Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана

Индивидуальные нарушения симметрии — родинки, расположение сердца, право- и леворукость — являются следствием случайного выбора, сделанного природой в процессе создания сложных организмов. Право- и леворукость в биологии закладываются на уровне органических молекул, которые могут иметь свои предпочтения. Таким свойством обладают, к примеру, молекулы сахаров, напоминающие винт с левой или правой резьбой. Химики могут создать любые молекулы сахара, но бактерии переваривают лишь «праворукие» сахара — те, что производятся из сахарной свеклы. Обычной сахарной свеклы, хотя эволюция могла с таким же успехом сделать эти молекулы «леворукими», как и в ходе индустриальной революции большее распространение могли бы получить винты с левой, а не правой резьбой.

Что касается микромасштаба — уровня взаимодействия элементарных частиц, — физики решили, что здесь природных различий между правой и левой стороной существовать не может. Казалось невообразимым, что в зеркальном отображении законы физики будут меняться; ведь не меняются же они, когда эксперимент проводят в другое время или в другом месте? Разве может нечто столь бестелесное, как частица, обладать правой или левой «резьбой», подобно винту или клюшке для гольфа для право- или леворуких? В квантовой механике симметрия сторон существовала под видом величины, называемой четностью. Если квантовое событие сохраняло четность (а большинство физиков предполагали, что так должно быть), его исход не зависел от пространственной ориентации. И наоборот, если природа вдруг наделяла частицы «рукостью», экспериментатор приходил к выводу, что четность в данном событии не сохранялась. Когда Мюррей Гелл-Манн учился в аспирантуре МТИ, ему нужно было решить программную задачу одного из курсов: вывести сохранение четности математическим методом, переведя координаты из левоориентированной системы в правоориентированную. Гелл-Манн потратил целые выходные, но так и не выполнил задание. Потом он сказал преподавателю, что сама задача сформулирована неверно: сохранение четности — физический факт, рассматриваемый в рамках конкретной теории, а не абсолютная математическая истина.

Четность вновь стала головной болью физиков-теоретиков в 1956 году, когда экспериментальные данные, полученные из ускорителей, породили новую насущную проблему. Это была проблема тета-тау — двух странных частиц (согласно терминологии Гелл-Манна). Ученые столкнулись с типичными сложностями, каждый раз возникавшими при попытке структурировать ворох разрозненных данных из ускорителей. При распаде теты возникала пара пионов. При распаде тау — три пиона. Но во всем остальном тета и тау вели себя подозрительно схоже. Данные, полученные из космических лучей, а затем и из ускорителей, свидетельствовали, что масса и время жизни этих частиц были одинаковыми. Один экспериментатор в 1953 году зафиксировал тринадцать подобных фактов, а в 1956-м, к Рочестерской конференции, — уже более шестисот. Теоретики были вынуждены признать очевидное: тета и тау — на самом деле одна частица. Единственной проблемой оставалась четность: пара пионов была четным числом, тройка — нечетным. Если предположить, что при распаде частицы четность сохраняется, физикам ничего не оставалось, кроме как считать тау и тету разными частицами. Это жестоко противоречило их интуиции. Вскоре после окончания Рочестерской конференции Абрахам Пайс написал: «В поезде из Рочестера в Нью-Йорк я и профессор Янг поспорили с профессором Уилером на доллар, что тета- и тау-мезоны — две разные частицы; так профессор Уилер заработал два доллара».

Пари заключали все. Один из физиков спросил Фейнмана, насколько возможным тот считает получение в ходе эксперимента такого немыслимого результата, как нарушение принципа четности. Позднее Фейнман гордо вспоминал, что оценил шанс подобного исхода как пятьдесят к одному. Уже в Рочестере он сказал, что его сосед по гостиничному номеру, экспериментатор Мартин Блок, задался вопросом, а почему, собственно, четность не может нарушаться. (Позднее Гелл-Манн безжалостно подтрунивал над Фейнманом за то, что он задал вопрос от чужого имени.) В ответ кто-то нервно пошутил, что нельзя отметать даже самую невероятную возможность, а в официальном протоколе значилось:

«Допуская самый невероятный исход, Фейнман задал вопрос от имени Блока: возможно ли, что тета и тау являются двумя состояниями одной и той же частицы, не сохраняющей четность? Другими словами, возможно ли, что природа нашла уникальный способ предначертать право- и левоориентированность?»