Мистер Икс и природа времени

Двадцать лет спустя, в 1963 году, когда секреты времени все еще оставались нераскрытыми, в Корнеллском университете прошла встреча двадцати двух ученых, собравшихся для обсуждения этого вопроса. Среди них были физики, космологи, математики, философы. Их интересовало, что представляет собой время: есть ли это некий параметр, используемый в учебниках и уравнениях для того, чтобы определить его количество до и после? Или это всеохватывающий поток, уносящий за собой всё, словно вечная река? Что такое «сейчас»? Эйнштейна тоже волновал этот вопрос, он признавал неприятную возможность того, что настоящее — всего лишь порождение человеческого ума, которое наука не в состоянии объяснить. Философ Адольф Грюнбаум утверждал, что обычное понятие текущего вперед времени не что иное, как иллюзия, своего рода «псевдоконцепция». Если нам как разумным существам кажется, что события «просто происходят», то это всего-навсего своеобразное следствие существования разумных существ, «организмов, концептуально воспринимающих (или воображающих) эти события». Физикам же не стоило беспокоиться об этом слишком сильно.

Когда Грюнбаум закончил выступление, один из присутствующих, страстный противник любых философских или психологических неопределенностей, начал допрос с пристрастием. В опубликованной версии этого разговора собеседника назвали Мистером Икс, но провести никого не удалось. К тому времени скрывавшийся за фасадом таинственности Фейнман вызывал такие же подозрения, как американский госсекретарь, которого назвали бы «старшим официальным лицом на борту самолета госсекретаря».

ГРЮНБАУМ. Я хочу сказать, что есть разница между разумным существом и неразумным.

ИКС. В чем она проявляется?

ГРЮНБАУМ. Ну, довольно сложно выразить это словами. В общем, если компьютер останется без работы, я не буду сильно переживать. А вот если без работы останется человек, мне, безусловно, не будут безразличны страдания человека, осознающего свое положение в силу концептуальности своего самосознания.

ИКС. Собаки разумные?

ГРЮНБАУМ. В общем, да. Вопрос, насколько. Но могут ли они быть осознанными?

ИКС. А тараканы разумны?

ГРЮНБАУМ. Мне ничего не известно о нервной системе тараканов.

ИКС. Во всяком случае, по поводу трудоустройства они точно не пе­ре­живают.

Фейнману казалось, что надежность концепции понятия «сейчас» не должна зависеть от сомнительных представлений ментализма. Человеческий ум — тоже проявление законов физики, заметил он. Какая бы скрытая сторона мозга ни создала эти «просто происходящие» события, о которых говорил Грюнбаум, пришлось бы соотносить события, происходящие в двух областях пространства: в той, что находится внутри черепной коробки, и в той, которая отражается на «пространственно-вре­мен­ных диаграммах». Теоретически это означает, что пришлось бы развить чувство текущего момента в достаточно сложном механизме, заключил Мистер Икс.

Ощущение текущего момента у каждого человека весьма субъективно, условно и может по-разному трактоваться, особенно в эпоху теории относительности. «Сказать, что любое конкретное значение t можно рассматривать как «сейчас», довольно просто, и это не будет ошибкой. Но такой подход совершенно не соответствует опыту, — заметил физик Дэвид Парк. — Если мы живем, отслеживая только то, что происходит вокруг, наше внимание концентрируется на одном моменте времени. И в этом случае сейчас — это момент, когда мы думаем о том, о чем думаем, и делаем то, что делаем». Именно поэтому большинство философов не очень-то жалует эту концепцию. Фейнман в подобного рода спорах занимал всегда довольно четкую позицию, отвергая идею о том, что сознание человека особенное. Он и другие серьезные ученые, имеющие опыт решения задач квантовой механики, обнаружили, что они вполне могут жить, допуская возможность существования некоторой неопределенности, то есть имея в виду, что сейчас у разных наблюдателей будет отличаться по скорости и продолжительности. Технологии позволили конкретизировать это определение хотя бы в качестве аргумента: гораздо более объективен момент сейчас, запечатленный на фотоснимке или в вычислительной машине. Присутствовавший на встрече в Корнелле Уилер привел пример с зенитной пушкой. Ее сейчас как определенный временной интервал содержит не только ближайшее прошлое — те несколько мгновений, когда информация поступала с радаров; но и ближайшее будущее — самолет-цель, положение которого определяется экстраполяцией имеющихся данных.

Подобным образом и наши воспоминания представляют собой сочетание прошлого и ожидаемого момента в будущем, живое сочетание, а не бесконечно малое неопределенное мгновение, которое навсегда станет недосягаемым. Это и есть наше сейчас. Уилер процитировал слова Белой Королевы из «Алисы в Зазеркалье»: «Неважная память, она работает только в обратную сторону».

На этой стадии работы над теорией абсорберов излучения Уилера и Фейнмана уже не интересовали отдельно расположенные частицы, но их теория занимала центральное место в многогранном понимании времени. Их интересовали обратимые и необратимые процессы, что и послужило основой для трех разных подходов к пониманию течения времени — стрелы времени. Но если физиков в тот момент теория поглотителей не интересовала, новое поколение космологов взяло ее на вооружение. В этой области происходил переход от простого анализа астрономических данных, полученных в результате наблюдений за звездами, к постановке грандиозных вопросов о Вселенной: каким образом и почему она возникла. Космология начала выделяться среди современных наук не столько как целиком и полностью самостоятельное научное направление, сколько как область, в которой смешивались философия, искусство, вера и небольшая толика надежды. Слишком мало окон, позволяющих смотреть сквозь густую атмосферу. Несколько хитроумных устройств, расположенных на вершинах гор, несколько радиоантенн — и все же ученые верили, что могут заглянуть далеко или высказать обоснованные предположения, позволяющие раскрыть происхождение пространства и времени. Уже тогда их пространство не было плоским, не имело ничего общего с той нейтральной средой, какой представляло его поколение, не знавшее трудов Эйнштейна. Это была пугающе пластичная среда, в которой непонятным образом были сосредоточены и время, и гравитация. Кто-то, хотя и не все, полагал, что в результате Большого взрыва, произошедшего десять или пятнадцать миллиардов лет назад, пространство начало расширяться с довольно высокой скоростью. Уже нельзя с уверенностью утверждать, что Вселенная везде одинакова, бесконечна и статична. Это уже не Вселенная Евклида, однородная и нестареющая. Мир больше не бесконечен. Аминь. Ярчайшим доказательством расширения Вселенной в 1963 году по-прежнему считалось открытие, сделанное Эдвином Хабблом еще в 1929 году: другие галактики неумолимо отдаляются от нашей, и чем дальше, тем с боль­шей скоростью. Будет ли это расширение происходить вечно, или что-то изменится — этот вопрос был и будет оставаться еще долгое время открытым. Возможно, Вселенная рождалась и умирала снова и снова в бесконечном цикле.

Вопрос касался самой природы времени. Время учитывалось в уравнениях, описывающих взаимодействие частиц, в результате которого происходит возникновение и рассеяние света. Если посмотреть на время с точки зрения Уилера и Фейнмана, связь между этими микроскопическими взаимодействиями и процессом расширения Вселенной очевидна. Как сказал Герман Бонди в начале встречи: «Этот процесс приводит нас к темному ночному небу, к нарушению равновесия между материей и излучением и к тому факту, что излучаемая энергия эффективно теряется… Мы признаём, что существует очень тесная связь между космологией и основной структурой нашей физики». Дерзость в создании теории движущихся вперед и назад частично опережающих и частично запаздывающих волн привела Уилера и Фейнмана к еще более решительным космологическим допущениям. Если уравнения должным образом скорректировать, из них следовал вывод о том, что любое излучение в конечном итоге где-то поглощается. Возможность того, что пучок света будет распространяться вечно и бесконечно и в будущем никогда не столкнется с материей, которая могла бы поглотить его, противоречила их допущению, то есть их теория могла быть верной только для конечной Вселенной. В бесконечно расширяющейся Вселенной материя могла бы стать настолько разреженной, что свет перестал бы поглощаться.

Физики научились различать три стрелы времени. Фейнман описал их следующим образом: термодинамическая, или «случайная жизненная» стрела; излучательная, или «опережающая/запаздывающая» стрела; и космологическая стрела. Он предлагал представить три физических образа: аквариум, заполненный наполовину синей, наполовину прозрачной водой; антенну, которая и поглощает, и излучает; и удаленные туманности, двигающиеся вместе или по отдельности. Общие черты между примерами есть общие черты между соответствующими стрелами. Если запись показывает, как вода в аквариуме все больше перемешивается, означает ли это, что антенна излучает сигнал, а туманности отдаляются друг от друга? Может ли какой-либо из видов времени быть доминирующим? Слушатели могли лишь строить догадки. Этим они, собственно, и занимались.

«Довольно интересно, — произнес Мистер Икс. — С точки зрения физики законы свидетельствуют о вероятности существования множества вселенных, в то время как описать мы можем лишь одну».

