Когда фотон встречает электрон. Фейнман. Квантовая электродинамика

Во-вторых, его больше интересовала физическая интерпретация этой новой формулы. Фейнман отлично знал: один из самых яростных споров, который вели физики в последние десятилетия, был посвящен тому, что называли «проблемой измерения». Общепринятой точкой зрения была копенгагенская интерпретация, в правоте которой Бор убедил большое количество физиков (за исключением Эйнштейна) и которая гласила, что мы живем в мире, где свойства микрообъектов не существуют, пока они не измерены: поэтому невозможно отделить исследуемый объект от наблюдателя.

Фейнман вел дискуссию по этому поводу с математиком Джоном фон Нейманом. Суть дискуссии заключалась в следующем. Известно, что наблюдение требует наличия двух вещей: лабораторного инструмента и электрона, или, если быть более точным, большой макроскопической системы, существующей по законам классической физики, и микрообъекта, подлежащего квантовой механике. Где находилась граница между этими двумя объектами? Фон Нейман утверждал, что каждый должен был решить по своему усмотрению, где выбрать место для этой границы. Фейнман находил данное предложение спорным и неприемлемым. Если квантовая механика была описанием реальности, то разделение должно было возникнуть естественным образом и ни в коем случае не могло зависеть от чьих-то желаний.

Математический инструмент, предложенный Фейнманом в 1948 году, который он назвал «интеграл по траекториям», позволял разделить систему на различные части: изолировать область системы, которую нужно измерить, от других областей, не представляющих интереса. Этот метод, недоступный для обыкновенных уравнений квантовой механики, казался математическим каламбуром, но не будем обманываться: именно с его помощью появились многие великие достижения XX века в теоретической физике.

Фейнман знал, что проблемой его формулы было время, так как она должна была «рассказать о состояниях системы, иногда очень удаленных от настоящего момента». Найти физическую интерпретацию для данной формулы означало провести титаническую работу. Ученого выводило из себя то, что он не мог этого сделать. Как бы там ни было, в июне он представил свою диссертацию «Принцип наименьшего действия в квантовой механике». А несколькими днями позднее Фейнман сообщил своей семье, что в следующем году он женится на Арлин.

Новость сильно обеспокоила Люсиль, его мать. Она думала, что болезнь Арлин будет только мешать карьере ее сына. Ее также тревожило и то, что лечение от туберкулеза было дорогостоящим и что уход за больным требовал полнейшей самоотдачи. Люсиль сомневалась, что Ричард располагает деньгами и необходимым временем, чтобы заботиться об Арлин. По ее словам, стремление Ричарда жениться проистекало из его желания доставить удовольствие любимому человеку, «немного похоже на то, как ты иногда ешь шпинат, чтобы сделать мне приятное». Одним словом, она посоветовала ему оставаться «женихом». На это Фейнман ответил, что его решение разделить жизнь со своей возлюбленной непоколебимо, но, тем не менее, у него есть и другие приоритеты. И Арлин, умная девушка, также это знала и поддерживала его.

Брак состоялся в мэрии Статен-Айленда, без друзей и членов семьи. Чтобы не заразиться, новоиспеченный супруг поцеловал свою жену в щеку. После церемонии он отвез Арлин в ее новое жилище, благотворительную больницу в Нью-Джерси. Сам ученый готовился отправиться в Нью-Мексико, в место под названием Лос-Аламос: он собирался принять участие в одном из самых важных научных проектов XX века — создании атомной бомбы.

Новое солнце в небе

В 5.30 утра 16 июля 1945 года на полигоне Аламогордо, расположенном на пустынной равнине Нью-Мексико под названием Джордана дель Муэрто, Джулиус Роберт Оппенгеймер отдал приказ привести в действие первую в истории атомную бомбу. Фейнман прибыл в Лос-Аламос с первой волной ученых в конце марта 1943 года и был распределен в теоретическую группу под руководством Ханса Бете, бесспорного «отца» ядерного деления.

Человек, который выяснил, почему звезды светят

В апреле 1938 года два светила современной физики, Георгий Гамов (1904- 1968) и Эдвард Теллер (1908-2003), организовали конгресс в Институте Карнеги в Вашингтоне, целью которого было ответить на вопрос: почему звезды светят?

Среди участников находился беженец из нацистской Германии, специалист по ядерной физике и преподаватель Корнелльского университета Ханс Бете (1906-2005). Всегда полный энергии, Бете имел врожденный талант к физике и математике: кажется, что он все свое время посвящал игре с цифрами и буквами. На конгрессе в Вашингтоне астрономы объяснили физикам все, что им было известно о внутреннем строении звезд. Несмотря на огромное количество информации, имевшейся поданной теме, никто из них не мог сказать, откуда в звездах берется энергия. Один из классических трудов по астрофизике «Внутреннее строение звезд», созданный Артуром Эддингтоном, хорошо описывает внутреннюю структуру звезд, не упоминая об их энергетическом источнике. И вот настала очередь физиков заняться этим вопросом.

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.