IV
Когда мне наконец показали мой кабинет, выяснилось, что это соседняя дверь от Марри Гелл-Мэнна, одного из пары титанов, помянутых главой подразделения. Через несколько дней я представился, и мы немного поболтали у стола с чаем и печеньем, к которому все выбирались после семинара. Марри выглядел в точности так, как я представлял его по фотографиям, – вплоть до фирменного галстука «боло». Я назвался. Он мне своего имени не сказал – чего уж тут, когда ты так знаменит, – но мое повторил. В его версии я ее не опознал, но он сказал, что так произносить «правильно» (по-русски). Предложил этимологию моей фамилии. Я не спрашивал его о происхождении его необычного имени, но выяснилось, что дефис – изобретение его отца. Все равно почти все звали его по имени. Фейнмана «Диком» именовал гораздо более узкий круг людей.
Идеи Марри властвовали в физике более двадцати лет, но самым знаменитым его достижением была изящная математическая система для классификации и объяснения свойств десятков известных субъядерных частиц. Исключая более привычные субъядерные составляющие – протоны и нейтроны, – эти частицы распадались за малую долю секунды и были открыты за несколько последних десятилетий. Они возникали, только если вляпать один протон в другой. Чтобы во всем этом зоопарке субъядерных частиц, обнаруженных Марри, был математический порядок, он позднее предположил, что протон, нейтрон и другие частицы имеют внутреннюю структуру и составлены из еще более базовых строительных блоков в различных сочетаниях. Это «суб-субъядерные частицы» внутри других частиц, из которых состоит ядро атома. Он назвал их кварками. Отдельные кварки никто никогда не видел, но физики постепенно приняли теорию Марри. Она заслужила ему сравнение с Д. И. Менделеевым, разработавшим Периодическую систему элементов. Как и система Марри, Периодическая таблица выстраивает химические элементы в группы на основании общих свойств. И, как система Марри, этот порядок элементов был в конце концов объяснен в понятиях внутренней структуры, в данном случае – в терминах внутренней структуры частиц атома, позднее названных электронами.
За свою работу Марри получил Нобелевскую премию и стал одним из влиятельнейших ученых послевоенной эпохи. И все же метилось, что у него комплекс неполноценности и ему хотелось выказывать свою гениальность. О чем бы ни заходила речь – хоть об ускорителях частиц, хоть о септических резервуарах, – он мог и желал объяснить, как они работают, их ключевые технические характеристики, а также к чему присматриваться в последних моделях. Его подозрительно «правильное» произношение моей фамилии мне не померещилось: он будто выискивал возможности произносить иностранные слова – названия городов, например, – чтобы продемонстрировать способность говорить как носитель языка. То слушаешь вроде бы обычного ньюйоркца, а то вдруг лицо у него меняется, и следующие несколько слов – как у квебекца, или русского, или китайца. Однажды некий студент, пока был на каникулах, выучил несколько слов на майянском и решил проверить заявление Марри, что он-де знает этот язык: произнес фразу на майянском и предложил Марри ее перевести. Марри упрекнул студента. Фраза была на низком майянском. А Марри, по его словам, изучал высокий.
Фейнман с Марри были друзьями – по крайней мере, более-менее. Из всех университетов, предлагавших Марри место, он выбрал Калтех именно из-за Фейнмана. И именно Фейнман в конце 1960-х обеспечил некоторые ключевые теоретические доказательства кваркам Марри, находящимся, предположительно, внутри каждого нейтрона и протона, однако не встречающимся отдельно.