Наименьшее действие в квантовой механике

Омега-масло не помогало Арлин: опухоль не рассасывалась, температура не спадала. Ее положили в больницу Фар-Рокуэй с подозрением на брюшной тиф. Как у человека науки, у Фейнмана стали возникать мысли о беспомощности медицины. Он полагал, что научный подход позволяет хладнокровно и взвешенно оценивать любые непростые ситуации, но не эту. В то же время медицина относилась к той области знаний, которую он считал своей. Медицина была наукой. Одно время даже отец Ричарда интересовался одним из ее направлений. Фейнман стал изучать физиологию, основы анатомии. Он прочитал о брюшном тифе в Принстонской библиотеке, и, когда в очередной раз пришел навестить Арлин в больнице, стал расспрашивать доктора. Сделали ли пробу Видаля? Да. Каковы результаты? Отрицательные. Тогда откуда убеждение, что это тиф? Почему все посетители Арлин должны носить медицинские халаты, защищаясь от предполагаемых бактерий, которых не смог выявить даже чувствительный лабораторный тест? Какое отношение к тифу имеют непонятные опухоли, то появляющиеся, то исчезающие на шее и подмышками? Врача возмутили подобные расспросы. Родители Арлин заметили, что статус жениха не дает Ричарду права вмешиваться в процесс лечения. Он отступил. Арлин, казалось, пошла на поправку.

Тем временем Фейнман и Уилер готовились сделать решающий шаг в развитии своих теоретических разработок. До этого времени, несмотря на свою современность и акаузальность (внепричинность), это была все еще классическая, а не квантовая теория, где объекты рассматривались как физические тела, а не как абстрактные вероятности. Энергия изменялась непрерывно, в то время как из квантово-механических представлений вытекало, что волновые пакеты совершают бесконечно малые дискретные скачки при четко определенных условиях. Проблема собственно энергии так же остро стояла в классической электродинамике, как и в квантовой теории. Появление в уравнениях нежелательных бесконечностей сопутствовало квантованию: бесконечности возникали, стоило только предположить существование точечного электрона. Это было так же очевидно, как деление на ноль. Фейнман чувствовал, что разумно начинать с рассмотрения классического варианта, а потом уже применять к нему подход квантовой электродинамики. Стандартные способы перевода классических моделей в современные квантовые аналоги уже существовали. Один из них предполагал заменить все классические выражения для импульса более сложными квантово-механическими аналогами. Проблема в том, что в теории Уилера и Фейнмана не было импульсов. Фейнман устранил их, когда выстраивал упрощенную модель, в основу которой был заложен принцип наименьшего действия.

Время от времени Уилер говорил Фейнману, чтобы тот перестал утруждать себя обдумыванием этой задачи, что он уже ее решил. Позже, весной 1941 года, он зашел так далеко, что даже запланировал презентацию квантовой теории на коллоквиуме физиков в Принстоне. Паули, подозрительный и сомневающийся, выспрашивал Фейнмана по пути в библиотеку Палмера, о чем собирался рассказать Уилер. Ричард ответил, что не знает.

«О, — протянул Паули, — профессор не говорит своему ассистенту, как он решил задачу? Может быть, профессор и не нашел никакого решения».

Паули оказался прав. Уилер отменил выступление. Однако он не растерял энтузиазма и запланировал не одну публикацию, а целую серию из пяти статей. Фейнман тем временем работал над своей докторской. Он решил подойти к квантованию теории так же, как подходил к решению сложных задач, когда учился в МТИ, разбирая все случаи на простейшие задачи. Он попытался рассчитать взаимодействие пары объединенных гармонических осцилляторов с задержкой во времени как пары идеальных пружин. Одна из пружин начинает колебаться, посылая простую синусоидальную волну. Другая должна отразить ее, и в результате такого взаимодействия образовывалась бы новая волна. Фейнман достиг определенного прогресса, разрабатывая это направление, но не смог понять, как применить в этом случае квантовую версию. Он рассматривал слишком упрощенный вариант.

В традиционной квантовой механике для перехода от настоящего к будущему необходимо решить дифференциальные уравнения, руководствуясь принципом Гамильтона. В таких случаях физики говорили: требуется «найти Гамильтониан» системы. Если определить его удавалось, можно было двигаться дальше, в противном случае они оставались ни с чем. По мнению Уилера и Фейнмана, в случае непосредственного воздействия на расстоянии исходить из принципа Гамильтона было нельзя. И связано это было с задержками во времени. Недостаточно дать полное описание настоящего: расположение, импульсы и другие параметры. Не предугадать, в какой момент отсроченный эффект из прошлого (или, в случае Уилера и Фейнмана, из будущего) изменит существующую картину. Поскольку прошлое и будущее взаимо­связаны, привычные дифференциальные уравнения не работали. Применение альтернативного метода Лагранжа становилось уже не роскошью, а необходимостью.

Прокручивая в голове подобные мысли, Фейнман отправился на пивную вечеринку в одну из таверн на Нассау-стрит. Он сидел за одним столиком с незадолго до этого приехавшим из Европы физиком Гербертом Джелом, учившимся в Берлине у Шрёдингера. Джел был квакером, прошел через два концлагеря в Германии и во Франции. Американское научное общество гостеприимно принимало таких беженцев, и потрясения, которые переживала Европа, ощущались теперь довольно близко. Джел спросил Ричарда, над чем тот работал. Фейнман объяснил и в свою очередь поинтересовался, известно ли Герберту что-либо о применении принципа наименьшего действия в квантовой механике.

Конечно, Джел знал об этом. Он рассказал, что Дирак, которым Фейнман так восхищался, опубликовал об этом статью лет восемь назад. На следующий день Джел и Фейнман нашли ее в библиотеке в подшивках Physikalische Zeitschrift der Sowjetunion. Статья была довольно короткой и называлась «Функция Лагранжа в квантовой механике». Дирак разработал начальный этап использования метода наименьшего действия именно в том стиле, который искал Фейнман, способ определения вероятности полного пути частицы во времени. Дирак рассматривал только один частный случай — перенос волновой функции во времени на бесконечно малую величину (на мгновение).

Бесконечно малые промежутки времени были слишком малы, но стали отправной точкой для вычислений. Это ограничение не волновало Фейнмана. Во время просмотра статьи он снова и снова сталкивался со словом аналог. «Очень простой квантовый аналог, — писал Дирак. — У них есть классические аналоги… Теперь очевидно, каким должен быть квантовый аналог всего этого». «Что это за слово в научной статье?» — думал Фейнман. Если два выражения аналогичны, значит ли это, что они равны?

«Нет, — сказал Джел. — Дирак, конечно, не имел в виду, что они равны». Отыскав доску, Фейнман принялся работать с формулами. Джел оказался прав: они не были равны. Поэтому он попробовал ввести в формулы константу. Джел не успевал следить за ним, с такой скоростью Ричард выполнял расчеты: заменял свободные члены уравнений, перепрыгивал с одного уравнения на другое и вдруг вывел нечто до боли знакомое — уравнение Шрёдингера. Оказалось, что существует связь между фейнмановской формулировкой, использовавшей подход Лагранжа, и стандартной волновой функцией квантовой механики. Неожиданно, но под аналогом Дирак подразумевал пропорциональность.

Теперь уже Джел достал свой маленький блокнот и стал поспешно переписывать все с доски. Он сказал Фейнману, что вряд ли Дирак имел в виду именно это. С такой точки зрения идея Дирака выглядела исключительно метафорической. Англичанин и не предполагал пользу метода. Джел заметил Ричарду, что тот сделал важное открытие. Его поражал невозмутимый прагматизм фейнмановского подхода к математике, так не похожий на отстраненный, эстетский взгляд Дирака. «Вы, американцы, — заключил он, — всему всегда пытаетесь найти практическое применение».

Аура необыкновенного человека

В тот период способности Ричарда Фейнмана раскрывались быстрыми темпами и приближались к своему пику. В двадцать три года он еще оставался застенчивым, и всего лишь несколько лет отделяло его от того времени, когда он смог словно ястреб с высоты увидеть физику во всей ее широте. Но уже тогда на земле не было другого физика, способного так же виртуозно распоряжаться теоретическими научными знаниями. Он не просто использовал математику, хотя всем в Принстоне было очевидно, что математическая составляющая теории Уилера — Фейнмана лежала далеко за пределами знаний Уилера. Фейнман, казалось, как и Эйнштейн в его возрасте или советский физик Лев Ландау и еще совсем немногие, с непринужденной легкостью схватывал суть того, что стояло за уравнениями. Он был скульптором, который даже во сне ощущал глину, оживающую в его руках. Студенты и преподаватели, спускаясь в холл выпить послеполуденный чай, думали о встрече с Фейнманом. Они с нетерпением ждали, когда он начнет по-доброму подтрунивать над Тьюки и другими математиками, полусерьезно жонглируя физическими теориями. Пересказывая их, он всегда задавал вопросы, которые, казалось, пробивались к самой сути. Экспериментатор Роберт Уилсон, прибывший в Принстон из Беркли, где работал в знаменитой лаборатории Эрнеста Лоуренса, всего несколько раз пересекался с Фейнманом, но тем не менее нисколько не сомневался в том, что тот — великий человек.

