Американское путешествие с Фрименом Дайсоном

У Фейнмана была привычка исчезать в конце учебного года, оставляя после себя непроверенные работы, тесты с непроставленными оценками и ненаписанные рекомендательные письма. Бумажную работу за него часто доделывал Бете. Тем не менее в июне Фейнман получил гневное послание от декана Ллойда Смита:

«Ваш внезапный отъезд из Итаки причинил существенные неудобства и затруднил работу всего факультета. Вы не проставили оценки за свой курс, и, что особенно важно, не выставили их студентам-выпускникам, которые из-за этого не могут закончить обучение. Меня несколько настораживает столь очевидное безразличие к вашим обязательствам перед университетом…»

В ответ Фейнман выводил оценки — он их всегда округлял и никому не ставил больше 85 баллов — и возвращался к уравнениям.

В июне 1948 года он сел за руль своего подержанного «олдсмобиля» и рванул через всю страну на скорости 100 километров в час. Рядом с ним на пассажирском месте сидел Фримен Дайсон; он любовался летящим мимо пейзажем и периодически молил, чтобы Фейнман сбавил скорость. Фейнману его спутник казался, пожалуй, слишком рафинированным. А Дайсону нравилась роль иностранного наблюдателя за американской жизнью: у него появилась возможность представить себя Токвилем, изучающим Дикий Запад с удобного наблюдательного пункта — шоссе 66. Миссури, река Миссисипи (мутная, красно-коричневая, в точности, как он представлял), Канзас, Оклахома — все эти места показались ему непохожими на Дикий Запад; на самом деле они не слишком отличались от нью-йоркского пригорода, где он жил. Он решил, что современная Америка похожа на викторианскую Англию, особенно в том, что касалось обстановки домов представителей среднего класса и женских нарядов. Дайсон направлялся в город Энн-Арбор в штате Мичиган, где собирался отыскать Швингера: тот читал в летней школе серию лекций, посвященных своей новой теории. Фейнман же ехал в Альбукерке выяснять отношения с женщиной, с которой познакомился в Лос-Аламосе. (Это была Роуз Макшерри, секретарша, с которой он встречался после смерти Арлин. Нынешняя пассия Фейнмана подначивала его, называя Макшерри его кинозвездой. Дайсон же думал, что Ричард собирается жениться на Роуз.)

Вскоре Дайсон понял, что Фейнман едет в Энн-Арбор не коротким путем, но это его скорее обрадовало, так как давало возможность провести с Ричардом больше времени. Фейнман интересовал его, как никто другой. За месяцы, прошедшие после конференции в Поконо, Дайсон много думал и пришел к выводу, что его задача — синтезировать сложные новые теории квантовой электродинамики, все противоборствующие, как ему казалось, концепции (хотя боль­шая часть научного сообщества не считала их таковыми). Он присутствовал при том, как Фейнман в неформальной обстановке объяснял у доски свою теорию, не показывая ход решения уравнения, как это было принято, а записывая лишь ответы. Дайсона это беспокоило, он хотел во всем разобраться.

Они ехали, иногда подбирая попутчиков, но в целом придерживаясь выбранной скорости. Фейнман открылся Дайсону больше, чем кому-либо из друзей, в том числе поделился с ним своими взглядами на будущее, а они были мрачными. Фейнман был убежден, что мир пережил лишь начало ядерной войны. Воспоминание о «Тринити», вызвавшем у него бурю ликования в 1945-м, теперь угнетало его. Его коллега по Корнеллскому университету Филип Моррисон опубликовал рассказ-предупреждение, в котором описывался взрыв атомной бомбы на Двадцатой улице в Восточном Манхэттене. Моррисон своими глазами видел последствия бомбардировки Хиросимы и написал свое произведение в прошедшем времени, отчего то производило особенно гнетущее и яркое впечатление, и теперь, встречаясь с матерью в ресторане в центре Манхэттена, Фейнман не мог не думать о радиусе поражения. Его преследовала мысль, что обычные люди, не отягощенные его злополучным знанием, живут в плену жалких иллюзий, подобно муравьям, которые суетятся, занимаясь прокладыванием тоннелей и строительством, пока их не раздавят огромным ботинком. Вообще-то это был классический симптом безумия — ощущение, что ты один не сумасшедший и видишь все как есть, но Дайсону казалось, что он еще не встречал человека более здраво­мыслящего, чем Фейнман. Это был совсем не тот шут, о котором он рассказывал родителям. Позднее Дайсон написал им: «Когда мы ехали по Кливленду и Сент-Луису, Фейнман мысленно высчитывал расстояние от эпицентра взрыва, радиус смертельного поражения, ущерб от ударной волны и огня… Мне казалось, что я еду с Лотом через Содом и Гоморру».

Подъезжая к Альбукерке, Фейнман задумался об Арлин. Иногда ему казалось, что после ее смерти он живет с постоянным ощущением преходящести всего сущего. Из-за весеннего паводка в оклахомской прерии шоссе перекрыли. Дайсон никогда не видел, чтобы дождь падал сплошной пеленой: это была необузданная природа, дикая, как и сами американцы, которые, кажется, могли высказать все, что было у них на уме. По радио передавали о людях, застрявших в машинах: кто-то утонул, кого-то спасли на лодке. Они свернули с шоссе в городок под названием Винита и остановились в одном из тех отелей, что были хорошо знакомы Фейнману по поездкам на выходные к Арлин: конторка на втором этаже, вывеска «В отеле сменились хозяева, так что если вы пьяны, идите своей дорогой»; вместо двери — шторка, закрывающая вход в комнату на двоих за пятьдесят центов с человека. В ту ночь он рассказал Дайсону об Арлин больше, чем за все время их знакомства. Они оба будут помнить этот разговор до конца жизни.

