Создатель квантовой электродинамики. Человек, который шутил наверняка Работа в комиссии по расследованию катастрофы шаттла «Челленджер»

Чем велик нобелевский лауреат 1965 года, американский физик Ричард Филипс Фейнман (1918–1988)?

Самый короткий ответ будет таков: Фейнман создал «диаграммы Фейнмана» – интеллектуальный аппарат квантовой электродинамики (КЭД). Диаграмма Фейнмана символически изображает взаимодействие фермионов (кванты материи, любая из 24 элементарных частиц Стандартной модели) и бозонов (квантов поля, носителей взаимодействий) в координатах пространства и времени. Применение метода, разработанного Фейнманом, позволило создать Стандартную модель квантовой физики – стройное представление о кварковой структуре элементарных частиц, лежащее в основе современной физической картины мира.

Несколько более развернутый и более технический ответ таков: «диаграммы Фейнмана» являются формализованным графическим представлением функциональных интегралов по траекториям квантовой амплитуды (комплексного числа, выражающего диапазон бесконечного числа квантовых вероятностей) и сводят в единую математику сразу три фундаментальных уравнения квантовой механики: Гейзенберга, Шредингера и Дирака, каждое из которых может быть получено преобразованием формулировки Фейнмана. В основе формализма Фейнмана лежит использование метода наименьшего действия Лагранжа, который позволяет устранить релятивистские противоречия между решениями Гейзенберга – Шредингера – Дирака и специальной теорией относительности Эйнштейна.

К сожалению, как показывает практика, такой ответ может прозвучать как абракадабра не только для читателей, чье знание квантовой механики исчерпывается школьной физикой, но и для некоторых студентов Физтеха, которые сдавали квантовую физику на младших курсах. Поэтому сказанное в предыдущем абзаце имеет смысл пояснить простыми (и не вполне точными) словами.

Квантовая механика описывает физические процессы микромира как по своей природе вероятностные, и элементарная частица может перейти из состояния А в состояние Б по любой не запрещенной траектории в пространстве и времени, а таких траекторий бесконечное множество. В ряде решений эта бесконечность вероятностей математически обращается в бесконечно большую физическую величину – например, массу или энергию. Фейнман показал, что не обязательно оперировать бесконечным числом траекторий, а можно просто интегрировать их, объединив в единую ожидаемую траекторию. Это математическое обобщение траекторий вероятности позволяет избавиться от дурных бесконечностей. Возможно, фундаментально именно так и функционирует природа, сочетая вероятностный микромир и существующий реально макромир. Полученные таким образом векторы можно отложить в координатах пространства и времени: по оси X время, по оси Y пространство. А если принять, что античастицы – это частицы, двигающиеся назад во времени (до Фейнмана такую интерпретацию предложил в 1931 году швейцарский физик Эрнст Штукельберг), то диаграмма позволяет охватить весь спектр возможных взаимодействий в микромире (развернутое популярное изложение формализма интеграла по траекториям см.: Фейнман, Ричард. КЭД – странная теория света и вещества. Пер. с англ. О.Л. Тиходеевой, С.Г. Тиходеева. Библиотечка «Квант». Вып. 66. М., Наука, 1988 ).

Судьба диаграмм Фейнмана очень точно может быть описана стихами другого великого современника Фейнмана, получившего Нобелевскую премию в 1958 году:

В родстве со всем, что есть, уверясь

И знаясь с будущим в быту,

Нельзя не впасть к концу, как в ересь,

В неслыханную простоту.

Но мы пощажены не будем,

Когда ее не утаим.

Она всего нужнее людям,

Но сложное понятней им.

Борис Пастернак. Волны

Интегралы по траекториям Фейнмана выполняли именно эту задачу – приводили бесконечное разнообразие возможностей в пространстве и времени в конечную простоту. Эта простота принимается нами за должное до такой степени, что диаграммы Фейнмана сейчас иллюстрируют разделы о квантовой физике в учебниках для средней школы. А в момент их создания диаграммы Фейнмана были приняты сообществом физиков-теоретиков скептически.

Во-первых, критики заподозрили в методе, которым Фейнман разделался с проблемой бесконечностей, философские и математические ошибки – философские в отношении подхода к проблеме и взгляда на устройство природы, математические – в расчетах. А во-вторых, физика микромира, за несколько десятилетий до того бывшая революцией, к этому времени уже создала собственный догматизм. Одной из непреложнейших догм было представление о том, что единственным приемлемым доказательством является математическое. У квантовой физики был свой священный язык – формул и уравнений. Чем сложнее и запутаннее, тем лучше! Рисовать картинки считалось профанацией.

Нильсу Бору приписывают обращенное к Вольфгангу Паули и Вернеру Гейзенбергу высказывание: «Мы все согласны, что ваша теория безумна. Вопрос, который нас разделяет: достаточно ли она безумна, чтобы быть правильной? Я считаю, что она недостаточно безумна». Фримен Дайсон прокомментировал это высказывание так: опубликовать в головном физическом журнале США The Physical Review безумную статью тем проще, чем она непонятнее. Понятные им статьи рецензенты отвергают, непонятные пропускают (Dyson, Freeman. Innovation in Physics. Scientific American, September, 1958. In: Hsu, Jong-Ping Hsu; Hsu, Leonardo. JingShin Theoretical Physics Symposium in Honor of Professor Ta-You Wu. World Scientific, Jan 1, 1998 ).

В цепочке открытий, которые в том числе привели к созданию Фейнманом формализма интегралов по траекториям, было множество примеров идей, «недостаточно безумных» для признания. Поль Дирак в 1928 году очень аккуратно указал, что его уравнение предполагает возможность даже не существования «античастиц» (в кавычках), а наличие решения, в котором фигурирует частица с отрицательным значением энергии. Дмитрий Скобельцын и Ченьян Чао экспериментально наблюдали позитрон, но не смогли или не рискнули интерпретировать свои наблюдения как обнаружение позитрона. Фредерик и Ирен Жолио-Кюри также обнаружили позитрон, но сочли его протоном. Когда в 1932 году Карл Андерсон стал искать и нашел позитрон в космических лучах, он не рискнул признать его «антиэлектроном», пока редактор Physical Review сам не предложил дать новой частице имя «позитрон».

Аналогичная судьба постигла и лэмбовский сдвиг. Этот КЭД-эффект, проявляющийся в смещении тонких линий спектра атома водорода в зависимости от энергетического уровня атома, объясняется тем, что электрон испускает и поглощает «виртуальный» фотон, не поддающийся наблюдению. Доклад, который Уиллис Лэм (в транскрипции XX века Лэмб) и Роберт Резерфорд сделали в июне 1947 года на конференции в Шелтер-Айленде, продемонстрировал, что в теории электрона Дирака не учтены релятивистские эффекты, и стал главным событием года. Именно попытки дать объяснение лэмбовского сдвига и привели Фейнмана к окончательной формализации его метода. Но при этом еще в 1938 году советский физик Дмитрий Блохинцев обнаружил этот эффект, подал работу в «Журнал экспериментальной и теоретической физики» и получил отказ за «необычность расчетов». Затем Виктор Вайскопф обнаружил эффект на несколько месяцев раньше Лэма и, решив, что в его расчетах ошибки, не стал публиковать результаты, после чего выяснилось, что ошибки не было, а ошибся консультант Вайскопфа – Ричард Фейнман (Куземский А.Л. Работы Д.И. Блохинцева и развитие квантовой физики. ОИЯИ. Физика элементарных частиц и атомного ядра. 2008, т. 39, вып. 1 ).

Сам Фейнман тоже достаточно долго преодолевал недоверие коллег. На следующей конференции в Поконо (весна 1948) Фейнман представил первый вариант своего метода. Его способ решения главной текущей задачи КЭД был намного проще, чем альтернативный метод ренормализации Юлиана Швингера (третий метод, средний по сложности, предложил Синъитиро Томонага, тогда живший в оккупированной Японии). Швингер был основным докладчиком первого дня и вызвал всеобщий энтузиазм тем, что был на пределе понимания участников конференции. Фейнман доложил свой метод после Швингера и попал под критику таких тяжеловесов, как Ханс Бете, Поль Дирак и Нильс Бор, которые заподозрили его в посягательстве на основы квантовой физики, в том числе принцип исключительности Паули.

Далеко не все, что в физике кажется основами, таковыми является. Меньше чем через десять лет, в 1956 году, Ян Чжэньнин, Ли Чжэньдао и У (Ву) Цзяньсюн опровергли для слабых взаимодействий считавшийся фундаментальным закон сохранения четности. Четность понимается как равноценность объекта и его отражения – образно говоря, если вы показываете отражению язык, отражение покажет язык вам. Но в микромире это не всегда так – там отражение может не отреагировать или показать вместо языка что-нибудь другое.

Ричард Фейнман и физик Ян Чжэньнин. 1950-е

SSPL / Getty Images

Здесь стоит заметить, что Нобелевскую премию 1957 года за это открытие получили мужчины Ян и Ли, женщине У премию не дали – по-видимому, здесь, как и в уже известном случае с Лизой Мейтнер, проявилась предвзятость шведских академиков против женщин. Фейнману также часто предъявляли претензии в сексизме, и не всегда незаслуженно.

В значительной мере принятие физиками диаграмм Фейнмана было заслугой не самого Фейнмана, а его младшего коллеги, молодого британского физика Фримена Дайсона. Пока Фейнман работал над публикациями своей теории, тщательно прорабатывая аргументы против скептиков, Дайсон показал, что теории Швингера, Томонаги и Фейнмана математически равноценны. Но Дайсон подошел к диаграммам Фейнмана иначе – он заявил, что можно соглашаться или не соглашаться с тем, что диаграммы отражают истинную физическую реальность (против чего так резко возражали Дирак и Бор в Поконо), но в любом случае они могут служить отличным и надежным способом построения логики вычислений, и продемонстрировал это, построив новую диаграмму Фейнмана для решения своей задачи (F. J. Dyson. The radiation theories of Tomonaga, Schwinger, and Feynman. Phys. Rev. 75 (3)б 1949 ).

И с этого момента физиков как прорвало. К 1955 году в Physical Review не было месяца, когда бы не выходили новые статьи с диаграммами Фейнмана – за пять лет их вышло не менее 150. Методика Фейнмана была достаточно проста и доступна для понимания, чтобы ею смогли пользоваться не единицы, а сотни физиков, притом что ее математический аппарат был на уровне самых строгих требований физической науки. Споры о том, каков физический смысл формализма Фейнмана, не прекратились и сейчас: соавтор и оппонент Фейнмана Марри (Мюррей) Гелл-Манн утверждал, что правила Фейнмана в более значительной мере приложимы к квантовой космологии, а разделивший с ним Нобелевскую премию Швингер принципиально не преподавал диаграммы Фейнмана своим студентам.

Сам Фейнман не считал диаграммы вершиной своих достижений. В нобелевской лекции он так описал свой вклад в физическую науку:

«Я понял, как надо проводить расчеты, тогда как все другие не знали этого. Это был мой триумф; я понял, что мне действительно удалось получить нечто ценное. В этот момент меня убедили опубликовать мой метод, так как каждый утверждал, что этот метод указывает легкий путь для проведения расчетов. <…> Так что же случилось со старой теорией, в которую я влюбился юношей? Я бы сказал, она превратилась в пожилую женщину, в которой осталось очень мало привлекательного; сердца молодых людей не забьются сегодня сильнее при встрече с ней. Но мы можем сказать ей лучшее из того, что можно сказать любой пожилой женщине: она была хорошей матерью и воспитала очень хороших детей» (Feynman, R.P., The Development of the Space-Time View of Quantum Electrodynamics, Nobel Lecture, December 11, 1965. Preprint les Prix Nobel en 1965. The Nobel Foundation. Stockholm, 1966. Перевод И. М. Дрёшша. Успехи физических наук. Т. 91. Вып. 1. Январь 1967 ).

Научное наследие Фейнмана далеко не исчерпывается его вкладом в создание КЭД. Видный научный публицист и популяризатор, физик Лоренц Краусс в своей работе, посвященной научному наследию Фейнмана, выделил целый ряд областей, прогресс в которых стал возможен благодаря работам Фейнмана. Это сверхтекучесть гелия (где Фейнман заочно сотрудничал со Львом Ландау, познакомиться двум исследователям лично помешали власти США и СССР). Это слабые взаимодействия, где Фейнман совместно с Марри Гелл-Манном разработал универсальную теорию V-A (векторного и аксиального токов). Это открытие «черных дыр»: термин из популярного научным сделал научный руководитель Фейнмана, также нобелиат Джон Арчибальд Уилер, а ключевые доказательства проделаны с использованием методик Фейнмана Стивеном Хокингом. Это теория струн – и здесь Краусс отмечает, что сам Фейнман вряд ли бы счел такое наследие лестным для себя: «Теоретики струн делают не предсказания, а самооправдания» (Krauss, Lawrence M. Quantum Man: Richard Feynman’s Life in Science. W. W. Norton & Company, 2011 ).

Интересно, что первоначальная идея V-A теории, которая стала одним из теоретических оснований будущей Стандартной модели, принадлежала Джорджу Сударшану, но его соавтор и научный руководитель Роберт Маршак придержал публикацию, возможно, потому, что считал аспиранта Сударшана не дозревшим до самостоятельной публикации. В итоге альтернативное доказательство, сделанное Фейнманом и Гелл-Манном, которые знали об идее Сударшана от него самого, долгое время считалось первым. Нобелевская премия, не полученная Сударшаном, считается одним из самых серьезных упущений Нобелевского комитета.

Самая малооцененная часть наследия Фейнмана – его вклад в создание параллельных вычислений. В ходе работы в Лос-Аламосе над «Манхэттенским проектом» Фейнман, руководивший группой, производившей вычисления, располагал механическими устройствами, способными выполнять только одну математическую операцию – сложение или умножение (табуляторы и мультипликаторы) (Образцы таких устройств см.: Computer History Museusm , Mountain View, CA ). Фейнман и Стэнли Френкель разработали алгоритм распределения работы, который позволил ускорить вычисления в несколько раз, а в дальнейшем добавили механизм коррекции ошибок, используя цветную кодировку перфокарт.

Через 40 лет Фейнман снова оказался в центре проблемы параллельных вычислений, но на этот раз в стартапе Thinking Machines Corporation, основатель которого, Дэнни Хиллис, учился с сыном Фейнмана, Карлом, в MIT. Здесь Фейнман использовал свои методы, чтобы рассчитать оптимальную нагрузку на микросхемы, значительно сократив требуемые ресурсы и попутно передав стартапу опыт «Манхэттенского проекта» по организации исследовательского процесса (Hills, Danny. Richard Feynman and The Connection Machine. Physics Today, January 15, 1989 ).

Но все изложенное – только рассказ о масштабе научных достижений Фейнмана. Он не дает представления ни об источниках этих достижений, ни о том, что за человек был Ричард Фейнман. И ответ на этот вопрос, возможно, намного важнее рассказа о конкретных достижениях Фейнмана, поскольку Фейнман своей жизнью оставил нам образец того, каким не был, не должен был быть, а мог бы быть человек, прорывающий разумом незыблемые структуры повседневных представлений. Личность Фейнмана – это, возможно, идеал современного инноватора, и те, кто знал Фейнмана, запомнили его совсем не за его научные достижения.

Биограф Фейнмана Джеймс Глик, работавший с документами и воспоминаниями современников, считал, что Фейнман много лет выдумывал свой образ, придерживая невыгодную информацию и выпячивая выгодную (по-видимому, приняв эту точку зрения от Марри Гелл-Манна). Один из эпизодов, которые, по мнению Глика, Фейнман всю жизнь скрывал – отказ Фейнмана-атеиста прочесть заупокойную молитву над могилой неверующего отца (Gleick, James. Genius: the life and science of Richard Feynman. Pantheon Books, New York, 1992 ). Автор не видит возможности согласиться с мнением Глика, что этот эпизод – пример самоцензуры. Знать достоверно мотивы Фейнмана нельзя, и очень много выводов будут не фактами, а догадками. Но кто реален, Фейнман «или светлый образ его», сейчас не так важно. Возможно, Фейнман и выдумал себя. Но выдумывал он себя всю жизнь, всей своей жизнью, и выдумал очень хорошего человека, такого, которому нельзя не завидовать. Факты жизни Фейнмана говорят в пользу того, что Фейнман наблюдаемый был близок Фейнману реальному.

Формальная биография Фейнмана похожа на другие биографии физиков его поколения. Он родился в семье среднего класса в пригороде Нью-Йорка, поступил в Массачусетский технологический институт, где начал заниматься физикой, тогда еще совсем не массовой и не популярной в США наукой – ситуация изменилась через несколько лет, когда в США приехали физики-эмигранты из Европы. Из MIT он перешел в докторантуру Принстона и, судя по биографическим описаниям, обедал за теми же столами в Палмер-холле (столовой аспирантского общежития), что и я, автор этих строк, полвека спустя. Докторскую диссертацию Фейнман защитил под руководством ассистента Джона Уилера по теме, из которой впоследствии выросли диаграммы Фейнмана. Сразу после выпуска в 1942 году Фейнман женился и уехал в Лос-Аламос, где вместе с Хансом Бете разработал расчет выхода ядерного оружия. Брак Фейнмана был счастливым, но недолгим: его невеста Арлин Гринбаум была больна туберкулезом и умерла летом 1945 года, незадолго до первого ядерного испытания. С 1945 по 1950 год Фейнман преподавал физику в Корнельском университете, где работала группа Бете, и в этот период завершил свою ключевую работу по диаграммам квантовых взаимодействий. В 1950–1951 годах он преподавал физику в Бразилии, и с 1951 года – в Калифорнийском технологическом институте (Калтех). В этот период Фейнман женился повторно (брак быстро распался, и в заявлении о разводе его бывшая жена жаловалась, что муж слишком много думает о науке), а затем в третий и последний раз женился на уроженке Британии Гвинет Хогарт, с которой и прожил до смерти в 1988 году.

Виталий Гинзбург, немного знавший Фейнмана лично, возмущался, читая о нем:

«…Некоторые главки книги, посвященные не науке или преподаванию, а, можно сказать, частной или личной жизни Фейнмана, вызывают у меня некоторое удивление и даже чувство протеста. Разумеется, нет или почти нет запретных тем, но мне непонятно, зачем писать в такой книге и в таком стиле об отношениях с женщинами» (Гинзбург В. Памяти Ричарда Фейнмана – замечательного физика и удивительного человека. Наука и жизнь, 1988, №7 ).

