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

Механика обучения механике

Уилер гордился тем, как хорошо выстроен и проводится его курс по классической механике. Он давал студентам пробуждающие интерес домашние задания, обозначал темы для самостоятельного изучения. А вот проверял достижения учеников Фейнман. Он дотошно просматривал домашние работы, выискивая логические изъяны или ошибки в вычислениях, писал детальные замечания на полях и возвращал пачки покрытых пометками листов наставнику.

У студентов при таком подходе оставалось мало шансов пройти курс, отнесясь к нему несерьезно или не поняв предмета.

Уилер был очень доволен тем, как работает его ассистент, и поэтому он доверил Фейнману прочитать по меньшей мере одну лекцию, тем самым оттачивая преподавательские навыки Ричарда. Тот ощутил себя польщенным и провел за подготовкой целую ночь.

Позже он написал матери, что почувствовал гордость, когда закончилась лекция, прошедшая «достойно и гладко»¹⁵, и что ожидает в будущем еще не раз выполнить подобную задачу. Под крылом Уилера, а позже и самостоятельно Фейнман вырос в отличного наставника, способного объяснить что угодно.

Одной из фирменных черт Уилера как лектора – а он, само собой, повлиял на ученика – было разумное использование диаграмм. Берясь за какую-либо идею, он почти всегда начинал с того, что делал набросок, размещая на доске всех игроков, а затем и взаимодействия между ними, словно продумывал стратегию к футбольному матчу. Как он говорил позже: «Совершенно не представляю, как это – думать без картинок»¹⁶.

Оба физика рассматривали преподавание некоторой темы как лучший способ разобраться в ней самому. Казалось бы, парадоксально, ведь как можно объяснять что-то, если ты не являешься экспертом в этой области? И в самом деле, если говорить о таких сравнительно статичных предметах, как латынь или древнегреческий язык, то их нужно освоить в достаточной степени, прежде чем учить других. Но здание физики постоянно перестраивается, оно базируется на принципах, которые можно интерпретировать множеством способов. Даже базовые концепции, о которых обычно рассказывают в начале обучения, такие как сила или инерция, имеют свои нюансы.

Инерция – это свойство тела оставаться в покое или продолжать двигаться в том же направлении, если нет посторонних воздействий. Именно из-за нее шар для боулинга, катящийся по ровной поверхности, движется по прямой линии, пока не врежется в кегли.

Что странно, вовсе не сила, а скорее недостаток силы вынуждает шар поражать цель. Интуитивно мы думаем, что это делает как раз сила, но реальность говорит нам об обратном.

Попытки объяснить студентам подобные противоречия – интеллектуальный вызов, который заставляет разум взглянуть на разные аспекты физического мира с необычной стороны. Поэтому, толкуя простые вроде бы вещи, ты можешь открыть новые взаимодействия и пролить свет на фундаментальные законы природы.

Например, планирование курса механики побудило Уилера и Фейнмана обсудить принцип Маха – идею того, что причиной существования инерции неким образом служат отдаленные звезды. В отличие от Ньютона, в чьей системе физики инерция изучалась в терминах абстракций, именуемых «абсолютное пространство» (фиксированные измерительные линейки) и «абсолютное время» (умозрительные часы, постоянно тикающие где-то в стороне), физик Эрнст Мах предположил, что инерция может иметь физическую причину.

Он высказал гипотезу, что комбинированное тяготение удаленных космических тел побуждает объект либо оставаться в покое, либо двигаться в одном направлении с постоянной скоростью.

Космическое видение Эйнштейна

Как отлично знал Уилер, общая теория относительности Эйнштейна – набор изящных уравнений, описывающих гравитацию – это попытка воплотить принцип Маха и отбросить ненаучный взгляд Ньютона с его абсолютными координатами, в которых измеряется инерция. Ньютон представлял расстояния в пространстве и временные отрезки как постоянные от точки к точке или от момента к моменту, чем-то вроде координатных осей, используемых в математике.