Говорили они и о своих научных чаяниях. Фейнмана гораздо меньше, чем Дайсона, занимала его по-прежнему сырая теория перенормировки в квантовой электродинамике: в то время он был одержим теорией суммы траекторий. Идеи Фейнмана казались Дайсону грандиозными, всеобъемлющими — и слишком амбициозными. В поисках этого Грааля немало физиков споткнулось о грабли, включая Эйнштейна. Дайсон — больше, чем кто-либо из тех, кто слышал Фейнмана в Поконо и посещал его периодические семинары в Корнелле, больше даже, чем Бете, — начал понимать, как высоко замахнулся Фейнман, хотя и не готов еще был признать, что его друг действительно может «обэйнштейнить» Эйнштейна. Его восхищала дерзость и масштабность мечты Фейнмана, стремящегося объединить сферы физики, которые находились бесконечно далеко друг от друга. На самом крупном уровне, включающем солнечные системы и галактические скопления, царила гравитация. На уровне микромира еще не открытые частицы связывали ядро атома невообразимо мощными силами. Дайсон считал, что было бы достаточно покрыть «среднюю территорию», включающую все, что находилось «между», — повседневную среду, основы химии и биологии. Эта сфера, в которой правила квантовая теория, охватывала явления, которые можно было увидеть и изучить без помощи громадного телескопа или громоздкого ускорителя частиц. Но Фейнману этого было мало.

Для него представлялось крайне важным, чтобы его взгляд на мир стал универсальным. Он должен был описывать все происходящее в природе. Недопустимо, чтобы теория суммы траекторий была верна для одной части природы и неверна для другой. Невообразимо, чтобы она работала для электронов и была неприменима к гравитации. Это должен был быть всеобъемлющий принцип, который объяснял бы всё или не объяснял ничего.

Спустя много лет они вспоминали ту ночь в Вините. Высказывания Дайсона свидетельствовали о том, что он боготворил Фейнмана и это чувство осталось неизменным. Фейнман же, как обычно, травил байки, используя рассказ как возможность подколоть друга. Дайсон писал:

«В этой маленькой комнатушке, под звук дождя, барабанившего по грязным оконным рамам, мы проговорили всю ночь. Дик рассказывал о своей покойной жене, о том, как рад он был ухаживать за ней, облегчая ее последние дни; о том, как они издевались над цензорами в Лос-Аламосе, о ее чувстве юмора и мужестве. Он говорил о смерти просто и фамильярно, как может говорить лишь человек, чей дух столкнулся с худшим, на что способна смерть, но не был сломлен. У Ингмара Бергмана в фильме “Седьмая печать” был Юф, жонглер; он вечно шутил и притворялся дураком, у него были видения и сны, в которые никто не верил, но в конце концов, когда смерть забрала остальных, выжил именно он. Дик очень на него похож».

А вот записки Фейнмана:

«Номер был относительно чистым, там была даже раковина — всё лучше, чем ничего. Мы стали готовиться ко сну.

Дайсон сказал:

— Мне нужно в туалет.

— Туалет в коридоре.

Тут мы услышали женский смех и шаги взад-вперед по коридору; Дайсон занервничал. Ему не хотелось туда идти.

— Ну ладно, — говорю я, — пописай в раковину.

— Но это негигиенично.

— Да нет, нормально — просто включи воду.

— Я не смогу, — отвечает он.

Мы оба устали и ложимся спать. В комнате жарко, мы не накрываемся, а мой друг не может уснуть из-за постороннего шума. Мне же удается немного поспать.

Чуть позже слышу скрип половиц и приоткрываю один глаз. Дайсон крадется в темноте, потихоньку приближаясь к раковине».

И снова Дайсон:

«В ту дождливую ночь в нашей маленькой комнате в Вините мы с Диком не заглядывали на тридцать лет вперед. Я лишь знал, что где-то среди множества его идей есть ключ к теории квантовой электродинамики и он гораздо проще и гораздо ближе к физике, чем запутанные конструкции Джулиана Швингера. А Дик понимал одно — что перед ним стоит гораздо более важная цель, чем “причесать” уравнения Швингера. Так что мы не закончили наш спор, и каждый остался при своем мнении».

Они приехали в Альбукерке. Дайсон впервые увидел обманчиво прозрачный воздух Невады и красную пустыню у подножия заснеженных гор. Фейнман ворвался в город на скорости 110 километров в час, и его тут же арестовали за несколько нарушений правил дорожного движения, последовавших одно за другим.

Мировой судья пообещал не включать выписанный штраф в его личное дело. Тут они расстались: Фейнман направился к Роуз Макшерри (жениться на ней оказалось невозможным, отчасти потому, что она была убежденной католичкой, а он никогда бы не согласился принять католичество), а Дайсон пошел искать автобус, который доставил бы его в Энн-Арбор к Швингеру.

Капитуляция Оппенгеймера

С благословения Бете осенью 1948 года Дайсон перевелся в принстонский Институт перспективных исследований. За год до этого директором института стал Оппенгеймер. Дайсону не терпелось произвести на него впечатление, и не ему одному. «В среду возвращается Оппенгеймер, — писал он родителям. — Атмосфера в институте в эти дни похожа на первую сцену из “Убийства в соборе”: женщины Кентербери в ожидании приезда архиепископа».