Вокруг Фейнмана уже сформировалась своеобразная аура необыкновенного человека, но таким его знали лишь в ближайшем окружении. Ричард тогда только заканчивал второй год обучения в аспирантуре. Он по-прежнему не проявлял никакого интереса к основной литературе и отказывался читать даже работы Дирака и Бора. Теперь он это делал преднамеренно. Готовясь к устному квалификационному экзамену, сдавать который предстояло всем аспирантам, Фейнман решил не заучивать основные принципы физики. Вместо этого он вернулся в Массачусетский институт, где мог побыть один. Достал новый блокнот и написал на первой странице: «Записи фактов, которых я не знаю». В первый, но не в последний раз он пересматривал и систематизировал свои знания. Несколько недель он старался разобраться в каждом разделе физики, рассматривая их по отдельности и снова собирая вместе, замечая острые углы и нестыковки и стараясь в каждой теме найти ее суть. Когда Фейнман закончил подготовку, у него на руках была записная книжка, которой он особенно гордился. Но, как оказалось, от этих записей было мало пользы при подготовке к экзамену. Его спросили, какой цвет находится в верхней части радуги. Он чуть было не дал неверный ответ, обратив в уме зависимость показателя преломления от длины волны. Специалист в области математической физики Говард Робертсон задал умный вопрос по теории относительности о том, как будет выглядеть траектория Земли, если смотреть на нее в телескоп с удаленной звезды. Как позднее понял Фейнман, он неправильно истолковал вопрос, но тогда убедил-таки преподавателя в своей правоте. Уилер зачитал предложение из учебника по оптике о том, что свет от сотни атомов, не согласованный по фазе, будет в пятьдесят раз интенсивнее света от одного атома, и попросил обосновать это утверждение. Фейнман заподозрил подвох. Он ответил, что в учебнике, должно быть, ошибка, так как, следуя той же логике, два атома будут излучать свет такой же мощности, как и один атом. Однако все это были формальности. В Принстоне понимали, что представлял собой Фейнман. Когда он конспектировал курс по ядерной физике, его озадачили сложные формулы Вигнера для частиц в ядре. Он не понял их, поэтому решил для себя эту проблему, придумав диаграмму (она стала предвестником великих грядущих открытий), позволявшую сохранить число взаимодействий частиц, рассчитывая количество нейтронов и протонов, и упорядочивая их с помощью теории групп в пары, которые могли быть симметричными или несимметричными. Эта диаграмма смутно напоминала те, что он придумал, чтобы разобраться, как работает схема складывания флексагонов из бумаги. Ричард не понимал до конца, почему его схема работала, но был уверен в ней. И она, в конце концов, значительно упростила подход Вигнера.

В средней школе Фейнман не решал задачи евклидовой геометрии методом логического последовательного выстраивания доказательств. Он манипулировал диаграммами и схемами в уме: соединял какие-то точки, оставляя другие свободно висеть в пространстве, представлял одни линии как жесткие стержни, а другие — как растягивающиеся полосы, и потом позволял фигурам изменяться, пока не получал нужный результат. Его ментальные конструкции перетекали одна в другую более свободно, чем это можно было бы осуществить в реальности. Теперь же, усваивая совокупность законов физики и математических действий, Фейнман работал по тому же принципу. Линии и вершины, парящие в пространстве его сознания, принимали вид сложных символов и операторов. Они обладали рекурсивной глубиной: Ричард мог сконцентрироваться на них и расширить до более сложных выражений. Он мог сдвигать и переставлять их, закреплять неподвижные точки и растягивать пространство, в которое они были встроены. Некоторые мысленные манипуляции требовали изменения системы координат, переориентации во времени и пространстве. Перспектива могла изменяться: быть неподвижной, равномерно перемещаться, двигаться с ускорением. О Фейнмане говорили как о человеке, обладающем невероятной интуицией в области физики, но только одно это не могло объяснить его невероятные аналитические способности. Он соединил способность ощущать силы и те алгебраические операции, которые их выражали. Вычисления, обозначения, знаки были для него так же осязаемы, как физические величины, которые они обозначали. Подобно тому, как у некоторых людей числа ассоциируются с определенным цветом, у Фейнмана с различными цветами ассоциировались переменные из формул, которые он воспринимал интуитивно. «Когда я говорю, — как-то объяснял он, — я вижу размытые изображения функций Бесселя из учебника Джанке и Эмде. Я вижу светлый тангенс j, слегка голубоватый n, темно-коричневый x где-то рядом. И мне интересно, как все это, черт возьми, видят студенты».

За прошедшие восемь лет ни Дирак, ни кто-либо другой не смогли развить применение лагранжиана в квантовой механике как способ проследить историю частицы с помощью вычисления действия. Теперь же идея Дирака позволила Фейнману найти выход из непростой ситуации. Сложные элементы квантовой механики вырвались на свободу, задача обрела принципиально новую формулировку. Если Дирак показал способ оценки поведения волновой функции в бесконечно малом промежутке времени, то Фейнману нужно было показать, что будет происходить с волновой функцией за определенный промежуток времени. Между бесконечно малой и конечной величинами лежала огромная пропасть. Чтобы воспользоваться бесконечно малыми промежутками времени Дирака, нужно объединить результаты, полученные на каждом из множества этапов вычислений. Бесконечного множества. На каждом этапе требовалось интегрировать и суммировать алгебраические величины. В воображении Фейнмана возникла последовательность умножений и сложных интегралов. Он рассчитывал координаты, определяющие положение частицы. Эти координаты определялись с помощью сложных интегралов. Получившееся число определяло действие. Фейнман понял, что для получения этого значения ему придется составить сложный интеграл, охватывающий каждую точку в системе координат, через которую может двигаться частица.

В результате он получил некую сумму вероятностей — точнее, не совсем вероятностей, потому что в квантовой механике требовалось оперировать более абстрактной величиной, называемой амплитудой вероятности. Фейнман учел вклад всех возможных траекторий от начала движения до конца, хотя раньше в его воображении все эти координаты валялись в куче, напоминающей скорее стог сена, нежели набор конкретных путей. Тем не менее он понял, что вернулся к первым принципам и открыл новую формулировку квантовой механики. Он не мог увидеть, куда это приведет. Но уже тогда его ощущение траекторий в пространстве-времени стало понятнее. Было что-то загадочное в определенных вынужденных колебаниях «постэфирного» поля, волнового наследника 1920-х.

Белая чума

Медицина XX века еще только закладывала научный фундамент, который физика начала выстраивать еще в XVII веке. Практикующие врачи пользовались властью, даруемой целителям на протяжении всей истории человечества. Они говорили на понятном только им языке и носили мантии медицинских школ и сообществ. Но их знания представляли собой не что иное, как смесь народных верований и псевдонаучных фактов. Лишь некоторые из тех, кто проводил исследования в области медицины, понимали основы метода контролируемого статистического эксперимента. Врачи спорили о возможности применения того или иного способа лечения почти так же, как теологи о своих гипотезах, приводя в качестве доводов личный опыт, умозрительные обоснования и эстетические аргументы. Специалисты-биологи не изучали математику. Человеческое тело по-прежнему оставалось загадкой, своего рода «черным ящиком», увидеть содержимое которого помогали лишь хирургический скальпель или туманные рентгеновские лучи. Ученые даже на самом элементарном уровне толком не разбирались в том, что такое диета. Модное слово витамин только входило в обиход. Некоторые витамины удалось синтезировать в лабораторных условиях, но отец Фейнмана Мелвилл, страдавший повышенным кровяным давлением, медленно отравлял свой организм диетой, обогащенной солью и включавшей яйца, молоко и сыр. Иммунология и генетика представляли собой бездонную пропасть невежества. Превалирующая теория сознания была не научной теорией, а скорее собранием высокопарных заявлений, смешанных с терапевтическими исповедями, дающими времен­ное душевное успокоение. Причины рака, вирусных инфекций и болезней сердца и сосудов даже не попали еще в поле зрения медиков. На протяжении века эти недуги еще будут посмеиваться над всей медицинской наукой.

Тем не менее медицина стояла на пороге масштабного прорыва в лечении бактериальных эпидемий с помощью двойного оружия: вакцинации и антибиотиков. В год, когда Фейнман поступил в Принстон, Джонас Солк получил докторскую степень по медицине, и всего несколько лет отделяли его от сокрушительного удара по полиомиелиту. Но все же всесторонние клинические исследования и статистический подход еще не проникли в медицину. Десятью годами ранее Александр Флеминг заметил антибактериальные свойства плесени Penicillium notatum, но не сумел предпринять шаги, которые позднее расценили бы как естественные. Он опубликовал работу под названием «Средство для выделения палочки Пфейфера» (A Medium for the Isolation of Pfeiffer’s Bacillus), в которой описал эксперименты по втиранию плесени в открытые раны нескольких пациентов, однако полученные им результаты были неочевидны. Ему даже в голову не приходило попытаться методично изучить свойства плесени. Лишь десять лет спустя биологи (в том числе и сам Флеминг), безрезультатно мечтавшие о волшебном антибактериальном средстве, которое спасло бы миллионы жизней, получили его. В 1940 году двое исследователей, опираясь на статью Флеминга, выделили пенициллин. Они ввели пенициллин четырем больным мышам, оставив другие четыре особи без лекарства. Медицина наконец-то встала на путь научных исследований. В свете событий 1930-х годов потерянные десять лет были не так заметны. Современники Флеминга не высмеяли его как растяпу. Напротив, провозгласили героем и вручили Нобелевскую премию.