В те времена то было значимое противоречие физики: если нельзя выделить и изолировать кварк, какой смысл утверждать, что отдельные кварки в самом деле существуют? Может, эти частицы внутри частиц – всего лишь удобное математическое построение? Эти вопросы – часть большего, философского: в какой мере данные эксперимента в современных ускорителях – прямое наблюдение, а в какой – всего лишь плод всеобщей договоренности об интерпретации численных данных? В конце концов, даже простые частицы вроде электронов и протонов мыслятся «наблюдаемыми», хотя «видим» мы их лишь косвенно: по следам, оставляемым на пленке, или по щелчкам счетчика Гейгера. А для более экзотических частиц свидетельства еще менее прямые: их существование выводят из статистических выбросов в записях данных, относящихся к рассеиванию других частиц. А ну как марсианская цивилизация, получив те же экспериментальные наблюдения, сформировала бы совершенно иной взгляд на «реальность» под этими фактами? Школа философской мысли под названием «позитивизм» вообще избегает таких вопросов, считая, что реальностью можно считать лишь непосредственно воспринимаемое органами чувств. Современная физика шагнула далеко за пределы позитивистских представлений. Но многим мысль о том, что ненаблюдаемая частица вроде кварка реальна, показалась чуточку чрезмерной натяжкой. Фейнман на это говорил, что ему врач запретил обсуждать метафизику. Но он же в конце шестидесятых опубликовал работу, показавшую, как определенные экспериментальные наблюдения поведения протона могут быть объяснены, если предположить, что у протонов есть внутренняя структура из незримых субчастиц – это и есть то самое косвенное «наблюдение» кварков, которое большинство физиков приняли как доказательство существования этих частиц. Циник Фейнман, как ни парадоксально, сам же и нарывался на противоречия. У кварков было много особых свойств, не имевших отношения к исследуемому Фейнманом физическому процессу. И поэтому из его расчетов нельзя было заключить, что невидимые частицы в его теории имели те самые свойства, то есть являлись кварками. Может, это теория Марри ошибочна – и внутри протона существуют другие незримые частицы, которые еще предстоит описать. Как раз поэтому Фейнман в своей теории и отказался называть эти внутренние частицы кварками, а поименовал их партонами. Это вызвало у Марри досаду – отчасти отказом Фейнмана поддержать его работу, отчасти потому, что слово «партон» есть смесь латинского и греческого корней. Но в этом был весь Фейнман: дотошный при описании природы и беспечный в смешенье латыни и греческого.
Хоть Фейнман и порицал изучение философии, трения между ним и Марри состояли в разнице философий. Фейнман говаривал, что физики бывают двух видов: вавилоняне и греки. Он ссылался на противостояние философий этих древних цивилизаций. Вавилоняне сделали первые великие шаги западной цивилизации к пониманию чисел, уравнений и геометрии. Но именно позднейшим грекам – особенно Фалесу, Пифагору и Евклиду – мы обязаны созданием математики. Вавилоняне пеклись исключительно о прикладной части своих расчетов, то есть об адекватности описания физического положения вещей, а не о том, насколько они точны или вписаны в более масштабную логическую систему. Фалес и его последователи-греки, с другой стороны, сформулировали представления о теореме и доказательстве – и потребовали, чтобы любое утверждение признавалось истинным только в случае точного соответствия логической системе подробно изложенных аксиом или допущений. Попросту говоря, вавилоняне сосредоточивались на явлениях, а греки – на внутреннем порядке, обусловливающем эти явления.
Оба подхода могут быть вполне могучи. Греческий подход привносит силу логического аппарата математики. Физики этого сорта частенько следуют за математической красотой теоретических построений. Что привело ко многим красивым прикладным проявлениям математики – к классификации частиц Марри, в частности. Вавилонский подход оставляет некоторую свободу фантазии и дает возможность следовать за инстинктом или интуицией, за «нутряным чутьем» в отношении природы, не беспокоясь о точности и доказательстве. Такая эстетика тоже породила множество побед – побед интуиции и «физических рассуждений», то есть рассуждений, основанных ключевым образом на наблюдениях и интерпретациях физических процессов, а не на математике. По сути, физики, применяющие такой способ мышления, иногда нарушают формальные правила математики или даже выдумывают странные новые (и не доказанные) методы расчетов – на основании своего понимания экспериментальных данных. В некоторых случаях математикам приходилось идти замыкающими: либо оправдывать новоизобретенные физиками способы применения математических представлений, либо разбираться, почему такое «недозволенное» использование математики все равно дает на выходе довольно точные ответы.
Фейнман считал себя вавилонянином. Он доверялся своему пониманию природы, чтобы оно вело его, куда захочет. Марри же скорее относился к греческому типу – он желал категоризировать природу и извлекать точный математический порядок из имеющихся данных.
Как бы ни бесило Марри нежелание Фейнмана считать внутренние элементы протонов кварками, это вполне ожидаемо от мыслителя вавилонского типа. Объясняя некоторые данные, Фейнман указывал, что, судя по ним, там должна быть некоторая внутренняя структура. Однако не усматривал никакой убедительной причины для следующего шага – признания во внутренней структуре той, которую предлагал Марри. Мыслителю греческого типа одного факта, что такое признание сообщит законченность красивой математической классификации, было бы достаточно, чтобы это шаг сделать.
Несмотря на Фейнмановы названия для этих подходов – вавилонский и греческий, – сходные философские разногласия возникали между многими другими персонажами и течениями в истории, в том числе и среди самих греков, пример тому – Платон и Аристотель. Платон верил, что суть явлений материального мира – в вечных незыблемых закономерностях. Именно такие закономерности, в математических терминах, и ищут физики вроде Марри. Аристотель же считал, что Платон ставит телегу впереди лошади. С его точки зрения, идеальное (то есть абстрактное) описание природы – миф или, быть может, просто удобство, а на деле следует заниматься явлениями, воспринимаемыми органами чувств. Как и Фейнман, он боготворил природу как таковую, а не (возможные) сущностные абстракции.
