Когда фотон встречает электрон. Фейнман. Квантовая электродинамика

Британский физик Питер Хиггс в 2009 году.

Углубление

Важно отметить, что описанное выше соответствует, ни больше, ни меньше, функционированию того, что мы называем «масса». Речь идет не о весе тела, а о мере его инерции, массе. Именно таким образом мы воспринимаем это поле Хиггса, которое заполняет Вселенную и в котором находятся все частицы: частица, которая в нем перемещается, создает легкое искажение (приглашенные окружают диву при ее появлении), что сообщает ей массу. Элементарной частицей этого поля является так называемый «бозон Хиггса». В женевском ЦЕРНе, как и в чикагской Фермилаб, физики искали эту частицу в течение нескольких десятилетий, вплоть до 4 июля 2012 года, когда ЦЕРН объявил об открытии новой частицы, «соответствующей бозону Хиггса».

«Забавно размышлять о манере поведения кварков, если речь идет о физических частицах с определенной массой». Одним из главных возражений было то, что ни одна частица с массой меньше массы электрона не была открыта до сих пор. Таким образом, дискуссия вокруг этой темы оставалась актуальной.

В 1968 году Фейнман возвращается к физике частиц. Опыты, проведенные в адронных коллайдерах (адроны — термин, употребляемый для обозначения всех частиц, состоящих из кварков), приводят его к формулированию новой теории, согласно которой каждый адрон состоит из других более мелких частиц, названных им партонами. Фейнман осознанно отказался от дискуссии о том, существуют кварки на самом деле или они являются математической абстракцией. Он заявлял, что врач запретил ему дискуссировать о метафизике.

В этом же году в линейном ускорителе Стэнфорда высокоэнергичными электронами облучали протоны. Этот опыт напоминал тот, при помощи которого Резерфорд в 1911 году определил структуру атома. Целью эксперимента, проводимого в Стэнфорде, было установить, что протон не является единым и неделимым, но из чего-то состоит. Фейнман ездил в Стэнфорд в августе и октябре, и ему удалось убедить своих коллег, что его теория о партонах делает изучение структуры протона более легким.

В действительности кварки Гелл-Мана и партоны Фейнмана были дорогами, которые вели в одно место, и эти составляющие материи позволяли разработать теорию сильного взаимодействия. Однако никто не отдавал себе в этом отчета, несмотря на то что опыты, подобные стэнфордским, давали основание так думать. Поэтому Фейнман вместе с двумя студентами в 1970 году пустился в авантюру, намереваясь проверить всю систему элементарных частиц, чтобы выяснить, могут ли предположительно существующие кварки лежать в ее основе. Убедившись в этом, он превратился, по своим же словам, в «кваркователя».

Гелл-Ман не упускал случая посмеяться над партонами, называя их put-ons (можно перевести как «фальшивки», «глупые шутки»). Он ненавидел само название данных частиц, связанное с английским словом part, то есть «часть». И если во время какого-либо семинара кто-то упоминал модель партонов Фейнмана, то Гелл-Ман тут же вскакивал и спрашивал, что это за модель. Он считал, что Фейнман крайне упростил его модель кварков. Гелл-Ман не видел, как Фейнман смог бы прийти к своим партонам способом, отличным от того, который использовал он сам: чтобы создать свои кварки, Гелл-Ман основывался на математическом понятии симметрии и на своей концепции мира. Фейнман же следовал своей собственной методологии, той, которую он использовал каждый раз, когда формулировал какую-либо теорию: в данном случае он смотрел, соответствовала ли предполагаемая структура адронов результатам производимых наблюдений.

Звездный час для модели кварков наступил в 1974 году. Был понедельник, 11 ноября: взволнованный Ричард Фейнман вел эмоциональную беседу со своим коллегой Харальдом Фричем в кулуарах департамента теоретической физики Калтеха. А в 800 километрах севернее, в линейном ускорителе Стэнфорда (SLAC), только что открыли частицу, вероятно являющуюся одним из кварков Гелл-Манна, — очарованный кварк.