Все биографы Фейнмана считали нужным упомянуть, что Фейнман в холостые годы был знатным ловеласом, не пропускавшим ни одной юбки, включая и жен коллег, – некоторые с осуждением, некоторые с поисками оправдания. При чтении комментариев к романам Фейнмана на ум приходят слова А.С. Пушкина:

«Толпа жадно читает исповеди, записки etc., потому что в подлости своей радуется унижению высокого, слабостям могущего. При открытии всякой мерзости она в восхищении. Он мал, как мы, он мерзок, как мы! Врете, подлецы: он и мал и мерзок – не так, как вы – иначе. – Писать свои Mémoires заманчиво и приятно. Никого так не любишь, никого так не знаешь, как самого себя. Предмет неистощимый. Но трудно. Не лгать – можно; быть искренним – невозможность физическая. Перо иногда остановится, как с разбега перед пропастью – на том, что посторонний прочел бы равнодушно. Презирать – braver – суд людей не трудно; презирать суд собственный невозможно» (А.С. Пушкин – П.А. Вяземскому. 1825. – А.С. Пушкин. Собрание сочинений в 10-ти томах. Т. 9. М., 1962 ).

Все доступные нам источники – письма, отзывы современников, автобиографические рассказы – сходятся в изображении Фейнмана. И во всех своих мимолетных романах, и в двух историях своей любви – трагической к первой жене Арлин и счастливой к последней жене Гвинет, и даже в эпизоде, который так не понравился Гинзбургу (где Фейнман учится приемам соблазнения девушек), Фейнман предстает необычайно цельным человеком, верным своим убеждениям и принципам и движимым одним и тем же порывом – фантастической, абсолютной жаждой жизни, любовью и любопытством к ней во всех ее гранях и проявлениях.

Ричард Фейнман со своей женой Гвинет Хогарт на нобелевском балу

Keystone / Getty Images

Фейнман был одним из самых талантливых математиков своего поколения. Он освоил курс школьной математики самостоятельно за несколько лет до окончания школы, выиграл множество олимпиад по математике, а в конце 1930-х годов поставил абсолютный рекорд на студенческой олимпиаде по математике. Мемуаристы сообщали, что он решал на лету проблемы такой сложности, которые у других отнимали недели и месяцы. Но Фейнман настолько не похож на стереотипного матшкольника-олимпиадника, насколько это возможно: он не замыкается от мира и от людей в скорлупу, а открывается ему на каждом шагу, задавая себе вопросы и тут же пытаясь их решить.

Один из современников Фейнмана говорил о нем, что понять, что Фейнман в депрессии, можно по тому, что он ведет себя чуть веселее обычного. Это замечание относится к периоду 1945–1947 годов, который сам Фейнман характеризовал почти легкомысленно: «немного выдохся». Это самохарактеристика состояния человека, который почти одновременно лишился и любимой жены, и веры в будущее – после применения ядерного оружия моральные ориентиры были утрачены, и мир пришел в состояние «аномии», когда старые правила не действуют, а новых еще нет. За этой самохарактеристикой стоит почти несгибаемая сила духа, который черпает волю к жизни повсюду.

Фейнмана-человека всю жизнь будоражат самые разные проблемы.

Вот он подростком работает на кухне и пытается придумать новый способ резать скользкие бобы – в итоге располосовав себе руку и испортив бобы.

Вот Фейнман задается вопросом, что происходит в сознании, когда человек засыпает, и учится управлять своими снами (автор этого очерка по молодости пытался делать то же самое).

Вот Фейнман спорит за столом в Принстоне, в каком направлении закрутится сегнерово колесо (реактивная вертушка, по принципу которой работает садовая поливалка), если оно будет всасывать, а не выдувать воду, и тут же идет делать лабораторную установку для проверки теорий. Установка взрывается, вся лаборатория в воде. Для тех, кому интересно: всасывающее сегнерово колесо не будет вращаться ни в одну из сторон, так как вода выбрасывается в одном направлении, а втягивается со всех сразу.

Вот Фейнман выясняет, что на множестве сейфов в Лос-Аламосе и Ок-Ридже, включая тот, где хранятся все ядерные секреты США, стоят дефолтные комбинации, и учится открывать их не глядя, а затем подбирает комбинации к сейфам коллег, прикидывая, что бы они могли использовать как памятные числа – у одного это день рождения дочки, у другого числа пи и e (вероятно, Фейнман может считаться еще и первым известным в истории социальным хакером).

Вот Фейнман берет у знакомого артиста уроки «съема» методом «чем меньше женщину мы любим…» (на этом месте я всегда предупреждаю студентов, что прием работал в 1946 году, после войны, когда мужчин было мало и девушки были в невыгодном положении, а в наше время лучше вести себя иначе). Описание этого процесса оставляет впечатление, что Фейнман-исследователь, Фейнман-испытатель полностью подавляет Фейнмана-сластолюбца, женская симпатия для него – тот же сейф, который можно вскрыть, если понимать, как он работает.

Вот Фейнман ставит эксперимент над военными психиатрами на медкомиссии, отвечая на их вопросы: «По форме правильно, а по сути издевательство» – и в итоге получает «белый билет», что твой бравый солдат Швейк.

А вот Фейнман в Бразилии берется учиться играть на барабане самбу – и в итоге даже играет на вечеринках за плату.

Вот Фейнман на спор учится рисовать – и доходит до персональных выставок.

Вот Фейнман берется учиться биологии: два раза, один раз в юности, другой в зрелости – и смешит всю библиотеку, спросив «карту кошки».

Вот нобелевский лауреат Фейнман красит стены в офисе стартапа, покупает карандаши и паяет микросхемы.

А вот Фейнман каждый день пытается доехать с работы домой новой дорогой.

Слабый душой человек попытался бы забыть большую часть этих эпизодов как стыдные и неловкие. Фейнман смеется и над своими неудачами, и над своей неспособностью сделать из них своевременные выводы. Даже нобелевская речь Фейнмана 1965 года – не столько самоотчет об успехах, как у многих других нобелиатов, сколько рассказ о тупиках, ошибках и неудачах, предшествовавших окончательному нобелевскому результату. «Презирать суд собственный невозможно».

Любому человеку прожитого Фейнманом хватило бы на несколько жизней (а многие не обретают и малой доли) – Фейнман вместил все это в одну жизнь. Если верить биографам Фейнмана, его предсмертные слова были: «Умирать второй раз было бы ужасно скучно». Это небывалое жизнелюбие и интерес к жизни и миру и несет в себе истоки истинного величия Фейнмана.

Жадность жизни у Фейнмана – это любопытство и стремление узнать, понять, освоить. Те же мотивы вели и Фейнмана-ученого: желание понять и вскрыть тайные механизмы мироздания. Вероятно, знай Фейнман стихи Пастернака, он бы смог полностью отнести к себе эти строки:

Во всем мне хочется дойти

До самой сути.

В работе, в поисках пути,

В сердечной смуте.

До сущности протекших дней,

До их причины,

До оснований, до корней,

До сердцевины.

Все время схватывая нить

Судеб, событий,

Жить, думать, чувствовать, любить,

Свершать открытья.

Биографы и современники Фейнмана отмечали: Фейнман был скептически настроен к всему, что не имело опытного доказательства или разумного объяснения, и не стеснял себя условностями, когда сталкивался с претензией, преклонением перед статусом или попыткой казаться умнее. Математический талант Фейнмана позволял ему понимать, что владение языком математики не означает выдающегося ума его носителя, а, напротив, может позволять безнаказанно молоть чушь. И когда Фейнман сталкивался с тем, что ему казалось чушью, оппоненты не знали от него пощады. Так же критически он был настроен и по отношению к своим собственным теориям и выкладкам, и к пафосу и шарлатанству вне физики – уже упомянутые военные психиатры на комиссии потеряли его уважение, когда не потрудились проверить очевидный факт, который бы показал, говорит он им правду или лжет.

Виталий Гинзбург вспоминал:

«…Некоторые побаивались и недолюбливали Фейнмана (такое у меня сложилось впечатление). Фейнман не считался со многими условностями и даже правилами вежливости. Вот в описанном случае – иностранец на своем плохом английском языке выступает перед широкой аудиторией, ему и так трудно, а его перебивают требованием “скажите что-либо новое”. Я-то совсем не обиделся, ибо привык к такой манере из общения с Л.Д. Ландау и, главное, не страдаю болезненным самолюбием (таково, во всяком случае, мое мнение). А другой мог бы обидеться и затаить недоброжелательство к Фейнману. Кстати, он ведь был, по существу, совершенно прав…»

Гинзбург описывает фирменную манеру Фейнмана, которая была ему присуща еще со студенческих лет:

«Видите ли, когда я слышу о физике, я думаю только о ней и уже не знаю, с кем говорю, и говорю как во сне. Могу сказать: “Нет-нет, вы не правы” или “Вы сошли с ума”… Так получалось, что я всегда был наивным. Никогда не чувствовал, с кем говорю. Всегда был озабочен только физикой. Если идея казалась липовой, я говорил, что она выглядит липовой. Если она выглядела хорошей, я так и говорил: хорошая. Простое дело. Я всегда так жил. Хорошо и приятно, если вы можете так поступать. Мне повезло в жизни – я мог это делать».

Эпизод с Гинзбургом в изложении Фейнмана нам неизвестен. Зато известно, что от резкости Фейнмана пострадал Нильс Бор, которому Фейнман сказал дурака в 1943 или 1944 году. После этого, по словам Фейнмана, Бор, приезжая в Лос-Аламос, приглашал его на частные беседы, поскольку остальные физики позволяли своему чинопочитанию перед отцом атомной теории взять верх над интересами ученой дискуссии.

