Путешествия во времени. История - [32]
Физика состоит из математики и слов, всегда одно и то же: слова и математика. И не в каждом случае полезно спрашивать, представляют ли слова какие-то «реальные» сущности или нет. Более того, физики поступают очень разумно, игнорируя этот вопрос. «Реальны» ли световые волны? А гравитационное поле? Пространственно-временной континуум? Оставьте эти вопросы теологам. Сегодня идея полей незаменима — и вы буквально до мозга костей ощущаете их присутствие; во всяком случае, вы видите, как железные опилки выстраиваются по линиям вокруг магнита, — а завтра вы начинаете думать, нельзя ли отбросить поля и начать заново. Именно этим и занимались Уилер с Фейнманом. Магнитному полю, а с ним и электрическому — хотя на самом деле все это едино и представляет собой просто электромагнитное поле — едва исполнилось 100 лет. Его придумали (или открыли) Фарадей и Максвелл. Поля заполняют собой Вселенную: гравитационные поля, бозонные поля, поля Янга — Миллса. Поле — это величина, которая изменяется в пространстве и времени и выражает изменения в силе[84]. Земля ощущает гравитационное поле Солнца, которое рассеивается Солнцем вовне. Яблоко, свисающее с дерева, знаменует собой гравитационное поле Земли. Без полей вам придется поверить в то, что выглядит как волшебство: действие на расстоянии, через вакуум, без всяких рычагов или струн.
Уравнения Максвелла для электромагнитных полей работали великолепно, но к 1930–1940-м гг. у физиков появились проблемы в квантовом царстве. Уравнения, связывающие энергию электрона с его радиусом, были предельно понятны, так что размер электрона можно было вычислить с высокой точностью. Вот только в квантовой механике электрон, похоже, не имеет вообще никакого радиуса: это точечная частица нулевой размерности, не занимающая в пространстве никакого места. К несчастью для математики, эта картинка приводит к бесконечностям — закономерному результату деления на нуль. Фейнман считал, что многие из этих бесконечностей проистекали из обратного влияния электрона на самого себя, из его «внутренней энергии». В попытке избавиться от противных бесконечностей у него возникла идея просто не позволить электронам воздействовать на самих себя. Это означало ликвидировать поле, тогда частицы смогут только взаимодействовать с другими частицами напрямую. Не мгновенно: теорию относительности никто не отменял. Взаимодействия происходили со скоростью света. Собственно, это и есть свет: взаимодействия между электронами[85].
Позже в Стокгольме, при получении Нобелевской премии, Фейнман объяснил:
Верно, что, если вы качнете один заряд, другой качнется лишь через некоторое время. Заряды непосредственно взаимодействуют друг с другом, хотя и с некоторым запаздыванием. Закон силы, связывающей движение одного заряда с движением другого, должен предусматривать запаздывание. Качните этот заряд — другой качнется позже. Стоит начать колебаться атомам Солнца, как через восемь минут[86] в результате прямого взаимодействия начнут колебаться и электроны атомов моих глаз.
Проблема — если, конечно, это была проблема — состояла в том, что правила взаимодействия работали назад во времени нисколько не хуже, чем вперед. Они были симметричны. Подобные вещи, бывает, происходят в мире Минковского, где прошлое и будущее геометрически идентичны. Еще до теории относительности было хорошо известно, что уравнения Максвелла для электромагнетизма и еще раньше Ньютона для механики симметричны относительно времени. Уилер в свое время играл с идеей, что позитрон — античастица, соответствующая электрону, — представляет собой электрон, движущийся назад во времени. Так что Джонни и Дик смело выдвинули теорию, в которой электроны как бы светили и вперед, в будущее, и назад, в прошлое. «К этому времени я был уже в достаточной мере физиком, — продолжает Фейнман, — чтобы не сказать: „Ну нет, этого не может быть“. Ведь сегодня, после Эйнштейна и Бора, все физики знают, что иногда идея, кажущаяся на первый взгляд совершенно парадоксальной, может оказаться вовсе не парадоксальной после того, как мы разберемся в ней до мельчайших подробностей и во всех экспериментальных ситуациях»[87].
В конце концов оказалось, что в теории квантовой электродинамики можно обойтись без парадоксальных идей. Фейнман прекрасно понимал, что такие теории — это модели: они не бывают ни полными, ни совершенными[88], и их не нужно путать с реальностью, которая остается за пределами досягаемости.
Мне всегда казалось странным, что самые фундаментальные законы физики после того, как они уже открыты, все-таки допускают такое невероятное многообразие формулировок, по первому впечатлению неэквивалентных, и все же таких, что после определенных математических манипуляций между ними всегда удается найти взаимосвязь… Всегда можно сказать то же самое по-другому и так, что это будет совсем непохоже на то, как вы говорили об этом раньше…
Одну и ту же физическую реальность может описывать множество разных физических идей.