Туберкулез, известный как истощение, чахотка, скрофула, болезнь легких, убил больше людей в расцвете сил по всему миру, чем любая другая болезнь. Однако писатели и поэты находили в нем нечто романтическое. Болезнь бледных эстетов. Болезнь упадничества, расточительство тела. Длительная вялотекущая лихорадка, как ошибочно считалось, обостряла восприятие жизни, повышала метаболизм и стимулировала процесс существования. Томас Манн, которого туберкулез вдохновил на написание самого знаменитого его романа, сравнивал последствия болезни и воспаления с грехом, падением, с созданием самой жизни из безжизненных молекул: «Патологически роскошная болезнь разрастается, возбуждаемая проникновением в организм чего-то неизвестного… интоксикация, усугубляющееся неизученное физическое состояние». Эти слова он писал в 1924 году, когда европейские санатории в горах стали уже динозаврами из прошлого. Американские власти считали туберкулез болезнью бедных.

Лимфатическая система Арлин Гринбаум была заражена туберкулезом, который, возможно, попал в организм через непастеризованное молоко. В лимфоузлах на шее и в других местах снова и снова появлялись безболезненные мягкие «шишки». Арлин постоянно лихорадило, она чувствовала общую слабость. Но врачи так и не смогли поставить точный диагноз. С их точки зрения, у Арлин не мог развиться туберкулез: она была молодой и недостаточно бедной. К тому же лимфатический туберкулез встречался в двадцать, а то и в тридцать раз реже, чем туберкулез легких. Когда версию с тифозной лихорадкой отбросили, возникло предположение, что у Арлин одна из разновидностей ракового заболевания: лимфома, лимфосаркома, болезнь Ходжкина.

Фейнман вернулся в библиотеку Принстона и изучил все что мог. В одном из учебников приводились возможные диагнозы. На первом месте стояла локальная инфекция. Этот вариант исключался, так как опухоль распространилась уже по достаточно большому участку. Второй вариант — лимфатический туберкулез. Его, как отмечалось в учебнике, легко диагностировать. Потом шли всевозможные формы рака, и все они, как, к своему ужасу, выяснил Ричард, считались смертельными. Сначала Ричард даже посмеялся над своей склонностью к выбору самого драматичного варианта. Каждый, кто возьмется читать подобные перечни заболеваний, неизбежно станет думать о смерти, предположил он и направился в столовую, где обычные разговоры показались ему неестественно нормальными.

Он смутно помнил, как прошли те несколько месяцев 1941 года: постоянные визиты в больницу, проявление и угасание симптомов, консультации с докторами. Ричард оставался в стороне, узнавая новости от Гринбаумов. Они с Арлин пообещали друг другу, что храбро и честно примут любой исход. Арлин продолжала настаивать, чтобы честность, как и прежде, во времена более безмятежные, была основой их отношений; она больше всего ценила в Ричарде готовность посмотреть правде в глаза, его нежелание избегать правды или прятаться от нее. Она сказала, что не хочет эвфемизмов или вранья по поводу ее болезни. Основная масса практикующих врачей выступала против сообщения пациентам правды, когда дело касалось неизлечимых заболеваний. Считалось, что такое известие нанесет вред их здоровью. Когда доктора, наконец, поставили зловещий диагноз — болезнь Ходжкина, в течение которой будут периоды ремиссии, но сама болезнь неизлечима, перед Ричардом встала дилемма. Для пользы Арлин врачи предложили сообщить ей, что у нее мононуклеоз. Фейнман отказался участвовать в этом обмане. Он объяснил, что они с Арлин договорились не врать друг другу, даже если это будет ложь во спасение. Как же теперь он мог смотреть в глаза любимой с такой огромной ложью на сердце?

Его родители, родители Арлин и врачи убеждали Ричарда не быть столь жестоким и не сообщать молодой девушке, что она фактически умирает. Его сестра Джоан, рыдая, назвала его бессердечным и упрямым. Он сдался и согласился играть по общим правилам. В палате в больнице Фармингдейла он подтвердил Арлин слова родителей о мононуклеозе. Тогда же он стал носить с собой письмо — он называл его «прощальное любовное письмо», — предназначенное своей любимой, которое рассчитывал вручить Арлин, когда она узнает правду. Фейнман был уверен, что она никогда не простит ему эту ложь.

Долго ждать не пришлось. Вскоре после возвращения домой Арлин, выйдя из своей комнаты наверху, услышала, как ее мать плачет на кухне, разговаривая с соседкой. Когда она напрямую спросила обо всем Ричарда, тот протянул ей хранящееся в кармане письмо и попросил выйти за него замуж.

Оформить брак было непросто. В таких университетах, как Принстон, подобные вопросы не оставляли на усмотрение учащихся. Финансовые и моральные обязательства вызывали серьезную озабоченность. Ричард учился на стипендию, которая позволяла ему зарабатывать 200 долларов в год в качестве научного сотрудника. Когда Ричард сообщил декану университета, что его невеста смертельно больна и он собирается жениться на ней, декан отказался дать соответствующее разрешение и предупредил, что Фейнман может лишиться стипендии. Никаких уступок и исключений. Такая реакция встревожила Ричарда. Он стал подумывать о том, чтобы оставить обучение на какое-то время и найти работу. Но прежде чем он принял решение, очередные новости прилетели из больницы.

Анализы выявили туберкулез лимфоузлов. У Арлин не было болезни Ходжкина. Туберкулез был неизлечим, по крайней мере, с учетом всех известных методов, но с ним можно было прожить довольно долго. Волна облегчения накрыла Ричарда. Однако, к своему удивлению, он уловил в голосе Арлин нотки разочарования. Теперь исчезла причина немедленно пожениться.

Подготовка к войне

В начале лета 1941 года угроза войны становилась все более ощутимой. Особенно остро ее ощущали ученые. Их международные контакты оборвались. Вот уже более пяти лет беженцы из гитлеровской Европы находили работу в американских университетах, нередко занимая руководящие должности. Те же, кто приезжал позднее, рассказывали страшные истории о концентрационных лагерях и терроре. Ученые начали заниматься военными разработками задолго до того, как японцы нанесли воздушный удар по Перл-Харбор. Канадский коллега Фейнмана вернулся на родину, чтобы вступить в королевские военно-воздушные войска. Остальные, казалось, тихо куда-то ускользали: на секретных предприятиях, разрабатывающих военные технологии, ученые занимали должности консультантов, инженеров и членов технических комиссий. Война распространялась и на область физики. Когда ученым по закрытым каналам сообщили о битве за Британию, в новостях прошла информация об устройстве, которое позволяло обнаруживать самолеты, улавливая отраженные ими радиоволны. Тогда радар еще не имел своего названия. Прошел слух о том, что использование новейших математических разработок и электромеханических устройств позволило взломать секретный шифр. Физиков встревожили публикации, в которых сообщалось, что сотрудники Института кайзера Вильгельма, располагавшегося в окрестностях Берлина, открыли ядерное деление, при котором в результате цепной реакции может высвободиться огромная энергия, но что для создания такой бомбы потребуется большое количество редкого изотопа урана-235. Насколько большое? В Принстоне называли цифру в сто килограммов, то есть больше стандартной массы человеческого тела. Казалось, получить такое количество урана невероятно сложно, практически невозможно, ведь в природе существовало крайне мало урана-235 в чистом виде. Единственный удачный эксперимент по выделению радиоактивного изотопа в превышающем микроскопическую величину количестве провели в Норвегии, в то время находившейся под военной оккупацией немецких войск. И там же на заводе водоопреснительная установка кропотливо трудилась над производством «тяжелой», обогащенной дейтерием (изотопом водорода) воды. Но уран был далеко не водой.

Ученые выхватывали обрывки интересующей их информации из обычных разговоров или вдруг обнаруживали, что оказались вовлеченными в секретную деятельность. В то время как Фейнман оставался по большей части в стороне, его руководитель профессор Юджин Вигнер уже два года был участником «венгерского заговора» и вместе с Лео Силардом и Эдвардом Теллером способствовал тому, что Эйнштейн, а через него и президент Рузвельт узнали о возможности создания бомбы. («Я сам никогда бы не подумал об этом!» — сказал Эйнштейн Вигнеру и Силарду.) Другой преподаватель Принстонского университета, Роберт Уилсон, оказался вовлечен в события, которые начались с телеграммы от Эрнеста Лоуренса, бывшего его наставником, когда он работал на циклотроне в Беркли. В МТИ на мероприятии, проводимом под видом обычного научного собрания, Уилсон и несколько его коллег узнали о формировании новой лаборатории — Радиационной лаборатории МТИ. Лаборатории поставили задачу, используя опыт британских ученых по созданию радара, разработать новую технику, которая позволит направлять корабли, выставлять прицелы, обнаруживать подводные лодки и в целом переломить ход войны. Идея заключалась в со­здании установки, позволяющей излучать в виде импульсов столь мощные радиоволны, чтобы можно было зафиксировать отраженные от цели эхо-сигналы. На начальной стадии разработки радара использовали волны длиной более девяти метров, при этом требовались огромные антенны, и разрешение было низким. Стало очевидным, что практичнее использовать в радаре волны длиной порядка нескольких сантиметров, то есть близкие к микроволнам. Появилась необходимость в новом электронном оборудовании, способном вырабатывать более высокочастотные сигналы высокой мощности и при этом быть менее громоздким. Британские ученые изобрели магнетрон — прибор, способный излучать настолько сконцентрированные пучки микроволновых лучей, что с их помощью можно было прикурить сигарету. Этого оказалось достаточно, чтобы поразить американцев. («Это же просто, — говорил Исидор Раби первой группе физиков, собравшейся около опытного экземпляра британского прибора. — Это буквально как свисток». — «Хорошо, Раби, — отозвался один из присутствующих, — как же этот свисток работает?») Ученые начали заниматься подобными разработками задолго до того, как Америка признала неизбежность конфликта. Уилсон согласился принимать участие в разработках Радиационной лаборатории, хотя и прославился в Беркли как пацифист. Но как только он собрался покинуть Принстон, Вигнер и заведующий кафедрой Смит решили, что пришло время ввести его в курс еще одного весьма важного дела. Они рассказали Уилсону, что Принстон вскоре примет непосредственное участие в проекте по разработке ядерного реактора. И, естественно, объяснили, почему.

