Графики Дайсона, диаграммы Фейнмана
Фейнман полностью осознал мощь своей мыслительной машины в январе, на том же собрании Американского физического общества. Поводом стала история со Слотником и теоремой Кейза. Физик Мюррей Слотник представил свою работу по динамике мезонов, и Оппенгеймер разнес ее в пух и прах. Новый вид частиц и новый вид полей: применимы ли к ним недавно разработанные методы перенормировки? Сейчас внимание физиков было направлено внутрь ядра, на высокоэнергетичные частицы, формирующие силы внутри ядра атома, и теории мезонов переживали подъем. Их содержание напоминало квантовую электродинамику — как-никак, «флора» и «фауна» были одними и теми же, — но имелось одно существенное различие: «двойником» фотона был мезон, а мезон обладал массой. Фейнман не владел ни языком, ни специфическими методами этой быстро развивающейся области физики. Данные, полученные в ходе экспериментов, свидетельствовали о рассеянии электронов нейтронами. Многие гипотезы, казавшиеся правдоподобными, столкнулись с вечной проблемой физиков — бесконечностями. Слотник исследовал два вида теорий — с псевдоскалярной связью и псевдовекторной связью. В первом случае ответ был конечным; во втором получалась бесконечность.
И Слотник решил доложить о своей работе. По окончании его доклада Оппенгеймер спросил: «А как же теорема Кейза?»
Слотник впервые слышал про теорему Кейза, и неудивительно — ведь Кеннет Кейз, сотрудник докторантуры, работавший в институте Оппенгеймера, еще не опубликовал ее. Но оказалось, что согласно этой теореме результат должен быть одинаковым как для псевдоскалярной, так и для псевдовекторной связи. Выступление Кейза было намечено на следующий день. Слотнику нечего было ответить.
Фейнман не изучал теорию мезонов. Получив ее краткое объяснение, он вернулся в номер и взялся за расчеты. И тоже получил два разных результата. На следующее утро он поймал Слотника и попросил его проверить свои вычисления. Тот пришел в недоумение. У него ушло полгода напряженной работы на эти расчеты; о чем речь? Фейнман достал листок бумаги с написанной формулой.
— А что значит Q? — спросил Слотник.
— Передача импульса, — ответил Фейнман. — Свойство, изменяющееся в зависимости от степени смещения электрона.
Такой ответ стал еще одним потрясением для Слотника: за полгода работы он так и не осмелился подступиться к этому усложнению. Ему казался трудно решаемым даже пример с электроном без смещения.
Да это неважно, отмахнулся Фейнман. Он установил величину Q, равную нулю, упростил свое уравнение и снова убедился, что расчеты, сделанные им вчера вечером, совпадают с результатами Слотника. Он пытался сдержать ликование, но горел от возбуждения. Всего за пару часов он создал более совершенную версию расчетов, ради которых другой физик поставил на карту всю свою карьеру! Теперь Фейнман точно знал: надо публиковаться. Пока другие орудовали палками и дубинками, у него одного в руках оказался арбалет.
Он пошел на лекцию Кейза, в конце которой вскочил и задал заранее приготовленный вопрос: «А как же расчеты Слотника?»
Тем временем Швингер обнаружил, что больше не является центром внимания. Работа Дайсона содержала выпад в его сторону — того самого Дайсона, который прошлым летом казался таким воодушевленным учеником! А теперь еще этот странный внезапный триумф Дайсона и Фейнмана. Позднее Швингер высказался об этом со своим неподражаемым завуалированным сарказмом: «Манерой провозглашать свои теории эти двое напоминали апостолов, вознамерившихся познакомить простой люд с еврейским богом посредством древнегреческой логики».
Но Фейнман представил свою логику в своей манере. Они с Дайсоном вместе выступили на третьей и последней мини-конференции физиков, на этот раз организованной в Олдстоуне-на-Гудзоне. Это была завершающая часть триптиха, начатого два года назад конференцией на Шелтер-Айленде. Фейнман к тому времени приступил к публикации своего обширного научного материала: он написал более ста тысяч слов, а выход работ в свет растянулся на три года. Эти труды ознаменовали начало новой эпохи для следующего поколения физиков. После материала по интегралам по траекториям в Physical Review последовали «Релятивистский предел в классической электродинамике» (A Relativistic Cut-Off for Classical Electrodynamics), «Релятивистский предел в квантовой электродинамике» (Relativistic Cut-Off for Quantum Electrodynamics), «Теория позитронов» (The Theory of Positrons), «Пространственно-временной подход в квантовой электродинамике» (Space-Time Approach to Quantum Electrodynamics), «Математическая формулировка квантовой теории электромагнитного взаимодействия» (Mathematical Formulation of the Quantum Theory of Electromagnetic Interaction) и «Применение операторной алгебры в квантовой электродинамике» (An Operator Calculus Having Applications in Quantum Electrodynamics). Молодые теоретики, прочитавшие эти публикации от корки до корки, поняли, что Дайсон обрисовал видение Фейнмана лишь в общих чертах. Их вдохновляло воображение Фейнмана, создававшего точные образы, начиная с незабываемой метафоры бомбардировщика в работе о позитронах, и его настойчивость в использовании самых простых формулировок для физических принципов.
«Остаточная масса частиц — это не что иное, как результат работы по преодолению взаимного притяжения, возникающего после их создания…
Каким представляется этот путь тому, чье будущее постепенно становится прошлым, так как настоящее находится в постоянном движении? Сначала он увидит…»
Читая эти работы, начинающие физики невольно задумывались о том, что такое пространство, время, энергия. Благодаря Фейнману физика оправдывала ожидания своих почитателей: она представала самой фундаментальной из дисциплин и давала возможность изучающим ее разобраться в основополагающих вопросах мироздания. А главное, молодым исследователям пришлись по душе диаграммы Фейнмана.
Фейнман сказал Дайсону (слегка заносчиво), что не потрудился прочесть его работы. «Мы с Фейнманом прекрасно понимаем друг друга, — в приподнятом настроении писал Дайсон родителям. — Я знаю, что он единственный человек на Земле, который не почерпнет из написанного мной ничего нового для себя, и он открыто сообщил мне об этом». Однако студенты Фейнмана порой замечали, что в его упоминаниях о Дайсоне как будто бы сквозила злость. Например, все вокруг твердили о графиках Дайсона. Фейнмана это раздражало. «Почему графики?» — спросил он Дайсона. С чего это он вдруг вообразил себя математиком, зачем так рисоваться?
Впоследствии выяснилось, что Дайсон был не единственным, кто опередил Фейнмана с его пространственно-временным методом. В учебнике немецкого физика Грегора Вентцеля 1943 года содержалось параллельное описание обмена частиц при бета-распаде. Ученик Вентцеля, швейцарец Эрнст Штюкельберг, разработал метод диаграмм, включавший даже концепцию позитронов, движущихся назад во времени; часть своих находок он опубликовал на французском языке, часть осталась неопубликованной. (Надо сказать, на Вентцеля они не произвели никакого впечатления.) Но в этих диаграммах проскальзывали лишь зачатки метода визуализации, который полностью был реализован Фейнманом. Его собственная, полная версия — «Фундаментальное взаимодействие» (The fundamental interaction) — в конце концов увидела свет поздней весной 1949 года. Образ двух электронов, которые в ходе взаимодействия обмениваются фотоном, впечатался в подкорку следующему поколению физиков-теоретиков, изучающих поля.