Ничто из физического мира не в силах повлиять на эти инертные линейки.

И резким контрастом с этими абсолютными, из божественной стали измерительными приборами выглядит общая теория относительности с ее искривленным, скрученным пространством-временем. Если попытаться нарисовать его, то получится нечто вроде тяжелого гнезда на тонкой ветке.

Эйнштейн не только отменил понятия абсолютного пространства и времени, еще он, используя геометрию, чтобы объяснить загадки гравитации, уничтожил и другую головоломку из ньютонианской физики, а именно «действие на расстоянии»: силы, такие как гравитация, действуют мгновенно на любой дистанции. Для любой пары массивных объектов Ньютон представлял воображаемую «нить», связывающую их вместе, чтобы гравитационное взаимодействие могло иметь место.

Ничто реально существующее в космосе не могло служить таким посредником.

В подходе Ньютона мгновенно распространяющаяся сила тяготения движет планеты по их орбитам вокруг Солнца, и если последнее внезапно исчезнет, «струны» пропадут, и планеты немедленно двинутся далее по прямым линиям, следуя каждая собственной инерции. Это изменение их траекторий произойдет еще до того, как последний луч света коснется планет, ведь свету требуется время для перемещения.

Эйнштейн думал, что подобное мгновенное действие на большом расстоянии выглядит чем-то ненаучным вроде телепатии. И он строил общую теорию относительности, исходя из принципа, что смятая ткань пространства-времени служит передатчиком.

Присутствие массивного солнца, искривляющего пространство-время в центре системы, создает гравитационный колодец – нечто вроде водоворота около ноги, который возникает в ванне, если вступить в нее.

Это возмущение распространяется от источника, оказывая влияние на движение других объектов, и в ванне это значит, что резиновые уточки, кораблики и другие плавающие игрушки закачаются на волнах. В звездной же системе гравитационное влияние солнца распространяется через пространство-время во все стороны со скоростью света, формируя дуги, вынуждающие планеты перемещаться по круговым орбитам.

Планеты пытаются двигаться по прямым линиям, но изгибы пространства-времени им мешают.

Завершив общую теорию относительности в 1915 году, Эйнштейн попытался использовать ее для того, чтобы создать модель статической вселенной. Австрийский ученый верил в железобетонный детерминизм и вечные космические законы, он надеялся, что хотя большие массы могут вызывать локальные пертурбации, космос в целом остается одним и тем же с течением времени.

Другими словами, пусть даже звезды могут двигаться по небу, их совместное поведение, если брать в целом, делает вселенную столь же неизменной, как гранитная плита. Постоянство не может быть предопределено, как в конструкции Ньютона, но является натуральным физическим последствием теории.

Но к большому разочарованию Эйнштейна уравнения, которые он использовал, говорили совершенно об ином. Они рисовали вселенную, что либо расширяется, либо сужается по мере того, как идет время. В физике решение того или иного уравнения – это математическое описание, которое является корректным, подходит к задаче словно ключ к замку.

Эйнштейн попытался найти такой ключ для статичной вселенной, но мог добиться цели, только исказив первоначальную систему уравнений – вроде как позвал слесаря и попросил поправить замок так, чтобы тот подошел к старому, хорошо знакомому ключу. Дополнение, которое сделал австрийский физик, получило название «космологической постоянной», поправочный коэффициент, специально включенный в расчеты, чтобы противостоять непредвиденным дестабилизирующим эффектам гравитации.

Само собой, Эйнштейн получил решение для статической вселенной, но ценой усложнения теории. Более того, открытие астронома Эдвина Хаббла, сделанное в 1929 году (он шел по следам другого астронома, Весто Слифера), что все галактики удаляются друг от друга и от нас, показало, что космос почти наверняка расширяется со временем. Это заставило автора теории относительности убрать дополнительные факторы и признать, что вселенная не статична.

Таким образом, он так и не смог реабилитировать идеи Маха по поводу инерции.