Укрепление довоенного сотрудничества ученых и военных конструкторов основывалось на патриотизме, который ни в одну из последующих войн не мог бы возникнуть по приказу. Он легко преодолел пацифизм Уилсона. Даже Фейнман пришел в военкомат и хотел записаться на фронт связистом, но, когда узнал, что ему придется начинать с общей строевой подготовки, быстро оставил эту идею. Той весной 1941 года его наконец-то пригласили работать в лабораторию Белла в Нью-Йорке. Когда его приятель Уильям Шокли показывал ему будущее место работы, Ричарда заворожила атмо­сфера, в которой прикладная наука представала во всей красе. Из окна лаборатории открывался вид на строящийся через Гудзон мост Джорджа Вашингтона. Сотрудники лаборатории нарисовали на стекле изображение первого троса и по мере того, как воздвигался мост, слегка изменяли рисунок, так что кривая постепенно превращалась в параболу. Фейнман подумывал принять предложение. Тем не менее, когда генерал армии, представляющий Франкфортский арсенал, посетил Принстон, приглашая физиков заключить контракт, Ричард без колебаний отклонил предложение лаборатории Белла и на лето записался в армию. Как-никак это возможность послужить своей стране.

В декабре, когда Соединенные Штаты официально вступили в войну, четвертая часть всех физиков страны (а их было более семи тысяч) уже принимала участие в разбросанных пока по разным лабораториям, но стремительно набирающих обороты военных исследованиях и разработках. Поколение, воспитанное на идее о том, что наука — двигатель прогресса и источник знаний, поддерживающих человечность, теперь увидело другую великую идею. Отношения между федеральными властями и главами научных институтов налаживались. Летом 1941 года правительство учредило Управление научных исследований и разработок, подчиняющееся Национальному исследовательскому комитету по вопросам обороны. Комитету поручили координировать научные разработки в области, которую президент МТИ Карл Комптон, олицетворявший тогда новое партнерство, назвал «областью машин, приборов, инструментов и материалов, предназначенных для ведения войны». К ним относились не только радиолокационные установки и взрывчатые вещества, но и вычислительные машины и военная медицина. А такому роду войск, как артиллерия, требовались приспособления, позволяющие прицельно, а не наугад, выпускать снаряды. По собственной инициативе физик-ядерщик Ханс Бете участвовал в разработке зарождающейся теории бронепробиваемости, а также в изучении проблемы сверхзвуковых ударных волн, создаваемых реактивными снарядами. Фейнман проводил время более тривиально. Все лето он работал во Франкфортском арсенале над примитивным аналоговым компьютером, состоящим из зубчатых колес и кулачков, предназначенным для наведения артиллеристских орудий на цель. Все это казалось технически устаревшим и архаичным, и Ричард даже думал, что лучше бы он остался работать в лаборатории Белла.

Однако даже в университетских мастерских ему не приходилось сталкиваться с таким актуальным взаимодействием математики и металлов. Чтобы направить орудийную башню, нужно было перевести синусы и тангенсы в движения металлических деталей. Неожиданно у тригонометрии открылся инженерный контекст: задолго до того, как тангенс почти вер­тикальной башни стремился к бесконечности, вращение, передаваемое зубцам шестеренок, обламывало их. Фейнман углубился в математические расчеты, с которыми никогда раньше не сталкивался, а именно — в манипуляции с функциональными корнями. Он разделил синус на пять равных дополнительных функций так, чтобы функция функции функции функции функции равнялась синусу. В этом случае шестеренки могли выдержать нагрузку. Ближе к концу лета Фейнману поставили новую задачу — сделать так, чтобы подобный компьютер вычислял плавную кривую, например траекторию движения самолета, исходя из последовательно, с одинаковым интервалом в несколько секунд поступающих данных о его положении. Только позже Фейнман узнал, что в решении были заинтересованы специалисты Радиационной лаборатории МТИ, работающие над созданием радара.

Лето кончилось, Ричард вернулся в Принстон. Ему осталось лишь написать докторскую. Он работал не торопясь, пытаясь применить свой подход использования принципа наименьшего действия при решении основных типичных проблем квантовой механики. Он рассмотрел случай взаимодействия двух частиц, или систем частиц А и В, взаимодействующих не напрямую, а через промежуточную колебательную систему — гармонический осциллятор О. А вызывает колебания О, который, в свою очередь, действует на В. Отставание во времени усложняет картину, потому что как только О приходит в движение, поведение В будет зависеть от поведения А в прошлом, и наоборот. Этот случай не что иное, как аккуратно упрощенный вариант обычной задачи, рассматривающей взаимодействие двух частиц с помощью поля. Фейнман спросил себя, при каких условиях уравнение движения можно вывести из принципа наименьшего действия, строго исходя из имеющихся данных о двух частицах А и В и не принимая во внимание то обстоятельство, что вместо поля будет О. Принцип наименьшего действия стал казаться чем-то боль­шим, нежели просто удобным способом расчета. Ричард почувствовал, что все это имеет непосредственное отношение к вопросам, которыми обычно занимается физика, таким, как принцип сохранения энергии.

«Этот интерес к …» — написал он, но потом переформулировал мысль.

«Такое стремление к использованию принципа наименьшего действия не только приводит к упрощению выражений; помимо всего прочего, в тех случаях, когда движение может быть представлено таким образом, мы можем быть уверены в том, что законы сохранения энергии, импульса и т. д. работают».

Как-то утром Уилсон зашел в кабинет Фейнмана, присел. «Какие-то слухи ходят повсюду», — заметил он. Нельзя раскрывать секреты, но Ричард был ему нужен, а его невозможно заполучить, не выложив все карты на стол. К тому же никаких официальных требований о необходимости держать всё в тайне не поступало. Военные все еще не принимали физиков всерьез. Физики сами решили не обсуждать некоторые вопросы, но теперь Уилсон решил отступить от правил. Настало время раскрыть Фейнману некоторые секретные сведения.

Уилсон сказал, что существует вероятность создания ядерной бомбы. Британские физики за два года до этого, узнав от Бора и Уилера об уране-235, заново рассчитали критическую массу вещества, необходимого для реакции. Немецкий химик-эмигрант из британской команды Франц Симон пересек Атлантику на гидросамолете, чтобы сообщить последние новости из Бирмингемской лаборатории. Возможно, достаточно будет примерно килограмма вещества. Британцы трудились не покладая рук над решением проблемы разделения изотопов урана, отделяя более легкий и редкий изотоп урана-235 от более распространенного урана-238. Химические свойства этих двух форм урана одинаковые: при химических реакциях они неразличимы, поскольку количество протонов в ядре совпадает. Но массы атомов разных изотопов различаются (так как количество нейтронов разное), и теоретически можно воспользоваться именно этим обстоятельством. Симон и сам работал над схемой медленной диффузии газов через металлическую фольгу с проделанными в ней точечными отверстиями. Молекулы урана-238, чуть более тяжелые, отставали от легких при прохождении газа через отверстия в фольге. Вокруг проблемы урана начали формироваться секретные комиссии и отделы.

Британцы придумали кодовое название tube alloy, которое позже сократили до tubealloy. Американцы строили ядерный реактор, и все больше профессоров из Принстона оказывались привлеченными к этим разработкам. Уилсон сообщил, что у него возникла собственная идея. Он изобрел устройство (пока оно существовало только в его голове), с помощью которого, как он надеялся, можно было решить проблему разделения гораздо быстрее. Пока Симон занимался отверстиями в металле, Уилсон, войдя как-то утром на кухню и увидев дуршлаг, подумал о возможности использования проволочной сетки и молотка: почему бы не совместить передовую электронику с технологией циклотрона?

Он убедил Смита позволить ему собрать команду из преподавателей, аспирантов и инженеров. Что-то вроде «сборочного цеха», в котором будет работать несколько одаренных ребят, формировалось под патронажем Научно-исследовательского совета национальной обороны. Это позволило Уилсону набрать необходимых ему людей. Аспирантов привлекали к работе очень просто: Принстон приостановил выполнение большинства их работ. Аспирантам предложили выбрать одно из трех направлений, связанных с военной индустрией: проект Уилсона, разработка нового измерителя параметров ударной волны и, на первый взгляд совершенно неактуальное, исследование теплофизических свойств графита. (Только позже стало понятно, что имелось в виду изучение термонейтронных свойств материала, предназначенного для ядерного реактора, поскольку с помощью графита можно контролировать ход цепных реакций.) Уилсон хотел в первую очередь заполучить Фейнмана. Он полагал, что постоянный скептицизм Ричарда и его нежелание принимать любые заверения на веру будут как раз кстати. Фейнман, безусловно, сразу почует любой вздор или излишнюю самоуверенность, думал он. Он также хотел, чтобы Фейнман во время презентации проекта другим учащимся уже был на его стороне.

