Великий фізик, який пояснив загибель Челленджера

101


28 січня 1986 року Америку, та й весь світ потрясло звістка про страшну катастрофу: на очах тисяч людей вибухнув космічний шаттл «Челленджер». Мільйони телеглядачів різних країн бачили страшні кадри у випусках новин: ракета відділяється від землі, хвилина польоту… клуби диму і уламки, осколки, які розлітаються в різні сторони. Загинув екіпаж із семи чоловік; разом з професійними астронавтами — переможець національного конкурсу на право відправитися в космос, вчителька географії.
Шаттл, який здавався таким надійним, зруйнувався без видимих причин. Суспільство сподівалося на ретельне розслідування. Для його проведення була створена комісія. Через деякий час відбулася прес-конференція, на якій передбачалося оприлюднити деякі попередні підсумки. Виступали вищі чини NASA, астронавти, військові. Розслідування тільки почалося, і про конкретних висновках говорити було ще рано. Раптом один з членів комісії, взявши слово, несподівано дістав з кишені плоскогубці, зажим і шматочок гуми. Помістивши гуму затискач, він опустив її в один із склянок з льодом і водою, що стояли на столі. Присутні побачили, що вийнята з затиску гума не прийняла колишню форму після охолодження. Спочатку мало хто зрозумів, що все це значить. Журналісти звернулися за роз’ясненнями до демонстратору досвіду — це був Річард Фейнман, знаменитий фізик, лауреат Нобелівської премії. З’ясувалося, що гума взята з ущільнювачів, що забезпечують герметичність паливних баків космічного корабля. Гумові кільця були розраховані на плюсові температури, але у фатальний день при запуску шатла на космодромі було нижче нуля за Цельсієм. Гума втратила пружність і не забезпечила ущільнення. Це і послужило основною причиною аварії.
Експеримент, проведений Фейнманом, показали по всіх головних телеканалах — і не тільки в США. Нобелівський лауреат став справжнім національним героєм. Виступивши перед камерами, Фейнман не дозволив бюрократії зам’яти проблеми і представити те, що трапилося як збіг обставин. Крім того, за словами відомого американського фізика-теоретика Фрімена Дайсона, «люди своїми очима побачили, як робиться наука, як великий вчений думає руками, як природа дає чітку відповідь, коли вчений ставить їй чіткий питання».
У цьому маленькому, але настільки ефективне шоу був весь Фейнман, саме таким його знало наукове співтовариство. Докопатися до істини у що б то не стало, не задовольняючись якимись відмовками і туманними припущеннями, і зробити цю істину наочною, очевидною, щоб її можна було «помацати руками», — ось творче кредо Фейнмана. Його підхід був багато в чому протилежний стилю, поширеного в науці XX століття — століття гіпотез, які повинні бути «досить божевільними», щоб хоча б претендувати на істинність. Квантова фізика відмовилася від всяких наочних уявлень і вивела здоровий глузд за межі наукових дискусій. А для Фейнмана зрозумілість залишалася головною цінністю; його не влаштовувало, що квантову фізику мало хто розуміє.
Нечасто буває, щоб нобелівського лауреата з пелюшок виховували як вченого. Але у випадку Фейнмана вийшло саме так. Його батько, Мелвілл Фейнман, ще до народження сина передбачив, що той буде займатися наукою. Можна сказати, це була сімейна мрія: батьки самого Мелвілла дуже хотіли дати йому відповідну освіту, але не мали на це коштів. Мелвілл походив з родини литовських євреїв, він народився у 1890 році в Мінську, а через кілька років Фейнманы емітували в Америку. З-за матеріальних проблем мрії про навчання довелося залишити, і Мелвілл зайнявся підприємництвом. Пізніше він одружився на дочці процвітаючого бізнесмена Люсіль Філліпс. Її сім’я теж мала російські корені: батько Люсіль був родом з польських земель імперії, займався антиурядовою діяльністю, його навіть засудили до страти, але він зумів втекти з в’язниці і перебрався в Америку. Первісток Мелвілла і Люсіль, Річард, народився у 1918 році. Мелвілл з перших днів життя сина застосовував те, що зараз називають розвиваючими іграми, а коли Річард підріс, вони з батьком часто розмовляли про різні дивовижні явища природи, ходили в Американський музей природознавства, вивчали «Британську енциклопедію». Не дивно, що у хлопчика незабаром з’явилася невелика лабораторія. Молодша сестра Фейнмана Джоан згадувала, що «дім був сповнений любов’ю до фізики»; сама вона теж долучалася до науки, виконуючи обов’язки лаборанта їхніх дитячих дослідах. Згодом Джоан стала професійним фізиком, хоча і не настільки блискучим, як старший брат.