Однако он не стал ждать одобрения Оппенгеймера и еще до его приезда отправил в Physical Review рукопись с откровениями, пришедшими к нему в последние дни лета. Он с гордостью сообщил родителям, что напряжение тех дней чуть не убило его. Вдохновение накрыло Дайсона по пути на восток, в Принстон, — он пятьдесят часов ехал на автобусе. (Услышав об этом, Оппенгеймер отреагировал саркастическим сравнением с Ферма, который, по легенде, открыл свою теорему «как гром среди ясного неба»: «На полях не хватило места для доказательств».) Дайсон нашел общее математическое обоснование разрозненных теорий, в существовании которого он был убежден. Он также создал новую терминологию и изменил старую в своих целях. Главным открытием Дайсона стала так называемая матрица рассеяния, или S-матрица, — описание всех вероятностей рассеяния частиц, их путей от изначального состояния до конечной точки. Он продвигал свою теорию как «унифицированную разработку темы», заявляя, что она надежнее, чем фейнмановская, и проще в использовании, чем швингеровская. А его отец сказал, что троица Фейнман — Швингер — Дайсон напоминает ему Афанасьевский символ веры: «Существует Триединство. Отец непостижим, и Сын непостижим, и Святой Дух непостижим; но не существует трех непостижимых, а лишь один».

Дайсон понимал, что спешит с публикацией обзора теорий, еще не обнародованных их создателями, и что создатели эти могут на него обидеться. Он навестил Бете: тот приехал в Нью-Йорк, в Колумбийский университет. Они отправились на долгую прогулку в парк Риверсайд. Солнце садилось над Гудзоном. Бете предупредил его о возможных осложнениях. Дайсон же ответил, что Швингер с Фейнманом сами виноваты, что не опубликовали «хоть сколько-нибудь внятного изложения своих теорий»: он подозревал, что Швингер до сих пор дотошно вычищает каждую мелочь, а Фейнману просто лень возиться с бумажками. Это безответственно. Они тормозят развитие науки. Дайсону казалось, что, сделав их работы достоянием общественности, он окажет человечеству услугу. В конце концов они с Бете пришли к выводу, что Фейнману, скорее всего, будет все равно, однако Швингер действительно может обидеться, а для амбициозного молодого ученого вставать поперек горла Швингеру — не лучшая тактика. «И в результате, — писал Дайсон родителям, — перефразируя Марка Антония, мне пришлось добавить в свою работу несколько явных указаний на то, что “я Швингера не хоронить, а славить / Пришел сюда”. Остается лишь надеяться, что лесть собьет его с толку».

И все же основные положения его работы были ясны. Проведенный им анализ различий и представленные описания вскоре стали общепринятым мнением в физике: он доказал, что Швингер и Томонага использовали один и тот же подход, в то время как подход Фейнмана существенно отличался; что метод Фейнмана оригинален, интуитивен, а метод Швингера — формален и трудоемок.

Дайсон хорошо понимал, что обращается к аудитории, которой нужен инструментарий. Демонстрируя формулу Швингера, в которой коммутаторы разветвлялись, как ветки на дереве, он отмечал, что «их оценка порождает длинный и довольно сложный анализ», и читатели понимали, что он не преувеличивает. Он подчеркивал, что достоинство фейнмановского подхода заключается в простоте применения. Чтобы «записать элементы матрицы» для определенного явления, пояснял он, необходимо взять результаты и заменить их суммами элементов матрицы из другого уравнения; иначе говоря, сгруппировать составные части определенной формулы и осуществить замену. А можно просто начертить график.

Графиком в математике называются соединенные линиями точки. Дайсон продемонстрировал, что для каждой матрицы существует график, как для каждого графика существует матрица. Графики стали способом каталогизировать массивы вероятностей, которым иначе не находилось места. Эта концепция была настолько далека от привычного понимания, что Дайсон предложил читателям начертить графики самостоятельно — в уме. В журнале разместили всего один. Сплошные линии, следующие в определенном направлении, Дайсон назвал линиями электронов, а не имеющие конкретного направления пунктирные линии — линиями фотонов. По словам Дайсона, Фейнман задумал не только учесть все матрицы: его целью была «полная картина физического процесса». Для Фейнмана точки символизировали процесс создания или уничтожения частиц; линии — пути электронов и фотонов не в измеримом реальном пространстве, а во времени, в промежутках между квантовыми событиями.

Оппенгеймер отреагировал на публикацию с прохладцей, граничащей с враждебностью, что очень удручило Дайсона. Такой реакции он совсем не ожидал. Он не привык видеть знаменитого ученого пораженцем, впавшим в апатию, враждебно настроенным к новым идеям и не желающим слушать.

Оппенгеймер только что вернулся из Европы, где выступал с докладом о нынешнем состоянии теории на двух международных конференциях. Он называл ее «теорией Швингера», или «программой Швингера». По его словам, первый скачок в развитии теории был сделан «по большей части благодаря Швингеру», а второй — «полностью его усилиями». «Алгоритмы Фейнмана» он упомянул мимоходом и пренебрежительно, словно некий казус.