К величайшему разочарованию Уилсона, Ричард отверг его предложение. Он слишком погрузился в свою диссертацию, к тому же, хотя и не говорил об этом, работа во Франкфортском арсенале слегка развеяла его иллюзии по поводу военных разработок. Он сказал, что сохранит все в тайне, но участвовать в проекте не будет. Тогда Уилсон попросил его хотя бы прийти на встречу.

Намного позже, когда все участники проекта по созданию бомбы оглядывались назад, вспоминая, когда приняли решение, Фейнман обратил внимание на то, что чувствовал необычное смятение в тот день. Он никак не мог вернуться к работе, постоянно думал о важности проекта, о Гитлере, о спасении мира. Некоторые физики уже догадались, сделав осторожные выводы из материалов, опубликованных в научных статьях, и из списка университетов, в которых работали их авторы, что в Германии проводятся исследования в области ядерного оружия. К тому же среди физиков, внезапно исчезнувших из поля зрения, находился Вернер Гейзенберг. Так что угроза была довольно реальной. Позже Фейнман вспоминал, как открыл ящик стола и положил туда разрозненные листы своей незаконченной диссертации.

Манхэттенский проект

Чикаго, Беркли, Ок-Ридж, Хэнфорд — первые форпосты Манхэттенского проекта — внезапно стали постоянными национальными ядерными центрами. Для получения очищенного урана и плутония в нужном количестве требовалось в кратчайшие сроки создать крупнейшее в истории промышленное предприятие единого назначения. General Electric, Westinghouse, Du Pont, Allis-Chalmers, Chrysler, Union Carbide и десятки более мелких компаний объединились с целью образования новых градообразующих предприятий. В первые месяцы после атаки на Перл-Харбор исследования в области ядерной физики находились на столь низком уровне, что ничего даже отдаленно не предвещало трансформацию, которая в скором времени произошла в стране в сфере военных разработок. Мастерские переоборудовали в соответствии с нуждами и задачами. Принстон смог выделить Уилсону на исследования не более нескольких тысяч долларов. Чтобы получить электронное оборудование, Уилсон разразился настоящей истерикой прямо в кабинете Исидора Раби в лаборатории МТИ. В его команде к тому времени, включая рабочих цеха и технических специалистов, насчитывалось уже тридцать человек. Экспериментальное оборудование состояло из одной нескладной трубы длиной примерно с автомобиль, к которой подсоединялись трубки поменьше и электропровода. Теоретическое подразделение команды состояло из двух задиристых аспирантов, сидевших рядом за столами в маленьком офисе.

Они полагали, что смогут выдержать напряжение, связанное с работой над важнейшим национальным секретным проектом. Старший теоретик как-то взял лист бумаги со стола, скомкал его и, передав ассистенту, сказал, чтобы тот выкинул в корзину для мусора.

— Почему не ты?.. — спросил ассистент.

— Потому что мое время ценится больше, чем твое, — ответил Фейнман. — И мне больше платят.

Они измерили расстояние от ученого до корзины для мусора, умножили его на величину заработной платы, продолжая добродушно подшучивать над своей ценностью для ядерной физики. Теоретик номер два Пол Олум взял этот лист бумаги и выкинул его. Он считал себя лучшим студентом-математиком в Гарварде, а в Принстон приехал в 1940 году в качестве второго ассистента Уилера. Уилер познакомил Пола с Ричардом, и уже спустя несколько недель Олум почувствовал себя обескураженным. Он никак не мог понять, что происходит. Неужели физики бывают такими, а он просто упустил это? В Гарварде таких точно не было. Фейнман, жизне­радостный, рассекающий на велосипеде по студгородку, словно мальчишка, презирающий формализм современной продвинутой математики, был на голову выше Пола. И не потому, что Ричард прекрасно считал в уме и вычислял. Олум тоже владел этой техникой. Просто Фейнман был словно с другой планеты, и Олум никак не мог понять ход его мыслей. Он никогда не встречал человека, способного с такой невероятной интуицией воспринимать природу, даже в самых неочевидных ее проявлениях. Он даже подозревал, что, когда Фейнман хотел узнать, как поведет себя электрон в определенных условиях, он просто спрашивал себя: «Будь я электроном, что бы я сделал?»

Фейнман обнаружил огромную разницу между интуитивным теоретическим знанием о том, как будут вести себя электроны в разреженном пространстве, и предсказанием их поведения в громоздком аппарате, наспех собранном из металлических и стеклянных трубок. Фейнман с Олумом работали впопыхах. С самого начала они понимали, что идея Уилсона находится на грани возможного и безнадежного, но на какой именно стороне? Результаты расчетов казались странными. Частенько им приходилось о чем-то догадываться и использовать приблизительные значения, и понять, на каких конкретно этапах работы можно ими воспользоваться, а на каких необходимы точные вычисления, было трудно. Фейнман осознал, что не вполне доверяет теоретической физике, особенно сейчас, когда нет права на ошибку. Техники тем временем продолжали выполнять свою работу. Они не могли себе позволить дожидаться, когда теоретики закончат все расчеты. Фейнман временами думал, что все это напоминает мультипликационный фильм: каждый раз, когда он оглядывался, аппарат «отращивал» новые щупальца-трубы или обрастал новыми дисками и циферблатами.

Уилсон назвал свой аппарат изотрон — довольно бессмысленное слово, образованное по аналогии со словом калитрон (Калифорния + трон), придуманным когда-то его учителем Эрнестом Лоуренсом. Из всех возможных разделительных аппаратов изотрон Уилсона менее всего предназначался для физических объектов. В его контексте атомы рассматривались скорее как «натурализованные обитатели» волнового электромагнитного мира, нежели как миниатюрные шары, которые под действием приложенной силы должны были пройти через отверстия. Сначала в изотроне происходило испарение урана, а затем ионизация атомов, которые при нагреве теряли по электрону и становились электрически заряженными (дырками). Затем магнитное поле приводило их в движение, атомы проходили через отверстия, образуя плотный луч. А потом наступало волшебство, которое и отличало изотрон от всех остальных аппаратов. Волшебство, которое Фейнман отчаянно пытался понять.

В магнитном поле устанавливались пилообразные колебания. Напряжение резко падало и возрастало на радиоволновых частотах. Некоторые атомы урана оказывались в поле, когда напряжение падало до нуля. Другие — чуть позже, когда напряжение возрастало: они ускорялись настолько, что могли догнать атомы, оказавшиеся в поле раньше. Затем энергия снова падала, чтобы вторая группа атомов могла двигаться медленнее. Цель состояла в том, чтобы заставить луч распадаться на пучки, подобно тому, как машины разъезжаются на развязках шоссе. Уилсон прикинул, что длина пучков будет чуть меньше метра. Основная идея заключалась в том, что из-за того, что атомы урана-235 и урана-238 обладают разной массой, их ускорение в магнитном поле тоже будет различаться, и поэтому они будут скапливаться в различных точках аппарата. Уилсон полагал, что если правильно рассчитать время, то пучки каждого из изотопов должны получиться четкими и отличимыми. По мере того как они достигали конца трубы, на них начинало воздействовать другое переменное поле, колебания которого были синхронизированы так, чтобы пучки атомов отклонялись вправо или влево, и изотопы попадали в соответствующие контейнеры.

Однако возникли проблемы. В то время как под действием собственного импульса ионы должны были группироваться вместе, они начинали отталкиваться друг от друга. Кроме того, некоторые атомы теряли не по одному, а по два и более электронов при ионизации, удваивая или утраивая свой положительный заряд, и это вносило погрешности в вычисления Фейнмана. Когда экспериментаторы попробовали приложить более высокое напряжение, чем то, которое рассчитал Фейнман, они обнаружили, что пучки атомов стали отталкиваться назад, а волны отражались, и образовывались вторичные волны. Фейнман испытал что-то вроде шока, когда осознал, что подобные вторичные эффекты появлялись и в его уравнениях. Если бы только он мог убедить себя доверять им! С изотроном тоже все было непросто. Физикам предстояло придумать способ подачи в аппарат уранового порошка, а не стержней, так как стержень мог сплавляться с электродами, разрушая их. Один из экспериментаторов обнаружил, что, устанавливая пламя ближе к концу уранового стержня, он получал искрящийся фейерверк — эдакий невероятно дорогой бенгальский огонь.

Тем временем Лоуренс, выступавший против этой разработки, оказался основным конкурентом Фейнмана. Он работал в Беркли и хотел, чтобы работы по изотрону включили в его собственный проект, оборудование передали ему, принстонскую команду распустили, а все, кто в нее входил, занялись доработкой калитрона, в котором также для создания пучка ионов урана использовались новые технологии ускорения. Ускорение ионов осуществлялось в треке размером примерно один метр: более тяжелые атомы продолжали двигаться дальше, а более легкие попадали прямиком в коллектор. По крайней мере, теоретически все должно было происходить именно так.

