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

Писатель-фантаст Роберт Хайнлайн в рассказе «Все вы зомби» описал схожую ситуацию. В ней герой стал собственной матерью, отцом и другом – снова и снова делая петли во времени, подвергаясь изменению пола, взаимодействуя с самим (или самой) собой. Если бы можно было путешествовать обратно во времени, такие чудные ситуации имели шансы возникнуть.

Уилер представил единственный электрон в звездной (и единственной) роли для саги о путешествиях во времени. Он предположил, что в любой момент времени и пространства мы можем наблюдать множество сиквелов этого бесконечного приключения. Снова и снова он проносится через нашу реальность, до тех пор пока все не станет выглядеть так, словно вселенная полна одинаковых частиц.

Но при этом он все равно остается один.

Всякий раз, когда этот одинокий электрон путешествует обратно во времени, его заряд, по всей видимости, будет обращаться, поскольку наше восприятие направлено в будущее. Следовательно, мы будем воспринимать его как движущийся вперед во времени. Математически, в соответствии с уравнением Дирака, направленный в прошлое отрицательный заряд выглядит подобно положительному заряду, направленному в будущее. Обращение заряда и направления времени (наряду с пространственным направлением, если электрон движется через пространство) вытекает из того же самого решения.

Если мы замечаем частицу на этой стадии, то мы называем ее позитроном.

Так что рассматривать ли объект как движущийся назад во времени отрицательно заряженный электрон или движущийся вперед во времени положительно заряженный позитрон – вопрос семантики.

Поначалу Фейнман сомневался, он думал, что если Уилер прав, где все позитроны? Если электроны носятся вперед и назад во времени, трансформируясь в позитроны и обратно, исследователи должны находить одинаковое количество первых и вторых. Однако позитроны встречаются намного реже.

В ответ на это возражение Уилер предложил такой довод: большая часть позитронов вселенной может находиться в протонах. Он предположил, что протоны могут быть составными частицами, включающими в себя позитроны, и тем самым предсказал существование кварков.

После дальнейшего обдумывания Фейнман признал идею удачной, если позитроны те же электроны, только движущиеся обратно во времени, то свойства позитронов было легко объяснить, все подходило к уравнениям.

Он не уделил в тот момент много внимания гипотезе, что протоны состоят из более мелких частиц. Гораздо позже он вернется к этой теме, занявшись изучением структуры протонов, такой их составляющей как «партоны».

После той телефонной дискуссии ни Фейнман, ни Уилер не потратили много времени, чтобы обдумать концепцию того, что все электроны одна и та же частица. Очевидно не существовало экспериментального способа проверить эту дикую идею. Передний план заняли более практические вопросы.

Мечты и кошмары

От «все есть рассеяние» через «все есть электроны» к «один электрон есть все» порхал разум Уилера, подобный бабочке, собирающей трудовой нектар с одной плодотворной идеи за другой. Сделав ознакомительный глоток, она выпивала нектар целиком и двигалась туда, куда вел ее влекущий аромат новой неизведанной гипотезы. Его рассудок был слишком беспокойным, чтобы ждать экспериментальных подтверждений.

Фейнман хорошо знал склонности наставника и не особенно переживал по этому поводу. В конце концов, концепция кванта Макса Планка, теория относительности Эйнштейна, корпускулярно-волновой дуализм Бора и принцип неопределенности Гейзенберга выглядели странно поначалу – пока их не приняли все. Ричард знал, что у Уилера есть осторожная сторона, и что тот никогда не выходит за пределы законов физики. Джон обычно ограничивал самые авантюрные гипотезы заметками и дискуссиями в узком кругу, пока не находил способа защитить их проверенными расчетами и строгим логическим доказательством.

Оба они соглашались, что наука – серьезное дело, требующее осторожности в суждениях. Но когда прогресс в определенных областях заходит в тупик, кто-то должен взглянуть на вещи широко. Уилер любил эту связанную с фантазией сторону физики.

«Я никогда не был слишком занят для того, чтобы мечтать, – однажды сказал он. – Размышления о том, что может быть… о том, как выглядит мир весь целиком и как взаимодействуют его части – они обеспечивают мой мозг необходимой пищей, столь же важной, как и любые расчеты»³².

Так что вся его карьера была неким колебанием между полетом мечты и практическими обстоятельствами. Как в случае с часами, он всегда пытался наилучшим образом использовать время, находя правильный баланс между трезвой необходимостью и роскошью фантазирования.

Мрачные новости 7 декабря 1941 года надолго склонили баланс в сторону первой. Японские бомбардировщики предприняли неожиданную атаку на базу ВМФ США в Перл-Харбор, Гавайи, на следующий день Соединенные Штаты объявили войну Японии, а через несколько дней союзники последней, Италия и Германия, вступили в войну с США, ну а те не остались в долгу.

Америка внезапно оказалась замешана в мировом конфликте.