Радость познания - Ричард Фейнман

Фейнман: Меня разбудил телефон, звонил журналист из одной радиовещательной компании. Меня раздосадовало это раннее пробуждение — естественная реакция. Человек полусонный, полураздраженный. Журналист говорит: «Мы рады сообщить, что вам присуждена Нобелевская премия». Я подумал про себя, все еще раздосадованный — это неофициальное заявление. И ответил ему: «Не могли бы вы перезвонить мне утром?» Но он продолжал: «Я думал, вы обрадуетесь». «Я сплю», — сказал я и положил трубку. Жена спросила: «Что это было?» Я промямлил: «Я получил Нобелевскую премию». Она не поверила: «Перестань, ты дурачишь меня!» Я часто подтрунивал над ней. Каждый раз, когда я пытался подшутить, она видела меня насквозь, но в тот раз она обманулась. Она решила, что это какой-нибудь надравшийся студент или что-то в этом роде. Словом, не поверила мне. Но когда спустя десять минут раздался второй звонок, из другой газеты, я сказал: «Да, я уже слышал, оставьте меня в покое». Тогда я снял трубку с телефонного аппарата, чтобы отправиться поспать, а к 8.00 положить трубку обратно. Но больше не мог заснуть, и жена тоже. Я встал, прошелся, и все-таки положил трубку, и начал ждать телефонного звонка.

Через некоторое время я мчался куда-то в такси, мы с водителем беседовали, и я рассказал ему о своих проблемах, как эти парни говорили со мной, а я не знал, как на это реагировать. Он рассудительно сказал: «Я видел ваше интервью. Я смотрю телевизор. Один малый вам говорит, «Пожалуйста, расскажите в двух словах, за что вы получили Нобелевскую премию». И вы попытались что-то объяснить, но не смогли. А знаете, что бы я ему ответил? «Черт возьми, если бы это можно было объяснить в двух словах, мне бы не дали Нобелевскую премию»». Впоследствии я так и отвечал. Может, это и не самый удачный ответ, зато забавный.

Диктор: Как уже упоминалось, доктор Фейнман получил Нобелевскую премию за вклад в развитие теории, которая определяет поля, возникающие в квантовой электродинамике. Это, как доктор Фейнман представляет ее, есть «теория еще чего-нибудь». Она неприменима к ядерной физике или силам гравитации — она относится к взаимодействию электронов с частицами света, называемыми фотонами. В ее основе лежат электрические потоки, явление магнетизма, а также способ создания и взаимодействия рентгеновских лучей с другими формами материи. В слове «квантовая» в названии квантовой электродинамики заложена дань уважения тем временам в середине двадцатых годов, когда было открыто, что состояния электрона в атоме ограничены определенными квантовыми состояниями или уровнями энергии. Электроны могут существовать только на этих уровнях и никогда между ними. Эти квантовые энергетические уровни определяются, кроме прочих факторов, интенсивностью света, который падает на атом.

Фейнман: Одним из крупнейших и наиболее важных средств теоретической физики является мусорная корзина. Но вы должны чувствовать момент, когда надлежит оставлять ее в покое. Пытаясь развить свою теорию, я попутно получил массу знаний об электричестве, магнетизме, квантовой механике и многом другом. И то, что я получил Нобелевскую премию за теорию, законченную в 1947 году, нормальную, обычную теорию, в которой я попытался устранить все нестыковки, меня привело в некоторое замешательство, так как я пытался всего лишь привести ее в порядок. Еще Бете обнаружил, что, если вы просто делаете правильные вещи, если вы в некотором смысле забыли некоторые вещи и не забыли другие, и делаете их достаточно правильно, вы можете получить правильные ответы, сопоставимые с экспериментом. И он сделал мне несколько предложений. К тому времени я так много знал об электродинамике, пытаясь наладить эту разваливающуюся теорию, я написал ее в 655 различных формах, так что я знал, как сделать то, что он хотел, как проконтролировать и организовать вычисления очень удобным и разумным образом, как получить для этого мощные методы. Иначе говоря, я использовал оснащение, аппарат, который разработал для раскручивания моей теории на базе старой — звучит, как очевидная вещь, но я долгое время не думал об этом, а потом вдруг обнаружил, что совершил прорыв — я мог делать в старой теории все гораздо быстрее, чем кто-либо до меня.