Дайсон решил, что за скромность наград не дают, и по внутренней почте отправил Оппенгеймеру письмо, в котором содержался агрессивный манифест (это случилось в первые недели после его перевода в Принстон). В письме он заявлял, что Оппенгеймер не отдает себе отчет ни в важности и масштабе применения новой квантовой электродинамики, ни в том, насколько согласованной может быть эта теория. Он не стеснялся в выражениях.

«От мистера Ф. Д. Дайсона

Уважаемый доктор Оппенгеймер!

Я совершенно не согласен с точкой зрения, высказанной вами в отчете для Сольвеевского конгресса (не согласен не столько с тем, что вы сказали, сколько с тем, что не сказали)…

1.-…Я убежден, что теорию Фейнмана гораздо проще понять, применить и преподавать.

2.-Поэтому я убежден, что в правильной теории, даже если она будет радикально отличаться от наших нынешних представлений, будет гораздо больше от Фейнмана, чем от Гейзенберга и Паули.

<…>

5.-У меня есть все причины полагать, что метод Фейнмана применим как к электродинамике, так и к теории мезонов…

6.-Вне зависимости от того, какая из высказываемых ныне теорий окажется истинной, очевидно, что в нашем распоряжении теперь есть теория ядерных полей, которую можно развить до предела, когда ее результаты будут сравнимы с экспериментальными, и за эту задачу следует взяться со всем энтузиазмом».

Непосредственного энтузиазма не последовало, но Оппенгеймер все же организовал несколько форумов, дав Дайсону возможность изложить свои идеи. Его выступления стали событием в мире физики. Из Нью-Йорка приехал Бете, чтобы послушать его и морально поддержать. Присутствие Оппенгеймера на семинарах действовало Дайсону на нервы; тот постоянно прерывал его, критиковал, придирался, использовал любой шанс указать на ошибку. Дайсону казалось, что профессор страдает от неконтролируемого невроза: он курил одну сигарету за другой и все время ерзал в кресле. Фейнман следил за успехами Дайсона издалека, не отрываясь от своей работы. Однажды Дайсон навестил его в Корнелле в выходные и изумленно наблюдал, как тот за каких-то пару часов решил два фундаментальных уравнения. Потом Фейнман впопыхах написал ему письмо: «Дорогой Фримен, надеюсь, ты не раззвонил всем, как быстро я сумел подсчитать рассеяние света, измерив потенциалы, потому что вчера, взглянув на свои расчеты, я обнаружил, что эффект равен нулю. Уверен, какой-нибудь сообразительный парень вроде Оппенгеймера сразу заметил бы мою ошибку».

В конце концов Бете сумел переубедить Оппенгеймера. Он открыто заступился за теорию Фейнмана и поддержал Дайсона перед аудиторией, заявив, что тому определенно есть что сказать. Он отвел Оппенгеймера в сторону на частный разговор, и после этого ситуация изменилась. К январю стало ясно, что Дайсон победил. На собрании Американского физического общества он чувствовал себя почти таким же героем, как Швингер год назад. Сидя в зале рядом с Фейнманом, он слушал восторженную речь лектора о «прекрасной теории Фейнмана — Дайсона». Фейнман провозгласил: «Что ж, док, теперь ты в деле». А ведь у Дайсона даже не было докторской степени. Воодушевленный, он отправился в турне с лекциями и сказал родителям, что теперь его официально считают птицей высокого полета. Но лучшей и самой запомнившейся наградой за труды для него стала записка, обнаруженная им в почтовом ящике в конце осени. В ней говорилось: «Nolo contendere. Р. О.»

Графики Дайсона, диаграммы Фейнмана

Фейнман полностью осознал мощь своей мыслительной машины в январе, на том же собрании Американского физического общества. Поводом стала история со Слотником и теоремой Кейза. Физик Мюррей Слотник представил свою работу по динамике мезонов, и Оппенгеймер разнес ее в пух и прах. Новый вид частиц и новый вид полей: применимы ли к ним недавно разработанные методы перенормировки? Сейчас внимание физиков было направлено внутрь ядра, на высокоэнергетичные частицы, формирующие силы внутри ядра атома, и теории мезонов переживали подъем. Их содержание напоминало квантовую электродинамику — как-никак, «флора» и «фауна» были одними и теми же, — но имелось одно существенное различие: «двойником» фотона был мезон, а мезон обладал массой. Фейнман не владел ни языком, ни специфическими методами этой быстро развивающейся области физики. Данные, полученные в ходе экспериментов, свидетельствовали о рассеянии электронов нейтронами. Многие гипотезы, казавшиеся правдо­подобными, столкнулись с вечной проблемой физиков — бесконечностями. Слотник исследовал два вида теорий — с псевдоскалярной связью и псевдо­векторной связью. В первом случае ответ был конечным; во втором получалась бесконечность.

И Слотник решил доложить о своей работе. По окончании его доклада Оппенгеймер спросил: «А как же теорема Кейза?»

Слотник впервые слышал про теорему Кейза, и неудивительно — ведь Кеннет Кейз, сотрудник докторантуры, работавший в институте Оппенгеймера, еще не опубликовал ее. Но оказалось, что согласно этой теореме результат должен быть одинаковым как для псевдоскалярной, так и для псевдо­векторной связи. Выступление Кейза было намечено на следующий день. Слотнику нечего было ответить.

