КЭД - странная теория света и вещества - Ричард Фейнман

Так что Фейнман не только научит вас умножать, он даст вам глубокое понимание того, чем же занимаются верховные жрецы и их студенты, то есть те, кто скоро получат PhD степени в престижных университетах! С другой стороны, если вы научитесь умножать способом Фейнмана, вам не получить должности даже бухгалтера. Если ваш босс попросит вас перемножать весь день большие числа, вы скоро выдохнетесь, а бывшие студенты университета верховного жреца оставят вас глотать пыль далеко позади.

Написав и учебник («Quantum Field Theory in a Nutshell»[36], в дальнейшем «В двух словах»), и две популярные книги по физике (в том числе «Fearful Symmetry», в дальнейшем «Страшная»), я чувствую себя достаточно компетентным, чтобы советовать вам, что читать. (Между прочим, и «В двух словах» и «Страшная» были опубликованы тем же издательством «Принстон юниверсити пресс», что и данная книга.)

Давайте разделим читателей этого предисловия на три типа: 1) студентов, которых эта книга может сподвигнуть на изучение КЭД, 2) любознательных непрофессионалов, интересующихся КЭД, и 3) физиков-профессионалов, как я сам.

Если вы принадлежите к 1-му типу, вы настолько загоритесь, прочитав эту книгу, что вам захочется немедленно взяться за изучение учебника по квантовой теории поля (и это может быть «В двух словах»!). Добавлю, что в наши дни КЭД считается относительно простым примером квантовой теории поля. Написав «В двух словах», я уверен, что по-настоящему яркий студент будет иметь хорошие шансы разобраться в квантовой теории поля, и Фейнман наверняка бы со мной согласился.

Однако, как и в приведенной выше аналогии, чтение этой книги ни в коем случае не превратит вас в профессионала. Вы должны будете изучить то, что Фейнман называет «эффективными приемами» перемножения чисел. Несмотря на заявленное Фейнманом желание объяснить все с нуля, он явно теряет обороты по мере продвижения вперед. Например, на стр. 102 и на рис. 55 он лишь описывает зависимость P(A – B) от «интервала I», и вам ничего не остается, кроме как принять его слова на веру. В книге «В двух словах» это все выведено. То же самое относится и к E(A – B), описанной в сноске на стр. 105.

Если вы принадлежите ко 2-му типу, проявите настойчивость, и вы будете вознаграждены, поверьте мне. Не торопитесь. Даже если вы осилите только первые две главы, вы познаете многое. Почему эту книгу так трудно читать? Вернемся к аналогии про майя: это как если бы вы пытались научить кого-то умножению посредством банок и камешков, а тот не знает даже, что такое банка или камень. Фейнман пытается выкрутиться, объясняя вам, что каждый фотон переносит маленькую стрелку и как перемножать и складывать эти стрелки, растягивая их и поворачивая. Все это очень сбивает с толку; вы должны следить чрезвычайно внимательно, не пропуская ни малейшей детали. Между прочим, маленькие стрелочки – это просто комплексные числа, и если вы уже знаете про комплексные числа (и банки, и камешки), обсуждение могло бы стать не таким запутанным. Или, допустим, вы один из тех типичных непрофессионалов, описанных Вайнбергом, которому достаточно «иллюзии понимания чего-то». В таком случае вам больше подошла бы «нормальная» популярная книга по физике. Опять аналогия с майя: нормальная популярная книга по физике не затруднит вас ни изучением таблицы умножения и «держанием в уме», ни банками и камешками. Там, возможно, будет просто сказано, что если есть два числа, верховные жрецы знают, как из них сделать третье число. На самом деле издатели популярных книг по физике обычно настаивают на такого рода объяснениях, чтобы только не распугать покупателей (см. продолжение ниже).

Наконец, если вы относитесь к 3-му типу, вас ожидает большое удовольствие. Даже будучи квантово-полевым теоретиком и разбираясь в том, что делает Фейнман, я получаю большое удовольствие, читая его объяснение хорошо знакомого явления ослепительно оригинальным и незнакомым способом. Я наслаждаюсь, читая объяснение Фейнмана, почему свет распространяется по прямой или как на самом деле работает фокусирующая линза: «природу можно «обмануть»», замедлив свет, идущий по определенным путям, так что все стрелки повернутся на один и тот же угол!

Теперь я объясню вам, чем Фейнман отличается от большинства профессоров физики. Попробуйте-ка попросить профессора физики объяснить, почему для понимания отражения света от стеклянной пластинки достаточно рассмотреть отражение только от передней и задней поверхностей? Лишь немногие из них знают ответ. Это объясняется не тем, что у профессоров физики нет необходимых знаний, а тем, что просто никому никогда не приходило в голову задать такой вопрос. Они просто учатся по стандартному учебнику Джексона, сдают экзамен и следуют дальше. Фейнман – это тот надоедливый мальчишка, который все задает и задает вопросы: почему, ПОЧЕМУ, ПОЧЕМУ!

В соответствии с тремя типами читателей (честолюбивый студент, интеллигентный непрофессионал, профессионал) имеются и три типа книг по физике (не в точном соответствии один к одному): учебники, популярные книги и, наконец, то, что можно назвать «сверхсложные популярные книги по физике». Эта книга – редкий пример третьего типа, притом в некотором смысле она промежуточная между учебником и популярной книгой. Почему примеры таких книг столь редки? Да потому, что «сверхсложные популярные книги по физике» пугают издателей почти до полусмерти. Хокинг высказал мысль, что каждое уравнение сокращает вдвое продажи популярной книги. Не отвергая справедливости этого утверждения в общем, я бы хотел, чтобы издатели не давали себя запугать так легко. Дело не в количестве уравнений, а в том, может ли популярная книга содержать честное изложение сложных понятий. Когда я писал «Страшную», я думал, что для того, чтобы обсуждать симметрию в современной физике, очень важно объяснить, что такое теория групп. Я попытался упростить рассказ при помощи маленьких значков: квадратиков и кружочков с буквами. Но редактор заставил меня сначала многократно упрощать мои рассуждения, так что от них практически ничего не осталось, а затем перенести большую часть оставшегося в приложение. С другой стороны, авторитет Фейнмана несравним с таковым у большинства авторов-физиков.

Давайте вернемся к трудным местам книги Фейнмана. У многих читателей, имеющих хотя бы общее представление о квантовой физике, может возникнуть совершенно оправданное удивление по поводу, например, отсутствия волновой функции, которая играет столь существенную роль в других популярных обсуждениях квантовой физики. Квантовая физика – это головоломка; как сказал один остряк: «Когда есть квантовая физика, кому нужны наркотики?» Наверное, читателю хватит ломать голову. Я объясню.

Почти одновременно, но независимо друг от друга, Эрвин Шредингер и Вернер Гейзенберг изобрели квантовую механику. Шредингер, чтобы описать движение электрона, предложил волновую функцию, подчиняющуюся уравнению с частными производными, теперь называемому уравнением Шредингера. А Гейзенберг, напротив, мистифицировал окружающих, говоря про операторы, действующие на то, что он назвал «квантовыми состояниями». Он также провозгласил знаменитый принцип неопределенности, который заключается в том, что чем более точно измеряется, скажем, положение квантовой частицы, тем неопределеннее становится знание ее импульса, и наоборот.