Глава 6

Нанотехнология и общественная наука

Фейнман был не только блестящим физиком-теоретиком: он был провидцем. Именно он заложил основы нанотехнологии и посодействовал развитию этой увлекательной области. Находясь в составе комиссии, занимающейся расследованием катастрофы космического корабля « Челленджер», он вошел в число ученых- небожителей — самых востребованных и знаменитых. До его смерти оставалось всего два года...

В 1958 году Фейнман отправился в Женеву, чтобы присутствовать на конгрессе, посвященном слабому взаимодействию, а также для того чтобы встретиться с одной замужней дамой, супругой его коллеги из Калтеха. До этого, совсем недавно, он пережил разрыв отношений: другая женщина написала ему письмо, в котором говорилось, что все кончено и что он должен прислать ей 500 долларов. Видимо она пообщалась с некоторыми из его экс-возлюбленных (она указала несколько имен) и сообщила, что одна из них прислала ей анонимное письмо:

«Этот подлец Дик, этот бесчестный и гнусный Фейнман бывает с тобой на людях, но он никогда на тебе не женится. Скажи ему, что ты беременна. Ты выжмешь из него 300 или 500 долларов».

И в завершение бывшая подруга напоминала Фейнману, что принадлежавшая ему медаль Эйнштейна находится у нее.

Новой же возлюбленной Ричарда в Женеве не оказалось — она уехала и хотела увидеться с ним в Англии (мы не знаем, состоялась ли в итоге эта встреча). Стало быть, Фейнман проводил свое время в столице Швейцарии в одиночестве. Однажды, прогуливаясь по пляжу озера Леман, он разговорился с 24-летней британкой Гвинет Ховарт, дочерью ювелира из города Рипонден. Оставив скучную жизнь работника библиотеки в отдаленном районе графства Йоркшир, она решила посмотреть мир. Чтобы оплатить свои путешествия, девушка работала няней в тех городах, где она проживала. В это время в ее личной жизни присутствовало двое мужчин: профессиональный бегун на средние дистанции, который жил в Цюрихе, и оптик из Саарбрюккена, города на границе между Германией и Францией. Фейнман пригласил ее пойти этим вечером в ночной клуб. Должно быть, Гвинет ему очень понравилась, так как он предложил ей работать у него экономкой в Калифорнии. Девушка ответила ему, что подумает.

После конгресса Фейнман вернулся в Соединенные Штаты Америки, а Гвинет продолжила свое путешествие: она еще колебалась насчет поездки в Пасадену. В это время Фейнман предпринял необходимые шаги для того, чтобы ей позволили въехать на территорию Штатов. Один друг сказал ему, что он совершает безумие: как бы то ни было, но мужчина 40 лет, который пригласил женщину 24 лет жить с ним под одной крышей, мало за что может поручиться. Между тем вымогательница прислала Фейнману новое письмо, в котором сообщала, что она все рассказала своему мужу. Женщина чувствовала себя использованной и требовала у него еще большую сумму денег: «Ты, несомненно, очень умен в своей работе, но в своих личных отношениях ты идиот». Кроме того, она утверждала, что его медаль Эйнштейна «находится в надежном месте» так же, как и его томик «Рубаи» иранского поэта Омара Хаяма, с цветными иллюстрациями, старательно выполненными рукой Арлин.

Фейнман написал шантажистке, предлагая встретиться и утверждая, что, несмотря ни на что, он был бы не против жениться на ней. Это воскресило в ней прекрасные воспоминания, которые она хранила об их встречах, в частности об их ночах под звездами в национальном парке Джошуа-Три. Но и прекрасные картины прошлого не погасили ее гнев, и она отказалась от встречи.