Фейнман не изучал теорию мезонов. Получив ее краткое объяснение, он вернулся в номер и взялся за расчеты. И тоже получил два разных результата. На следующее утро он поймал Слотника и попросил его проверить свои вычисления. Тот пришел в недоумение. У него ушло полгода напряженной работы на эти расчеты; о чем речь? Фейнман достал листок бумаги с написанной формулой.

— А что значит Q? — спросил Слотник.

— Передача импульса, — ответил Фейнман. — Свойство, изменяющееся в зависимости от степени смещения электрона.

Такой ответ стал еще одним потрясением для Слотника: за полгода работы он так и не осмелился подступиться к этому усложнению. Ему казался трудно решаемым даже пример с электроном без смещения.

Да это неважно, отмахнулся Фейнман. Он установил величину Q, равную нулю, упростил свое уравнение и снова убедился, что расчеты, сделанные им вчера вечером, совпадают с результатами Слотника. Он пытался сдержать ликование, но горел от возбуждения. Всего за пару часов он создал более совершенную версию расчетов, ради которых другой физик поставил на карту всю свою карьеру! Теперь Фейнман точно знал: надо публиковаться. Пока другие орудовали палками и дубинками, у него одного в руках оказался арбалет.

Он пошел на лекцию Кейза, в конце которой вскочил и задал заранее приготовленный вопрос: «А как же расчеты Слотника?»

Тем временем Швингер обнаружил, что больше не является центром внимания. Работа Дайсона содержала выпад в его сторону — того самого Дайсона, который прошлым летом казался таким воодушевленным учеником! А теперь еще этот странный внезапный триумф Дайсона и Фейнмана. Позднее Швингер высказался об этом со своим неподражаемым завуалированным сарказмом: «Манерой провозглашать свои теории эти двое напоминали апостолов, вознамерившихся познакомить простой люд с еврейским богом посредством древнегреческой логики».

Но Фейнман представил свою логику в своей манере. Они с Дайсоном вместе выступили на третьей и последней мини-конференции физиков, на этот раз организованной в Олдстоуне-на-Гудзоне. Это была завершающая часть триптиха, начатого два года назад конференцией на Шелтер-Айленде. Фейнман к тому времени приступил к публикации своего обширного научного материала: он написал более ста тысяч слов, а выход работ в свет растянулся на три года. Эти труды ознаменовали начало новой эпохи для следующего поколения физиков. После материала по интегралам по траекториям в Physical Review последовали «Релятивистский предел в классической электродинамике» (A Relativistic Cut-Off for Classical Electrodynamics), «Релятивистский предел в квантовой электродинамике» (Relativistic Cut-Off for Quantum Electrodynamics), «Теория позитронов» (The Theory of Positrons), «Пространственно-временной подход в квантовой электродинамике» (Space-Time Approach to Quantum Electrodynamics), «Математическая формулировка квантовой теории электромагнитного взаимодействия» (Mathematical Formulation of the Quantum Theory of Electromagnetic Interaction) и «Применение операторной алгебры в квантовой электродинамике» (An Operator Calculus Having Applications in Quantum Electrodynamics). Молодые теоретики, прочитавшие эти публикации от корки до корки, поняли, что Дайсон обрисовал виде­ние Фейнмана лишь в общих чертах. Их вдохновляло воображение Фейнмана, создававшего точные образы, начиная с незабываемой метафоры бомбардировщика в работе о позитронах, и его настойчивость в использовании самых простых формулировок для физических принципов.

«Остаточная масса частиц — это не что иное, как результат работы по преодолению взаимного притяжения, возникающего после их создания…

Каким представляется этот путь тому, чье будущее постепенно становится прошлым, так как настоящее находится в постоянном движении? Сначала он увидит…»

Читая эти работы, начинающие физики невольно задумывались о том, что такое пространство, время, энергия. Благодаря Фейнману физика оправдывала ожидания своих почитателей: она представала самой фундаментальной из дисциплин и давала возможность изучающим ее разобраться в основополагающих вопросах мироздания. А главное, молодым исследователям пришлись по душе диаграммы Фейнмана.

Фейнман сказал Дайсону (слегка заносчиво), что не потрудился прочесть его работы. «Мы с Фейнманом прекрасно понимаем друг друга, — в приподнятом настроении писал Дайсон родителям. — Я знаю, что он единственный человек на Земле, который не почерпнет из написанного мной ничего нового для себя, и он открыто сообщил мне об этом». Однако студенты Фейнмана порой замечали, что в его упоминаниях о Дайсоне как будто бы сквозила злость. Например, все вокруг твердили о графиках Дайсона. Фейнмана это раздражало. «Почему графики?» — спросил он Дайсона. С чего это он вдруг вообразил себя математиком, зачем так рисоваться?

Впоследствии выяснилось, что Дайсон был не единственным, кто опередил Фейнмана с его пространственно-вре­мен­ным методом. В учебнике немецкого физика Грегора Вентцеля 1943 года содержалось параллельное описание обмена частиц при бета-распаде. Ученик Вентцеля, швейцарец Эрнст Штюкельберг, разработал метод диаграмм, включавший даже концепцию позитронов, движущихся назад во времени; часть своих находок он опубликовал на французском языке, часть осталась неопубликованной. (Надо сказать, на Вентцеля они не произвели никакого впечатления.) Но в этих диаграммах проскальзывали лишь зачатки метода визуализации, который полностью был реализован Фейнманом. Его собственная, полная версия — «Фундаментальное взаимодействие» (The fundamental interaction) — в конце концов увидела свет поздней весной 1949 года. Образ двух электронов, которые в ходе взаимодействия обмениваются фотоном, впечатался в подкорку следующему поколению физиков-теоретиков, изучающих поля.

