Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана

В своих научных исследованиях Фейнман достиг границ, за которыми начиналось непознанное. Его расчеты в области рассеяния света сразу же нашли применение в решении проблемы, которая давно беспокоила одного из его профессоров — Мануэля Вальярту. Проблема была актуальна и касалась космических лучей. Не только ученых, но и общественность беспокоили эти лучи высокой энергии неизвестного происхождения, пронизывающие пространство и оставлявшие следы из электрически заряженных частиц. Именно ионизация помогла их обнаружить. Еще незадолго до начала века ученые выяснили, что сама по себе атмосфера не должна проводить электричество. Теперь же ученые стали устанавливать приборы и оборудование для обнаружения лучей на кораблях, самолетах и воздушных шарах и пытаться зафиксировать их по всему миру, но более всего в окрестностях Пасадены в Калифорнии, где Роберт Милликен и Карл Андерсон основали Калифорнийский технологический институт, ставший центром изучения космических лучей. Позже выяснилось, что сам термин был обобщающим и распространялся на множество частиц, имевших разные источники. В 1930-х годах исследования сводились к попыткам понять, что во Вселенной может быть источником этого излучения, что определяет время излучения, а также направление излучения по отношению к Земле. Вальярта озадачивало то обстоятельство, что эти лучи могут рассеиваться магнитными полями галактических звезд, подобно тому, как облака рассеивают солнечный свет. Независимо от того, происходили ли космические лучи изнутри или вне галактики, должен ли эффект рассеяния смещать их видимое направление к Млечному Пути или от него? Расчеты Фейнмана давали отрицательный ответ на этот вопрос. Суммарный эффект от рассеяния был равен нулю. Если космические лучи, как казалось, и приходили со всех сторон, то это происходило не потому, что влияние звезд скрывало их исходное направление. Фейнман и Вальярта совместно подготовили статью для Physical Review. Это была первая научная публикация Фейнмана. Конечно, саму идею нельзя было назвать принципиально новой, но из ее обоснования вытекала провокационная и смелая мысль: вероятность того, что частица вылетает из скопления рассеивающего вещества в определенном направлении, должна быть равна вероятности того, что античастица будет двигаться в обратном направлении. С точки зрения античастиц время шло вспять.

Вальярта раскрыл Фейнману секрет публикации работ, написанных в соавторстве учителя и ученика: имя ученого, имевшего более высокий статус, стояло первым. Несколько лет спустя Фейнман отыгрался. Гейзенберг завершил свою книгу о космических лучах словами «эффект подобного рода, с точки зрения Вальярты и Фейнмана, нельзя было прогнозировать». Когда они снова встретились, Ричард торжествующе спросил, видел ли Вальярта книгу Гейзенберга. Тот понимал, чем была вызвана радость. «Да, да, — ответил Вальярта. — Вы — последнее слово в изучении космических лучей».

Фейнман жаждал новых задач — любых задач. Встречая людей в здании факультета физики, он всегда спрашивал, над чем они работают. И им скоро становилось понятно, что это не праздное формальное любопытство. Фейнмана интересовали детали. Однажды он поймал однокурсника Монарха Катлера. Тот был в отчаянии. Для своей дипломной работы Катлер выбрал тему, в основе которой лежало важное открытие, сделанное в 1938 году двумя профессорами в оптической лаборатории.

Они обнаружили, что изменяется характер преломления и отражения света линзами, на поверхности которых солевые испарения сформировали тончайшие пленки толщиной всего в несколько атомных слоев. Такие покрытия позволяли устранить нежелательные блики с линз камер и телескопов. Катлер должен был найти способ расчета, позволяющий определить, какой эффект окажет наложение различных тонких пленок друг на друга. Также его преподавателей интересовала возможность создания оптически абсолютно чистых цветных фильтров, которые пропускали бы световые волны лишь определенной длины. Катлер был в замешательстве.

Для решения этой задачи достаточно знать классическую оптику, и углубляться в квантовые эффекты не требовалось. Однако никто раньше не анализировал поведение света, проходящего через ряд прозрачных пленок толщиной менее длины волны падающего излучения. Катлер сказал Фейнману, что не нашел никакой литературы по вопросу и просто не знает, с чего начать. Через несколько дней Ричард пришел к Катлеру с решением — формулой, которая позволяла рассчитать суммарный эффект, возникающий в результате бесконечного ряда отражений от внутренних поверхностей покрытий. Он показал, как сочетания преломлений и отражений повлияют на фазу света, изменяя его цвет. Используя теорию Фейнмана и проведя много часов за калькулятором Маршана[73], Катлер также нашел способ, позволяющий изготовить цветные фильтры, о которых говорил его профессор[74].