Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность - [60]

Следовательно, для электрона, испускающего фотон, который будет захвачен другим электроном, диаграмма покажет отрезки прямой для каждого влетающего электрона, волнистую линию, соединяющую их пути, и направленные под различными углами отрезки для исходящих электронов. Изменение в направлениях электронов станет результатом обмена фотонами, а стрелка для каждого электрона будет направлена вперед во времени; иначе диаграмма отобразит позитроны.

Чтобы принять в расчет интеграл по траекториям, Фейнман рисовал отдельную диаграмму для каждой из возможных траекторий. Конечно, некоторые являлись менее вероятными, чем другие, но в расчетах должны были участвовать все, взвешенные с учетом их вероятности. Следовательно, типичное событие в жизни частиц, такое как рассеивание, будет описываться набором диаграмм, а не одной.

Еще Ричард рассчитывал возможные значения для спинового квантового числа, другого важного фактора.

Чтобы показать, как вакуумные эффекты производят Лэмбовский сдвиг, Фейнман изобразил отрезок прямой для «голого электрона» и назвал его «прямым путем». После этого он пририсовал к сегменту волнистую кривую, показывая, что произойдет, если электрон испустит, а затем поглотит виртуальный фотон. Он интерпретировал введение фотона как «коррекцию», соответствующую определенной квантовой флуктуации.

Это была одна из возможных траекторий.

Другая диаграмма, с которой Фейнман работал позже, включала петлю, соединенную с отрезком посредством волнистой линии. Диаграмма описывала электрон, испускающий виртуальный фотон, в свою очередь, производящий виртуальную пару частица-античастица.

Добавив эти две диаграммы, Ричард получил коррекцию первого порядка (самую базовую) к энергии электрона, дающую приближенное значение для спектрального сдвига, зарегистрированного Лэмбом и Резерфордом. Чтобы получить коррекцию второго порядка, необходимо использовать диаграммы с двумя петлями, и т. д.

В своем стремлении добиться правильных значений Фейнман позволял себе некоторые вольности. Пока он разрабатывал метод диаграмм, он не проверял их математическую точность.

Тем не менее схема, пусть с поправками, но работала. Она была чем-то вроде временной радарной системы, созданной с помощью кучи проводов, когда радость вызывает сам факт, что она функционирует, что засветки появляются на экране, а мысли по поводу того, верно ли соединены все контакты, не приходят в голову.

«Ты знаешь, что большая часть моей работы в какой-то степени удачная догадка, – писал Фейнман позже физику Теду Велтону из Пенсильванского университета, старому другу по МТИ. – Математическое обоснование обычно следует за физическими идеями, которые я не всегда полностью понимаю, хотя они кажутся мне очень простыми»⁵⁸.

Фейнман преимущественно заботился о том, соответствуют ли его результаты экспериментальным данным или нет. Математики и философы могут тратить силы, споря о причине и рифме, но только не он. Когда диаграммы Ричарда давали корректный ответ предсказуемым образом, он чувствовал себя счастливым.

Как заметил историк науки Дэвид Кайзер: «Фейнман пылко верил, что диаграммы были более важными и значимыми, чем обоснование их применения. Фактически Фейнман игнорировал эту тему в его статьях, лекциях и переписке»⁵⁹.

К счастью, Дайсон, объявившийся в Корнелле в качестве аспиранта Бете, помог развить и продвинуть диаграммы Фейнмана, связав их с другими интерпретациями квантовой электродинамики. Его унификация различных методов оказалась очень важной для окончательного успеха.

Одиссея англичанина в Итаке

Фримен Дайсон вырос на юге Англии и проводил каникулы в доме на берегу моря. Его отец был сочинителем классической музыки, самой известной работой которого стали «Пилигримы из Кентербери», а мать – поклонницей Чосера, так что любовь сына к книгам и тихим размышлениям не удивляла родителей.

Тем не менее они изумились⁶⁰, когда однажды на рождественские каникулы Фримен принес домой учебник по дифференциальному исчислению и читал его по четырнадцать часов в день. Он решил все задачи и дал письменное обязательство обосновать теорию Эйнштейна.

Для Дайсона это было лучшее Рождество.

Через Винчестер-колледж и Кембридж он попал в Корнелл, на факультет физики, руководимый Бете и часто оглашаемый «серенадами» на барабанах в исполнении Фейнмана. Затворник и хулиган быстро сошлись, Фримен и Ричард стали отличными друзьями.

Важнее всего то, что Дайсон помог привлечь внимание к работе Фейнмана со стороны научного сообщества, продвигая метод диаграмм, одновременно вдохновляя приятеля укрепить его математическую основу, и в конечном итоге связав метод с гипотезами Швингера.

Когда Дайсон появился в Корнелле как аспирант в сентябре 1947 года, царившая в университете неформальность поразила его. Все называли Бете просто «Ханс» – неслыханная вещь в Британии того времени. Фримен также оказался изумлен⁶¹ небрежностью известного физика, особенно грязными ботинками, что красовались на нем во время их первой встречи.

Если бы преподавателя Кембриджа увидели в такой обуви, то люди решили бы, что он упал в придорожную канаву. Но в Соединенных Штатах это было в порядке вещей.