Диктор: И кроме того, теория доктора Фейнмана объяснила многое другое; квантовая электродинамика обеспечивает понимание сил, которые удерживают вместе материю. Она дополнительно объясняет свойства бесконечно малых, коротко живущих частиц, из которых состоит все во Вселенной. Когда физики пробиваются все глубже и глубже в структуру природы, они обнаруживают — то, что сначала казалось очень простым, оказывается сложным, а сложное может оказаться простым. Их средства — это высокоэнергичные сталкивающиеся атомные частицы, которые могут разбивать частицы на все более мелкие фрагменты.

Фейнман: Когда мы собираемся начать исследование, мы вглядываемся в материю и видим много различных явлений — ветер и волны, луну и многое другое. И мы пытаемся их упорядочить. Похоже ли движение ветра на движение волн? Постепенно мы понимаем, что многие явления схожи. Нет такого большого разнообразия, как мы думали. Мы получаем все явления и все принципы, лежащие в их основе. Кажется, один из самых полезных принципов — это мысль, что одни вещи делаются из других вещей. Мы обнаружили, например, что вся материя состоит из атомов, и тогда поведение любого большого куска материи обусловлено свойствами атомов. Сначала атомы предполагались простыми, но потом выяснилось, что для того, чтобы объяснить все разнообразие явлений и свойств материи, атомы должны быть более сложными, и что всего их 92. На самом деле их гораздо больше, так как у них разные атомные веса. Следующая проблема — понять разнообразие свойств атомов. Если предположить, что сами атомы состоят из составляющих — из ядра, вокруг которого движутся электроны, — и что все различие атомов состоит в разном количестве электронов, получается очень красивая унифицированная система, которая работает.

Все различные атомы устроены одинаково, но обладают разным числом электронов. Однако ядра отличаются друг от друга. Итак, мы начинаем изучать ядра. Их найдено огромное разнообразие с тех пор, как начались эксперименты по столкновению ядер — опыты Резерфорда и многие другие. Во-первых, начиная с 1914 года, когда ядра были открыты, оказалось, что их природа очень сложна. Это можно понять, если представить, что ядра тоже состоят из составляющих — протонов и нейтронов. Они взаимодействуют с некоторой силой, которая удерживает их вместе. Чтобы понять ядра, нужно немного лучше познакомиться с силами. Кстати, в случае атомов тоже существуют силы; это электрические силы, которые мы уже поняли. Но кроме электронов, существуют также электрические силы, которые можно представить световыми фотонами. Свет и электрическая сила объединяются в одной частице — фотоне. Электроны и фотоны существуют вне ядерного мира, то есть вне ядра. Теория поведения электронов — это квантовая электродинамика, за разработку этой теории я, собственно, и получил Нобелевскую премию.

Обратимся теперь к ядрам. Они состоят из протонов и нейтронов, их связывают между собой странные силы.

Следующая проблема — попытка понять, что это за силы. На роль переносчиков этих сил предлагались различные частицы, например мезоны, предсказанные Юкавой[38]. Мы провели эксперименты по столкновению нейтронов и протонов высоких энергий и получили новые явления — когда мы сталкиваем электроны высоких энергий, возникают фотоны. Мы увидели, что при столкновении нейтронов и протонов возникают новые частицы. Это были мезоны. Получалось, что Юкава был прав. Мы продолжали эксперимент. И тогда произошло следующее: мы получили невероятное разнообразие частиц; не просто типа фотона, мы столкнули вместе фотоны, нейтроны и другие частицы и получили свыше 400 частиц разного вида — лямбда-частицы и сигма-частицы — все они были различны. И π-мезоны, и К-мезоны, и много других частиц. Кстати, мы также получили мюоны, но они не имели ничего общего с нейтронами и протонами. По крайней мере не больше, чем электроны. Существовала странная дополнительная частица, и мы не понимали, каково ее место. Она похожа на электрон, только тяжелее. По крайней мере мы нашли электрон и мюон, которые не взаимодействуют сильно с другими частицами. Те, другие частицы мы назвали сильно взаимодействующими частицами, или адронами. К ним относятся нейтроны, протоны и все прочие частицы, образующиеся при их столкновениях. Следующая проблема — представить свойства всех этих частиц в некотором организованном порядке. Это великая игра, и все мы в нее вовлечены. Она называется физикой высоких энергий, или физикой фундаментальных частиц. Обычно ее называют физикой фундаментальных частиц, но никто не верит, что 400 различных составляющих фундаментальны. Другая возможность состоит в том, что они сами составлены из более глубоко спрятанных составляющих. И кажется, для этого есть разумное основание. Выяснилось, что и теорию их можно разработать — это теория кварков; эти частицы, как и протон, и нейтрон, состоят из объектов, названных кварками (нейтрон и протон построены из трех кварков).