Когда генерал Лесли Гровс, новый руководитель Манхэттенского проекта, впервые поднялся на холмы Беркли по извилистой дороге, пролегающей от залива Сан-Франциско, его потрясло, что весь материал, полученный в лаборатории Лоуренса, можно было разглядеть разве что под большой лупой. Хуже того, микроскопический образец не был даже очищенным. Но и при таком раскладе его количество превышало то, что удалось получить принстонской команде. Маленький образец вещества, полученный в изотроне, Фейнман в конце 1942 года на поезде привез в Колумбийский университет. В Принстоне не было оборудования, позволяющего измерить, в каком соотношении находятся изотопы в крошечном кусочке урана. Одетый в потрепанный тулуп, Ричард не смог найти никого, кто бы отнесся к нему серьезно. Он бродил со своим радиоактивным куском урана, пока, наконец, не встретил знакомого физика Гарольда Юри, который выслушал Фейнмана. Юри был знаменитым физиком и первым, чьи научные лекции слушал Ричард в Бруклине. Тогда темой доклада была тяжелая вода, и Юри вел семинар вместе с женой бельгийского воздухоплавателя Огюста Пиккара. Незадолго до этого Фейнман познакомился с Юри на встрече, посвященной Манхэттенскому проекту, где присутствовали члены его координационного комитета. Подобным образом он впервые встретился и с Исидором Раби, и с Ричардом Толманом, и с так похожим него, но в то же время так от него отличающимся Робертом Оппенгеймером, который в последующие три года будет оказывать огромное влияние на его жизнь.

Вскоре после поездки Фейнмана в Колумбийский университет прозвучало окончательное решение по принстонскому рискованному проекту изотрона. По рекомендации Лоуренса, отвечавшего за все исследования в области электромагнитного разделения, принстонский проект закрыли. Рабочие характеристики калитрона были лучше, и деньги решили вложить в разработку способа, основанного на использовании более общепринятого процесса диффузии. Для него использовались насосы и трубы, а не магниты и поля, в которых атомы перемещались по случайным траекториям с близкими скоростями, преодолевая на своем длинном пути преграды в виде металлических пластин со множеством микроскопических отверстий. Для Уилсона это стало потрясением. Он полагал, что комиссия действовала не просто поспешно, но и довольно эмоционально. Коллеги же расценили это событие как несомненный проигрыш, личный и профессиональный, в соревновании с бывшим учителем Лоуренсом. Смит и Вигнер в частном порядке высказали другую точку зрения: они предполагали, что при должной доработке изотрон мог бы выиграть эту войну. «Калитрон Лоуренса просто использовал грубую силу, чтобы сконцентрировать лучи в пучок, а затем разделить их, — заметил более молодой член команды. — Наш метод был элегантным». В случае массового производства, когда работали бы тысячи гигантских изотронов, выход продукции был бы значительно больше. Фейнман выполнил детальный расчет проекта строительства масштабного производства с использованием изотронов, работающих по каскадной схеме, когда на каждой стадии возрастает степень очистки вещества. Он учел все, вплоть до оседания частичек урана на стенках прибора и на одежде рабочих. Он рассматривал варианты производительности комплексов из нескольких тысяч машин. И все же такой масштаб производства оказался весьма скромным в сравнении с тем, что произойдет позднее.

В наследство от принстонского проекта Фейнману досталась дружба с Олумом. Дружба, как и многие последующие, интеллектуально насыщенная и эмоционально неравная. Встречи с Фейнманом оставили след в памяти многих молодых физиков и математиков, как яркий свет, впервые озаривший жизнь. Они по-разному приспосабливались к его манере общения. Кто-то признавал его интеллектуальное превосходство и принимал его случайные шутки в обмен на удивительное удовольствие, которое приносила похвала. Кто-то лучше начинал понимать самого себя и уходил из физики. Сам Олум в конце концов вернулся в математику, где чувствовал себя более уверенно. Он работал с Фейнманом во время войны, а потом они отдалились друг от друга. В течение следующих сорока лет они встретятся всего несколько раз. Пол часто будет вспоминать своего старого друга. Когда Ричард умер, Олум был ректором Орегонского университета. Олум понял, что молодой гений, с которым они встретились в Принстоне, сыграл огромную роль в его жизни, и отрицать это бессмысленно. «Моя жена умерла три года назад, — сказал Олум, — тоже от рака».

«…Я часто вспоминаю ее. Признаюсь, у меня есть книги Дика и другие вещи. У меня есть все его лекции и работы. И его фотографии. Статьи из Science о расследовании катастрофы “Челленджера”. Даже последние его книги. У меня сердце сжимается каждый раз, когда я смотрю на них. Как может такой человек, как Дик Фейнман, умереть! Такой великий и замечательный ум.

У него было невероятное восприятие всего и способность видеть во всем только суть и ничего более. Это тяжелая утрата, но от нее никуда не деться. Многие, кого я знал, умерли. Мои родители и мой младший брат… Но такое чувство я испытываю только по отношению к двум людям: своей жене и Дику.

Полагаю, хотя это и не было похоже на детство, мы ведь были студентами, но я чувствовал к нему нечто большее… Не знаю, было это чувство романтичным или что-то в этом роде. И мне невероятно тяжело осознавать, что его больше нет. Он был удивительным, самым необыкновенным человеком во всей Вселенной».

Начатое доведено до конца

Отсутствовал в принстонской группе только Джон Уилер. Он уже отбыл в Чикаго, где в металлургической лаборатории (той загадочной металлургической лаборатории, в которой не работал ни один металлург) Энрико Ферми со своей командой приступили к созданию первого ядерного реактора. Они собирались использовать уран более низкого качества, чем требовалось для бомбы, чтобы реакция расщепления была медленной. Весной 1942 года в Чикаго легче всего было получить представление о том, что принесет будущее. Уилер знал, насколько глубоко его бывший студент погрузился в проблему разделения изотопов. В марте он отправил Фейнману сообщение. Пришло время заканчивать работу над диссертацией, сколько бы вопросов в ней ни оставалось открытыми. Вигнер, который также все больше и больше включался в работу чикагской команды, согласился, что Фейнман уже достоин того, чтобы получить степень.

Фейнман понял предупреждение. Он взял отпуск, прервав ненадолго работу над проектом по созданию изотрона. Но все равно не мог нормально писать, особенно находясь под таким давлением. Позже он будет вспоминать, как провел первый день отпуска, когда, лежа на траве и чувствуя себя виноватым, глядел на небо. Наконец, исписав авторучкой своим небрежным почерком целую кипу бумаги — а бумага тогда была дорогой, — Ричард начал писать на бланках Lawrencian — газеты средней школы Лоуренса (главный редактор Арлин Гринбаум), бланках заказов фирмы G. B. Raymond & Company, фирмы с Лонг-Айленда, занимающейся канализационными трубами, дымоходами и прочим, а также бланках фирмы Glendalec. Теперь он полностью усвоил революционную позицию Уилера, позицию, которая объявила разрыв с прошлым. Когда квантовую механику Макса Планка применили к решению проблемы света и электромагнитных полей, то, как написал Ричард, «возникали серьезные трудности, которые не удалось успешно преодолеть». И в случаях применения ее к другим видам взаимодействия с недавно открытыми частицами, как отмечал Ричард, приходилось сталкиваться с аналогичными нестыковками. «Теория мезонного поля построена по аналогии с теорией электромагнитного поля. Но все аналогии, к сожалению, слишком идеальны, а бесконечные ответы слишком расплывчаты и сбивают с толку». Поэтому Фейнман отказался от поля, по крайней мере, от устаревшей идеи поля как свободной среды, в которой распространяются волны. Поле — «производное понятие, — писал он. — Поле полностью определяется частицами». Поле — это исключительно “математическая конструкция”». Так же радикально высказывался он и о волновой функции Шрёдингера, как об устаревшем способе описания полного состояния квантово-механической системы в определенный момент времени. В конце концов, она бесполезна, если при взаимодействии частиц имело место отставание во времени. «Мы можем предположить в таком случае, что волновая функция — просто математическая конструкция, полезная лишь при определенных условиях, нет, определенных конкретных условиях… но в целом она неприменима».

Фейнман приложил все усилия, чтобы результаты, полученные в сотрудничестве с Уилером, остались в стороне. Он хотел, чтобы в диссертации были только его собственные мысли. Возможно, к тому времени он уже понимал, что сама по себе теория поглощения тупиковая. Он полностью сосредоточился на концепции принципа наименьшего действия. Соавторство Уилер — Фейнман было лишь отправной точкой, писал Ричард. Оказалось так, что основной объем диссертации занимали «иллюстративные примеры». Но Фейнман заявил, что его метод наименьшего действия «существует независимо от их общей теории и вполне самодостаточен».

Первая часть диссертации выглядела обманчиво традиционно. В ней рассматривались некоторые классические уравнения, используемые для описания механических систем, таких как пружины, соединенные сторонним осциллятором. Затем этот промежуточный осциллятор исчезал. Решающий довод математической находчивости позволял исключить его. Далее шли краткие расчеты, очень похожие на те, что использовались в методе Лагранжа. Вскоре еще одно обоснование, и предмет исследований переходил в область квантовой механики. Классическая механическая структура, представленная в первой части, преобразовывалась в нечто довольно современное. На месте двух механических систем, соединенных осциллятором, оказались две частицы, взаимодействие между которыми осуществлялось через промежуточное осциллирующее поле. Поле тоже устранили. Новая квантовая электродинамика рождалась с чистого листа.

