Невозможно!
Слово прозвучало во всем большом лекционном зале. Я только что закончил описывать революционную концепцию для нового типа материи, которую изобрели мой аспирант Дов Левин. Аудитория Caltech была заполнена учеными из всех дисциплин в университетском городке. Дискуссия прошла замечательно. Но как раз в тот момент, когда последние из толпы выходили на улицу, раздался знакомый, гулкий голос и это слово: «Невозможно!» Я мог бы узнать этот характерный, грубый голос с безошибочным нью-йоркским акцентом с закрытыми глазами. Передо мной стоял мой научный кумир, легендарный физик Ричард Фейнман, с его потрясением от седых волос до плеч, в характерной белой рубашке и обезоруживающей дьявольской улыбкой.
Фейнман получил Нобелевскую премию за свою новаторскую работу по разработке первой квантовой теории электромагнетизма. В научном сообществе он уже считался одним из величайших физиков-теоретиков 20-го века. В конечном итоге он также достигнет знакового статуса среди широкой публики, благодаря своей ключевой роли, определяющей причину катастрофы космического челнока «Челленджер», и его двум бестселлерам «Конечно, вы шутите, мистер Фейнман! и что тебя волнует, что думают другие люди? У него было удивительно игривое чувство юмора, и он был известен своими сложными практическими шутками. Но когда дело дошло до науки, Фейнман всегда был бескомпромиссно честным и жестоким критиком, что делало его особенно страшным присутствием на научных семинарах. Можно было ожидать, что он прервет и публично бросит вызов говорящему, как только услышит что-то, что, по его мнению, является неточным или неточным. Так что я остро знал о присутствии Фейнмана, когда он вошел в лекционный зал незадолго до начала моей презентации и занял свое обычное место в первом ряду. Я внимательно следил за ним во время презентации, ожидая возможного взрыва. Но Фейнман никогда не прерывал и никогда не возражал.
Тот факт, что Фейнман выступил против меня после беседы, вероятно, ошеломил многих ученых. Но это была не первая наша встреча. Мне посчастливилось работать в тесном контакте с Фейнманом, когда я был студентом в Калифорнийском технологическом институте около десяти лет назад, и у меня было только восхищение и привязанность к нему. Фейнман изменил мою жизнь с помощью своих сочинений, лекций и личного наставничества. Когда я впервые приехал в университет в качестве первокурсника в 1970 году, я собирался изучать биологию или математику. Я никогда не интересовался физикой в старшей школе. Но я знал, что каждый студент Caltech должен был пройти два года изучения предмета. Я быстро обнаружил, что физика первокурсника была чрезвычайно сложной, во многом благодаря учебнику «Лекции Фейнмана по физике», том 1. Книга была не столько традиционным учебником, сколько сборником блестящих сочинений, основанных на знаменитой серии лекций по физике новичков. что Фейнман поставил в 1960-х.
В отличие от любого другого учебника по физике, с которым я когда-либо сталкивался, «Фейнмановские лекции по физике» никогда не удосуживаются объяснить, как решать любые проблемы, что делало попытки выполнить сложные домашние задания сложными и трудоемкими. Однако в эссе было нечто гораздо более ценное - глубокое понимание оригинального мышления Фейнмана о науке. Поколения извлекли выгоду из лекций Фейнмана. Для меня этот опыт стал абсолютным откровением. Через несколько недель я почувствовал, что мой череп раскрыт, и мой мозг перемонтирован. Я начал думать как физик, и мне это нравилось. Как и многие другие ученые моего поколения, я был горд принять Фейнмана своим героем. Я испортил свои оригинальные академические планы по биологии и математике и решил заниматься физикой с удвоенной силой. Я помню несколько раз, когда я учился на первом курсе, когда набирался смелости, чтобы поздороваться с Фейнманом перед семинаром. Что-то еще было бы невообразимо в то время. Но на втором курсе мы с соседом по комнате вызвали смелость постучать в дверь своего кабинета, чтобы спросить, может ли он подумать о том, чтобы преподавать неофициальный курс, на котором он будет встречаться раз в неделю с такими же студентами, как мы, чтобы отвечать на вопросы обо всем, что мы могли бы задать. , Все это будет неформальным, сказали мы ему. Никаких домашних заданий, тестов, оценок и курсовых баллов. Мы знали, что он был иконоборцем без терпения к бюрократии, и надеялись, что отсутствие структуры понравится ему.
Примерно десятью годами ранее Фейнман проводил аналогичные занятия, но только для первокурсников и только один квартал в год. Теперь мы просили его сделать то же самое в течение целого года и сделать его доступным для всех студентов, особенно студентов третьего и четвертого курса, таких как мы, которые могут задавать более сложные вопросы. Мы предложили, чтобы новый курс назывался «Физика X», так же, как и его предыдущий курс, чтобы всем было ясно, что он совершенно не записан.
Фейнман немного подумал и, к нашему удивлению, ответил: «Да!». Поэтому каждую неделю в течение следующих двух лет мы с соседом по комнате вместе с десятками других счастливчиков присоединялись к захватывающему и незабываемому дню с Диком Фейнманом.
Физика X всегда начинала с того, что он входил в лекционный зал и спрашивал, есть ли у кого-нибудь вопросы. Иногда кто-то хотел спросить о теме, по которой Фейнман был экспертом. Естественно, его ответы на эти вопросы были мастерскими. В других случаях, однако, было ясно, что Фейнман никогда раньше не задумывался над этим вопросом. Я всегда находил эти моменты особенно захватывающими, потому что у меня была возможность посмотреть, как он впервые увлекся темой.