Далее Фейнман получил официальное письмо от ее мужа, в котором тот требовал компенсации: «Вы воспользовались своим положением и своими деньгами, чтобы соблазнить молодую впечатлительную женщину и отдалить ее от мужа... Вы заранее строили постыдные планы относительно вашего отпуска... Мне кажется, что вы должны заплатить за удовлетворение ваших эгоистичных желаний». В конечном итоге он выставил ему счет в 1250 долларов, который Фейнман отказался оплатить. Он попытался успокоить взволнованного мужа. «Простите ее и сделайте ее счастливой»,— писал он ему. Супруг грозил физику судебным процессом, но адвокат Фейнмана посоветовал ему забыть эту историю, так как подобная жалоба никогда не дойдет до суда. Последние строчки, написанные разочарованной возлюбленной, содержали следующее:

«Я надеюсь, что ты будешь счастлив со своей служанкой. Теперь ты все время будешь рядом с ней... Но что я не могу объяснить для себя, так это то, почему ты так сильно боишься брака».

В конечном итоге она вернула ему медаль и книгу. Гвинет приехала в Пасадену летом 1959 года. Она увидела там мужчину, обладающего пятью парами одинаковых туфель, серией синих костюмов от французских дизайнеров и белыми рубашками, которые он всегда носил с расстегнутым воротничком. У него не было ни радио, ни телевизора. Первое время Фейнман скрывал от всех, за исключением узкого круга друзей, присутствие молодой британки у себя в доме. Понемногу они начали вместе появляться на публике, даже если приезжали и уходили по отдельности с приемов и других мероприятий. Меньше чем через год Фейнман понял, что любит Гвинет и хочет на ней жениться. Он отметил галочкой один день в календаре, чтобы сделать ей предложение, но по мере того как эта дата приближалась, Фейнман становился все более и более нервным. Накануне вечером он не дал Гвинет уснуть до полуночи и тогда попросил ее выйти за него замуж. Они отпраздновали свою свадьбу 24 сентября 1960 года в отеле Huntingdon de Pasadena. Через два года у них родился первенец, сын Карл. Затем они удочерили Мишель. Кутила уступил место отцу семейства.

Физика X

В течение более чем 20 лет Фейнман читал удивительный курс лекций, предназначенный для студентов-первокурсников Калтеха, но даже докторанты и профессора приходили послушать его. Этот курс был окрещен «Физика X». Множество физиков вспоминали о нем как о самом интенсивном интеллектуальном опыте в своем образовании. Этот курс был бесплатный, и не было необходимости записываться, чтобы присутствовать на нем. Достаточно было прийти в маленькую аудиторию на цокольном этаже факультета в пятницу в 17.00. Некоторые объясняли такой выбор времени тем, что Фейнман хотел видеть лишь студентов, реально заинтересованных в изучении физики. «Самое чарующее в этом курсе то, что не было никакой программы», — вспоминает МаркТюрнер, физик, который часто посещал Калтех в 1980-х годах. Фейнман просто приходил в аудиторию, брал мел и говорил: «Вопросы?» Любой вопрос был разрешен, и можно было в равной степени обсуждать как самые темные аспекты квантовой механики, так и физику флейты». По словам другого физика, Дэвида Адлера, который присутствовал на этом курсе в 1979 году: «Это была возможность для новых учащихся Калтеха задать вопросы Фейнману или просто слушать его байки». В частности, историю, согласно которой Фейнман, работая над проектом «Манхэттен», однажды ночью вскрыл сейф, чтобы доказать, что система безопасности, охраняющая его работу, оставляет желать лучшего. Однажды кто-то спросил у Фейнмана, как он умудряется помнить обо всех уравнениях, никогда не имея записей. Он с улыбкой ответил, что не знает их наизусть, но ему достаточно знать фундаментальные принципы, чтобы вывести из них необходимые уравнения. Таков был метод работы Фейнмана: он был основан на базовых принципах.