Радуга Фейнмана. Поиск красоты в физике и в жизни

Фейнман не дожил до устранения затруднений квантовой хромодинамики. И через двадцать с лишним лет после нашего тогдашнего разговора они по-прежнему есть. Ныне единственные новые результаты, вычисленные из теории, произошли не от более глубокого понимания или математического решения теории, но благодаря постоянному применению все более мощных компьютеров.

IX

Продолжая поиски задачи для работы, я раздумывал над тем, что Фейнман говорил о короткой дороге. В чем моя сила? Я всегда имел больше склонности к математике, чем мои однокашники. А еще я был мятежный тип – меня привлекало все, что против общепринятой истины. Большая часть ученых на нашем этаже занималась, как и Фейнман, поиском лучших методов решения задач квантовой хромодинамики. Это направление было связано в основном с обычной математикой и считалось одной из важнейших задач современности.

Но был один профессор, Джон Шварц, чьи исследования привлекали довольно экзотическую математику и шли совершенно вне основного русла.

В природе известны четыре взаимодействия – электромагнитное, гравитационное, сильное и субъядерное, или слабое. У физиков есть теории, описывающие эти взаимодействия: квантовая электрослабого взаимодействия, обобщение квантовой электродинамики, описывающее и электромагнетизм, и слабые взаимодействия; общая теория относительности, которая не квантовая, описывающая гравитацию; и квантовая хромодинамика, описывающая сильные взаимодействия. Верование, что все природные явления могут быть объяснены фундаментальными физическими законами, называется редукционизмом. Вера в редукционизм популярна в физике и пересекает «генеральную линию партии» и у греков фасона Марри, и у вавилонян типа Фейнмана. Это означает, что большинство физиков верит: все во Вселенной – от рождения ребенка до рождения галактики – происходит в результате одного или нескольких фундаментальных взаимодействий. Исходя из того, что большинство физиков придерживается этого взгляда, развитие теорий четырех взаимодействий – едва ли не самая важная задача, за какую может взяться физик-теоретик. Шварц работал над единой теорией, которая, окажись она верной, включит в себя (и видоизменит) все эти теории. Его новая теория одним махом перепишет их все, заменит на одну всеобъемлющую.

Учитывая, насколько разные эти четыре взаимодействия, единая теория, описывающая их все, может показаться большой натяжкой. К примеру, электромагнитная сила может притягивать или отталкивать, а гравитационная – только притягивать. Сильное взаимодействие на малых расстояниях ослабевает, тогда как гравитационное и электромагнитное усиливаются. А еще у этих взаимодействий невообразимая разница в величинах: сильное в сотни раз мощнее электромагнитного, в тысячи – слабого, в миллиарды миллиардов миллиардов – гравитационного. Эти четыре силы играют разные роли в нашей жизни и в бытовании Вселенной. Гравитация, конечно, удерживает нас на Земле и отвечает за приливы и отливы. Но самое значимое влияние заметно в масштабах космоса. Из-за гравитации возникают и вращаются вокруг своих звезд планеты, пылают ядерные горнила внутри этих звезд, дающие свет и тепло, от которых рождается жизнь. А задолго до существования планет именно гравитационное сжатие заставило звезды уплотниться. Электромагнитная сила важна для нас в основном на атомном уровне. Электромагнитные взаимодействия между атомами и молекулами, к примеру, делают предметы вокруг видимыми, позволяют кислороду связываться с красными кровяными тельцами и не дают руке провалиться сквозь стену, когда мы на эту стену опираемся. Именно эта сила придает материалам их основные свойства. И укрощению этой силы, в основном в XX веке, мы обязаны большинством удобств современного мира: от электрического света до телефонов, радио, телевидения и компьютеров. Два других взаимодействия, сильное и слабое, управляют пространством, существующим в масштабах много меньших, чем даже атомный мир электромагнетизма: внутри ядер. Слабые взаимодействия – это радиоактивный распад ядра, называемый бета-распадом. Сильные взаимодействия – это атомная энергия. Именно эта сила, выпущенная из ядер, по массе равных трети унции урана, уничтожила город Хиросиму.