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

Статья, написанная в 1935 году Эйнштейном и его ассистентом в институте перспективных исследований Натаном Розеном, была посвящена интригующему аспекту релятивистской геометрии, когда два пространственно-временных континуума соединены узким туннелем, получившим название «мост Эйнштейна – Розена». Сконструированная ими фигура напоминала песочные часы, где верхняя часть представляла один континуум, нижняя – другой, а горлышко изображало мост. Эйнштейн и Розен попытались использовать такую геометрическую конструкцию как некий эрзац для элементарных частиц, таких как электроны.

Уилер взял ту же самую конструкцию и окрестил ее «червоточиной»[14]. Он представил поверхность яблока, символизирующую обычное пространство, и червя (энергия, порождающая экстремальное искажение), прогрызающего в яблоке короткие пути. Появившиеся в результате дыры изменили топологию (математическое описание свойств) пространства. Как только они появились, другие энергетические поля получили возможность проходить через них, перемещаться из одной точки в другую как по волшебству.

И едва Уилер начал разбираться с тем, какие эффекты могут иметь червоточины, его посетило ошеломляющее озарение. Представим совокупность линий электромагнитного поля, которые проваливаются в червоточину – им придется сойтись в некоей точке, имитируя отрицательный заряд вроде того, что есть у электрона. Затем «проглоченные» линии после путешествия через червоточину появляются на другой стороне, выходят из иной точки. Выглядит это так, как будто у них имеется положительный заряд, такой, как у позитрона. Следовательно, червоточина кажется созданной парой противоположно заряженных частиц. Заряд появляется из ничего, эффект, названный «заряд без заряда».

Уилер изучал и другую структуру: замкнутый пучок энергии, именуемый «геон». Он хотел знать, что произойдет, если электромагнитное поле получит очертания такого рода – сферы, бублика или иную конфигурацию, – что его собственная гравитация будет удерживать его цельным неопределенно долго. Такая гравитационная структура по всем внешним проявлениям станет вести себя как частица. А подчиняясь утверждению Эйнштейна о том, что энергия и масса свободно обратимы, она даже будет обладать массой. Уилер назвал этот феномен «масса без массы».

Он начал мечтать о новой разновидности физики, построенной на червоточинах, геонах и других геометрических конструктах в компании всяких энергетических полей. Старушка-материя оказалась бы просто иллюзией в новой науке «геометродинамике». Но для проверки того, будет ли работать такая радикально новая модель, требовалось проделать немало расчетов.

Общая теория относительности славится тем, что в ней трудно находить точные решения, за исключением нескольких простых случаев. Но работа в проекте «Маттерхорн» показала Уилеру, что современные компьютеры на многое способны, и что ему просто нужны одаренные ученики – такие как Джон Толл и Кеннет Форд, помогавшие в работе над водородной бомбой, – чтобы отработать технику и запустить в дело геометродинамическую программу.

Выглядело это многообещающе, и Уилер ощущал приятное оживление.

Чарли и геометрическая фабрика

Блестящие теоретики приходят в науку не так часто.

Когда Уилер встретил Чарльза Мизнера, он обрадовался, что в руки ему попал молодой, математически подкованный аспирант, столь же влюбленный в общую теорию относительности, как и он сам. Мизнер работал с полями, получая образование в университете Нотр-Дам, и там же он овладел огромным арсеналом разнообразных математических дисциплин, включая топологию.

Он поступил в аспирантуру Принстона осенью 1952 года.

Подобно Фейнману, он первое время жил в Градуэйт-колледже и хорошо знал дорогу в комплекс лаборатории Палмера. Первый год он посещал занятия и участвовал в проекте по радиоактивному распаду под руководством Артура Уайтмана, несколько раз сталкивался с Уилером и всегда пользовался возможностью, чтобы поговорить о теории относительности.

Позже, когда Уилер начал заниматься червоточинами, геонами и другими чудесами геометродинамики, Мизнер стал участником этого предприятия. Полученного ранее научного багажа Чарльза хватило, чтобы полностью понять то, что так вдохновляло Уилера. Вскоре они обнаружили, что штурмуют высоты знания вместе, и Джон выполняет обязанности научного руководителя.

В дискуссиях с Мизнером Уилер разработал модель квантовой гравитации, названную им «квантовой пеной» (известна как «пространственно-временная пена»). Представим некую разновидность супермощного микроскопа, увеличивающего ткань природы и позволяющего видеть, что происходит в мельчайшем масштабе, именуемом «планковской длиной», это 6×10^–34 дюймов (1,6×10^–35 метров). Триллионы триллионов объектов такого размера, уложенных рядом, не покроют и одного атома.