Вспоминая свою Нобелевскую премию, Фейнман говорил, что Нобелевский комитет мог бы до объявления наград без шума спрашивать согласия лауреатов на награждение и принимать отказы. Сам же Фейнман, по его словам, не отказался от премии лишь потому, что это только бы увеличило медийный шум вокруг него (что, безусловно, так – это показал пример того же Пастернака, чья слава только умножилась недостойной травлей в СССР и отказом от премии). Интересно, что Фейнман, судя по всему, не знал, что за тридцать лет до него точно такое же желание высказывал Поль Дирак, которого Фейнман глубоко ценил. Многие другие физики также отмечали, что с получением Нобелевской премии они потеряли возможность участвовать в науке так же, как прежде, – статус живых классиков исключил их самих и их идеи из научных дискуссий, оставив им только положение поп-звезд.

Лауреаты Нобелевской премии 1965 года: Роберт Бёрнс Вудворд, Джулиан Швингер, Ричард Фейнман, Франсуа Жакоб, Андре Львов и Жак Моно

В эпоху «большой науки», когда все страны выстраивали огромные научно-исследовательские структуры, Фейнман никогда не руководил большими коллективами. Не потому, что он не умел руководить – с этим он хорошо справлялся еще в молодости в Лос-Аламосе, а потому, что он не любил поручать никому поиск, если мог справиться с ним сам. Принимать чужие доклады на веру он тоже не мог. В последний год жизни Фейнман был членом правительственной комиссии по расследованию причин катастрофы шаттла «Челленджер» и за несколько дней превратил почетно-номинальный орган, рассчитанный только на парадные выступления и прием докладов, в рабочий коллектив. В итоге комиссия не только за несколько недель установила причину катастрофы (замерзший кольцевой уплотнитель), но и обнаружила целый ряд технологических рисков при подготовке шаттлов к полету. Фейнман лично бегал по производственным площадкам, опрашивал сотрудников и ставил эксперименты – в том числе один прямо на пресс-конференции, охладив перед камерами образец резины уплотнителя в стакане с ледяной водой. Отчет комиссии по «Челленджеру» сохранил фразу Фейнмана «Реальность важнее пиара: природу не обманешь».

Несмотря на это, мемуаристы вспоминали Фейнмана как человека, который был грозой для пафоса и фальши, но мягок и открыт ко всем, кто искренне тянулся к знаниям, видел свои сильные и слабые стороны и не выдавал себя за то, чем не являлся. Со слов Дэнни Хиллиса: «Он никогда не боялся говорить правду, и как бы ни был глуп твой вопрос, он не заставлял тебя чувствовать себя дураком». Все, кто нуждался в помощи Фейнмана, как правило, ее получали.

Соратник-соперник Фейнмана Юлиан Швингер был очень продуктивным наставником – он подготовил 150 докторов, из которых шестеро стали нобелевскими лауреатами. У профессора Швингера был выверенный метод и школа. Фейнман не оставил после себя научной школы – он был непростым соавтором и совсем никаким научным руководителем, поскольку не считал себя вправе указывать аспирантам, что и как делать. Весь мир считал Фейнмана умнейшим из гениев, а Фейнман не считал себя умней кого-либо. В интервью 1963 года он сравнивал себя с обезьяной, которая не может соединить вместе две палки, чтобы сбить банан: «Обычно я чувствую себя глупым, и лишь иногда мне удается соединить две палки».

Знаменитый вводный курс физики Фейнмана 1960–1962 годов, рассчитанный на первокуров Калтеха, имел очень интересный эффект: первокуры чувствовали себя в аудитории очень неуверенно, а старшие курсы и аспиранты ломились на него. Фейнман читал курс с целью не только дать студентам представление о современной физике и о том, как мыслят ученые-физики, но и с целью заставить их расти интеллектуально, чтобы к концу каждой лекции все выходили немного озадаченными за пределами своего понимания. Фейнман показывал студентам, как одни и те же подходы позволяют решать разные проблемы и как по-разному можно рассматривать одни и те же физические явления в рамках разных теорий. Старшие курсы думали о науке и испытывали вдохновение – а первокуры, вероятно, думали о сессии, и у них лопались мозги (это не факт, а суждение автора, основанное на его многолетнем опыте работы в Физтехе). О педагогическом эффекте этого курса до сих пор идут споры, но «Лекции Фейнмана» и книги на их основе не устарели до сих пор – не потому, что их материалы актуальны, а потому, что актуален подход Фейнмана, который позволяет любому, независимо от степени подготовки, взглянуть на физическую науку свежо и с перспективой (Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. В 11-ти томах. М., 2004 ).

Лекция Ричарда Фейнмана «Движение планет вокруг Солнца» в Калифорнийском университете. 1964

Wikimedia Commons

Фейнман-физик велик своим вкладом в науку, но Фейнман-человек велик и останется великим и тогда, когда его научные достижения будут преданы забвению после новых научных революций. В списке книг, которые я рекомендую своим студентам, всегда есть одна, которую почти все уже прочли, – байопик, написанный по мотивам интервью, рассказов и писем Фейнмана «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман» (Фейнман Р. Ф. Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман! / Пер. с англ. Н.А. Зубченко, О.Л. Тиходеевой, М. Шифмана. М., 2001 ). Более точный русский перевод: «Шутить изволите, мистер Фейнман». Этой фразой в 1940 году супруга принстонского декана аспирантского колледжа Эйзенхарта давала понять аспирантам, что в свете себя так не ведут (один из европейских эмигрантов говорил про нее, что Гитлер не так страшен, как эта дама).

Не так давно я беседовал после пары на Физтехе с одним из студентов, который спрашивал меня, откуда я беру все эпизоды и примеры в лекциях (которые я приводил не по конспекту, а по памяти). Когда разговор зашел о том, как собирать и обрабатывать жизненный опыт, я посоветовал в качестве примера «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман». Мой собеседник ответил: «Я уже читал эту книгу, именно поэтому я и пошел поступать на Физтех».

Фейнман продолжает вдохновлять поколение за поколением, и не только в физике. Фейнман-учитель переживет Фейнмана-ученого: его открытия устаревают, его учебники могут устареть, но учебник его жизни будет вдохновлять еще много молодых. То лучшее, что есть в Фейнмане, – это то лучшее, чем обладает род человеческий, это тот огненный дух, который двигает человечество против течения энтропии. Автор хочет сделать признание: я начал писать эти очерки из зависти к Ричарду Фейнману, которого я пытаюсь достигнуть, зная, что мне никогда его не достичь.

Процитируем Пастернака в третий и последний раз:

Цель творчества – самоотдача,

А не шумиха, не успех.

Позорно, ничего не знача,

Быть притчей на устах у всех.

Но надо жить без самозванства,

Так жить, чтобы в конце концов

Привлечь к себе любовь пространства,

Услышать будущего зов.

Другие по живому следу

Пройдут твой путь за пядью пядь,

Но пораженья от победы

Ты сам не должен отличать.

И должен ни единой долькой

Не отступаться от лица,

Но быть живым, живым и только,

Живым и только до конца.

Ричард Филлипс Фейнман (годы жизни - 1918-1988) - выдающийся физик из США. Он является одним из основателей такого направления, как квантовая электродинамика. В период с 1943 по 1945 год Ричард участвовал в разработке атомной бомбы. Он также создал метод интегрирования по траекториям (в 1938 году), метод диаграмм Фейнмана (в 1949 году). С их помощью можно объяснить такое явление, как превращение элементарных частиц. Ричард Фейнман также предложил в 1969 году партонную модель нуклона, теорию квантованных вихрей. В 1965 году совместно с Дж. Швингером и С. Томонагой он получил Нобелевскую премию по физике.

Детство Ричарда

Ричард Фейнман родился в еврейской обеспеченной семье. Родители его (возможно, только отец или даже дед были выходцами из России), Люсиль и Мелвилл, проживали в Фар Рокэвей, что находится в Нью-Йорке, на юге Куинса. Отец его работал на швейной фабрике в отделе сбыта. Он очень уважал ученых, испытывал страсть к науке. Мелвилл оборудовал дома маленькую лабораторию, в которой разрешал играть своему сыну. Отец сразу же решил, что если на свет появится мальчик, то он будет ученым. От девочек в те годы не ожидалось научное будущее, хотя они и могли получить академическую степень. Однако Джоан Фейнман, младшая сестра Ричарда, опровергла это мнение. Она стала известным астрофизиком. Мелвилл старался с раннего детства вызвать у Ричарда интерес к познанию мира. Он подробно отвечал на вопросы ребенка, в ответах используя знания из физики, биологии, химии. Мелвилл часто ссылался на различные справочные материалы. Во время обучения он не применял давление, никогда не говорил сыну о том, что тот должен стать ученым. Мальчику нравились химические фокусы, которые демонстрировал ему отец. Вскоре Ричард сам их освоил и стал собирать соседей и друзей, для которых устраивал эффектные шоу. Фейнман унаследовал от своей матери чувство юмора.

Первая работа

В 13 лет Ричард получил свою первую работу - он начал ремонтировать радиоприемники. Мальчик приобрел известность - к нему обращались многие соседи, так как, во-первых, Ричард качественно и быстро чинил их, а во-вторых, он старался логически определить причину неисправности до того, как приступал к работе. Соседи восхищались Фейнманом-младшим, который всегда думал, прежде чем разобрать очередной радиоприемник.