Уилер с Фейнманом, знавшие все вышеизложенное, обсуждали, имеет ли смысл принцип Маха и если да, то какова его физическая основа. Уилеру нравилось в компании Ричарда (или еще кого-либо) браться за мудреные философские вопросы и рассматривать их мысленно с самых разных сторон. Фейнман не одобрял абстрактные размышления, но получал удовольствие от всего, связанного с наукой.

Это еще одна причина, почему они так хорошо поладили.

Как писал физик Чарльз Мизнер, учившийся под руководством Уилера в пятидесятых: «Уилер находился под большим влиянием Нильса Бора, которого он считал вторым наставником. Бор вполне определенно был представителем европейской школы мысли, он уделял внимание философским аспектам физики точно так же, как и техническим. Большая часть ученых из Америки, таких как Фейнман, думали, что все споры по поводу абстрактной, философской интерпретации квантовой физики не имели значения для того, чем они занимались¹⁷».

Пинг-понг с частицами

Диалог похож на игру в настольный теннис, его типичный образец может включать передачу идей, обмен шутками, поддразнивание по поводу личных моментов и бесконечное количество других элементов коммуникации. Один игрок подает, другой отбивает, как и в матче по пинг-понгу, затем все происходит наоборот, и снова, и снова до тех пор, пока тема не окажется исчерпанной.

Уилер и Фейнман стали экспертами в обмене словами, подстраивая каждый раз диалог к условиям и настроениям конкретного дня, без усилий переключаясь с остроумия на серьезные темы и обратно.

Элементарные частицы вступают в парные взаимодействия через обмен разного вида. Но в отличие от взаимоотношений между людьми, тут все проще, имеется лишь несколько фундаментальных вариантов такого взаимодействия.

Современная наука насчитывает их четыре: гравитация, электромагнетизм, сильное и слабое ядерные взаимодействия. К тому времени, когда Фейнман попал в магистратуру, о двух последних – в том, что касается способов, какими ядра атомов могут распадаться или воссоединяться – имелось довольно смутное представление; он сам позже помог разгадать многие их тайны. Но тогда физики даже не знали, одна это сила или две разные. Более того, они говорили о теории «мезонных ядерных сил», согласно которой протоны и нейтроны – частицы ядра, иначе говоря, – соединялись вместе, обмениваясь мезонами.

Сегодня мы знаем, что одни частицы, именуемые «глюонами», участвуют в процессе соединения, а другие частицы, называемые W ⁺, W ^— и Z⁰, переносят индуцирующее распад слабое взаимодействие.

Уилер потратил большую часть времени, проведенного рядом с Бором, пытаясь понять, почему иногда ядра кажутся практически неделимыми, а иногда сравнительно легко разваливаются. Их теоретические модели подтверждались эмпирическими данными, но выглядели неполными.

Уилер обладал беспокойным умом и пылким воображением, поэтому он выдавал одну идею за другой, горел точно настоящая печь, работающая на энергии атомного распада. Задерживаться на одной теме надолго было для него почти невозможным, он вовсе не хотел ограничивать себя изучением лишь одной из четырех фундаментальных сил. Всю жизнь его интересы переходили от ядерных взаимодействий к электромагнетизму, затем к гравитации и снова по кругу.

В другое время идея создать унифицированную теорию всех взаимодействий привлекла бы внимание Уилера. Но тогда он видел, как Эйнштейн, работавший в соседнем Институте перспективных исследований, буквально бьется головой о стену, снова и снова, поскольку его попытки решить эту задачу ничего не дают.

Австриец надеялся, что сможет превратить общую теорию относительности в теорию всего – описать все силы геометрически и исключить тем самым необходимость в вероятностной квантовой теории.

Уилер и Эйнштейн жили в одном районе, часто пересекались на втором этаже Файн-холла до того, как институт переехал в собственное помещение, и знали друг друга хорошо. Напрасные попытки второго создать теорию всего начались в середине 20-х годов, и, погрузившись в них, Эйнштейн большей частью игнорировал современные исследования в таких областях как физика частиц или атомная физика.

