Некоторые физики пришли к выводу, что существует «физическая история» — необходимая и удобная вещь, зачастую отличающаяся от истории реальной.
Сказка о Стране квантовых полей, где Швингер был кротом, Фейнман — вороном, Бор — филином, а Дайсон — лисом, стала сатирической демонстрацией принципа, с которым физики свыклись так же быстро, как с интегралами по траекториям и фейнмановскими диаграммами: если ты знаешь, где находишься, это вовсе не значит, что тебе известна конечная точка твоего пути. И наоборот: если ты знаешь, куда направляешься, это вовсе не значит, что ты знаешь, где находишься…
Крот и ворон все же решили увидеть Страну квантовых полей своими глазами. И отправились туда.
Прошло несколько лет. Первым вернулся крот. Он рассказал, что в Стране квантовых полей много тоннелей. Нужно найти вход и идти по лабиринту с разветвляющимися и вновь сходящимися коридорами, пока не найдешь выход и не сможешь выбраться на поверхность. Всем показалось, что Страна квантовых полей — такое место, которое может понравиться только кроту. Поэтому никто не захотел о ней больше слышать.
Но прошло некоторое время, и вернулся ворон. Он хлопал крыльями и взволнованно каркал. Страна квантовых полей — это что-то потрясающее, рассказывал он. Там самые прекрасные виды, высокие горы, опасные переходы и глубокие долины, которые изрыты маленькими кротами, копающими свои подземные ходы. Казалось, ворон надышался веселящего газа, и многие услышавшие его недоверчиво качали головами. Лягушки квакали: “Где строгие расчеты?” Но ворон заражал всех своим энтузиазмом.
Самым удивительным было то, что крот и ворон представили два совершенно разных описания Страны квантовых полей. Кое-кто даже засомневался, что они действительно добрались до этого мифического края. Один лишь лис, по природе своей очень любопытное существо, бегал от крота к ворону и беспрестанно расспрашивал их, пока не удостоверился, что понял обоих. И теперь в Стране квантовых полей может побывать любой. Даже улитка».
Калтех
* * *
В 1920-х годах Калифорнийский технологический институт состоял из здания инженерного и физического факультетов, химической лаборатории, актового зала и апельсиновой рощи, раскинувшейся на двенадцати гектарах пыльной засушливой земли. Кампус находился в нескольких минутах езды к востоку от процветающего городского центра Пасадены, куда съезжались «новые богачи» в поисках монументальной архитектуры. Аромат апельсинов и роз витал над домами с портиками, многие из которых могли претендовать на то, чтобы называться особняками. Они были построены в стиле приморских городков юга Испании и Италии: стены, покрытые бледной штукатуркой, красные черепичные крыши. Вскоре этот стиль станут называть калифорнийским. «В Пасадене, расположенной в шестнадцати километрах от Лос-Анджелеса, по улицам проносятся роллс-ройсы, — сообщал один из очевидцев в 1932 году. — Это один из красивейших — и, вероятно, богатейших — городков Америки». Альберт Эйнштейн зимовал здесь три года подряд, пока не решил, что Принстон подходит ему больше. Он позировал на велосипеде фотографам, к восторгу администраторов института, и, по словам Уилла Роджерса, не пропускал «ни одного обеда и ужина, ни одной кинопремьеры и свадьбы, а также посетил как минимум две трети слушаний о разводах». Даже когда Великая депрессия преуменьшила богатства жителей Пасадены, научные успехи Калифорнийского технологического лишь приумножились. В новой лаборатории полировали гигантские линзы для громадного телескопа, установленного на горе Паломар. Калтех стал американским центром систематической науки о землетрясениях; один из его молодых выпускников, Чарльз Рихтер, разработал знаменитую шкалу, названную его именем. Вскоре институт добился успехов и в аэронавтике: к 1944 году группа любителей-энтузиастов, запускавших ракеты с холмов над «Розовой чашей»
[140], основала Лабораторию реактивного движения. Фонды и промышленники с радостью открыли для себя новый источник финансирования на восточном побережье США. Известный производитель кукурузных хлопьев выделил средства на строительство здания, в котором разместилась Радиационная лаборатория Келлогга. Усилиями главного эксперта лаборатории Чарльза Лауритсена она стала национальным центром фундаментальной ядерной физики. В 1930-е годы Лауритсен изучал ядерные свойства легких химических элементов — водорода и дейтерия, гелия, лития — вплоть до углерода, фиксируя энергетические уровни и спины каждого из них при помощи разнокалиберного оборудования.
Он все еще работал в лаборатории Келлогга, когда зимой 1951 года ему начали приходить сообщения от «бразильского оракула». Примерно каждую неделю один из студентов Калтеха связывался по телефону с оператором из Бразилии и Лауритсен выслушивал лаконичные предположения: «Возможно ли, что у углерода в основном состоянии два энергетических уровня, а не один?» Ученый проверял, и вскоре оказывалось, что это правда. Видимо, у его информатора была теория на этот счет…
Ферми в Чикаго также приходили сообщения от Фейнмана: перед Рождеством тот прислал из отеля Miramar Palace в Копакабане длинное письмо, начинавшееся со слов «Дорогой Ферми». Продолжая работу, толчком к которой послужило «дело Кейза и Слотника», Фейнман занимался теорией мезонов. В ней было много путаницы и расхождений, но ему уже удалось прийти к нескольким разрозненным выводам. «Рискуя сообщить то, что, возможно, давно известно всем в США, я хотел бы сделать некоторые замечания», — писал он Ферми. И сообщал, что мезоны псевдоскалярны, а не скалярны; что теория Юкавы неверна. Он узнавал новости из лабораторий по любительскому радио — «здесь, в Бразилии, я не совсем изолирован от мира», — и у него возникали гипотезы, которые он хотел проверить. В основе его подхода к мезонам — частицам, играющим столь важную роль в структуре атомного ядра
[141], — лежала вариация спина, только еще более абстрактная: новое квантовое число, которое он назвал изотопическим спином (изоспином). Оказалось, что Ферми опробовал тот же подход, и Фейнман отчасти продублировал работу, проделанную им в Чикаго. Каждый своим путем они пытались решить теоретические задачи, схожие с уравнениями из квантовой электродинамики, но не поддававшиеся любимым кнутам физиков-укротителей — перенормировке и теории возмущений. «Не верьте вычислениям при исследовании мезонов, если те сделаны с помощью фейнмановских диаграмм!» — писал Фейнман Ферми. Все дальше продвигаясь внутрь ядра, физики видели, как довоенное представление о частицах рассыпается на их глазах. По мере развития науки меркли мечты о подконтрольном, конечном числе атомных «кирпичиков». Какую частицу считать элементарной в мире, где процесс деления бесконечен?
Что из чего состоит? «Дело принципа, — записал Фейнман в маленькой адресной книжке, которую везде носил с собой. — Нельзя сказать, что A состоит из В, и наоборот. Вся масса суть взаимодействие». Но это не решало проблему. На фотографиях из облачных камер
[142] просматривались разветвления и отклонения от траекторий — как будто новые мезоны появлялись прежде, чем ученые успевали изучить старые. Ферми сделал заявление в Physical Review, верно описав это нашествие частиц:
