Пол Халперн - Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность [litres]

Вакуумная поляризация эффективно заменяет точечный заряд электрона облаком заряда. Подобно иголкам испуганного ежа, пары заряженных противоположным образом частиц излучаются в стороны от электрона, и делают это таким образом, что положительный заряд в каждой паре ближе к электрону, чем отрицательный. Эти вытянувшиеся в линию заряды окружают «голый» заряд электрона так, что он эффективно становится имеющим размеры скоплением, а не безразмерной точкой.

В сущности, таким образом распределяются масса и заряд электрона.

Примечательно, что Вайскопф обнаружил: вакуумная поляризация помогает ограничить энергию самовоздействия электрона, отмечая тем самым направление, двигаясь в котором можно решить одну из главных загадок квантовой электродинамики. Расчет энергии самовоздействия все еще приводил к бесконечности, хотя уже не так быстро: теперь деревянный дом не сгорал в бушующем пламени, но его неспешно поедали термиты. Конец одинаковый, но процесс шел много медленнее и выглядел управляемым.

Гипотеза Вайскопфа дала надежду, что дальнейшие математические манипуляции позволят добиться цели: конечной энергии самовоздействия.

Помимо троих уже названных лидеров пригласили около двух дюжин ученых. Само собой, Фейнман оказался одним из первых в списке, Уилер выбрал его, предвкушая встречу двух давних соратников и возможность вновь поиграть с теорией. Кроме Ричарда, в список попали Юджин Вигнер, Джон фон Нейман, Ханс Бете, Эдвард Теллер, Грегори Брейт (в свое время руководивший постдиссертационной практикой Уилера), Энрико Ферми и Джулиан Швингер, блестящий молодой физик-теоретик из Гарварда.

Подобно Фейнману, родом последний был из Нью-Йорка, работал с Оппенгеймером и имел прекрасную репутацию.

Но не все были теоретиками, например, Уиллис Лэмб из Колумбийского университета являлся экспертом по атомным измерениям и собирался изложить свежайшие экспериментальные результаты, чтобы они послужили пищей для дискуссий. Раби, некогда научный руководитель Швингера, одинаково много времени уделял как теории, так и опытам.

Уилер знал Лэмба очень хорошо и с большим уважением относился к его работе.

Вскоре после того как тот в 1939 году защитил диссертацию в Беркли, они в соавторстве опубликовали статью о том, как атомы атмосферы подвергаются воздействию космического излучения.

Сыплющиеся из космоса электроны, вынужденные из-за сопротивления воздуха отдать часть собственной энергии, нередко распадаются на другие частицы, и этот процесс именуется «каскадом».

Уилер и Лэмб рассчитали, как атомы атмосферы влияют на порождение частиц (в 1956 году они нашли ошибку в оригинальных вычислениях, пересмотрели все и опубликовали новую статью).

Но самый известный эксперимент Лэмба имел место весной 1947-го, когда ученого уже пригласили на Шелтер-Айленд. В компании магистранта Роберта Резерфорда он испытал новый способ зондирования атома водорода и показал, что одно из предсказаний Дирака не оправдывается.

В частности, Дирак рассчитал, что два электронных состояния водорода, технически известные как 2S 1/2и 2P 1/2, должны иметь один и тот же уровень энергии. Эксперимент Лэмба – Резерфорда обнаружил маленькое, но заметное расхождение в структуре водорода, небольшой сдвиг в спектральных линиях, обозначающий, что имеется разница в энергии двух упомянутых состояний.

Открытие, что использовавшаяся ранее модель была не совсем верной, позволило теоретикам двинуть вперед квантовую электродинамику.

После работы для военных, проведенной в лаборатории излучения Колумбийского университета, Лэмб стал экспертом в обращении с концентрированными, сравнительно высокочастотными микроволнами. Более короткие, чем радиоволны, они позволяли точнее оценить цель, заметить мельчайшие отклонения в уровне энергии. После войны Лэмб решил приложить свои умения к атомной отрасли, в особенности он хотел разобраться с тем, корректно ли модель Дирака предсказывает спектр водорода.

26 апреля, после нескольких попыток применить микроволновое тестирование к атомам водорода, Лэмб и Резерфорд достигли успеха. Они обнаружили, что если использовать сигнал примерно в 1000 мегациклов (миллионов циклов) в секунду, то они могут перевести электрон из состояния 2P 1/2в 2S 1/2.

Но в соответствии с квантовыми принципами, установленными еще Максом Планком и Альбертом Эйнштейном, определенная частота соотносилась с определенным крошечным количеством энергии. Так что Лэмб и Резерфорд доказали существование небольшого, но заметного различия в энергии. Оно получило имя «Лэмбовского сдвига».