Коллеги чаще смотрели на австрийца как на реликт, и немногие отваживались углубиться в таинственную реальность гравитационной теории, которая ассоциировалась с успехами в прошлом и провалами недавнего времени.

Величайший прорыв в теории гравитации, сделанный в те годы, остался по большому счету незамеченным. Статья «О безграничном гравитационном сжатии», написанная в Калифорнийском университете (Беркли) Робертом Оппенгеймером и его студентом Хартландом Снайдером, была опубликована 1 сентября 1939 года и показала, что достаточно массивная звезда после того, как выгорает ее «топливо», сжимается в компактный объект столь плотный и гравитационно мощный, что даже свет не может избежать его притяжения.

В шестидесятых годах Уилер с радостью принял эту концепцию, пустил в оборот термин «черная дыра» и сфокусировал внимание на странных выводах из первоначальной концепции.

Но в тридцатых его интерес лежал совсем в других областях.

По совпадению, работа Бора и Уилера «Механизм ядерного распада» вышла из печати в тот же день, и в ней объяснялось, почему некоторые типы атомов распадаются легче других, и появилась она в том же самом престижном журнале, что и статья Оппенгеймера – Снайдера, в Physical Review. В тот же день, как мы уже говорили, началась Вторая мировая война в Европе, а семейство Уилера перебралось в новый превосходный дом по адресу Баттл-роад, 95 в Принстоне.

Для Уилера настало время заняться новыми теоретическими проблемами, и Фейнман оказался в этом деле отличным соратником.

Все рассеивается

Еще до того, как заняться изучением ядерного распада, Уилер активно интересовался таким феноменом как «рассеяние частиц». Рассеяние происходит, когда частицы взаимодействуют друг с другом и отклоняются, подобно тому, как мячик, по которому ударили ракеткой, отскакивает в случайном на первый взгляд направлении.

Это происходит, на классическом (повседневном) и субатомном (квантовом) уровнях реальности.

Физикам нравится делать предсказания, а в случае теннисных упражнений подготовленный теоретик, имеющий данные о том, как именно соприкоснулись мячик и ракетка, сможет рассчитать, как произойдет отскок. Это классическая задача, с которой можно справиться, используя законы механики Ньютона.

Уилер больше интересовался эффектом Комптона, квантовым процессом на субатомным уровне, который не так легко объяснить с точки зрения физики Ньютона. Впервые его обнаружил американский физик Артур Комптон, получивший Нобелевскую премию за это открытие.

Эффект Комптона связан с тем, как ведет себя свет, рассеянный электроном.

Свет падает на электрон, и электрон приобретает энергию и импульс (масса, умноженная на скорость), которые тащат его в определенном направлении как брошенное метательное копье. В процессе он сам излучает свет с большей длиной волны (расстояние между пиками), чем была у исходного, и тот распространяется под углом, отличным от движения электрона.

Для видимого света длина волны соотносится с цветом, так что вторичный свет будет иметь иной оттенок, чем оригинальный, сдвигаясь к красному концу спектра. Обычно эффект Комптона возникает при работе с невидимыми рентгеновскими лучами, и при этом получаются те же рентгеновские лучи, только с большей длиной волны.

Важность эффекта Комптона в том, что квантовая теория точно предсказывает разницу между начальной и конечной длиной волны, и угол рассеяния между электроном и испущенным светом тоже. Это достижение раскрывает сущность квантовой гипотезы, впервые предложенной Максом Планком в 1900 году и доработанной Эйнштейном в 1905-м, которая носит название «фотоэлектрический эффект».

Термин «квант» сам по себе обозначает «порция», и возник он потому, что свет выделяется небольшими порциями, или квантами, энергии. Мельчайшие единицы света – волна делится на частицы, словно засунутая в коробку пружина – именуются фотонами. Поскольку большая часть светового спектра невидима, за исключением участка от красного до фиолетового, то большинство существующих фотонов точно так же невидимы.

