Результаты экспериментов начала 1947 года были обнародованы на конференции на Шелтер-Айленд, куда прибыли ведущие физики, включая Фейнмана, и после нее именно идеи Крамерса позволили поставить квантовую электродинамику на более прочное основание.
Собрание умов
Конференция на Шелтер-Айленд и несколько последующих таких встреч начались с блестящей идеи, пришедшей в голову Дункану Мак-Иннесу из Рокфеллеровского института – почему бы не направить в единый поток энергию звезд науки, нацелить ее на решение важнейших проблем физики. Он предложил эту концепцию Национальной академии наук США (НАН), и ее функционеры поддержали начинание.
Серия встреч оказала невероятно мощное влияние на современную науку.
Президент НАН Фрэнк Джеветт вместе с Мак-Иннесом продумал структуру конференции: он предложил серию коротких встреч, расписанных по темам, каждой из которых занимается группа экспертов. Само собой, академия выделила щедрое финансирование, имея в виду, что понадобятся хорошие условия для работы.
После первой конференции, посвященной биологической физике, вторую решили посвятить фундаментальным проблемам квантовой физики. Для ее организации предложили помощь два выдающихся физика, Карл Дарров, громогласный секретарь Американского физического общества, и его друг Леон Бриллюэн, имевший опыт организации знаменитых Сольвеевских конгрессов в Европе.
Последний, в свою очередь, обратился за поддержкой к Вольфгангу Паули54.
Паули посоветовал нечто, лежавшее далеко от планов Джеветта и Мак-Иннеса, он нарисовал картину большой конференции, куда приедут исследователи старшего поколения, занимавшиеся квантовой теорией до войны и желающие вернуться к теме. Вольфганг подумал в первую очередь об участниках из Европы и почти не вспомнил о собственно американской физике.
Мак-Иннес обсудил ситуацию с Джеветтом, и Паули было отправлено письмо с вежливым отказом. Мак-Иннес поблагодарил швейцарца, но объяснил, что они собираются устроить рабочее мероприятие с участием многообещающих исследователей, а не выставку почтенных профессоров.
Паули ответил и порекомендовал организаторам обратиться к Уилеру, куда лучше знакомому с молодежью.
Как обычно, Паули не ошибался, Уилер был тем человеком, кто мог навести мост между поколениями. Его манеры, выдержка и беглый немецкий позволяли Джону пользоваться уважением у европейских ученых старой школы, в то время как открытость и чувство юмора обеспечивали восхищение со стороны молодых американских физиков, таких как Фейнман.
Уилер благосклонно внял просьбе о помощи, ему понравилась идея – молодые теоретики, обсуждающие столь близкие его сердцу темы взаимодействия электронов и роли мезонов. Поначалу они вместе с Паули решили, что такую встречу есть смысл провести в Копенгагене, под крылом института Бора. Но потом вняли аргументу, что немногие американцы захотят отправиться в Данию, и решили уменьшить расходы. Карл Дарров посоветовал перенести мероприятие в США. Действительно, общие расходы на встречу составили бы менее 1000 долларов.
После месяцев планирования был выбран отель «Рэмз Хеад Инн» на Шелтер-Айленд. Остров мог обеспечить идеальные условия, чтобы собрать в тихом уютном месте выдающиеся умы современности. И в то же время он находился прямо на северо-восток от Лонг-Айленда, то есть очень близко к Нью-Йорку и южной части Новой Англии.
Даты выбрали так, чтобы мог присутствовать Оппенгеймер, тогда самый известный американский физик и главная «приманка» для молодых ученых.
Мак-Иннес вместе с Уилером долго трудились над списком приглашенных. Решили определить троих лидеров дискуссий, выбрав их из числа выдающихся физиков, чтобы каждый руководил секцией: Оппенгеймер, Крамерс и блестящий эмигрант из Австрии Виктор Вайскопф из МТИ.
Последний в свое время тоже участвовал в Манхэттенском проекте, и, подобно Крамерсу, он был протеже Бора. Что знаменательно, он работал помимо прочих с Максом Борном (он был научным руководителем Вайскопфа), Вернером Гейзенбергом, Эрвином Шредингером, Дираком и Паули, и список его наставников вполне годился на роль справочника «Кто есть кто в современной физике?».
Под влиянием того же Паули Вайскопф в 1939 году предложил инновационный подход к расчету энергии самовоздействия электрона (энергии, соответствующей его взаимодействию с электромагнитным полем, которое он сам и создает), позволяющий получить конечную величину. Подобно Крамерсу, он сохранял в модели понятие электромагнитного поля. Чтобы добыть подходящую квантовую величину энергии самовоздействия, он рассчитал эффекты «вакуумных флуктуаций».
Вакуумные флуктуации происходят, когда частицы спонтанно возникают из кажущейся пустоты пространства, существуют короткое время, а затем снова исчезают в бездне, словно дельфины, всплывшие подышать воздухом перед новым погружением. Например, электрон и позитрон могут появиться вместе, бросить летящий взгляд на реальность и быстро аннигилировать друг друга. Временное создание материи из чистого ничего допускается принципом неопределенности Гейзенберга, если время в данном случае достаточно короткое (чем больше масса, тем короче).
Другое ограничение на подобные неустойчивые феномены, известные как «виртуальные частицы», заключается в том, что они должны сохранять заряд. Именно по этой причине позитроны возникают в компании электронов, их заряды компенсируют друг друга.
Вакуум – нечто вроде кредитной линии, позволяющей делать большие займы, но со строгим лимитом.
Ключевой чертой «моря» виртуальных частиц рядом с электроном (или другой заряженной частицей) является то, что оно имеет тенденцию поляризоваться – другими словами, выстраиваться по направлению плюс-минус, так же, как батарейки в фонарике. Подобное явление получило название «вакуумной поляризации».
Вакуумная поляризация эффективно заменяет точечный заряд электрона облаком заряда. Подобно иголкам испуганного ежа, пары заряженных противоположным образом частиц излучаются в стороны от электрона, и делают это таким образом, что положительный заряд в каждой паре ближе к электрону, чем отрицательный. Эти вытянувшиеся в линию заряды окружают «голый» заряд электрона так, что он эффективно становится имеющим размеры скоплением, а не безразмерной точкой.
В сущности, таким образом распределяются масса и заряд электрона.
Примечательно, что Вайскопф обнаружил: вакуумная поляризация помогает ограничить энергию самовоздействия электрона, отмечая тем самым направление, двигаясь в котором можно решить одну из главных загадок квантовой электродинамики. Расчет энергии самовоздействия все еще приводил к бесконечности, хотя уже не так быстро: теперь деревянный дом не сгорал в бушующем пламени, но его неспешно поедали термиты. Конец одинаковый, но процесс шел много медленнее и выглядел управляемым.
Гипотеза Вайскопфа дала надежду, что дальнейшие математические манипуляции позволят добиться цели: конечной энергии самовоздействия.
Помимо троих уже названных лидеров пригласили около двух дюжин ученых. Само собой, Фейнман оказался одним из первых в списке, Уилер выбрал его, предвкушая встречу двух давних соратников и возможность вновь поиграть с теорией. Кроме Ричарда, в список попали Юджин Вигнер, Джон фон Нейман, Ханс Бете, Эдвард Теллер, Грегори Брейт (в свое время руководивший постдиссертационной практикой Уилера), Энрико Ферми и Джулиан Швингер, блестящий молодой физик-теоретик из Гарварда.