Від фокусів з електродами і реактивами, що приводили в захват однолітків під час домашніх вистав, Річард незабаром перейшов до дорослим занять: вже в 10 років він вважався майстром з ремонту радіоприймачів. У школі Річард швидко завоював репутацію самого талановитого учня: до нього зверталися учні старших класів за допомогою математики. Фейнман був незамінним членом шкільної команди на математичних олімпіадах, обожнював розгадувати всілякі головоломки. Ця пристрасть заволоділа ним на все життя.
Після школи Фейнман продовжив навчання в Массачусетському технологічному інституті. Тут він зробив остаточний вибір на користь фізики та ще до отримання диплома опублікував дві статті у провідному науковому журналі «Physical Review». Юному Річарду здавалося, що МТІ — найкращий заклад для занять наукою, але з подачі своїх наставників він вирушив здобувати докторську ступінь в Прінстон. Тут підтримувався околоаристократический стиль, і Річард спочатку відчував себе не дуже впевнено. Наприклад, він не знав, що слід вибрати, якщо на традиційному щотижневому чаюванні дружина декана пропонує вершки і лимон, і попросив обидва інгредієнта. «Ви, звичайно, жартуєте, містер Фейнман?» — ввічливо здивувалася деканша. Цей епізод дав назву одному з автобіографічних бестселерів Фейнмана.
Але відсутність витончених манер було легко восполнимым пропуском. Дотепний, доброзичливий і виключно привабливий, Фейнман завжди ставав душею будь-якої компанії. А його авторитет як перспективного фізика ні в кого не викликав сумнівів. Фейнман насолоджувався широкими технічними можливостями університету (в Прінстоні був потужний циклотрон і взагалі саме передове обладнання), спілкуванням з першокласними вченими. Наставником Річарда був Джон Уілер, який раніше працював у Копенгагені зі знаменитим Нільсом Бором.
Великий физик, объяснивший гибель Челленджера всемирная история
Цей період виявився щасливим і в особистому житті Фейнмана. Він готувався до весілля зі своєю шкільною подругою Арлін Грінбаум. Вони ідеально підходили один одному. Обох відрізняли життєлюбність, гумор, зневага до формальностей. «Яке тобі діло до того, що думають інші?» — ці слова Арлін стануть назвою ще однієї книги Фейнмана. На жаль, їх щастя виявилося недовгим. У Арлін виявили туберкульоз — у ті роки це був вирок. «Інші були проти їхнього шлюбу — друзі і навіть люблячі батьки відмовляли юнака, побоюючись за його здоров’я. Але відмовитися від Арлін для Річарда було неможливо; дізнавшись про діагноз, він постарався якомога швидше оформити стосунки. Вони одружилися в 1942 році, але більшу частину відпущених їм трьох років Арлін провела в лікарняних палатах. Вона трималася мужньо, намагаючись не показувати чоловікові своїх страждань, писала йому веселі листи, майструвала подарунки, але в червні 1945 року померла.
Все це час Фейнман постійно провідував дружину, приїжджаючи з Лос-Аламоса, де кипіли роботи над Манхеттенським проектом — створенням атомної бомби. Проект об’єднував кілька секретних лабораторій: у Чикаго команда Енріко Фермі будувала перший у світі ядерний реактор, в Окриджі зводили завод по розділенню ізотопів урану, в Лос-Аламосі перебував теоретичний відділ. Фейнман з його любов’ю до техніки став незамінним фахівцем серед теоретиків, багато з яких зовсім не вміли поводитися з приладами. Він міг не тільки чинити будь-які машини — від примітивного калькулятора до складних установок; але головне, він був здатний надихати людей, керувати командою і домагатися колективного успіху. В атмосфері секретності, часом доходить до абсурду, Фейнман відкидав всі заборони і дохідливо пояснював персоналу, для чого конкретно необхідні результати їх праці. Це відразу викликало продуктивність на порядок. Роберт Оппенгеймер, науковий керівник проекту, дав Фейнману таку характеристику: «Не просто блискучий теоретик; людина надзвичайно розумна, відповідальна і гуманний, чудовий і розумний учитель, а також невтомний трудівник».