На диаграммах Фейнмана электроны были изображены в виде сплошных линий со стрелочками, а фотоны — волнистыми линиями без стрелочек: направление не указывалось, так как фотон является собственной античастицей. В «Фундаментальном взаимодействии» была представлена интерпретация базового процесса электромагнитного отталкивания, описанного в любом учебнике по физике.

Два отрицательных заряда — электрона — отталкиваются. При взгляде на стандартную картинку с изображенными на ней линиями приложения сил или просто двумя шариками, катящимися в разные стороны, напрашивался вопрос: как одна целостная система ощущает воздействие другой системы, находясь на расстоянии от нее? Можно было бы подумать, что сила передается мгновенно, но в действительности (из диаграмм Фейнмана это становилось ясно автоматически) «переносчик» силы может двигаться лишь со скоростью света. В случае электромагнетизма это и есть свет, принимающий форму «беглых» виртуальных частиц, вспыхивающих и проживающих совсем недолго — ровно столько, сколько нужно, чтобы квантовые теоретики успели написать учебник.

Естественно, в новых публикациях имелись и пространственно-вре­мен­ные диаграммы, на которых время изображалось как одно из направлений. Как правило, линия «прошлого» проходила внизу, «будущего» — наверху, а одним из способов прочтения этой диаграммы был следующий: рисунок накрывали листом бумаги, который постепенно сдвигали снизу вверх, наблюдая за тем, как разворачивается история. Один электрон меняет направление, излучая фотон, другой меняет направление, поглощая фотон. Даже идея о том, что сначала происходит излучение, а потом поглощение, была основана на стереотипном восприятии времени и «встроена» в язык. Фейнман подчеркивал, что его подход свободен от привычного, интуитивного восприятия, а эти события взаимозаменяемы.

Диаграмма Фейнмана «Фундаментальное взаимодействие». Это пространственно-вре­мен­ная диаграмма: течение времени на ней представлено снизу вверх. Если накрыть диаграмму листом бумаги и медленно сдвигать его вверх, мы увидим, как:

• пара электронов — их пути обозначены сплошными прямыми ли­ни­я­ми — сближается;
• при достижении точки, обозначенной цифрой 6, электрон (справа) излучает виртуальную частицу — фотон (обозначен волнистой линией); при этом электрон смещается наружу;
• при достижении точки, обозначенной цифрой 5, фотон поглощается другим электроном, который тоже смещается наружу.

Для его расчета необходимо суммировать амплитуды, соответствующие фейнмановским диаграммам, и сложить вклады всех путей, по которым может развиваться событие. Существующая вероятность материализации и исчезновения виртуальных частиц усложняет этот процесс. Электрон взаимодействует сам с собой — по сути, это и есть проблема самоэнергии, которая так занимала Фейнмана в работе с Уилером. Электрон излучает и поглощает собственный виртуальный фотон.

Таким образом, эта диаграмма показывает обычную (кулоновскую) силу отталкивания двух электронов как силу, переносчиком которой является квант света. Поскольку это виртуальная частица, существующая всего призрачную долю секунды, она может временно нарушать правила, управляющие системой в целом, — к примеру, закон сохранения энергии. Также Фейнман заметил, что нет оснований считать, будто фотон излучается в одном месте, а поглощается в другом: столь же правильным будет заявление, что фотон излучается в точке 5, возвращается назад во времени и поглощается в точке 6 или раньше.

Конечно, диаграмма помогает визуализировать этот процесс, но для физиков это всего лишь метод учета. Каждая диаграмма отображает сложное число — амплитуду, квадрат которой высчитывают, определяя вероятность показанного процесса.

Каждая диаграмма представляет не конкретную траекторию с определенными точками во времени и пространстве, а сумму всех таких траекторий. Были и другие простые диаграммы. Фейнман изобразил самоэнергию электрона — его взаимодействие с самим собой, — показав в виде линии фотон, возвращающийся к тому же электрону, который его выпустил. Помимо этого, он разработал целую систему диаграмм, соответствующих, как подчеркнул Дайсон, допустимым математическим операциям. Вместе с тем диаграммы могли произвольно усложняться, ведь виртуальные частицы возникали и исчезали, подобно сложной рекурсивной цепи сигналов.

Первая Н-образная диаграмма Фейнмана, показывающая взаимодействие электронов, была единственной схемой с одним виртуальным фотоном. Стоило нарисовать все возможные варианты с двумя виртуальными фотонами, как стало ясно, насколько быстро росло число комбинаций. Каждая из них вносила вклад в финальные вычисления, и расчеты для более сложных диаграмм становились все более трудоемкими. И хотя по мере возрастания степени сложности уменьшалась степень вероятности, а следовательно, и воздействие на результат, физиков ждали мучительные вычисления и целые страницы графиков, напоминающих сеть спутанных узлов. Но усилия того стоили: ведь, применив вместо диаграмм алгебраический подход Швингера, они потратили бы на вычисления целую жизнь.