Фейнман прямо говорил о недоработках своей теории, приведенной в диссертации. Это была теория, ничем экспериментально не подтвержденная. (Он надеялся найти ей применение в будущем при проведении лабораторных исследований.) Квантовая механика оставалась нерелятивистской: в рабочей версии следовало учитывать искажения ньютоновской физики, возникающее на околосветовых скоростях. Прежде всего Ричарда не устраивал физический смысл его уравнений. Он чувствовал, что им не хватает четкости. Несмотря на то что некоторые научные концепции казались более пугающими и трудными для понимания, чем волновая функция Шрёдингера, физики стали визуализировать волновую функцию хотя бы в виде некоего всплеска вероятности на грани сознания. Фейнман обнаружил, что в его схеме отбрасывается даже этот фрагмент ментальной картины. Измерения создавали проблемы: «В математике мы должны дать описание системы для любого значения времени, но, если в результате измерения мы получим значение какого-либо параметра в интересующем нас вре­мен­ном интервале, этот результат надо каким-то образом учесть в исходных уравнениях». Время было проблемой: этот подход требовал, как сказал Ричард, «рассмотрения состояний системы в моменты времени, далекие от настоящего». Впоследствии это окажется преимуществом, тогда же, как казалось, превращало весь метод в сплошной формализм с неочевидным физическим объяснением. Для Фейнмана не поддающийся наглядному представлению формализм был недопустим. Научных руководителей, Уилера и Вигнера, в содержании его диссертации ничего не беспокоило. В июне Принстон присвоил ему докторскую степень. На церемонию Фейнман надел профессорскую мантию, которая три года назад казалась такой неудобной. Он гордился тем, что родители присутствовали на церемонии. Но в какой-то момент его стал раздражать тот факт, что ему пришлось делить сцену с теми, кого награждали почетными званиями. Всегда прагматичному Фейнману это показалось похожим на вручение «почетной лицензии на работу электриком» тем, кто не справился с работой. Если бы ему вручали подобную премию, он бы отказался.

Учеба закончилась, и устранилось одно из обстоятельств, препятствующих браку. Но лишь одно. Согласно медицинским и квазимедицинским догматам, туберкулез был тяжким испытанием для любящих друг друга людей. Одна из глав монографии доктора Лоуренса Фликса «Туберкулез как излечимое и предотвращаемое заболевание» (Consumption a Curable and Preventable Disease), написанной в 1903 году, называлась «Позволительно ли больному туберкулезом вступать в брак?» Только при условии осознания всех возможных «рисков и трудностей», — предупреждал он. И замечал:

«Отношения между мужем и женой так интимны, что, даже будучи очень осторожными, они могут забыть в определенные моменты об опасности заражения».

И далее:

«Для многих матерей, страдающих туберкулезом, крестильная рубаха ребенка становится собственным саваном».

В Справочнике по туберкулезу для медсестер и работников здравоохранения, выпущенном в 1937 году, утверждалось, что браки с такими больными следует запретить:

«Брак — слишком дорогая и опасная роскошь для тех, кто страдает туберкулезом или недавно перенес болезнь легких… Если больна женщина, она должна не только учитывать риск заразить супруга и ребенка, но и принимать во внимание, что беременность может вызвать осложнения».

Даже в 1952 году в одном авторитетном издании приводилась ссылка на рассказ Сомерсета Моэма «Санаторий», в котором речь шла о молодых влюбленных, пренебрегших установленными правилами.

Они были так молоды и отважны, что их было жаль… Хотелось бы, чтобы писатель переписал рассказ, в котором бы чувствительные мальчик и девочка просто подождали бы всего несколько лет… Я люблю счастливые концы.

В учебниках и намека не было на тот вихрь неудержимых чувств, которые испытывает человек, когда туберкулез препятствует любви. Родителей Ричарда пугал его брак с Арлин. Люсиль Фейнман даже в мыслях не допускала подобную возможность. Ее отношения с сыном обострялись тем больше, чем отчетливее она понимала серьезность его намерений. В конце весны она отправила ему сухое длинное послание, в котором не скрывала своего беспокойства за его здоровье, страха за карьеру, переживаний из-за денег и отвращения к самой возможности сексуальных отношений. Она ничего не утаивала.

«Ты подвергаешь опасности свое здоровье, нет, должна сказать, что в опасности окажется вся твоя жизнь, — писала она. — Вполне естественно, что, если вы поженитесь, ты будешь чаще видеть ее». Она переживала и о том, что подумают другие (оппонент, против аргументов которого Арлин и Ричард научились держать оборону). Туберкулез ставил своего рода клеймо на человека, и оно приклеилось бы и к Ричарду. «Люди боятся туберкулеза. Когда твоя жена находится в санатории для больных туберкулезом, никто не знает, настоящий ли это брак. И я уверена, окружающие сочтут общение с таким мужчиной опасным». Она писала о том, что он недостаточно зарабатывает, что он и так уже доказал свою верность Арлин, что она «должна быть рада положению невесты, а не жены», что такой брак «не доставит ему никакого удовольствия и будет лишь тяжким бременем». Она предупредила, что они с Мелвиллом не будут оказывать им материальную помощь ни при каких обстоятельствах. Она взывала к его патриотическим чувствам, подчеркивая, что больная жена не позволит ему в полной мере служить своей стране. Она напомнила, что его бабушка и дедушка бежали из Европы от расправы и погромов в страну, свободу которой он принял как должное. «Твое решение жениться кажется очень эгоистичным, ты собираешься сделать это, просто чтобы доставить удовольствие одному человеку». Она сомневалась в искренности его намерений жениться на Арлин. Спрашивала, не пытается ли он таким образом просто порадовать ее, «так же как ты порой ел шпинат, чтобы угодить мне». Она говорила, что любит его, и ей больно видеть, как он совершает столь великодушный, но бессмысленный поступок. Она писала: «Я удивилась, узнав, что подобный брак не является незаконным, хотя должен бы быть таковым».

Мелвилл избрал более уравновешенную тактику. Он посоветовал Ричарду получить профессиональную консультацию в Принстоне, и Ричард послушал его. Он обратился к заведующему кафедрой Смиту и университетскому врачу. Смит сказал, что предпочитает держаться подальше от проблем в личной жизни своих сотрудников, и придерживался этой позиции, даже когда Фейнман заявил, что будет в контакте одновременно и с больной туберкулезом женой, и со студентами. Доктор же поинтересовался, осознаёт ли Ричард, насколько опасными могут быть последствия беременности, на что Ричард ответил, что они не собираются заниматься любовью. (Врач заметил, что туберкулез скорее болезнь инфекционная, чем заразная. Фейнман, как обычно, стал спорить с ним. Он подозревал, что подобное различие скорее признак ненаучного медицинского жаргона, и если и существует разница между этими понятиями, то незначительная.)

Ричард сообщил отцу, что они не собираются вступать в брак в следующем году. А через несколько дней, получив докторскую степень и находясь в новом статусе, он написал матери, с гордостью подписав письмо «Ричард Фейнман, доктор наук». Он постарался аргументированно ответить на каждое высказанное ею опасение. Ни Смит, ни университетский врач не видят опасности для его здоровья, написал он. И если брак с Арлин должен стать бременем, то это бремя он всем сердцем желал нести. Однажды, организовав переезд Арлин в санаторий, расположенный неподалеку, он радостно осознал, что напевает вслух, планируя их будущую совместную жизнь. Что касалось долга перед страной, то он готов был отправиться в любое место, куда бы его ни послали. Это все не имело никакого отношения к великодушию, он не чувствовал себя обязанным выполнить обещание, данное много лет назад при других обстоятельствах. Женитьба на Арлин определенно отличалась от того, что он когда-то ел шпинат. Он не любил шпинат. Но ел он его не из-за любви к своей матери. «Ты все неверно поняла, — объяснял он. — Я просто не хотел, чтобы ты злилась на меня».

Фейнман все решил. Он переехал в квартиру на Вашингтон-роад, 44 сразу после выпускного и какое-то время даже не сообщал матери свой адрес, и, наконец, завершил последние приготовления. Как говорила Арлин, «в кратчайшие сроки».

«Словно камень скатился с души. Мое сердце снова переполняют чувства. Я задыхаюсь от эмоций. Любовь так велика и могущественна. Ее, безусловно, стоит хранить. Я знаю, ничто не разлучит нас. Мы выдержали испытание временем, и наша любовь сейчас так же прекрасна, как и в тот день, когда зародилась. Никакие сокровища никогда не делали людей столь великими, а любовь делает это каждый день. Мы не маленькие люди. Мы великаны… Я знаю, перед нами лежит будущее в мире, полном счастья. Сейчас и навсегда».

Его родители оставались напуганными и непоколебимыми. Ричард арендовал микроавтобус в Принстоне, укомплектовал его матрасами для путешествия и забрал Арлин в Сидархерсте. Она шла к нему в белом платье по цементной дорожке, залитой собственноручно ее отцом. Они пересекли бухту Нью-Йорка на пароме до Стейтен-Айленда. Это был их свадебный кортеж. Они расписались в мэрии, и на церемонии не присутствовали ни друзья, ни родственники. В качестве свидетелей из соседнего кабинета пригласили двух незнакомых людей. Опасаясь заразиться, Ричард не поцеловал Арлин в губы. После церемонии он помог ей спуститься с лестницы и повез в ее новый дом — благотворительную больницу в Браунс-Миллс.

Отправить