Фейнмановское различение этих подходов отражает, как мне кажется, и теория Сперри о двух полушариях мозга. Левое, ищущее порядка и организации, – Марри, грек, платоник, а правое, воспринимающее закономерности с упором на интуицию, – Фейнман, вавилонянин, аристотелевец. В свете физической укорененности этого различия в мозге неудивительно, что оно распространяется и за пределы физики – на то, как двое этих ученых жили. Это выбор образа жизни, перед которым, не осознавая этого, вскоре окажусь и я.
Во многих смыслах Фейнман был для Марри главным интеллектуальным противником. Хотя в 1981 году широкие СМИ Фейнмана еще не открыли, в мире физики его персона затмевала Марри уже несколько десятилетий. Легенда Фейнмана зародилась в 1949-м, когда он, тогда еще тридцатилетний, написал серию статей для «Physical Review». Со времен Исаака Ньютона было так: создаешь теорию физики, записывая уравнение или систему уравнений, называемых дифференциальными. Потом обсчитываешь следствия теории, решая эти дифференциальные уравнения. С квантовой теорией все в точности так же. К примеру, чтобы разобраться, что квантовая электродинамика – квантовая теория электрически заряженных частиц – предсказывает в поведении электрона, физик 1940-х для начала описал бы его текущее, или «исходное», состояние. Эта математическая функция содержит количественную информацию об импульсе электрона и энергии в начале процесса или эксперимента. Цель теоретика – описать эти же количества в конце процесса или эксперимента (то есть рассчитать так называемое «конечное» состояние) или хотя бы рассчитать вероятность, с которой электрон достигнет того или иного состояния, интересующего ученого. Для этого физику нужно решить дифференциальное уравнение.
Чтобы вычислить вероятность, с которой электрон в некоем исходном состоянии окажется в другом, конечном, в Фейнмановом подходе необходимо сложить по определенным правилам вклады всех возможных траекторий, или историй, электрона, приводящих его из исходного состояния в конечное. По Фейнману, именно это отличало квантовый мир от повседневного, или классического. В классических теориях частица перемещается по единственной траектории – в точности как предметы в окружающем нас мире. Странный квантовый мир возникает от необходимости учитывать всякие дополнительные маршруты. Для крупных предметов сложение всех возможных путей дает лишь один, самый значимый, классический, и потому квантовых эффектов не замечаешь. А для субатомных частиц – например, электронов – отметать траектории, которыми этот электрон движется в дальних просторах Вселенной или мечется во времени, уже нельзя. Квантовый электрон носится по Вселенной в космическом танце, из настоящего в будущее, а оттуда – в прошлое, отсюда – везде и обратно. Следуя своими путями, он не обращает внимания на привычные нам правила движения и ведет себя так, будто природа бросила поводья. По словам Фейнмана, тут даже «временной порядок событий… не применим». И все-таки, как гармония музыкальных инструментов, все эти траектории, сложенные вместе, дают конечное квантовое состояние, наблюдаемое экспериментатором.
Метод Фейнмана казался радикальным и, на первый взгляд, абсурдным. В нашей наукоориентированной культуре принято ожидать порядка. Мы развили устойчивое представление о времени и пространстве – о том, что время движется из прошлого через настоящее в будущее. Фейнман, как обычно, никогда не комментировал метафизические аспекты своей теории. Позднее, узнав его ближе, я вроде бы понял, как у него родилась такая теория. Он сам вел себя очень похоже на электрон.
Подход Фейнмана физикам его времени было трудно и постичь, и принять. Так называемые интегралы по траекториям, которые он изобрел для суммирования путей частиц, не имели математического доказательства, а временами и определены скверно. А его наглядный метод извлечения ответов из его же теории, ныне именуемый диаграммами Фейнмана, не походил ни на что виденное физиками прежде. Физики требовали доказательства. Они желали, чтобы математический вывод его формул исходил из обычных формулировок квантовой теории. Но он развил свой метод, применяя интуицию и физическую логику – а также множество проб и ошибок. Доказать его он не мог. Когда в 1948 году представлял этот метод на конференции, подвергся нападкам звезд физики – Нильса Бора, Эдварда Теллера и Поля Дирака. Они потребовали греческого подхода, а Фейнман-то – вавилонянин. И все же с ним пришлось считаться: ему за полчаса удавались теоретические расчеты, на которые у звезд физики уходили месяцы.