Диаграммы Фейнмана изображали частицы и были порождением ума, визуализировавшего частицы. Но в теории, к которой они были при­вязаны, — теории квантового поля — центральное место отводилось все-таки полю. В каком-то смысле обозначенные на диаграммах пути, чью сумму высчитывали интегралы Фейнмана, были путями самого поля. Фейнман читал Physical Review гораздо внимательнее, чем прежде, выискивая цитаты из своих работ. Некоторое время на страницах альманаха царил один Швингер; развороты представляли собой скопище иероглифов, а в конце приводилась аккуратная формулировка, которая у Фейнмана (так ему казалось) была бы дана в самом начале. Он не сомневался, что засилье Швингера не продлится долго. И оказался прав. Вскоре на смену швингеровской математике пришли фейнмановский подход и фейнмановские правила. Летом 1950-го в журнале появилось исследование, на первой же странице которого красовались миниатюрные «фейнмановские диаграммы», а в самой работе «использовался упрощенный подход, внедренный Фейнманом». Через месяц появилась еще одна статья. «Этой техникой мы обязаны Фейнману… — говорилось в ней. — Расчет элементов матрицы можно существенно упростить, пользуясь методами Фейнмана — Дайсона». Старшему поколению диаграммы казались неоправданно простыми; студенты же хотели пользоваться только ими, и это раздражало их наставников, которым казалось, что физики размахивают мечом, не отдавая себе отчет в его мощи. Когда все больше авторов научных трудов начали цитировать Фейнмана, Швингер, по его собственным словам, признал свое поражение. «Подобно кремниевой микросхеме последних лет, диаграмма Фейнмана широко распространила вычисления в массах», — говорил он. Позднее это высказывание стали считать похвалой Фейнману, пропустив мимо ушей швингеровский намек на «простонародный» характер диаграмм. Между тем Швингер и не думал хвалить коллегу. Он считал его диаграммы «педагогикой, а не физикой».

Безусловно, опыт можно анализировать, поделив его на индивидуальные топологические составляющие. Но рано или поздно картину придется свести воедино. Именно тогда дробный подход потеряет долю своей привлека­тель­ности.

Студенты Швингера в Гарварде оказались (по мнению их коллег из других институтов) в невыгодном положении. Впрочем, были подозрения, что тайком они все равно пользовались фейнмановскими диаграммами. И некоторые действительно пользовались. (Но Швингера тем не менее боготворили: его привычку вставать после полудня, его «кадиллак», безупречные лекции, подобные театральным постановкам. Они подражали его манере речи: «По сути, можно расценивать это как…» — и пытались соорудить идеальную «швингеровскую» фразу. Один из аспирантов Джереми Бернштейн предложил такой шаблон: «Хотя номинально единица не равняется нулю, по сути, можно расценивать это как…» Студентов также пугала способность Швингера бесшумно возникать рядом с их столом за обедом; в целях конспирации группа его аспирантов придумала код, в котором «Швингер» означало «Фейнман», а «Фейнман» — «Швингер».)

Позднее Мюррей Гелл-Манн прожил целый семестр в доме Швингера в Кембридже и любил вспоминать, что повсюду искал фейнмановские диаграммы. Ему не удалось найти ни одной, но одна из комнат всегда была заперта…

Вперед, в чудесную страну

Прошло четыре года, как Фейнман приехал в Корнелл, и Бете все больше беспокоился за него. Постоянно случались неприятные истории, связанные с женщинами: сперва Фейнман не давал им проходу, а потом бросал или пытался бросить, все меньше скрывая свои фрустрации от публики. Даже аспирантам казалось, что он меньше, чем кто-либо, похож на профессора: чаще всего его можно было увидеть отбивающим ритм на скамейке в общежитии или лежащим под машиной в масле. Он так и не нашел себе постоянного жилья. Один год прожил за счет института в студенческом общежитии. Часто ночевал или жил неделями у женатых друзей, пока те не заставали его со своими женами. Корнелл казался ему временами слишком большим, а временами слишком тесным — изолированный городок, где наука за пределами физического факультета почти никого не интересовала. К тому же пьедестал великого физика в Корнелле был навсегда закреплен за Хансом Бете.

Старый знакомый Фейнмана по Лос-Аламосу Роберт Бахер, отработав в новой Комиссии по атомной энергии, переезжал в Калифорнию, где ему поручили усовершенствовать устаревшую программу по физике Калифорнийского технологического университета. Во время летних каникул, плавая в озере на севере Мичигана, он вдруг подумал о Фейнмане, выскочил на берег и нашел его телефон. Спустя несколько дней тот уже был на месте.

Фейнман согласился приехать в Пасадену, хотя подумывал перебраться в места более далекие, теплые и экзотические. В частности, в Южную Америку. Он даже начал учить испанский. Рейсы авиакомпании Pan American открыли южноамериканский континент для американских туристов: из Нью-Йорка в Рио-де-Жанейро можно было долететь за тридцать четыре часа примерно по цене двухнедельного океанского круиза, а популярные журналы пестрели заманчивыми картинками: пальмы и плантации, жаркие пляжи и яркие ночи. В рассказах путешественников неизменно фигурировали Кармен Миранда и гроздья бананов. Но помимо всего этого было кое-что еще — страх апокалипсиса, давно преследовавший Фейнмана и только сейчас охвативший все общество. В сентябре 1949 года Советский Союз произвел испытания своей первой атомной бомбы, и страх ядерной войны проник в национальное сознание, породив на волне паники движение гражданской обороны. Одним из проявлений этого страха стала эмиграция в Южную Америку. Очередная подруга Фейнмана на полном серьезе сказала ему, что «там безопаснее». А Джон Уилер в попытке привлечь Фейнмана к работе над термоядерной бомбой заявил, что, по его оценкам, «существует сорокапроцентная вероятность начала войны в сентябре».

Когда в Принстон наведался бразильский физик Хайме Тиомно и услышал, как Фейнман учит испанский, то предложил ему переключиться на португальский и пригласил посетить новый Бразильский центр физических исследований в Рио летом 1949-го. Фейнман согласился, оформил паспорт и впервые покинул континентальную часть США. Он пробыл в Рио несколько недель, успев за это время выучить португальский достаточно хорошо, чтобы обучать физиков и клеить бразильянок на их родном языке. (К концу лета он убедил одну из них, Клотильду из Копакабаны, которая называла его Рикардиньо на сладкозвучном португальском, переехать к нему в Итаку. Впрочем, роман продлился недолго.) А в конце следующей зимы, поддавшись минутному порыву, попросил центр нанять его на постоянную работу. Одновременно он вел серьезные переговоры с Бахером. Ему надоело стоять на коленях в холодной слякоти, надевая цепи на шины, да и Калифорнийский технологический казался более заманчивой перспективой. Он напоминал ему другой технологический, Массачусетский — истинный рай для технарей. Четыре года, проведенные в гуманитарном университете, не пробудили в Фейнмане теплых чувств по отношению к нему. В письме Бахеру он признавался, что устал от «всех минусов жизни в маленьком городке, от плохой погоды», и добавлял: «Здесь преподается больше гуманитарных предметов и расширена база теоретических знаний, но все это сводится на нет апатичностью людей, изучающих эти предметы, и Колледжем домашнего хозяйства». Он предупредил Бахера об одной из своих слабостей: ему не нравилось работать с аспирантами. В Корнелле «бедняге Бете» не раз приходилось его покрывать.

«Я не хочу предлагать задачу и метод ее решения, а потом чувствовать свою ответственность за то, что студент не может справиться с этой задачей к тому времени, как его жена родит ребенка — и, следовательно, не может получить работу. В итоге мне приходится предлагать студентам методы, которые точно сработают; а единственный способ выяснить эффективность метода — опробовать его самостоятельно. Так что для меня старая поговорка о том, что “дипломная работа — это исследование, сделанное профессором в особо затрудненных обстоятельствах”, верна как никогда».

Ему полагался год академического отпуска. И он планировал сбежать — куда угодно.

Пройдут годы, и один прилежный студент, изучавший теорию поля в институте Нильса Бора в Копенгагене, напишет басню о Стране квантовых полей. «Давным-давно (никак не вчера) жили очень юный крот и очень юный ворон. Услышав о чудесном крае под названием Страна квантовых полей, они решили отправиться туда. Но прежде чем пуститься в путь, пошли к старому филину и спросили: какая она, Страна квантовых полей?

Ответ филина привел их в замешательство. В Стране квантовых полей, сказал он, все ходят одновременно вверх головой и вверх ногами. Там физикам нужно нечто большее, чем идеи и методы: им нужна своя версия истории, нарративные рамки, служащие для упорядочивания уже имеющихся знаний. Поэтому физики создали легенду о спонтанных поисках и открытиях; систему мифов на основе слухов и предположений. Они обнаружили, что в этом краю сложно объяснить чистую концепцию, не окружив ее сперва хотя бы фрагмен­тами нарратива: кому принадлежит теория; какую задачу необходимо решить; какой путь ведет от незнания к знанию.

Некоторые физики пришли к выводу, что существует «физическая история» — необходимая и удобная вещь, зачастую отличающаяся от истории реальной.

Сказка о Стране квантовых полей, где Швингер был кротом, Фейнман — вороном, Бор — филином, а Дайсон — лисом, стала сатирической демонстрацией принципа, с которым физики свыклись так же быстро, как с интегралами по траекториям и фейнмановскими диаграммами: если ты знаешь, где находишься, это вовсе не значит, что тебе известна конечная точка твоего пути. И наоборот: если ты знаешь, куда направляешься, это вовсе не значит, что ты знаешь, где находишься…

Крот и ворон все же решили увидеть Страну квантовых полей своими глазами. И отправились туда.

Прошло несколько лет. Первым вернулся крот. Он рассказал, что в Стране квантовых полей много тоннелей. Нужно найти вход и идти по лабиринту с разветвляющимися и вновь сходящимися коридорами, пока не найдешь выход и не сможешь выбраться на поверхность. Всем показалось, что Страна квантовых полей — такое место, которое может понравиться только кроту. Поэтому никто не захотел о ней больше слышать.

Но прошло некоторое время, и вернулся ворон. Он хлопал крыльями и взволнованно каркал. Страна квантовых полей — это что-то потрясающее, рассказывал он. Там самые прекрасные виды, высокие горы, опасные переходы и глубокие долины, которые изрыты маленькими кротами, копающими свои подземные ходы. Казалось, ворон надышался веселящего газа, и многие услышавшие его недоверчиво качали головами. Лягушки квакали: “Где строгие расчеты?” Но ворон заражал всех своим энтузиазмом.

Самым удивительным было то, что крот и ворон представили два совершенно разных описания Страны квантовых полей. Кое-кто даже засомневался, что они действительно добрались до этого мифического края. Один лишь лис, по природе своей очень любопытное существо, бегал от крота к ворону и беспрестанно расспрашивал их, пока не удостоверился, что понял обоих. И теперь в Стране квантовых полей может побывать любой. Даже улитка».

Отправить