Сам Фейнман, розповідаючи про Лос-Аламосі, вважав за краще згадувати про свій невтомний труд по злому сейфів. У це надсекретне установа доставлялися сейфи новітніх моделей, кожен з яких Фейнман міг відкрити за півгодини, роблячи це з властивим йому артистизмом і приводячи колег в подив. Вони не підозрювали, що у вільний час Річард годинами возився з яким-небудь новим замком. Успіх у цьому незвичайному хобі складався з любові до головоломкам, вміння працювати з числами і посидючості — дивно, як у Фейнмане поєднувалися вибуховий темперамент, інтелектуальна глибина і здатність до тривалої монотонної роботи. Якщо він хотів чому-небудь навчитися, то готовий був тренуватися добу безперервно без втоми. А як інакше досягти високого рівня в грі на бразильських барабанах, розтину замків, малюванні або розшифровці манускриптів майя? Фейнман дуже пишався, коли люди, які не знали про його основному занятті, брали його за професіонала в якому-небудь справі, далекому від фізики.
Нарешті «виріб», над яким працювали учасники Манхеттенського проекту, було закінчено. Випробування «Трініті» пройшли успішно. Спочатку всіма опанувала ейфорія від вдало проведеної роботи. Але після військового застосування бомби багатьох охопили зовсім не радісні почуття. Для Фейнмана це збіглося з сімейною драмою, і він відчував справжній відчай: сидячи в кафе або гуляючи по вулицях, постійно прикидав, скільком жителям вдасться вижити в разі ядерної атаки. «Коли я бачив людей, що будують міст або нову дорогу, я думав: вони божевільні, вони просто не розуміють. Навіщо робити нові речі? Це ж так марно». Тільки наука могла дати можливість відволіктися, але у творчості настала криза. Фейнману здавалося, що він «вигорів» і не може запропонувати жодної нової ідеї. Тоді він вирішив, що головне — не враховувати фізику роботою. Він буде викладати, отримуючи від цього процесу задоволення і гроші, а фізику сприймати лише як гру. Ця думка принесла деяке полегшення, і Фейнман зайняв місце професора у Корнельському університеті.
Пройшло зовсім небагато часу, і йому вдалося зробити в науку внесок, який дозволяє вважати Фейнмана одним з творців сучасної фізичної картини світу. Він запропонував свою інтерпретацію квантової механіки. Фейнмановский підхід спирається на класичне поняття траєкторії руху, що дозволяє вибудувати міст через здавалася нездоланною прірву між класичними і квантовими уявленнями. Інтеграли по траєкторіях візуалізують квантові поняття, надають їм настільки цінується Фейнманом наочність.
Тепер квантова механіка для вчених, що працюють в прикладних областях фізики, з «акту віри» перетворилася на «акт розуміння». А коли наука просунулася далі, у сферу квантової теорії поля, з’ясувалося, що метод Фейнмана працює набагато ефективніше: в більшості випадків набагато простіше обчислити інтеграли по шляхах, ніж користуватися традиційним операторным методом. Таким чином, метод Фейнмана став не лише способом розуміння, а й робочим інструментом для рішення самих складних задач квантової фізики.
Однією з таких завдань у середині минулого століття було створення теорії, що описує взаємодія фотонів та електронів. Мова йде про квантової електродинаміки, «дивною теорії світла і речовини», як назвав її сам Фейнман. Основна проблема полягала у виникненні нескінченності при обчисленні фізичних величин, що характеризують цю взаємодію. Фейнман застосував ренормалізацію — віднімання однієї нескінченності з іншої, приводить у підсумку до кінцевої величиною. Більше того, він створив витончений інструмент, що дозволяє наочно показати взаємодії між елементарними частинками, — діаграми Фейнмана. За його словами, «ці картинки стали свого роду стенографією для фізичного і математичного опису різних процесів… Я думав, що, напевно, цікаво було б побачити ці смішні картинки в «Physical Revew». Крім Фейнмана, спроби вирішення завдання робили Син’ітіро Томонага і Джуліус Швінгера — їм трьом і була присуджена в 1965 році Нобелівська премія.
