ПОВОРОТНЫЕ МОМЕНТЫ – Встреча с Энрико Ферми
ФРИМАН ДАЙСОН
Фримен Дайсон работает в Институте перспективных исследований, Эйнштейн Драйв, Принстон, Нью-Джерси 08540, США.
Как один интуитивный физик спас команду от бесплодных исследований.
Одним из больших поворотных моментов в моей жизни стала встреча с Энрико Ферми весной 1953 года. За несколько минут Ферми вежливо, но безжалостно разрушил программу исследований, которую я и мои студенты проводили несколько лет. Вероятно, он спас нас от еще нескольких лет бесплодных скитаний по дороге, ведущей в никуда. Я бесконечно благодарен ему за то, что он разрушил наши иллюзии и рассказал нам горькую правду.
Ферми был одним из величайших физиков нашего времени, выдающимся как теоретиком, так и экспериментатором. Он возглавил группу, построившую первый ядерный реактор в Чикаго в 1942 году. К 1953 году он возглавил группу, построившую чикагский циклотрон и использовавший его для исследования сильных сил, удерживающих ядра вместе. Он сделал первые точные измерения рассеяния мезонов протонами, эксперимент, который дал наиболее прямые доказательства, доступные на тот момент, о природе сильных взаимодействий.
В то время я был молодым профессором теоретической физики в Корнеллском университете и отвечал за руководство исследованиями небольшой армии аспирантов и постдоков. Я поручил им рассчитать рассеяние мезон-протонов, чтобы их теоретические расчеты можно было сравнить с измерениями Ферми. В 1948 и 1949 годах мы провели аналогичные расчеты атомных процессов, используя теорию квантовой электродинамики, и обнаружили впечатляющее согласие между экспериментом и теорией. Квантовая электродинамика — это теория взаимодействия электронов и фотонов посредством электромагнитных сил. Поскольку электромагнитные силы слабы, мы можем точно рассчитать атомные процессы. К 1951 году мы триумфально завершили атомные расчеты и искали новые поля для завоевания. Мы решили использовать те же методы расчета для исследования сильных ядерных взаимодействий. Мы начали с расчета рассеяния мезон-протонов, используя теорию сильных взаимодействий, известную как теория псевдоскалярных мезонов. К весне 1953 года, после героических усилий, мы построили теоретические графики рассеяния мезон-протонов. Мы с радостью заметили, что наши расчетные числа довольно хорошо согласуются с измеренными Ферми числами. Поэтому я назначил встречу с Ферми и показал ему наши результаты. С гордостью я поехал на автобусе Greyhound из Итаки в Чикаго с пакетом наших теоретических графиков, чтобы показать Ферми.
Придя в кабинет Ферми, я передал Ферми графики, но он почти не взглянул на них. Он пригласил меня сесть и по-дружески спросил о здоровье моей жены и нашего новорожденного сына, которому сейчас пятьдесят лет. Затем он произнес свой вердикт тихим, ровным голосом. «В теоретической физике есть два способа проведения расчетов», — сказал он. «Один способ, и я предпочитаю именно его, — это иметь ясную физическую картину процесса, который вы рассчитываете. Другой путь — иметь точный и непротиворечивый математический формализм. У вас нет ни того, ни другого». Я был слегка ошеломлен, но рискнул спросить его, почему он не считает теорию псевдоскалярных мезонов самосогласованным математическим формализмом. Он ответил: «Квантовая электродинамика — хорошая теория, потому что силы слабы, а когда формализм неоднозначен, у нас есть ясная физическая картина, которая могла бы вести нас. В теории псевдоскалярных мезонов нет физической картины, а силы настолько сильны, что ничего не сходится. Чтобы получить расчетные результаты, вам пришлось ввести произвольные процедуры отсечения, которые не основаны ни на твердой физике, ни на твердой математике».
В отчаянии я спросил Ферми, не впечатлен ли он согласием между нашими расчетными числами и измеренными им числами. Он ответил: «Сколько произвольных параметров вы использовали для своих расчетов?» Я на мгновение задумался о нашей процедуре отключения и сказал: «Четыре». Он сказал: «Я помню, как мой друг Джонни фон Нейман говорил: с четырьмя параметрами я могу подогнать слона, а с пятью я могу заставить его покачивать хоботом». На этом разговор был окончен. Я поблагодарил Ферми за потраченное время и усилия и с грустью сел на следующий автобус обратно в Итаку, чтобы сообщить студентам плохие новости. Поскольку студентам было важно, чтобы их имена были упомянуты в опубликованной статье, мы не сразу отказались от расчетов. Мы закончили их и написали большую статью, которая была должным образом опубликована в Physical Review со всеми нашими именами. Потом мы разошлись, чтобы найти другие направления работы. Я сбежал в Беркли, Калифорния, чтобы начать новую карьеру в области физики конденсированного состояния.
Оглядываясь назад спустя пятьдесят лет, мы ясно видим, что Ферми был прав. Важнейшим открытием, которое объяснило существование сильных взаимодействий, стал кварк. Мезоны и протоны — это маленькие мешочки кварков. До того, как Мюррей Гелл-Манн открыл кварки, никакая теория сильных взаимодействий не могла быть адекватной. Ферми ничего не знал о кварках и умер до их открытия. Но каким-то образом он знал, что в мезонных теориях 1950-х годов не хватало чего-то существенного. Его физическая интуиция подсказывала ему, что теория псевдоскалярных мезонов не может быть верной. Итак, именно интуиция Ферми, а не какое-либо расхождение между теорией и экспериментом, спасла меня и моих учеников от застревания в тупике.
Стоит послушать всю историю, рассказанную самим Фрименом Дайсоном в
Отказ Ферми от нашей работы и прочитав параллель с современной космологией в
Хобот космического слона.
– Д. Соарес
22 ноября 2020 г.
Домингуш Соарес
24 сентября 2004 г.
2024-03-18 21:19:59
1710801161
#Как #мистер #Ферми #подходит #слону