Фотоны служат частицами обмена в электромагнитном взаимодействии, всякий раз, когда заряженная частица, такая как электрон, притягивает или отталкивает другую заряженную частицу с помощью электричества или магнетизма, фотон прыгает между ними. Без такого обмена заряды будут просто игнорировать друг друга, и не будет ни притяжения, ни отталкивания.

Так что если ваш магнитик со щелчком прилипает к холодильнику, то благодарите фотоны (скорее невидимые, чем оптические) за их роль переносчиков электромагнитной энергии.

Как предполагали Планк и Эйнштейн, количество энергии, приходящееся на фотон, зависит от частоты (количество повторений некоего процесса в единицу времени) света, которой тот характеризуется. Частота, в свою очередь, обратно пропорциональна длине волны (чем больше длина волны, тем ниже частота и наоборот). Следовательно, длинные волны, например радиоволны, соотносятся с низкими частотами и низкими энергиями; короткие, как рентгеновские лучи, наоборот, с высокими частотами и высокими энергиями.

В случае эффекта Комптона электрон поглощает энергию и импульс ударившего по нему фотона и выплевывает более слабый фотон с большей длиной волны. Исследователи замерили сдвиг Комптона бесчисленное множество раз, и он всегда соответствовал тому, что они ожидали.

Признав, что Фейнман является искусным математиком – взять хоть его сверхъестественную сноровку брать сложные интегралы – и обладает хорошей интуицией физика, Уилер предложил, чтобы они совместно занялись изучением квантового рассеяния. «Все рассеивается!» – провозгласил он, и это стало для двух физиков чем-то вроде лозунга.

Проблема, которой Уилер хотел озадачить Фейнмана, брала начало на конференции по физике в Кембридже, которую Джон посетил в октябре 1934 года, где исследователи обсуждали, как гамма-лучи (самый высокоэнергетичный вид фотонов), если ими бомбардировать кусок свинца, производят мини-душ из рассеянных частиц. Анализ побочных продуктов рассеяния, думал он, помог бы отточить инструментарий для квантовых исследований.

Уилер оказался первым, кто еще в 1937 году предложил численный метод, позволяющий оформлять результаты рассеяния в форме таблицы, и позже этот метод назвали «матрицей рассеяния». Его можно сравнить с подсчетом очков во время игры в дартс, когда нужно записать, сколько именно дротиков попало в тот или иной круг мишени, а также в ее центр, в «бычий глаз». В дартс собранные данные используются, чтобы определить силу и место игроков, а в физике «матрица рассеяния» дает возможность реконструировать то, какие именно взаимодействия обнаружены.

Физики называют такой анализ, основанный на собранных данных, феноменологическим, чтобы отличать его от более абстрактных теоретических размышлений.

Уилер и Фейнман потратили много времени, ломая голову над целой галактикой вопросов, связанных с разными типами рассеяния. Под руководством наставника Ричард очень хорошо научился пользоваться «матрицей рассеяния», а также стал экспертом в рисовании диаграмм, объясняющих, как взаимодействуют частицы.

Ненадолго задержавшись на гамма-лучах и свинце, они решили сосредоточиться на том, как электроны и протоны стремительно движутся, словно шарики в пинболе, внутри материалов со сложной структурой. Это совместное исследование не принесло результата, выраженного в публикации, но стало приквелом к погружению в еще более глубокие тайны взаимодействия электронов.

Водяная юла

В те дни экспериментальная физика частиц оказалась на распутье меж двух методов. Один состоял в том, чтобы наблюдать за продуктами естественного ядерного распада, такими частицами, которые производят радиоактивные материалы или из каких состоят космические лучи, незримым дождем льющиеся на нас сверху. Например, позитрон – подобный электрону, но заряженный положительно – был впервые найден именно в космическом излучении.

