели об опустошениях, оставленных ядерным оружием, Уилер представлял альтернативно-исторические сценарии, в которых союзники побеждали нацистов много раньше. Не могло ли ускорение работ и более ранний ввод в действие атомной бомбы, размышлял он, спасти миллионы жизней?

Но пока война была за океаном, и Джон провел 1940-й и 1941-й годы, глубоко погрузившись в совместные с Фейнманом теоретические проекты. В тот момент он рассматривал конфликт как чисто европейскую проблему и предпочитал сражаться на научном поприще на пару с молодым протеже. И куда чаще, чем о ядерном распаде, они размышляли о том, как взаимодействуют частицы на фундаментальном уровне.

Фейнман выбрал Уилера как научного руководителя при написании диссертации, и тот с радостью согласился, таким образом их близкие рабочие отношения приобрели формальный статус. Встречаясь в Файн-холле, лаборатории Палмера или в доме на Баттл-роад, созваниваясь по телефону и находя множество путей воспламенить воображение друг друга, они начали закладывать основание для революционного переворота в физике.

Война казалась эфемерной, а научная истина – вечной.

Глава вторая Единственная частица во Вселенной

Фейнман, я знаю, почему у всех электронов одинаковые заряд и масса… Просто это один и тот же электрон.

Джон А. Уилер. по сообщению Ричарда Ф. Фейнмана

Его блестящий ум рождал семена оригинальных идей, по всей видимости, невозможных идей, и те падали на благородную почву, поскольку я никогда не возражал там, где любой другой немедленно возразил бы.

Ричард Ф. Фейнман. описывая рабочие отношения с Джоном А. Уилером

Соленые волны Атлантики снова и снова обрушиваются на Рокэуэй-бич, отбивая непрекращающийся ритм. Прибой и песок колышутся точно так же, как и в те дни, когда Фейнман был ребенком. Сотнями миль севернее, в скалистом Мэне, океан пытается разбить вдребезги Хай-Айленд, остров, где Уилеры один раз были на каникулах. Великие физики приходят и уходят, но приливы и отливы возникают там, где встречаются вода и суша, с незапамятных времен.

Маяки отмечают береговую линию, бросая конусы света в сторону погруженного во мрак океана. Точно так же как перемещение молекул воды заставляет море волноваться, перемещение электронов создает световые волны, и в каждом случае движение частиц генерирует последовательность колебаний, распространяющихся через свою среду.

Но на этом сходство кончается.

Волны на воде – механический феномен, который требует материального носителя, а электромагнитное излучение, в том числе видимый свет, может проходить через пустое пространство так же хорошо, как и сквозь материю. Стандартное объяснение этого феномена: электромагнитные волны формируют дуэт электрического и магнитного полей, колеблющихся перпендикулярно друг другу со скоростью света.

«Поле» – что-то вроде рельефа определенного показателя (например электрической напряженности), позволяющего обрисовать, как изменяется значение этого показателя во время движения через пространство. Это нечто вроде карты с нанесенными на нее данными (например, координатами GPS, плотностью населения, высотой над уровнем моря), которые приписаны каждой точке. Поля, чьи показатели характеризуются только значением, именуются «скалярными», а поля, где каждой точке приписано кроме значения еще и указание, в каком направлении и как меняется избранный показатель, называются «векторными».

Подумайте о карте погоды, чтобы понять разницу между скалярным и векторным полем. В любой момент времени в любой точке существует определенная температура, и следовательно, данные о температуре формируют скалярное поле. Но в каждой точке есть и определенная скорость ветра, но здесь у нас, помимо собственно величины (метры в секунду), есть еще и направление – куда ветер дует, поэтому карта скорости ветра составит векторное поле.

В классической теории электромагнетизма векторные поля переносят и электрическую, и магнитную силу. Эти поля заполняют пространство словно безграничное море энергии, электрические поля представляют величину и направление электрической силы на единицу заряда в каждой точке пространства, магнитные поля характеризуют величину магнитной силы на единицу движущегося заряда в каждой точке (по классике, только движущиеся заряды порождают магнетизм).

Поля не только действуют на заряды, они создаются зарядами: один или несколько электрических зарядов автоматически генерируют электрическое поле. Если этот заряд или набор зарядов движется, то непременно возникнет еще и магнитное поле. Направления электрического и магнитного полей, созданных одним набором зарядов, обычно отличаются на девяносто градусов.