Обучение

После окончания четырехлетнего обучения на факультете физики Ричард Фейнман продолжил получать образование в Принстонском университете. В годы Второй мировой войны он попробовал отправиться добровольцем на фронт, однако был несправедливо отсеян во время психиатрической проверки.

Женитьба на Арлин Гринбаум

Ричард Фейнман продолжил обучение, теперь уже на степень доктора философии. В это время он женился на Арлин Гринбаум. В эту девушку Ричард был влюблен с 13 лет, а в 19 - помолвлен с ней. Арлин к моменту свадьбы была обречена на смерть, поскольку болела туберкулезом.

Родители Ричарда были против их свадьбы, однако Фейнман все-таки поступил по-своему. Свадьбу сыграли по пути на вокзал перед отбытием в Лос-Аламос. Бухгалтер и счетовод, служащие мэрии Ричмонда, выступили свидетелями. На церемонии не присутствовали родственники новобрачных. Когда настало время поцеловать невесту, Фейнман, помня о ее болезни, запечатлел поцелуй на ее щеке.

Участие в разработке атомной бомбы

Ричард в Лос-Аламосе принял участие в проекте разработки атомной бомбы (Манхэттенский проект). Он еще обучался в Пристоне, когда проводился набор персонала. Идею вступить в этот проект ему подал Роберт Уилсон, знаменитый физик. Фейнман сначала не горел энтузиазмом, однако затем он подумал о том, что будет, если первыми ее изобретут нацисты, и решил присоединиться к разработке. В то время как Ричард был занят таким ответственным делом, как Манхэттенский проект, жена его находилась в больнице расположенного неподалеку от Лос-Аламоса города Альбукерке. Они виделись каждые выходные. Физик Ричард Фейнман проводил все свои уик-энды с ней.

Фейнман становится взломщиком

Фейнман во время работы над проектом бомбы приобрел хорошие навыки взломщика сейфов. Ричард смог убедительно доказать то, что меры безопасности, применяемые в то время, были недостаточно эффективны. Он выкрал из сейфов других сотрудников информацию, связанную с разработкой атомной бомбы. Документы эти, правда, необходимы были ему для собственных исследований. В 1985 году была впервые опубликована автобиографическая книга, которую написал Ричард Фейнман ("Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!"). В ней он отметил, что из любопытства занимался открыванием сейфов (как и многими другими вещами в своей жизни). Ричард тщательно изучил этот предмет и обнаружил несколько уловок, которые опробовал в лаборатории на сейфовых шкафах. В данном деле ему нередко помогало везение. Все это создало Ричарду репутацию взломщика в его коллективе.

Игра на барабанах

Другим увлечением Ричарда была игра на барабанах. Он случайно однажды взял в руки барабан и с тех пор играл на нем практически каждый день. Ричард признавался, что практически не знал ритмов, однако использовал индейские, которые были довольно простыми. Иногда он брал с собой в лес барабаны, чтобы не беспокоить никого, пел и бил по ним палкой.

Новый этап в жизни

С 1950-х годов Ричард Фейнман, биография которого продолжается новым этапом жизни, работал в Калифорнийском технологическом институте исследователем. После окончания войны и смерти супруги он чувствовал себя опустошенным. Фейнмана не переставало удивлять множество писем с предложениями постов на кафедрах различных университетов. Его даже позвали работать в Принстон, в котором преподавали великие гении, такие как Эйнштейн. Фейнман в конце концов решил, что если мир его хочет, то получит. А вот оправдаются ли ожидания заполучить - это уже не его проблема. После того как Фейнман перестал сомневаться в себе, он вновь почувствовал прилив вдохновения и сил.

Основные достижения Ричарда

Ричард продолжил исследования в области своей теории квантовых превращений. Он также совершил прорыв в физике сверхтекучести в результате того, что к этому явлению применил уравнение Шредингера. Открытие это вместе с объяснением сверхпроводимости, которое было получено немного ранее тремя учеными, привело к тому, что теоретическая физика низких температур стала активно развиваться. Кроме того, Ричард вместе с М. Гелл-Манном, первооткрывателем кварков, работал над теорией так называемого слабого распада. Он проявляется лучше всего, когда происходит бета-распад свободного нейтрона на антинейтрино, электрон и протон. Эта теория Ричарда Фейнмана фактически открывала новый закон природы. Ученому принадлежит идея квантовых вычислений. Теоретическая физика сильно продвинулась вперед благодаря ему.

По просьбе академии в 1960-х годах Фейнман 3 года потратил на создание своего нового курса физики. К 1964 году относится публикация учебника под названием "Фейнмановские лекции по физике" (Ричард Фейнман), книги, которая и по сей день считается лучшим пособием для студентов-физиков. Кроме того, Ричард внес свой вклад в саму методологию научного познания. Своим студентам он разъяснял принципы научной честности, а также публиковал на эту тему соответствующие статьи (в частности, о культе карго).

Психологические эксперименты

Фейнман в 1960-х годах участвовал в экспериментах по которые проводил его друг. В своей автобиографической книге, о которой мы уже упоминали, он описывает опыты галлюцинаций, которые он испытал в специальной камере, изолированной от всех внешних воздействий. Фейнман в ходе экспериментов даже курил марихуану, но отказался провести опыт с ЛСД, боясь повредить мозг.

События в личной жизни

В 1950-х годах Ричард повторно женился - на Мэри Лу. Однако он вскоре развелся, осознав, что принял за любовь чувство, которое было лишь сильным увлечением. На конференции в Европе в ранних 1960-х годах он встретил женщину, ставшую в будущем его третьей женой. Это была Гвинет Ховарт, англичанка. У пары родился ребенок Карл. Кроме того, они взяли также приемную дочь, которую звали Мишель.

Увлечение рисованием

Через некоторое время Фейнман начал интересоваться искусством для того, чтобы понять, какое влияние оно оказывает на людей. Ричард стал брать уроки рисования. Его работы поначалу не отличались красотой, однако с течением времени Фейнман наловчился и даже стал весьма неплохим портретистом.

Несостоявшаяся поездка

Ричард Фейнман вместе со своей супругой и другом Ральфом Лейтоном, который был сыном Роберта Лейтона, великого физика, в 1970-х годах задумали поездку в государство Тува. Это была в то время независимая страна, окруженная неприступными горами со всех сторон. Она была расположена между Монголией и Россией. Маленькое государство находилось под юрисдикцией СССР (Тувинская АССР). По мнению единственного исследователя, специализировавшегося на Туве, отчет об этой поездке мог бы удвоить знания о данном государстве. Перед путешествием Фейнман с женой перечитали всю существовавшую на тот момент в мире литературу об этой стране - две книги. Фейнман увлекался расшифровкой древних текстов, принадлежавших исчезнувшим цивилизациям, да и вообще загадками в истории человечества. В Тувинской АССР, как он предполагал, могли находиться разгадки множества мировых тайн. Однако визу ученому не дали, поэтому, к сожалению, так и не состоялась эта историческая поездка.

Эксперимент Фейнмана

Национальное Аэрокосмическое Агентство 28.01.1986 г. запустило космический многоразового использования. Через 73 с после старта он взорвался. Как оказалось, причиной стали ракетные ускорители, которые поднимали челнок и топливный бак. О недостатках конструкции и прогарах резины, уже имевших место, Фейнману сообщили ученые из Лаборатории реактивных двигателей. А генерал Кутина рассказал ему о том, что при запуске температура воздуха была близка к нулю, а в этих условиях наблюдается потеря эластичности резины. В ходе эксперимента, который Фейнман провел с помощью кольца, стакана со льдом и пассатижей, было показано, что кольцо при низких температурах теряло эластичность. Из-за нарушения герметичности горячие газы прожгли корпус. Это и произошло 28 января.

Продемонстрированный в прямом эфире эксперимент принес Фейнману славу человека, который разгадал тайну катастрофы (отметим, что незаслуженную), на которую он, впрочем, и не претендовал. Дело в том, что в НАСА было известно о том, что при низкой температуре запуск ракеты чреват катастрофой, однако было принято решение рискнуть. Обслуживающий персонал и техников, которые знали о возможной катастрофе, заставили молчать.

Болезнь и смерть

В 1970-х годах было обнаружено, что Ричард Фейнман болен раком, редкой его формой. Была вырезана опухоль, находившаяся в брюшном отделе, однако организм сильно пострадал. Отказалась работать одна из почек. Существенного влияния на ход болезни не оказали несколько повторных операций. по физике был обречен.

Постепенно ухудшалось состояние Ричарда Фейнмана. В 1987 году у него нашли еще одну опухоль. Она была вырезана, однако Фейнман был уже очень слаб и все время мучился от боли. Он был вновь госпитализирован в 1988 году, в феврале. Помимо рака, врачи обнаружили также прорвавшуюся язву. Кроме того, оставшаяся почка отказала. Можно было подарить Ричарду еще несколько месяцев жизни, подключив искусственную почку. Однако он решил, что с него хватит, и отказался от медицинской помощи. Ричард Фейнман умер 15 февраля 1988 года. Его похоронили в Альтадене, в простой могиле. Прах его супруги покоится рядом с ним.

Автомобиль Фейнмана

Фейнман в 1975 году приобрел вэн Dodge Tradesman. Он был раскрашен в горчичные цвета, популярные в то время, а внутри выкрашен в оттенки зеленого. На этом автомобиле были нарисованы диаграммы Фейнмана, принесшие Ричарду Нобелевскую премию. На вэне он совершил множество длительных поездок. Ученый также заказал для него особые номерные таблички с надписями QANTUM.