Альтернатива естественному методу, только что появившаяся, опиралась на искусственное ускорение частиц, разбивание их о специально выбранные цели, и изучение того, что останется. Прадедушкой экспериментов такого рода стал известный опыт новозеландского физика Эрнеста Резерфорда, который бомбардировал золотую фольгу альфа-частицами (ядрами гелия, как стало ясно позже).

Альфа-частицы по большей части проходили сквозь фольгу, но совсем немногие отскакивали. Рассеиваясь под острыми углами, они позволяли предположить, что в атомах золота есть компактное, положительно заряженное ядро, и вокруг него – обширное пустое пространство.

А ведь до этого опыта физики предполагали, что атомы однородны изнутри, словно вишенки, покрытые шоколадом. Эксперимент с золотой фольгой продемонстрировал, что все обстоит иначе, что большую часть атома занимает как раз пустота, а ядро составляет крошечную часть от целого.

Вместо ягоды, обмазанной шоколадом, вообразите оболочку шоколадной конфеты размером с аэростат, внутри которой нет ничего, кроме крохотной вишенки в центре. Подобная картина даст вам представление о сравнительных размерах ядра и атома в целом.

Удивительные результаты Резерфорда показали, насколько важно понимать, как именно происходит рассеяние. Ничего удивительного, что Уилер поставил задачу разобраться с этим перед Фейнманом.

В 1932 году британские исследователи Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон, работавшие под руководством Резерфорда в Кавендишской лаборатории (Кембридж, Англия), построили первый линейный ускоритель, устройство, которое использовало электрическое поле, чтобы разгонять заряженные элементарные частицы, словно метательные снаряды, до желаемого уровня энергии, чтобы потом направить их в желаемую цель. Несколько таких устройств, поставленных в ряд, формировали составной, еще более мощный ускоритель.

Ускоритель использовали, чтобы разрушать атомные ядра и изучать их свойства. Подобная экспериментальная работа опиралась на теоретическую, которой занимались Бор и Уилер.

Другим большим прорывом на экспериментальном поле стал циклотрон американца Эрнеста Лоуренса, построенный примерно в то же время, когда и машина Кокрофта – Уолтона. В нем частицы разгонялись по кругу, причем один и тот же разгоняющий элемент использовался не один раз, а несколько.

Магниты двигали субатомные «снаряды» снова и снова по кольцевой траектории, до тех пор, пока они не набирали достаточное количество энергии. Затем эти «снаряды» швыряли в цель, разбивали на части и собирали ценные данные, анализируя то, что осталось после столкновения.

Циклотроны были более компактными, чем линейные ускорители, и к концу тридцатых они завоевали популярность. Многие университеты высшего класса, включая МТИ и Принстон, обзавелись такими устройствами.

Только появившись в лаборатории Палмера, Фейнман тут же попросил показать ему циклотрон. Сотрудники с физического факультета отправили любопытного магистранта в подвал, он прошел через захламленный склад и очутился возле столь желанной цели.

Фейнман ожидал, что циклотрон Принстона больше и совершеннее, чем сходное устройство в МТИ. Он знал, что тот показал себя более эффективным, если судить по опубликованным результатам. Но, к его удивлению, все обстояло совсем иначе. Местный ускоритель частиц пребывал в полном беспорядке.

Как позже писал сам Ричард:

«Циклотрон стоял посреди комнаты. Всюду были провода, они висели в воздухе, словно протянутые наугад. Были некие водяные устройства, полагаю, что части автоматической системы охлаждения, и маленькие переключатели, чтобы если вода вдруг закончится, процесс не остановился… разное количество труб и капающая вода. Всюду виднелись пятна смазки, там, где пытались ликвидировать течь. Комнату заполняли жестянки с кинопленкой, валявшиеся на столах в беспорядке… Картину я опознал немедленно, поскольку… все выглядело как моя детская лаборатория, где все лежало там, где мне нужно… я любил это. Я знал, что нахожусь в правильном месте… Возиться с чем-то – вот ответ. Эксперименты – это и есть возня. Они… совершенно неэлегантны, и в этом секрет. Так что я полюбил Принстон немедленно»¹⁸.

