Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана - Джеймс Глик

Загадка поливочного разбрызгивателя. Распыляя воду, он вращается против часовой стрелки. Но что произойдет, если он будет всасывать воду?

Учитывая беспорядок, царивший в помещении, Фейнман решил, что он вполне может воспользоваться выходным отверстием баллона с сжатым воздухом. Он присоединил к нему резиновый шланг, конец которого пропустил через большую пробку. Затем поместил свой миниатюрный разбрызгиватель в огромную стеклянную емкость, заполненную водой, и запечатал ее пробкой. Вместо того чтобы пытаться высасывать воду из трубки, Ричард решил закачать воздух в верхнюю часть бутылки. В результате давление воды увеличится, и она начнет затекать назад в S-образную трубку, вверх по резиновому шлангу, а затем вытекать из бутылки.

Он повернул клапан, подающий воздух. Аппарат слегка покачнулся, вода начала по каплям вытекать через пробку. Чем больше воздуха, тем сильнее вытекала вода, шланг начал трястись, но не вращался. Фейнман еще больше приоткрыл клапан. Емкость взорвалась. Вода пролилась, осколки стекла разлетелись по всему помещению. С того дня Фейнмана отстранили от работы в лаборатории.

Хотя эксперимент и был весьма отрезвляющим, в течение многих лет Фейнман и Уилер с удовольствием рассказывали историю о том, что, несмотря на тщательное рассмотрение вопроса, так и не нашли ответ на него. Тем не менее эксперимент Ричард провел абсолютно верно. Его интуиция в области, связанной с физическими явлениями, никогда еще не была столь явно выражена, как и способность переходить от реальных физических свойств к формальным математическим расчетам. Поставленный им эксперимент работал. До взрыва. В какую сторону будет вращаться разбрызгиватель? Он не будет вращаться вообще. Когда вода всасывается через форсунки, они сами не двигаются вдоль этого направления, как не перемещается веревка, по которой скалолаз подтягивается вверх, раз за разом подтягиваясь на руках. У них нет выигрыша в силе перед водой. И сама идея о том, что внутри изогнутой трубки будет, как крутящий момент, действовать сила, не имеет оснований. В обычном режиме работы спринклера вода разбрызгивается направленными струями. Действие и противодействие очевидны и измеряемы. Импульс струи воды, разбрызгивающейся в одном направлении, равен импульсу вращающейся в противоположном направлении форсунки (фактически третий закон Ньютона). Но когда вода всасывается, образования водяных струй не происходит. Выделенного потока воды нет; она попадает в форсунку без четкого направления (со всех направлений), поэтому не имеет конкретной точки приложения, и говорить о силе не приходится.

Создание индустрии развлечений в XX веке, в первую очередь это касается киноиндустрии, неожиданно способствовало развитию техники мысленных экспериментов. Вполне естественно, что ученые в своих «ментальных лабораториях» теперь могли прокручивать фильм назад. Однако попытка «прокрутить назад» фильм, показывающий, как работает спринклер, оказалась бы неудачной. Если бы поток воды в нем можно было бы увидеть и мысленно представить, как протекает процесс в обратном направлении, он бы существенно отличался от того, что мы наблюдали бы в случае, когда воздух всасывается. Кинематографисты же были в восторге от новых возможностей, которые открывались перед ними, когда кусок целлулоидной пленки, помещенной в проектор, запускали в обратном направлении. Ноги ныряльщика появлялись из воды вслед за брызгами, которые оставались после прыжка. Огонь превращался в искры, из которых возникал новенький лист бумаги. Кусочки разбитой скорлупы яйца вновь соединялись вокруг дрожащего цыпленка[88].

Для Фейнмана и Уилера вопрос об обратимости процессов, происходящих внутри атомов, где спины и силы взаимодействия проявлялись более абстрактно, нежели в поливочном разбрызгивателе, оставался спорным. Хорошо известно, что уравнения, описывающие движение и столкновение объектов, решались одинаково, независимо от того, в каком направлении во времени развивается процесс. Они симметричны по отношению ко времени, по крайней мере в тех случаях, когда рассматривается взаимодействие нескольких объектов. Однако в реальной жизни время движется в одном направлении. Разбить яйцо или тарелку не составит труда, а вот сделать так, чтобы скорлупа снова стала целой, или восстановить тарелку из осколков наука не могла. Выражение «стрела времени»[89] уже стало популярным и использовалось в тех случаях, когда требовалось показать, что время течет в одном направлении. И хотя это его свойство кажется столь очевидным для человека, оно совсем неуловимо в уравнениях, описывающих физические процессы. Там, в уравнениях, переход из прошлого в будущее выглядел абсолютно идентично переходу из будущего в прошлое и «нет дорожных указательных знаков, которые сообщали бы, что это улица с односторонним движением», — сетовал Артур Эддингтон. Этот парадокс существовал всегда, по крайней мере со времен Ньютона, но теория относительности выдвинула его на первый план. Математик Герман Минковский, представив время как четвертое измерение, начал сводить понятия прошлого и будущего к статусу любой пары направлений: право-лево, верх-низ, вперед-назад. Физик, строивший его диаграммы, словно смотрел на все с точки зрения Бога. В пространственно-временной картине линия, отражающая движение частицы во времени, просто есть, а прошлое и будущее существуют одновременно. Четырехмерное пространственно-временное многообразие отображает всю бесконечность сразу.

Законы природы — это не правила, контролирующие трансформацию из одного состояния в другое. Они лишь описывают существующие модели во всем их разнообразии. Наше обычное восприятие не позволяет представить общую картину, и тем более нам сложно понять, что время имеет особое значение. Ведь даже у физика есть воспоминания о прошлом и надежды на будущее, и никакая пространственно-временная диаграмма не способна стереть различия между ними.

Философы, в чьей компетенции ранее находилось рассмотрение подобных вопросов, оперировали неизбежно устаревающим набором понятий. Их неспособность разобраться в проблеме проявлялась даже в том, какие наречия они использовали: вечно, гипостатично, вневременно, ретроспективно. Философы оказались совершенно не готовыми к тому, что физики внезапно уничтожили само понятие одновременности (в релятивистской вселенной утверждение о том, что два события произошли в одно и то же время, не означало ровным счетом ничего). С исчезновением одновременности стало терять первоначальный смысл и понятие последовательности, а причинная зависимость — вызывать сомнения, и ученые в большинстве случаев почувствовали, что они вправе рассматривать временные вероятности, которые предыдущим поколениям показались бы надуманными.