Фейнман иногда ездил на работу на этом автомобиле, однако обычно его использовала Гвинет, его жена. На светофоре ее однажды спросили о том, почему на машине нарисованы диаграммы Фейнмана. Женщина ответила, что это потому, что ее зовут Гвинет Фейнман.

Автомобиль после смерти Ричарда был продан за 1 доллар Ральфу Лейтону, другу семьи. Продажа за эту символическую плату - стандартный путь, с помощью которого Фейнман избавлялся от своих старых автомобилей. Машина еще долго служила своему новому хозяину. В 1993 году она принимала участие в марше памяти Р. Фейнмана.

Ричард Фейнман: цитаты

Сегодня пользуются популярностью многие его цитаты. Мы приведем лишь некоторые из них.

• "Чего не могу воссоздать, того не понимаю".
• "Попытаться открыть что-нибудь секретное - одно из моих хобби".
• "Мне всегда нравилось преуспевать в том, что у меня никак не должно было получиться".

Многие великие физики XX века были людьми разносторонними. Так, Макс Планк серьезно занимался альпинизмом, Альберт Эйнштейн играл на скрипке и был яхтсменом, а Эрвин Шредингер писал стихи и знал шесть языков помимо родного немецкого. Однако Фейнман стоит особняком: он играл на банджо, писал картины, участвовал в психологических экспериментах, немного поработал в качестве молекулярного биолога, приложил свои силы к расшифровке письменности майя и развил навыки взлома замков до такого уровня, что в один день сумел открыть все сейфы с совершенно секретной документацией по Манхеттэнскому проекту.

Диаграммы Фейнмана

Принадлежавший физику и его супруге Гвинет фургон Dodge Tradesman украшали весьма характерные рисунки - сходящиеся и расходящиеся прямые и волнистые линии с буквами над ними. Однажды на перекрестке Гвинет, обычно ездившую по своим и семейным делам на машине, спросили, почему на ее машине изображены диаграммы Фейнмана, и она ответила: «Потому что меня зовут Гвинет Фейнман».

Отреставрированный фургон Фейнмана. Фото: John Kannenberg / flickr / CC BY-NC-ND 2.0

Диаграммы Фейнмана - это способ изображения взаимодействия элементарных частиц друг с другом. Каждый отрезок соответствует одной частице, а каждый узел отвечает за испускание или поглощение одними частицами других; волнистыми линиями обозначают переносчики взаимодействия, а прямыми - все остальные частицы. К примеру, так можно изобразить процесс бета-распада, превращения нейтрона в протон, антинейтрино и электрон.

Помимо того что диаграммы Фейнмана наглядно показывают даже довольно сложные процессы, они также позволяют вывести математическое выражение для расчета характеристик тех самых процессов, которые показаны на диаграмме. Фейнман разработал метод интегрирования по путям (или по траекториям) в квантовой механике - прием, который затем вошел в обиход физиков-теоретиков по всему миру. С его помощью, в частности, было получено обоснование теории Янга - Миллса, одного из фундаментальных компонентов Стандартной модели.

Атомная бомба

Несмотря на явную одаренность, которая проявилась еще в подростковые годы (Фейнман чинил радиоприемники, самостоятельно освоил тригонометрию, дифференциальное и интегральное исчисление к 15 годам), Фейнману отказали в зачислении в Университет Колумбии. Не потому, что он допускал орфографические ошибки или использовал свои собственные значки для обозначения синуса и косинуса, - его не взяли из-за национальности: будущий великий физик был сыном коммивояжера и домохозяйки, уехавших из Минска литовских евреев. Позже, по той же причине, ему чуть было не отказали в аспирантуре Принстона. Вместо Университета Колумбии Фейнман поступил в Массачусетский технологический институт, один из ведущих центров США в области естественных наук и инженерного дела.

Будучи студентом, он стал автором двух статей для Physical Review - престижного журнала, публикации в котором считаются профессиональном успехом среди большинства физиков. Он одним из немногих в истории получил наивысший возможный балл по физике на вступительных в Принстоне, а на его первый семинар пришли Вольфганг Паули, Джон фон Нейманн и сам Альберт Эйнштейн. В 23 года, как пишет Джеймс Глик, научный журналист и автор биографии Фейнмана, ученый был в числе величайших умов XX столетия: его интеллектуальные способности в области теоретической физики были сопоставимы с таковыми разве что у Эйнштейна или Льва Ландау.

Неудивительно, что когда Фейнман поначалу занимался проектированием механических компьютеров для артиллеристов-зенитчиков, его быстро позвали на куда как более важную работу. Проект, в котором предложили участвовать физику, был совершенно секретным - настолько секретным, что многие рядовые исполнители даже не знали, над чем же именно они работают. От Фейнмана, впрочем, цель не скрывали - создать ядерную бомбу, совершенно новый и способный закончить войну в пользу союзников тип оружия.

Фейнман и военные

Став участником Манхэттенского проекта, ученый продемонстрировал незаурядные способности. Это не прошло незамеченным мимо руководства, и в один день физика отправили инспектировать строящийся завод по разделению изотопов урана (уран-238, которого в руде больше всего, для производства бомбы непригоден; нужного урана-235 куда меньше, но его нужно еще выделить из смеси).

Фейнман прибыл на стройку и действительно смог дать ряд ценных советов - например, из-за секретности рабочие совершенно не представляли опасности накопления большого количества урана в одном месте. Благодаря своей памяти он также запомнил несколько мелких деталей вроде номера одного из зданий и обозначения установок - местное начальство изрядно впечатлилось тем, как приехавший гость с ходу указал на «проблемы с испарителем C-21 в здании 90−207», и повело показывать общую схему технологического процесса.

Поскольку никаких компьютеров и трехмерных визуализаций тогда не было, схема была напечатана на «синьках», фотокопиях чертежей. «Синек» было так много, что их пришлось разложить на нескольких столах, и собравшиеся в комнате инженеры начали быстро объяснять Фейнману детали процесса. Они искренне считали его гением, но сам физик в своей автобиографии признается, что в тот момент чувствовал себя изрядно сконфуженным - на самом деле в этой схеме он не понимал даже некоторых условных знаков. Хуже того, спросить, что же именно обозначает крестик на линии, было уже поздно: ему продолжали рассказывать про то, как конструкция всего комплекса не даст скопиться критической массе вещества даже при поломке любого одного клапана.

Чтобы выйти из неловкого положения и проверить свою догадку о том, что загадочный крестик обозначает клапан, Фейнман наугад ткнул пальцем в схему и спросил: «А что случится, если заклинит этот клапан?» Далее просто процитируем мемуары ученого:

Но один из парней глядит на другого и говорит:

Ну, если этот клапан заклинит, - тут он ведет пальцем по синьке вверх-вниз, вверх-вниз, другой парень ведет туда-сюда, туда-сюда; они переглядываются, оборачиваются ко мне, открывают рты, как изумленные рыбы, и говорят:

Вы абсолютно правы, сэр.

Несмотря на то что вклад Фейнмана в проект не вызывал ни у кого вопросов, его отношение к дисциплине и требованиям военных в отношении секретности доводило некоторых людей до белого каления. Супруга Фейнмана была неизлечимо больна туберкулезом и находилась в больнице. В переписке с мужем они прямо-таки издевались над цензорами: когда им запретили использовать шифрование, письма стали нарезаться мелкими кусочками на манер паззла. Еще Фейнман обнаружил, что ждать ответственных лиц с ключами от сейфов совершенно невыносимо, и решил, что ему будет проще, если он научится эти сейфы открывать без ключей и секретных (ну, как казалось владельцам) комбинаций. Физик в один день смог открыть хранилища со всей документацией, со всеми секретами создания ядерного оружия - и, конечно же, подложил в сейфы издевательские записки, а потом под благовидным предлогом попросил ответственного достать какой-то документ.

После войны Фейнман проходил медкомиссию, по итогам которой его могли бы отправить в оккупационные силы на территории Германии. Как несложно догадаться, он никуда не поехал и был признан негодным к военной службе - все благодаря своей манере общения с психиатрами.

Фейнман и преподавание

Рассказ о Фейнмане невозможен без упоминания его преподавательской работы. Созданный им курс - «Фейнмановские лекции по физике» - по сей день считается одним из лучших. Физика привлекали к налаживанию преподавания физики в Бразилии, к созданию школьных курсов в США, и в обоих случаях от Фейнмана страдали некоторые нерадивые коллеги.

Так, в Бразилии ему попался симпатизировавший нацистам преподаватель. Выслушав его речи о засилии евреев, физик просто озвучил свою фамилию и уточнил, что тоже вырос в еврейской семье. Но авторам бразильских школьных учебников досталось куда больше. Снова приведем цитату:

Наугад листая страницы и останавливаясь в любом произвольно выбранном месте, я могу показать вам, почему это не наука, а заучивание во всех случаях, без исключения. Я рискну прямо сейчас, в этой аудитории перелистать страницы, остановиться в произвольном месте, прочитать и показать вам.

Так я и сделал. Тррррр-ап - мой палец остановился на какой-то странице, и я начал читать: «Триболюминесценция. Триболюминесценция - это излучение света раздробленными кристаллами…»

Я сказал: «Вот, пожалуйста. Есть здесь наука? Нет! Здесь есть только толкование одного слова при помощи других слов. Здесь ни слова не сказано о природе: какие кристаллы испускают свет, если их раздробить? Почему они испускают свет? Вы можете представить, чтобы хоть один студент пошел домой и попробовал это проверить? Они не могут. Но если бы вместо этого вы написали: «Если взять кусок сахара и в темноте расколоть его щипцами, вы увидите голубоватую вспышку. То же самое происходит и с некоторыми другими кристаллами. Никто не знает почему. Это явление называется триболюминесценцией. Тогда кто-нибудь проделал бы это дома, и это было бы изучением природы».