Но наконец другой молодой физик, Фримен Дайсон, показал, как подход Фейнмана соотносится с обычным, и он постепенно прижился. Кое-кто, включая самого Марри, полагал, что, быть может, метод Фейнмана, его интегралы по траекториям и диаграммы, а не Ньютонов подход с применением дифференциальных уравнений, есть подлинная основа всей физической теории.
Среди физиков Фейнман был легендарен, но Марри, хоть и более человечен, все же оказал большее влияние на направление развития своей области науки. А все потому, что Марри, всегда стремившийся к порядку и контролю, желал себе роли вожака. Фейнман ее избегал, предоставляя своим работам говорить за себя.
И при чем тут я, спрашивается?
Корень моего успеха – в моей докторской диссертации и в нескольких статьях, написанных в соавторстве с коллегой по последиссертационной работе – Никосом Папаниколау из Греции. Как и Фейнман, мы с Ником исследовали возможность соединить квантовый и классический миры: открыли, что квантовый мир был бы похож на наш, классический, если бы мы жили во Вселенной с гораздо большим числом измерений, чем три пространственных, к которым все привыкли. Затем мы показали, как определенные задачи атомной физики легко бы решились, если бы мир был бесконечномерен. И наконец, мы продемонстрировали, как уравновесить ложную предпосылку бесконечного числа измерений, и нашли ответы, правильные и соотносимые с нашим трехмерным миром. Когда пыль улеглась, я сам поразился точности нашего подхода. Но главное, я гордился оригинальностью нашего мышления.
Примерно за год до этого нашу работу процитировал молодой принстонский профессор по имени Эдвард Виттен в своей статье в профессиональном научно-техническом журнале «Physics Today» — именно Виттен в следующие десять лет станет Йодой номер один мира физики вместо покойного профессора Фейнмана (а позднее займет и старый кабинет Марри). После той статьи цитировать нашу работу взялись и другие. Число упоминаний доросло до нескольких десятков. Когда оно подобралось к сотне, я бросил считать. А еще обнаружил, что в обращении со мной появилось некое новое уважение. Мой наставник по диссертации вдруг стал интересоваться моей работой в мельчайших подробностях. Внезапно передал привет стародавний преподаватель из аспирантуры. Профессора принялись обращаться со мной так, будто к моим суждениям имеет смысл прислушиваться. Надвигалось время решать, что же делать дальше, и тут меня начали посещать скверные мысли. Сомнения. А смогу ли я когда-нибудь повторить собственный успех? И тут – приглашение на работу в Калтех.
Будь он греческий, вавилонский или вовсе даже урожденный чикагский, мой подход к физике – и к жизни, – мне еще предстояло выяснить, и это я отчетливо понимал. И все же сперва нужно было преодолеть ощущение, что мое открытие – чистое везение, а успех – «утка», иначе счастливого прорыва могло больше никогда не случиться. В этом состоянии ума я проводил недели напролет, вперяясь в длинные пассажи то в одном журнале, то в другом, почти не перелистывая страниц, ничего не усваивая. Ходил на семинары и ни на чем не мог сосредоточиться. Разговаривал с коллегами-докторами в коридорах, но едва мог следовать за ходом даже самой простой мысли.
Дома я проводил вечера с парой соседей, нашедших свою нишу в мире, куря косяки. Эдвард, тощий, низкорослый физик, выпускник Калтеха, скуривал скуку и нравственный конфликт, связанный с его исследованиями в области вооружения, а Рамон, которого все звали Реем, мусорщик, курил, чтобы забыть те запахи, в которых он жил на работе. Я, двадцатисемилетний отставной козы барабанщик, сидел с ними и нервно пытался скрыть тайну, что я не отставной, а и вовсе никогда не бывший. Мы вместе смотрели повторы «Коломбо» или «Дел Рокфорда»[3], уверенные, что независимо от того, насколько внимательно мы смотрим на экран, сыщики-неумехи все равно поймают, кого надо.
Меж тем, пришла зима, а с ней – новый семестр и новый год. К тому времени я уже видал в коридоре вернувшегося после операции Фейнмана: он приходил к себе в кабинет и покидал его. И я понял: если кто и может мне помочь преодолеть творческую засуху, так это мой кумир Фейнман. Его тексты разбудили во мне интерес к физике, а теперь вот судьба привела меня к нему на факультет – буквально в нескольких дверях от него самого. Нужно было просто пройти пару шагов и постучать. К счастью, невзирая на всю мою наивность и самоедство, пороху – или хуцпы, как говорили мои родители, – мне хватало. Даже живые легенды – не недосягаемы. Вот так Фейнман, презиравший психологию еще сильнее философии, вскоре стал моим главным советчиком и в философии, и в научном сознании.