Коли Фейнман завершив створення КЕД, йому було трохи більше тридцяти. Навіть якщо б він не займався подальшими дослідженнями, то вже увійшов би в історію науки як один із найвидатніших фізиків XX століття, але Фейнман був не з тих, хто може спочивати на лаврах. В науці він шукав нових ідей, життя — нових вражень. У 50-х роках Фейнман працював і жив поперемінно то в Каліфорнії, то в Бразилії, то в Європі, а відпочинок волів проводити в Лас-Вегасі. За ним закріпилася репутація серцеїда і плейбоя. Мало хто помічав, що на бурхливих вечірках Річард тільки прикидався п’яним — від алкоголю він відмовився назавжди, злякавшись, що випивка може вплинути на інтелект, «цей славний механізм, який робить життя суцільним задоволенням». Мало хто здогадувався, що у нього на душі, — адже зовні, як згадували колеги, «Фейнман в депресії був дещо більш жвавий, ніж звичайна людина в моменти найвищого підйому». Він намагався заповнити порожнечу, що утворилася з відходом Арлін. Одного разу йому здалося, що він знайшов споріднену душу: Мері Луїза Белл, молода викладачка з Мічигану, так само, як і Річард, захоплювалася культурою майя. Але цей шлюб, що тривав чотири роки, був приречений. Мері Лу мріяла бути дружиною «справжнього професора», змушувала Річарда носити краватку і строгий костюм. Вона не вважала за потрібне вчасно попередити, що його запрошували пообідати «з якимось старим занудою», коли в Пасадену, де жили Фейнманы, приїхав Нільс Бор.
Після їх розлучення в «Лос-Анджелес таймс» з’явився заголовок: «Барабанний бій дістав. Обчислення і африканкие барабани призвели до розлучення». Річард повернувся до звичного способу життя: подорожуючи між науковими центрами, «завжди де-то застрягав — зазвичай в Лас-Вегасі». Він примудрявся заводити знайомства з мафіозі і їх коханками, конферансьє, танцівницями, гравцями, кидалами — йому подобалося спостерігати життя, таку несхожу на академічну. З добродушною іронією Фейнман описує свої пригоди в книзі «Ви, звичайно, жартуєте…»: «Я увійшов до залу, тримаючи під руку двох прекрасних танцівниць, і конферансьє оголосив: ось входять міс Така-то і міс Така-то з «Фламінго»! Всі озирнулися, щоб подивитися, хто прийшов. Я відчував себе на всі сто!»
І все-таки, коли Річарду вже виповнилося 40, йому пощастило зустріти жінку, характер і інтелект якою прикрасили його життя. Приїхавши на конференцію в Женеву, Фейнман познайомився на пляжі з молодою англійкою Гвінет Ховарт, яка подорожувала по Європі, маючи намір подивитися різні країни і підробляючи на житло і їжу. Вона любила пригоди та незалежність і поважала «особистий простір» інших людей. Річард запропонував їй приїхати в якості домробітниці до нього в Америку. Гвінет погодилася, і спочатку їхні стосунки були майже виключно діловими, але через кілька тижнів Річард зробив пропозицію. У них народився син Карл, потім з’явилася прийомна дочка Мішель. Друзі і колеги Фейнмана, пам’ятали непокірну Мері Лу, спочатку поставилися до Гвінет насторожено, але незабаром дуже полюбили її і раділи за Річарда: всім було видно, що це щасливий шлюб. Гвінет була молодша за чоловіка на 14 років, але пережила його менше ніж на два роки.
Настав ще один надзвичайно плідний етап життя Фейнмана. Йому вдалося дати пояснення надплинності гелію — це явище було відкрито ще в початку століття голландським фізиком Гейке Каммерлинг-Оннесом. При температурі близько 2 К рідкий гелій виявляє дивні особливості: коефіцієнт термічного розширення змінює знак, в’язкість падає до нуля. Для пояснення цих властивостей Фейнман застосував випробуваний метод інтегрування по шляхах. Його колега Девід Пайнс описав цю теорію як «суміш чарівництва, математичної кмітливості та вправності з фізичним розумінням, створити яку міг, напевно, тільки Фейнман».
Але навіть це досягнення не закриває список фундаментальних результатів, отриманих Фейнманом в самих різних областях фізики. В його активі роботи по гравітації, вивчення структури елементарних частинок, теорії електрослабких взаємодій. Фейнман ніколи не замикався в рамках однієї наукової тематики; якщо він стикався з якою-небудь цікавою проблемою, то просто не міг не зробити спроби в ній розібратися. При цьому він далеко не завжди публікував результати, іноді згадуючи про них, тільки коли інші вчені намагалися рухатися в схожих напрямках. Фейнмана мало хвилювали проблеми пріоритету і визнання заслуг; він з легкістю «підкидав» свої ідеї всім, хто був готовий їх розвивати. Для нього головною нагородою було задоволення від наукової творчості.
Ландау (який був на 10 років старший Фейнмана) вважав, що запізнився народитися років на п’ять. Адже фундамент сучасної квантової фізики був практично сформовано вже у 20-х роках — від ідеї де Бройля до рівняння Дірака; залишалося лише осмислення результатів та прикладні завдання. Для Фейнмана подібних обмежень не існувало. У колі інтелектуалів вищого рівня він відчував себе абсолютно вільним у виборі цілей і методів. Саме ця творча свобода, незашоренность, розкутість дозволили Фейнману стати у науці тим, ким він став.