В США Фейнмана включили в комиссию, которая должна была отбирать учебники для школ. Ученый сначала согласился, а потом ужаснулся: присланные для прочтения книги весили почти полтора центнера. Физику пришлось потратить много времени на ознакомление со всем присланным, сделать специальные полки в своем кабинете для этих учебников… а потом вышло очень неловко, когда выяснилось, что он один из всей комиссии взял на себя подобный труд.

Гениальный физик, Ричард Филлипс Фейнман, был увлекающимся человеком. Помимо своего основного занятия наукой (в 1985 году он стал лауреатом Нобелевской премии по физике), написания выдающихся Фейнмановских лекций, он занимался биологией, расшифровкой древних текстов исчезнувших цивилизаций, других загадок природы и истории человечества, стал автором прекрасной книги Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман! Неутолимая жажда знаний и приключений привела к тому, что учёный занялся вскрытием секретных сейфов и замков. Он как семечки щёлкал шифры своих коллег и оставлял в их сейфах записки: Сейф был взломан , что вызывало немалый переполох и проблемы со службой безопасности. Не обошёл своим вниманием Дик Фейнман и искусство.

Портрет Ричарда Фейнмана
Натали МЕЕРСОН, 2007 год

С большим удовольствием Дик Фейнман музицировал – вместе с другом и коллегой Ральфом Лейтоном с азартом и воодушевлением играл на афро-кубинском барабане бонго, отбивая ритм пальцами и ладонью. Он играл на барабанах в спектаклях, весьма успешно участвовал в бразильском карнавале, где иcполнял мелодии и ритмы на другом ударном инструменте – фригидейре. А в 44 года увлёкся рисованием, да так, что не расставался с ним до конца своей жизни.

Сподвиг физика на занятия живописью художник Джирайр (Джерри) Зортиан, пообещавший на спор научить его рисовать.

Джирайр Зортиан
Ричард ФЕЙНМАН

Джерри оказался хорошим учителем, давшим Фейнману основы предмета; затем Дик поступил на заочный курс живописи в Международной художественной школе, где овладел рисованием карандашом, пастелью, акварелью и маслом, правда, закончить его не удосужился... Вот на масле Ричард и прекратил свои занятия в этой школе, считая, что он взял всё, что мог!

Самый первый рисунок, 1962 год

Дабни Зортиан, 1964 год
Женский портрет

Набросок чердачного окна с последней линией, проведённой Карлом – сыном Фейнмана,1964 год

Марта Бриджес, 1965 год

Поль Дирак, 1965 год

Маленький натюрмортик

Мужской портрет

Карандашный набросок к портрету

Портрет молодой женщины, 1967 год

Затем по совету друзей, видевших прогресс в его рисунках, он продолжил своё живописное образование в Художественном музее Пасадины, где проводили уроки рисования с обнаженными натурщицами. В то время я вел вечерний курс рисования в Художественном музее Пасадины. Файнман был учеником в моей группе. Он всегда улыбался. Его улыбку невозможно забыть. Он слушал меня внимательнее других студентов и чаще задавал вопросы. Все, что его интересовало, он впитывал в себя как губка. Его интересовало не столько искусство в целом, сколько линия – красота линии женского тела. Сначала я ничего не знал о Файнмане. Потом кто-то сказал мне, что он один из самых великих физиков из ныне живущих. После этого я в шутку хвастался, что на моем курсе рисования обучаются нобелевские лауреаты (вспоминал Walter Askin)

Обнажённые фигуры

Сидящая обнажённая, 1968 год

Женский портрет

Лежащая обнажённая

Позирующая женщина 1968 год

Как-то я вошел с залитой полуденным солнечным светом улицы в Пасадине в ресторанный сумрак. Ресторан Жианонни. Через минуту, когда мои зрачки расширились я увидел Дика сидящего за столом в другом конце комнаты. Нас разделял огромный круглый то-ли стол, то-ли эстрада. В принципе за этим столом-эстрадой можно было поесть. При этом вы должны были быть готовы чуть ниже вашего носа увидеть туфли танцовщицы на высоких каблуках, чуть выше – красивые ножки, ну а еще выше, в метре от вашего гамбургера с французской картошкой, обнаженную грудь. Танцовщица скользила по кругу. На расстоянии пары метров от стола-эстрады сидел Дик и делал наброски в своем блокноте. Я к нему присоединился. Мы сказали друг другу "привет" и он снова погрузился в работу. В его блокноте я увидел почти завершенный рисунок полуобнаженной модели. Потом Дик заказал себе ланч и мы поговорили о том о сем... Было видно, что Дик был частым гостем (вспоминал коллега и ученик Фейнмана Альберт Хиббс)

Женский портрет, 1968 год

Женский портрет 1968 год

Танцовщица в баре Жианнони, 1968 год

Как-то Дик рассказал мне, что получил нагоняй от матери. Он довольно часто заходил в ресторан Жианонни, в котором рисовал танцовщиц разной степени раздетости. Однажды туда заглянула полиция; они нашли какое-то нарушение. Состоялся суд. Файнман выступил в суде как свидетель защиты Жианонни. Каким-то образом об этом узнала его мать. Ее это расстроило (Walter Askin)

Кэти Мак-Альпайн Майерс

Кэти Мак-Альпайн Майерс, 1968 год

Кэти Мак-Альпайн Майерс

Сидящая фигура

Лежащая обнаженная

Обнажённая со спины, 1972 год

Фейнман любил работать с обнаженными до пояса моделями, нарисовав не один десяток подобных картин. Мeня часто спрашивают: Каково быть дочерью Ричарда Фейнмана?.. Для меня было совершенно естественным то, что каждый понедельник вечером раздавался стук в дверь, папа открывал, на пороге стояла гибкая молодая женщина, и они вместе спускались в папин кабинет. Обычно папа занимался набросками с натуры несколько часов подряд. Он никогда их не выбрасывал. Некоторые его натурщицы становились нашими друзьями, иногда приносили домашние пироги, а одна из них как-то подарила нам щенка. Мама не возражала; наоборот, она поддерживала папу в его увлечении (Мишель Фейнман)

Женские портреты, 1973 год

Спящая женщина

Женские профили

Женский портрет, 1975 год

Спящая обнажённая

Женский портрет, 1975 год

Женский портрет, 1975 год

Женское лицо

Поселок на холме

За небольшой промежуток времени Ричард написал множество рисунков, значительная часть которых была сделана по заказу. Ему нравилась ситуация, когда он должен был выполнить заказ, деньги его не интересовали, но ему хотелось, чтобы его рисунки приобретали не потому, что их нарисовал нобелевский лауреат, профессор физики Фейнман. Потому по совету своего друга Дадли Райта он подписывал свои работы Ofay (Офей ). Так обитатели Гарлема называют белых. Узнав это, Ричард сказал, что поскольку он действительно белый, то его этот псевдоним вполне устраивает.

Ганс Бете

Женский портрет

Боб Сэдлер, 1980 год

Мишель Фейнман, приёмная дочь учёного, 1981 год

Мишель Фейнман, 1981 год

Хизер Нили и Мишель Фейнман 1981 год

Лиза Пампелли Ван Сант, 1981 год

По окончании средней школы в 1935 г. Ф. поступил в Массачусетский технологический институт (МТИ) и в 1939 г. окончил его с дипломом бакалавра по физике. В МТИ, вспоминал впоследствии Ф., он осознал, что «наиболее важной проблемой того времени было неудовлетворительное состояние квантовой теории электричества и магнетизма (квантовой электродинамики)». Квантовая электродинамика занимается изучением взаимодействий между элементарными частицами и между частицами и электромагнитным полем.

Множество положений существовавшей тогда теории, созданной Вернером Гейзенбергом, Вольфгангом Паули и П.А. М. Дираком, получили блестящее подтверждение, но в ее структуре были и не совсем ясные моменты, например бесконечная масса и бесконечный заряд электрона. Ф. начал разрабатывать радикально новые теоретические подходы к решению этих проблем. Он назвал допущение о действии электрона на самого себя (а именно оно было источником появления бесконечностей, или расходимостей) «глупым» и предложил считать, что электроны испытывают действие только со стороны других электронов, причем с запаздыванием из-за разделяющего их расстояния. Такой подход позволял исключить само понятие поля и тем самым избавиться от других бесконечностей, доставлявших немало хлопот. Хотя Ф. и не удалось достичь удовлетворительных результатов, нетрадиционность мышления он сохранил на все последующие годы.

В 1939 г. Ф. поступил в аспирантуру Принстонского университета и получил Прокторскую стипендию. В аспирантуре он продолжил эксперименты с различными подходами к квантовой электродинамике, учась на ошибках, отбрасывая неудачные схемы и пробуя множество новых идей, часть которых рождалась в беседах с его руководителем Джоном А. Уиллером. Ф. стремился сохранить принцип запаздывающего действия одного электрона на другой: электрон, испытывающий действие со стороны другого электрона, в свою очередь воздействует на него с определенным дополнительным запаздыванием, подобно свету, отражающемуся назад, к своему источнику. По совету Уиллера Ф. предположил, что такое отражение состоит в испускании не только обычной запаздывающей волны, но и «опережающей», достигающей электрон до того, как начинается его возмущающее действие на другой электрон. Парадоксальный ход времени, текущего не только вперед, но и назад, его не беспокоил, как признавался впоследствии Ф.: «К тому времени я уже в достаточной мере стал физиком, чтобы не говорить: «О нет, это невозможно!»