Увидев циклотрон, Фейнман немедленно осознал, почему Джон Слэтер из МТИ посоветовал ему завершить образование в Принстоне. Здешняя лаборатория физики частиц выглядела чистой импровизацией, но именно это и позволяло добиваться выдающихся научных результатов.

С точки зрения Фейнмана, физикой нужно заниматься, используя разносторонние подходы, моделируя различные условия и задавая разные параметры, проводя испытание за испытанием до тех пор, пока эксперимент не принесет удовлетворительный, плодотворный результат. А для этого нужна возможность переконфигурировать оборудование и инструменты. И оказавшись перед лицом громадного и сложного конструктора для продвинутых физиков, он ощутил себя мальчишкой и понял, что попал в правильное место.

Как целеустремленный теоретик – а таким ему предстояло стать под руководством Уилера – Фейнман не ожидал, что циклотрон пригодится ему для накопления данных. Однако этот лабиринт из труб и проводов притянул Ричарда так, словно ему предстояло возиться именно с ним. Подобно наставнику, даже посреди абстрактных размышлений он мечтал иметь дело с реальными вещами, в точности как в детстве.

Однажды, примерно в тот период, когда они дискутировали по поводу принципа Маха, Уилер и Фейнман погрузились в оживленную дискуссию насчет Х-образных разбрызгивателей для поливки газонов, которые вращались во время работы. Очевидно, эти широко распространенные устройства работали на основе третьего закона Ньютона – действие и противодействие. Каждая из четырех направляющих выбрасывала струю воды с достаточной силой, и сама испытывала давление в обратном направлении, именуемое отдачей. Четыре потока воды, изливаясь по часовой стрелке, автоматически производили четверную отдачу, вынуждая разбрызгиватель вращаться против часовой стрелки, чем тот и занимался, выполняя свою работу, точно кружащийся дервиш.

Север, юг, восток и запад, и так пока вся лужайка не будет полита.

Обращение времени стало важной темой в сотрудничестве Уилера и Фейнмана. Процесс, противоположный разбрызгиванию, – всасывание. Предположим, что клапаны разбрызгивателя начнут втягивать воду вместо того, чтобы выливать ее, и это создаст отдачу иного сорта. Хватит ли ее для того, чтобы разбрызгиватель начал вращаться опять? Другими словами, будет ли перевернутая во времени операция разбрызгивания давать перевернутый во времени результат: вращение в обратном направлении? Или не так? Вращение пойдет в том же направлении? Или никакого движения просто не будет?

Двое ученых некоторое время обсуждали проблему, рассматривая разные исходы. Подобно умелому адвокату, Фейнман придумывал веские аргументы для каждой из возможностей, едва не доводя Уилера до бешенства. Тот спрашивал коллег-преподавателей, но их мнения были самыми разными.

Ну да, разгадать загадку, связанную с садовым оборудованием, – это не ракету спроектировать.

Устав от теоретизирования, Фейнман решил внести ясность в проблему, построив собственный маленький разбрызгиватель из стеклянных трубок и резиновых прокладок. Занялся он этим в комнате с циклотроном, где хватало воды, а чтобы создать давление, необходимое для всасывания, он использовал местный запас сжатого воздуха.

Постепенно Ричард повышал давление, но ничего не происходило, и наконец он открыл вентиль на полную. Бум! Аппарат взорвался. Куски стекла и брызги разлетелись по циклотрону, намекая на большую уборку. Начальство физического факультета сделало Фейнману выговор и запретило ему появляться в лаборатории.

Дебаты по поводу задачи с разбрызгивателем затянулись на долгие годы, и шли они в самых разных местах. Учитывая множество практических параметров самого устройства и окружающей среды, таких, например, как турбулентность жидкости, удалось показать, что возможны оба исхода.