Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность - [51]

Уилер и Фейнман сосредоточились на электромагнетизме, который долго изучали с классической точки зрения, используя уравнения Максвелла, хотя он нуждался и в квантовом описании. Другим хорошо изученным взаимодействием была гравитация, признанным ее толкованием стала общая теория относительности Альберта Эйнштейна.

Несколько ученых попытались квантовать ее, но без особого успеха.

Теории электромагнетизма и гравитации объясняли невероятно широкий спектр феноменов – от работы моторов до вращения планет, но их нельзя было приложить к некоторым явлениям, имеющим место в атомном ядре. Взять хотя бы радиоактивный распад нейтронов на протоны, электроны и (о чем узнали позже) антинейтрино. Этому процессу, названному «бета-распадом», недоставало полного объяснения, несмотря на попытки Энрико Ферми и других описать его.

Целостное описание, в создании которого Фейнман сыграл одну из главных ролей, породило термин «слабое взаимодействие».

Другой важный процесс, требовавший удовлетворительного объяснения, крылся в силе, склеивавшей между собой нуклоны (протоны и нейтроны) в пределах атомного ядра. Мощное притяжение, действующее на очень коротких дистанциях, позже было названо «сильным взаимодействием».

В 1935 году Хидеки Юкава предложил его возможное обоснование, включавшее обменную частицу, названную «мезотрон», позже переименованную просто в «мезон». Мезоны, в отличие от фотонов, обладали массой, и как тяжелые шары для боулинга, которые высоко не подбросишь, их можно было передвинуть только на небольшое расстояние. Поэтому сильное взаимодействие ограничено субатомным уровнем.

По странному совпадению, в следующем году Карл Андерсон и Сет Неддермайер, занимавшиеся анализом космического излучения, обнаружили в нем частицу, грубо соответствующую по массе теории Юкавы. Ее назвали мю-мезон или короче «мюон».

Увы, вскоре стало ясно, что мю-мезон не полностью годится на место мезона. Фактически, если попытаться с его помощью связать вместе частицы в ядре, все закончится неудачей. Мюоны даже не подвергаются сильному взаимодействию, они, по всей видимости, не играют особой роли, они просто существуют в космических лучах и рождаются в различных процессах.

Имея в виду такую бесцельность их существования, физик Исидор Раби задал свой известный вопрос: «Кто это заказал?»

Настоящая частица из схемы Юкавы, названная пи-мезоном или «пионом», была найдена в 1947 году во время другого эксперимента по анализу космического излучения. Пионы – массивные частицы короткого радиуса действия, которые отвечают на сильное взаимодействие и полностью вписываются в теорию. Прошли десятилетия, прежде чем ученые сообразили, что и эти штуки не являются фундаментальными, что по-настоящему механизм сильного взаимодействия включает глюоны, другой тип обменных частиц.

Уилер надеялся, что его полиэлектроны помогут создать модели мезонов и других частиц из космических лучей. Конструируя мезоны из строительных блоков в виде пар электрон-позитрон, он мечтал объяснить изобилие экзотических частиц и сил только с помощью знакомого всем электромагнетизма и банального электрона.

Как таблица Менделеева показывает, что химические элементы состоят из ядра и электронов, возможно, расположенные в определенном порядке полиэлектроны, думал он, помогут представить в таком же виде элементарные частицы. После открытия пионов Уилер сказал «Нью-Йорк Таймс»: «Все более повышается вероятность того, что все более тяжелые частицы состоят неким образом, каким, пока неясно, из позитивных и негативных электронов»⁵⁰.

Но он никогда не был человеком, который ставит все на одну лошадь, да и взгромоздить научную репутацию на спину умозрительной, недоказанной гипотезе, такой как полиэлектронная – не очень мудро.

Поэтому во второй половине сороковых и в начале пятидесятых Уилер опубликовал немало статей по более традиционным для ядерной физики и физики частиц темам: описания мюонных и пионных взаимодействий, дискуссии насчет источника космических лучей, анализ определенных процессов, в которых излучаются два фотона.

Как уважаемый «наследник» Нильса Бора и соавтор важнейшей статьи по ядерному распаду, благодаря которой во многом оказалось возможным создать бомбу, Уилер оказался очень востребован как в качестве публичного лектора, так и в разных правительственных комитетах. Он опубликовал несколько статей о будущем ядерной энергии, по теме, в которой он разбирался особенно хорошо. Он сочинил биографические тексты о Боре и о пионере американской физики Джозефе Генри, что отразило его растущий интерес к истории науки.

В сентябре 1946 года Бор приехал в Принстон, чтобы посетить конференцию «Будущее ядерной науки», совпавшую с двухсотлетием университета. Уилер был рад принять наставника в числе многих других известных физиков – Фейнмана, Раби, Ферми, Оппенгеймера и Дирака, и обсудить с ними послевоенные перспективы физической науки.

На конференции Фейнман получил шанс коротко переговорить с Дираком по поводу приложения принципа наименьшего действия к квантовой механике, что было в конечном итоге продолжением работы британца. Дирак выслушал, но остался при своем.