После многих месяцев математических прикидок, неудач и попыток найти новые подходы Ф. преуспел в преобразовании понятий и уравнений с различных точек зрения. Ему удалось найти оригинальные пути включения квантовой механики в классическую электродинамику и разработать методы, позволяющие просто и быстро получать результаты, требующие при традиционном подходе громоздких вычислений. Одной из наиболее удачных его идей было применение принципа наименьшего действия, основанного на предположении о том, что природа выбирает для достижения определенной цели наиболее экономичный путь. Хотя Ф. и не был удовлетворен своими достижениями, однако он сознавал, что ему удалось существенно продвинуться в решении проблемы, а его работа получила признание. Ф. опубликовал свою диссертацию «Принцип наименьшего действия в квантовой механике» («The Principle of Least Action in Quantum Mechanics») и в 1942 г. получил докторскую степень по физике.

Незадолго до завершения диссертации Ф. получил приглашение на работу от группы принстонских физиков, занимавшихся разделением изотопов урана для нужд Манхэттенского проекта, т.е. для создания атомной бомбы. С 1942 по 1945 г. Ф. возглавлял в Лос-Аламосе (штат Нью-Мексико) группу, работавшую в отделе Ханса А. Бете. Даже в эти годы он находил время размышлять во время поездок в автобусе, производя необходимые вычисления на клочках бумаги, над дальнейшим развитием предложенного им варианта квантовой электродинамики. В Лос-Аламосе Ф. общался с Нильсом Бором, Ore Бором, Энрико Ферми. Робертом Оппенгеймером и другими ведущими физиками. Он был среди тех, кто присутствовал при первых испытаниях атомной бомбы в Алмогордо (штат Нью-Мексико).

После окончания войны лето 1945 г. Ф. провел, работая с Хансом А. Бете в компании «Дженерал электрик» в Скенектади (штат Нью-Йорк). Затем он стал адъюнкт-профессором теоретической физики в Корнеллском университете. Тем временем перед квантовой электродинамикой встали новые вопросы. Так, в 1947 г. Уиллис Э. Лэмб с помощью прецизионных экспериментов показал, что два энергетических уровня, которые, по теории Дирака, должны были бы соответствовать одному и тому же значению энергии, в действительности слегка отличаются («лэмбовский сдвиг»). Другое расхождение между теорией и экспериментом было установлено Поликарпом Кушем, обнаружившим, что собственный магнитный момент электрона более чем на 0,1 % превышает его орбитальный магнитный момент.

Опираясь на основополагающие работы Бете, Ф. приступил было к решению этих фундаментальных проблем, но вскоре у него наступил период застоя, вызванный, по его собственному мнению, тем, что физика перестала доставлять ему наслаждение как интеллектуальная игра. По прошествии какого-то времени он случайно оказался свидетелем того, как в кафетерии Корнеллского университета некто развлекался, подбрасывая тарелку в воздух, и заинтересовался зависимостью между скоростью вращения тарелки и ее «рысканием». Ф. удалось вывести уравнения, описывающие полет тарелки. Это упражнение позволило ему восстановить душевные силы, и он возобновил свою работу над квантовой электродинамикой. «То, что я делал, казалось, не имело особого значения, – писал впоследствии Ф., – но в действительности в этом был заложен великий смысл. Диаграммы и все прочее, за что я получил Нобелевскую премию, берут свое начало в той, казалось бы, бессмысленной возне с летающей тарелкой».

«Все прочее» было новым вариантом теории, в котором квантовоэлектродинамические взаимодействия рассматривались с новой точки зрения – траектории в пространстве-времени. Говорят, что частица распространяется из начальной точки траектории в конечную; возможные взаимодействия «по дороге» выражаются в терминах их относительных вероятностей. Эти вероятности суммируются в ряды (иногда комплексные), для вычисления которых Ф. разработал правила и графическую технику (диаграммы Фейнмана). Внешне простые, но чрезвычайно удобные, диаграммы широко используются во многих областях физики. Ф. удалось объяснить «лэмбовский сдвиг», магнитный момент электрона и другие свойства частиц.

Лучшие дня

Независимо от Ф. и друг от друга, исходя из других теоретических подходов, Джулиус С. Швингер и Синьитиро Томонага почти одновременно предложили свои варианты квантовой электродинамики и сумели преодолеть основные трудности. Используемая ими математическая процедура получила название перенормировки. Доставивших столько неприятностей расходимостей удалось избежать, постулируя положительные и отрицательные бесконечности, которые почти полностью компенсируют друг друга, а остаток (например, заряд электрона) соответствует экспериментально измеренным значениям. Квантовая электродинамика Фейнмана – Швингера – Томонаги считается наиболее точной из известных ныне физических теорий. Правильность ее подтверждена экспериментально в широком диапазоне масштабов – от субатомных до астрономических.

Совместно со Швингером и Томонагой Ф. была присуждена Нобелевская премия по физике 1965 г. «за фундаментальные работы по квантовой электродинамике, имевшие глубокие последствия для физики элементарных частиц». В речи на церемонии вручения премии Ивар Валлер из Шведской королевской академии наук отметил, что лауреаты привнесли новые идеи и методы в старую теорию и создали новую, занимающую ныне центральное положение в физике. Она не только объясняет прежние расхождения между теорией и экспериментом, но и позволяет глубже понять поведение мю-мезона и других частиц в ядерной физике, проблемы твердого тела и статистической механики.

Ф. оставался в Корнеллском университете до 1950 г., после чего перешел в Калифорнийский технологический институт на должность профессора теоретической физики. Там же в 1959 г. он занял почетную должность, учрежденную в память Ричарда Чейса Толмена. Помимо работ по квантовой электродинамике, Ф. предложил атомное объяснение теории жидкого гелия, развитой советским физиком Львом Ландау. Гелий, переходящий в жидкое состояние при 4°К (–269°С), становится сверхтекучим около 2°К. Динамика сверхтекучего гелия резко контрастирует с законами, которым удовлетворяют обычные жидкости: при течении он остывает, а не нагревается; свободно протекает сквозь микроскопически узкие отверстия, «презрев» силу тяжести, вползает вверх по стенкам сосуда. Ф. вывел ротоны, постулированные Ландау для объяснения необычного поведения сверхтекучего гелия. Это объяснение состоит в том, что атомы очень холодного гелия агрегируют в ротоны, образуя нечто вроде дымовых колец.

Вместе со своим сотрудником Марри Гелл-Манном Ф. внес существенный вклад в создание теории слабых взаимодействий, таких, как испускание бета-частиц радиоактивными ядрами. Эта теория родилась из диаграмм Ф., позволяющих графически представить взаимодействия элементарных частиц и их возможные превращения. Последние работы Ф. посвящены сильному взаимодействию, т.е. силам, удерживающим нуклоны в ядре и действующим между субъядерными частицами, или «партонами» (например, кварками), из которых состоят протоны и нейтроны.

Оригинальность мышления и артистизм Ф. как лектора оказали влияние на целое поколение студентов-физиков. Его метод интуитивного угадывания формулы и последующего доказательства ее правильности находит больше подражателей, чем критиков. Влияние как его теорий, так и его личности ощущается в каждом разделе современной физики элементарных частиц.

Ф. был трижды женат. Арлен X. Гринбаум, с которой он вступил в брак в 1941 г., умерла от туберкулеза в 1945 г., когда Ф. был в Лос-Аламосе. Его брак с Мэри Луиз Белл, заключенный в 1952 г., закончился разводом. В 1960 г. он женился в Англии на Гвенет Ховарт. У них родились сын и дочь. Искренний и непочтительный к авторитетам, Ф. входил в состав президентской комиссии, расследовавшей обстоятельства взрыва космического корабля многоразового использования «Челенджер» в 1986 г. Он составил собственный тринадцатистраничный отчет, в котором критиковал ответственных сотрудников Национального управления аэронавтики и космических исследований (НАСА) за то, что те дали «одурачить себя», не заметив существенных недостатков в конструкции космического корабля. Человек неуемной любознательности и разносторонних интересов, Ф. с удовольствием играл на барабанах «бонго», изучал японский язык, рисовал и занимался живописью, принимал участие в дешифровке текстов майя и проявлял живой интерес к чудесам парапсихологии, относясь к ним, однако, с изрядной долей скепсиса.

Помимо Нобелевской премии, Ф. был удостоен премии Альберта Эйнштейна Мемориального фонда Льюиса и Розы Страусе (1954), премии по физике Эрнеста Орландо Лоуренса Комиссии по атомной энергии Соединенных Штатов Америки (1962) и международной золотой медали Нильса Бора Датского общества инженеров-строителей, электриков и механиков (1973). Ф. был членом Американского физического общества. Бразильской академии наук и Лондонского королевского общества. Он был избран членом Национальной академии наук США, но позднее вышел в отставку.

Я не физик
Виктор 21.05.2019 03:42:30

Мистер Фейнман невероятный человек! Его книги вдохновляют на изучение чего-то нового. Его лекции открывают мир физики. Они настолько интересны и просто в объяснении, что по ним нужно писать учебники.