Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность
Шрифт:
Как и задумывалось, строение в целом пульсировало, пропуская через себя потоки исследователей: вверх, вниз, горизонтально.
Чтобы сотрудничество между физиками и математиками шло без затруднений, галерея вела в лабораторию Палмера, главное здание физического факультета, где проводились и исследования, и учебные занятия. Учитывая факт, что для оборудования нужно много места, лаборатория Палмера была гораздо больше, чем Файн-холл.
Вход в здание обрамляли статуи титанов американской физики: Бенджамина Франклина и Джозефа Генри.
Появившись в кабинете Уилера, Фейнман заметил, насколько молодо тот выглядит. Доцент определенно не являлся статуей, жизнь в нем просто кипела, профессора такими если и бывают, то не в те времена, когда с них рисуют портреты.
Фейнман почувствовал себя несколько свободнее.
Но тут Уилер вытащил из кармана часы и красноречиво положил на стол, собираясь следить, чтобы их разговор продлился ровно столько, сколько ему положено. Они обсудили круг обязанностей Ричарда и назначили время следующей встречи.
Ко второму разу Фейнман явился подготовленным, поскольку решил сыграть в ту же самую игру. Он купил дешевые часы, принес с собой, и едва Уилер полез в карман, Ричард повторил его жест, и второй прибор для измерения времени лег на стол на мгновение позже, чем первый.
Словно ответный ход в шахматах.
Выходка Фейнмана разбила всякую серьезность, Уилер начал смеяться. Ричард присоединился к наставнику, и они никак не могли остановиться, так что деловая встреча превратилась в праздник легкомыслия.
В конце концов Уилер решил, что пора вернуться к повестке дня.
«Смотри, пора нам заняться серьезными вещами»14, сказал он.
«Да, сэр!» – ответил Фейнман с ухмылкой, и они снова заржали в два голоса. С тех пор раз за разом, встреча за встречей дискуссии превращались в обмен шутками и сопровождались взрывами смеха, задыхающимися мольбами вернуться на грешную землю, и лишь потом обращались к физике и математике, к учебным делам.
Ричард был привычен к такому стилю общения, его мать, Люсиль, часто шутила, а отец, Мелвилл, оставался серьезным. Рядом с Уилером Фейнман мог проявлять обе стороны своей личности, и так было положено начало долгой, продуктивной – пусть иногда и легкомысленной – дружбе.
Механика обучения механике
Уилер гордился тем, как хорошо выстроен и проводится его курс по классической механике. Он давал студентам пробуждающие интерес домашние задания, обозначал темы для самостоятельного изучения. А вот проверял достижения учеников Фейнман. Он дотошно просматривал домашние работы, выискивая логические изъяны или ошибки в вычислениях, писал детальные замечания на полях и возвращал пачки покрытых пометками листов наставнику.
У студентов при таком подходе оставалось мало шансов пройти курс, отнесясь к нему несерьезно или не поняв предмета.
Уилер был очень доволен тем, как работает его ассистент, и поэтому он доверил Фейнману прочитать по меньшей мере одну лекцию, тем самым оттачивая преподавательские навыки Ричарда. Тот ощутил себя польщенным и провел за подготовкой целую ночь.
Позже он написал матери, что почувствовал гордость, когда закончилась лекция, прошедшая «достойно и гладко»15, и что ожидает в будущем еще не раз выполнить подобную задачу. Под крылом Уилера, а позже и самостоятельно Фейнман вырос в отличного наставника, способного объяснить что угодно.
Одной из фирменных черт Уилера как лектора – а он, само собой, повлиял на ученика – было разумное использование диаграмм. Берясь за какую-либо идею, он почти всегда начинал с того, что делал набросок, размещая на доске всех игроков, а затем и взаимодействия между ними, словно продумывал стратегию к футбольному матчу. Как он говорил позже: «Совершенно не представляю, как это – думать без картинок»16.
Оба физика рассматривали преподавание некоторой темы как лучший способ разобраться в ней самому. Казалось бы, парадоксально, ведь как можно объяснять что-то, если ты не являешься экспертом в этой области? И в самом деле, если говорить о таких сравнительно статичных предметах, как латынь или древнегреческий язык, то их нужно освоить в достаточной степени, прежде чем учить других. Но здание физики постоянно перестраивается, оно базируется на принципах, которые можно интерпретировать множеством способов. Даже базовые концепции, о которых обычно рассказывают в начале обучения, такие как сила или инерция, имеют свои нюансы.
Инерция – это свойство тела оставаться в покое или продолжать двигаться в том же направлении, если нет посторонних воздействий. Именно из-за нее шар для боулинга, катящийся по ровной поверхности, движется по прямой линии, пока не врежется в кегли.
Что странно, вовсе не сила, а скорее недостаток силы вынуждает шар поражать цель. Интуитивно мы думаем, что это делает как раз сила, но реальность говорит нам об обратном.
Попытки объяснить студентам подобные противоречия – интеллектуальный вызов, который заставляет разум взглянуть на разные аспекты физического мира с необычной стороны. Поэтому, толкуя простые вроде бы вещи, ты можешь открыть новые взаимодействия и пролить свет на фундаментальные законы природы.
Например, планирование курса механики побудило Уилера и Фейнмана обсудить принцип Маха – идею того, что причиной существования инерции неким образом служат отдаленные звезды. В отличие от Ньютона, в чьей системе физики инерция изучалась в терминах абстракций, именуемых «абсолютное пространство» (фиксированные измерительные линейки) и «абсолютное время» (умозрительные часы, постоянно тикающие где-то в стороне), физик Эрнст Мах предположил, что инерция может иметь физическую причину.
Он высказал гипотезу, что комбинированное тяготение удаленных космических тел побуждает объект либо оставаться в покое, либо двигаться в одном направлении с постоянной скоростью.
Космическое видение Эйнштейна
Как отлично знал Уилер, общая теория относительности Эйнштейна – набор изящных уравнений, описывающих гравитацию – это попытка воплотить принцип Маха и отбросить ненаучный взгляд Ньютона с его абсолютными координатами, в которых измеряется инерция. Ньютон представлял расстояния в пространстве и временные отрезки как постоянные от точки к точке или от момента к моменту, чем-то вроде координатных осей, используемых в математике.
Ничто из физического мира не в силах повлиять на эти инертные линейки.
И резким контрастом с этими абсолютными, из божественной стали измерительными приборами выглядит общая теория относительности с ее искривленным, скрученным пространством-временем. Если попытаться нарисовать его, то получится нечто вроде тяжелого гнезда на тонкой ветке.
Эйнштейн не только отменил понятия абсолютного пространства и времени, еще он, используя геометрию, чтобы объяснить загадки гравитации, уничтожил и другую головоломку из ньютонианской физики, а именно «действие на расстоянии»: силы, такие как гравитация, действуют мгновенно на любой дистанции. Для любой пары массивных объектов Ньютон представлял воображаемую «нить», связывающую их вместе, чтобы гравитационное взаимодействие могло иметь место.