Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность

Попытка оживить действие на расстоянии – после Максвелла, Эйнштейна и других, доказавших, что оно невозможно – может выглядеть безрассудством. Попытка избавиться от посредника, а именно, полей, который переносит силу из одного места в другое, может выглядеть нелогичной. Но это было время невероятной революции в науке. Громадное количество аспектов субатомной физики казались странными поначалу, например, электроны, внезапно перепрыгивающие с одного атомного уровня на другой.

Фейнман все равно верил, что действие на расстоянии с введением временной задержки стоит того, чтобы его рассматривать – особенно учитывая альтернативу, где приходится возиться с бесконечными величинами. Может быть, в квантовом мире – для крошечных дистанций, недоступных наблюдению – законы Максвелла требуют поправки. Веря только тому, что он мог доказать сам, Фейнман обладал достаточно открытым умом, чтобы проверять самые радикальные гипотезы и отставить в сторону классическую теорию электромагнетизма.

Другой хорошо известный факт из области электродинамики тоже подвигнул Ричарда на то, чтобы забыть про поля. В расчетах, включающих либо классическую, либо квантовую электродинамику (как было известно в то время), электрон, по всей видимости, имел бесконечную собственную энергию. Собственная энергия – это объем энергии, необходимый, чтобы создать частицу или ее конфигурацию с нуля, что-то вроде перечня ресурсов, требующихся для постройки здания, включая материалы и труд.

По стандартному определению, собственная энергия включала энергию покоя частицы (связанную с ее массой посредством знаменитой формулы Эйнштейна), а также энергию ее взаимодействия с собственным электромагнитным полем. Для частицы конечного размера расчет этой величины возможен, поскольку сила поля уменьшается по мере увеличения расстояния от его центра. Можно определить, сколько энергии нужно, чтобы возник шарик с определенным зарядом, учитывая силы, производимые этим шариком самим по себе посредством полей, которые он создает.

Тем не менее если принять, что электрон обладает параметрами точки, то есть он бесконечно мал, его поле в этой самой точке должно быть бесконечно сильным. Следовательно, сила взаимодействия между электроном и его собственным полем будет тоже бесконечно большой.

Выходит, что расчет собственной энергии электрона приносит нам бесконечную величину и это откровенно нереальный физический результат.

Простое средство справиться с этим, по мнению Фейнмана, состояло в том, чтобы запретить электрону взаимодействовать с его собственными полями. Поля надо убрать. Электроны будут взаимодействовать друг с другом и никоим образом сами с собой. Отсюда величина их собственной энергии легко определима, исходя из их массы, с помощью того же уравнения Эйнштейна.

Она будет конечной и осмысленной.

Лицом к лицу с сопротивлением

Когда Фейнман уже работал вместе с Уилером в Принстоне, он открыл главную проблему, возникающую при попытке убрать поля из рассмотрения при построении гипотезы действия на расстоянии. Хорошо известный феномен, именуемый радиационным сопротивлением, демонстрировал, что электроны и другие заряженные частицы куда сложнее ускорить, чем лишенные заряда.

Ускорить протон, например, намного тяжелее, чем нейтрон, хотя их массы сравнимы.

Логическое объяснение состояло в том, что заряженные частицы генерируют излучение в форме электромагнитного поля, которое влияет на них самих и замедляет их движение. Если вспомнить нашу аналогию с креслами и веревкой, это были бы простыни, повешенные на кресло и замедляющие его качание. Нейтральные объекты не обременены таким «довеском» и поэтому сравнительно более мобильны.

Но опять же, нужны ли поля и взаимодействие между ними, думал Фейнман, чтобы описать процесс радиационного сопротивления? Или может быть совсем иной способ?

Когда в их совместной с Уилером работе в области рассеяния наступила пауза, Ричард решил взяться за мучающее его затруднение и в конечном итоге отыскать ответ. Результатом стало вполне удобоваримое объяснение: предположим, что радиационное сопротивление было прямым воздействием на электрон со стороны всех других заряженных частиц в пространстве, а вовсе не электромагнитного поля.

Потряси электрон, и все другие заряженные частицы прореагируют, отправляя сигналы обратно к источнику, и они неким образом доберутся до него безо всякого поля. Комплекс реакций со стороны других заряженных частиц произведет воздействие на исходный электрон, и именно оно помешает тому ускоряться.

Оживляя нашу аналогию, мы должны прикрепить кресло к бесконечному числу других множеством веревок. Покачав его, мы вынудим качаться и все остальные, а затем их движение передастся по веревкам обратно и станет тормозить колебания первого.

И никаких висящих на спинке простыней, чтобы объяснить эффект!

Выслушав ученика с большим вниманием, Уилер немедленно указал на несколько слабых мест.