Я хорошо помню, что спросил его о чем-то, что мне показалось интригующим, хотя я боялся, что он может подумать, что это банально. «Какого цвета тень?» Я хотел знать.
Пройдя назад и вперед перед аудиторией в течение минуты, Фейнман с удовольствием ухватился за вопрос. Он начал обсуждение тонких градаций и вариаций тени, затем природы света, затем восприятия цвета, затем теней на луне, затем земного блеска на луне, затем формирования луны и так далее, И так далее, и так далее. Я был очарован.
На старшем курсе Дик согласился стать моим наставником в ряде исследовательских проектов. Теперь я смог засвидетельствовать его метод решения проблем еще более близко. Я также испытывал его острый, критический язык всякий раз, когда его высокие ожидания не оправдались. Он назвал мои ошибки словами «сумасшедший», «чокнутый», «нелепый» и «глупый». Поначалу резкие слова ужалили и заставили меня усомниться, принадлежу ли я к теоретической физике. Но я не мог не заметить, что Дик, похоже, не воспринимал критические комментарии так серьезно, как я. На следующем вдохе он всегда побуждал меня попробовать другой подход и предлагал мне вернуться, когда я достигну прогресса. Фейнман научил меня одной из самых важных вещей, заключающейся в том, что некоторые из самых интересных научных сюрпризов можно обнаружить в повседневных явлениях. Все, что вам нужно сделать, это найти время, чтобы внимательно наблюдать за вещами и задавать себе хорошие вопросы. Он также повлиял на мое убеждение, что нет причин поддаваться внешнему давлению, которое заставляет вас специализироваться в одной области науки, как это делают многие ученые. Фейнман показал мне на примере, что приемлемо исследовать разнообразие областей, если это то, к чему ведет ваше любопытство.
Один из наших обменов во время моего последнего срока в Калифорнийском технологическом институте был особенно запоминающимся. Я объяснял математическую схему, которую я разработал, чтобы предсказать поведение Super Ball, эластичного, сверхэластичного шара, который был особенно популярен в то время.
Это была сложная проблема, потому что Super Ball меняет направление с каждым отскоком. Я хотел добавить еще один уровень сложности, пытаясь предсказать, как Super Ball отскочит вдоль последовательности поверхностей, установленных под разными углами. Например, я рассчитал траекторию, когда она отскакивала от пола к нижней части стола в наклонную плоскость, а затем от стены. Казалось бы, случайные движения были полностью предсказуемы, согласно законам физики.
Фейнман подошел к столу, где я поставил эксперимент, чтобы продемонстрировать эту идею. Он указал на это и потребовал: «Покажи мне снова!» Я щелкнул выключателем, чтобы начать демонстрацию, и Фейнман стоял неподвижно. Своими глазами он был свидетелем явного нарушения одного из самых известных в науке принципов. Это было нечто настолько простое, что он описал это в лекциях Фейнмана. Фактически, принципы преподавались каждому молодому ученому в течение почти 200 лет. Но теперь я стоял перед Ричардом Фейнманом, объясняя, что эти давние правила были неправильными. Кристаллы были не единственно возможными формами вещества с упорядоченным расположением атомов и точными дифракционными картинами. Теперь появился огромный новый мир возможностей с собственным набором правил, которые мы назвали квазикристаллами. Мы выбрали название, чтобы прояснить, чем новые материалы отличаются от обычных кристаллов. Оба материала состоят из групп атомов, которые повторяются по всей структуре.
Группы атомов в кристаллах повторяются через равные промежутки времени, как пять известных моделей. В квазикристаллах, однако, разные группы повторяются с разными интервалами. Наше вдохновение было двухмерным рисунком, известным как мозаика Пенроуза, который является необычным рисунком, который содержит два различных типа плиток, которые повторяются с двумя несоразмерными интервалами. Математики называют такую модель квазипериодической. Следовательно, мы назвали наше теоретическое открытие «квазипериодическими кристаллами» или «квазикристаллами», для краткости.
Моя маленькая демонстрация для Фейнмана была разработана, чтобы доказать мой случай, используя лазер и слайд с фотографией квазипериодического рисунка. Я включил лазер, как указал Фейнман, и направил луч так, чтобы он прошел через слайд на дальнюю стену. Лазерный свет производил тот же эффект, что и рентгеновские лучи, проходящие через каналы между атомами: он создавал дифракционную картину, подобную той, что изображена на фотографии ниже.
Я выключил верхний свет, чтобы Фейнман мог хорошо разглядеть характерную снежинку с точками на стене. Это было непохоже на любую другую дифракционную картину, которую когда-либо видел Фейнман.
Я указал ему, как и во время лекции, что самые яркие пятна образовали кольца из десяти, которые были концентрическими. Это было неслыханно. Можно было также увидеть группы точечных точек, которые образовывали пятиугольники, обнаруживая симметрию, которая считалась абсолютно запрещенной в мире природы. При ближайшем рассмотрении обнаружилось еще больше пятен между точками. И пятна между этими пятнами. И еще больше пятен еще. Фейнман попросил более внимательно посмотреть на слайд. Я снова включил свет, снял его с держателя и отдал ему. Изображение на слайде было настолько уменьшено, что было трудно оценить детали, поэтому я также передал ему увеличенный рисунок мозаики, который он положил на стол перед лазером. Следующие несколько мгновений прошли в тишине. Я снова почувствовал себя студентом, ожидая, когда Фейнман отреагирует на последнюю идею кокаами, с которой я столкнулся. Он уставился на расширение на столе, вставил предметное стекло в держатель и включил сам лазер. Его взгляд переместился взад-вперед между напечатанным увеличением на столе, до лазерного рисунка на стене, затем снова опустился к увеличению.