Мигуэль Сабадел - Наука. Величайшие теории: выпуск 6: Когда фотон встречает электрон. Фейнман. Квантовая электродинамика
В 1938 году немецкий физик Ханс Бете открыл механизм термоядерных реакций, объясняющий, как звезды производят свою энергию.
Определение Бете
Вернувшись в Корнелл, Бете принялся за проблему и решил ее так быстро, что Гамов подумал: уж не получил ли физик ответ еще до того, как поезд, в котором он возвращался, достиг нужной станции? Бете отправил свою статью по данному вопросу в журнал Physical Review, но один из его студентов сказал ему, что Академия наук Нью-Йорка назначила премию в 500 долларов за лучшую новую работу об энергетических процессах в звездах. Тогда Бете попросил журнал вернуть ему статью обратно, отправил ее на конкурс и, естественно, выиграл его. Кстати, у физика были веские причины участвовать в нем: его мать все еще находилась в Германии, и хотя нацисты разрешили ей выехать, они требовали 250 долларов за разрешение вывезти ее мебель. Поэтому Бете пустил половину своего вознаграждения от конкурса на эту цель. В 1967 году эта статья принесла ему Нобелевскую премию.
А тем временем Арлин решила лечь в клинику, расположенную в Альбукерке, в 160 километрах от Лос-Аламоса. Ричард приезжал навещать ее каждые две недели. Два года, прошедшие в этом регионе, много для него значили, так как именно здесь жизнь дала ему шанс, которым, пусть и неосознанно, он не преминул воспользоваться:
«Однажды случилось так, что Хансу Бете не с кем было поговорить. По этой причине он заговорил с самонадеянным и дерзким мальчишкой, которому была выделена небольшая комната для работы: он стоял в ней и размышлял вслух, излагая свою идею. «Вовсе нет! — говорю я ему. — Это не так. Произойдет это, это и это». А он мне отвечает: «Один момент»,— и начинает объяснять, почему то, что говорит он, не является вздором, а то, что говорю я, таковым является. И это продолжалось достаточно долго».
Такая же сцена имела место и во время первого семинара Фейнмана. Когда он начинал размышлять о физике, то полностью забывал, с кем разговаривает:
«В действительности именно по этой причине я оказался руководителем группы из четырех человек, подчиняясь непосредственно Бете».
Встреча с Бете — это лучшее, что могло случиться с Фейнманом. Уилер дал его крыльям раскрыться, используя свой энтузиазм и творческий подход, но теперь молодой человек нуждался в сдержанности и скрупулезности Бете. Их манера изучения физики отражала сущность их очень разных характеров. Бете начинал свои расчеты с самого начала и доводил их до конца, шаг за шагом, чего бы это ему ни стоило. Фейнман мог начать с середины или даже с конца, чтобы идти с одной стороны, затем с другой, перепрыгивая через промежуточные результаты... В здании теоретического отдела в Лос-Аламосе иногда слышали, как Фейнман начинал кричать в коридоре: «Нет, нет, нет. Это нонсенс!» Поднимая голову, его коллеги улыбались, и один из них говорил: «И понеслось, линкор против москита!» Они дали прозвище «линкор» Бете за его манеру решать задачи, двигаясь на полной скорости прямо вперед, к искомому. Фейнман же стал «москитом» по аналогии с прозвищем торпедных катеров, используемых флотом Соединенных Штатов Америки для атак на корабли больших размеров.
Чтобы начать блистать, Фейнману нужен был наставник уровня Бете. Самый главный урок, который последний дал ему, заключался в требовании, чтобы любой теоретический расчет содержал какие-то числа и величины, которые можно было бы сравнить с экспериментальными результатами. Этим принципом Фейнман будет руководствоваться до конца своей деятельности.
В итоге два года неистовой работы принесли огромные результаты. В письме 2 марта 1945 года Ричард рассказывал Арлин, как он лег спать в пять часов утра, а в девять часов тридцать минут был уже на ногах и прекрасно выспавшимся. Достижения Фейнмана были многочисленны и разнообразны: прежде всего, он разработал метод решения дифференциальных уравнений третьего порядка. Затем, вместе с Бете, он вывел формулу для оценки эффективности ядерного оружия. Он также работал над проблемой распространения быстрых нейтронов, вызывающих деление урана-235. Наконец, в течение последних месяцев перед первым испытанием ему поручили заниматься расчетами для сборки бомбы из плутония: если испытание «Тринити» было успешным, то во многом благодаря Фейнману, который руководил командой, занимавшейся окончательными расчетами при помощи электромеханических вычислительных машин, предоставленных IBM.