З початку 60-х років Фейнман остаточно влаштувався в Каліфорнійському технологічному інституті. «Тут люди працюють в різних областях науки, діляться зі мною своїми відкриттями, і ці відкриття приводять у захват. Так, це було дійсно те, що я бажав». Крім потужної фізичної школи, у Калтеху велися дослідження на передових рубежах біології. Фейнман не тільки жваво цікавився новітніми досягненнями у вивченні ДНК, але і сам брав участь у роботі біологічних лабораторій. Однак самим значущим напрямом його професійної діяльності, крім теоретичних пошуків, стало викладання фізики студентам Калтеха.
На початку 60-х років курс фізики читали за застарілою схемою; протягом двох перших років обмежувалися викладом класичних уявлень. Керівники Калтеха вирішили піти на експеримент: вперше вченому такого високого статусу було запропоновано читати фізику студентам молодших курсів. Фейнман зробив справжній переворот у викладанні. На другому курсі його слухачі вже вивчали на сучасному рівні квантову механіку. Але справа не тільки у виборі найбільш актуальних тем; головне — Фейнман застосовував проблемний підхід до викладу будь-яке завдання, будь то класична механіка або новітні досягнення теорії. Він не замітав сміття під килим; його студенти могли побачити багато невирішені проблеми. Фейнмановские лекції давали можливість відчути, як насправді працює фізика, як діє науковий метод. Його курс досі залишається джерелом натхнення для нових поколінь студентів і викладачів. Ну а ті, кому довелося слухати самого Фейнмана, отримували незабутні враження. Кожна лекція в його виконанні була блискучим виставою, з зав’язкою, кульмінацією і яскравим фіналом. Студенти дуже любили Фейнмана і за очі назвали його Дік, як близькі друзі. Бурхливий захват викликало серед всіх мешканців кампусу звістка про присудження Діку Нобелівської премії.
Взагалі-то нобелівського лауреата очікують не тільки шану, а й чималий вантаж протокольних обов’язків. Нерідко бувало, що фізики-лауреати занурювалися в адміністративну роботу, лекції, поїздки, а до науки вже не поверталися. Фейнман згадував, що в перший момент засумнівався, чи варто приймати нагороду. Адже він, як ніхто інший, уникав всякого офіціозу і публічності. Проте йому пояснили, що відмова від премії викличе нітрохи не меншу увагу до його персони.
Ставши лауреатом, Фейнман ретельно оберігав свій звичний ритм і стиль життя. Він як і раніше викладав, займався наукою і придумував різні незвичайні творчі проекти. Наприклад, його мрією в 70-ті роки було побувати в Туві, що при радянському режимі здавалося майже нездійсненним. Вченому не вдалося відвідати СРСР, але його друзі все-таки довели до кінця це починання, організувавши між країнами обмін виставками прикладного мистецтва корінних народів.
Фейнман відхиляв усі офіційні пропозиції про присвоєння почесних нагород та запрошень прочитати лекції, крім як у тих дослідних центрах, де він сам хотів побувати. Рідкісним винятком з правила стало і його згоду увійти в ту саму Президентську комісію з розслідування загибелі «Челленджера». Фейнман взявся за цю роботу, оскільки сподівався принести реальну користь, — і це йому вдалося на всі сто. Лише деякі знали, що в ті дні Річард вже був важко хворий. Кілька років тривало лікування онкологічного захворювання, складні операції допомогли відстрочити кінець, але хвороба все-таки виявилася сильнішою. Коли для підтримання життя довелося застосовувати постійний діаліз, Дік попросив у дружини і сестри згоди на те, щоб вимкнути апарат.
Фейнмана не стало 15 лютого 1988 року. Його останні слова були: «Вмирати нудно». Ця людина цілком належав життя, вона цікавила його у всіх проявах — в таємниці природи, в радощі і розчарування творчості, кохання і самотність, у вічному і повсякденному. Відчуваючи наближення смерті, Фейнман сказав одному з друзів: «Мене це засмучує, але не настільки, наскільки це може представлятися іншим, тому що я відчуваю, що розповів іншим достатньо історій і залишив в їх розумі достатню частку себе. Я відчуваю себе так, ніби перебуваю скрізь. Так що, можливо, коли я помру, я не зникну безвісти!» Напевно, ці чудові «частинки», залишені такими людьми, як Річард Фейнман, — самі живучі в нашому світі.