Если кто-то показывал ему физический парадокс, карточный фокус или что-то иное, он не спал до тех пор, пока не находил этому решение.
Комментарий Теда Уэлтона, друга Фейнмана, который тоже работал в Лос-Аламосе
Все в Лос-Аламосе были впечатлены способностями этого молодого физика. А тем временем, в 160 километрах отсюда, состояние Арлин ухудшалось.
Конференция в Лос-Аламосе в рамках проекта «Манхэттен». Первый ряд: Энрико Ферми (второй справа). Второй ряд: Роберт Оппенгеймер (третий справа) и, слева от него, Ричард Фейнман.
Роберт Оппенгеймер (его левая нога опирается на груду обломков) и генерал Лесли Гровс(справа от него) на нулевой отметке после испытания «Тринити».
Ричард пишет ей, чтобы извиниться, 6 июня 1945 года. Каждая строчка его письма свидетельствует о мучительном чувстве вины.
«Моя дорогая жена,
Я всегда слишком медлительный. Из-за меня ты часто чувствуешь себя несчастной, потому что я трачу слишком много времени на поиски ответов. Теперь я тебя понимаю. И я сделаю тебя счастливой... Наконец, я осознал, как ты страдала... Этот ужасный период в прошлом, ты поправишься. Пусть ты и не веришь, но я в этом точно убежден... Я сожалею, что бросил тебя, что не стал опорой, в которой ты так нуждалась. Отныне я тот мужчина, на которого ты можешь рассчитывать и которому ты можешь верить. Распоряжайся мной как хочешь. Я твой муж. Я люблю женщину с большой буквы, терпеливую женщину. Прости меня. Я твой муж. Я люблю тебя».
Это было последнее письмо, которое Арлин получила от своего мужа. Она умерла 16 июня в 21.20. На следующий день Фейнман был занят организацией похорон и вернулся в Лос-Аламос поздно ночью. В его комнате что-то праздновали, он сел на стул с изможденным видом. На следующий день коллеги спросили Фейнмана, что произошло, и он ответил: «Она умерла. Где программа расчетов?» Он не хотел ни соболезнований, ни слез. Среди своих бумаг Ричард нашел блокнот, в котором он записывал ход болезни своей жены. Взяв его в руки, он написал: «16 июня — смерть». Фейнман хотел снова взяться за работу, но Бете отправил его в долгий отпуск к семье, в Фар- Рокуэй.
Ричард несколько недель оставался у родителей, пока шифрованная телеграмма не заставила его вновь присоединиться к программе. Он вылетел из Нью-Йорка в Альбукерке и прибыл в пункт назначения 15 июля в полдень. Военная машина привезла Фейнмана к Бете. Времени было только на то, чтобы сесть в автобус, доставивший его в долину Джордана дель Муэрто, более известную с тех пор, как на ней появилась так называемая нулевая отметка.
Глава 3
Квантовая электродинамика: КЭД
В период после Второй мировой войны теоретическая физика переживает один из самых больших кризисов в своей истории. Теория, описывающая взаимодействие между фотонами и электронами, квантовая электродинамика (КЭД), порождает бесконечные величины в расчетах, и никто не знает, что с ними делать. Решение проблемы найдет Фейнман, и это принесет ему Нобелевскую премию.
Ричард Фейнман покинул Лос-Аламос в октябре 1945 года. Работа, которую он провел, принесла ему известность среди американских физиков. Двумя годами ранее Оппенгеймер написал директору департамента физики университета Беркли, рекомендуя ему предложить место Фейнману, так как это был «без всякого сомнения, самый блестящий физик, который у нас есть». Переговоры были сложными, и окончательное предложение поступило Фейнману летом 1945 года. «Никто никогда не отклонял приглашений с нашей стороны», — с гордостью заявил директор. Однако Ричард Фейнман его отклонил.
Фейнман был влюблен в стиль Бете и желал примкнуть к нему и к его исследовательской группе, которую тот создал в Корнелле. Оппенгеймер знал, что в скором времени он получит множество предложений о работе и, как всегда, оказался прав. Менее чем через год Фейнман получил большое количество приглашений, но он их все отклонил: он хотел стать участником группы Бете. Вместе с тем на душе у него становилось нехорошо: он начинал осознавать смерть Арлин. В первый раз Ричард признался себе в этом, когда прогуливался по городу Ноксвилл штата Теннесси. Фейнман был направлен туда, чтобы обеспечить технику безопасности в лаборатории Оук-Ридж, занимавшейся обогащением урана:
