# КЭД – странная теория света и вещества

Ричард Филлипс Фейнман

В основу этой книги легли знаменитые лекции Ричарда Фейнмана, прочитанные им в Калифорнийском университете.

В этих лекциях прославленный физик рассказывает о квантовой электродинамике – теории, в создании которой принимал участие он сам, – рассказывает простым и доступным языком, понятным даже самому обычному читателю.

Не зря даже о самом первом, принстонском издании «КЭД» критики писали: «Книга, которая полностью передает захватывающий и остроумный стиль Фейнмана, сделавшего квантовую электродинамику не только понятной, но и занимательной».

В формате PDF A4 сохранен издательский макет.

Richard P. Feynman

QED: THE STRANGE THEORY OF LIGHT AND MATTER


Под редакцией действительного члена Российской академии наук Л. Б. Окуня


Печатается с разрешения издательства Princeton University Press при содействии литературного агентства Synopsis.


© Richard P. Feynman, 1985

© New Introduction by A. Zee Copyright 2006 by Princeton University Press

© Перевод. С.Г. Тиходеев, 2017

© Издание на русском языке AST Publishers, 2018


Уникальный автограф знаменитой диаграммы Фейнмана, подписанный самим Фейнманом; изображение любезно предоставил Дж. М. Пасачофф (Jay M. Pasachoff, Fields Memorial Professor of Astronomy at Williams College). Диаграмма была изображена на первых страницах его экземпляра первого издания КЭД

## Послесловие к зарубежному изданию 2006 года

История того, как мы поняли, что такое свет, – это захватывающая драма, полная и неожиданностей, и поворотов судьбы.

Фотон – наиболее часто наблюдаемая из всех элементарных частиц: зайдите солнечным днем в пыльную комнату с одним маленьким окном и вы увидите сонм пересекающих комнату маленьких козявок. Ньютон совершенно естественно предположил, что свет состоит из потока частиц («корпускул»), но уже он испытывал некоторые сомнения; ведь даже в семнадцатом столетии можно было наблюдать дифракцию света. В конце концов дифракция и другие эффекты, казалось бы, убедительно показали, что свет является электромагнитной волной. В квинтэссенции физики девятнадцатого века, уравнениях электромагнетизма Максвелла, свет рассматривался исключительно как волна. Потом появился Эйнштейн и объяснил фотоэффект, запостулировав, что свет есть сумма маленьких порций («квантов») энергии. Тут возникли и слово «фотон», и квантовая теория света. (Я не буду здесь отвлекаться и обсуждать знаменитое недовольство Эйнштейна квантовой механикой, хоть он и способствовал ее рождению.) Тем временем с 1920-х по 1940-е годы физики весьма глубоко поняли квантовое поведение материи («атомов»). При этом самым удивительным оказалось то, что квантовое поведение света и его взаимодействия с электронами не поддавались усилиям сильнейших и ярчайших физиков, таких как Поль Дирак и Энрико Ферми. Физике пришлось дожидаться появления трех молодых людей – Фейнмана, Швингера и Томонаги, получивших заряд как оптимизма, так и пессимизма, возможно благодаря Второй мировой войне, – чтобы возникла правильная формулировка квантовой электродинамики, или КЭД.

Ричард Фейнман (1918–1988) был не только экстраординарным физиком, но экстраординарной и нетривиальной личностью. Подобных ему теоретическая физика не видела ни до, ни после. Иногда в свободную минуту физики-теоретики любят сравнить вклад в науку Фейнмана и Швингера – двух блестящих еврейских мальчиков из Нью-Йорка и почти ровесников. Это совершенно никчемный спор, но факт тот, что в отличие от застенчивого и скромного Джулиана Швингера (впрочем, за маской отстраненности скрывался человек милый и добросердечный) Дик Фейнман был полным экстравертом, человеком-легендой. Со своими барабанами бонго, танцовщицами и другими атрибутами тщательно выстроенного имиджа, который с энтузиазмом поддерживался легионом почитателей, он, безусловно, стал самым популярным физиком-теоретиком после Эйнштейна.

Известно, что блестящий русский физик Лев Ландау использовал логарифмическую шкалу для оценки уровня физиков-теоретиков, с Эйнштейном на вершине. Так же хорошо известно, что после создания теории фазовых переходов Ландау передвинул себя вверх на половину деления. У меня тоже есть своя шуточная шкала, куда я помещаю известных мне лично или по работам физиков-теоретиков. Увы, большинство физиков-теоретиков невыносимо скучны и в этой логарифмической шкале занимают место неподалеку от минус бесконечности. Я бы поместил Шрендингера (о котором чуть ниже) на вершину, но Фейнман, очевидно, на следующей под ним ступеньке. Не скажу, в каком месте шкалы я помещаю себя, но стараюсь не быть занудой по мере отпущенного мне таланта и возможностей.

Но каким шутником был Фейнман! В начале моей карьеры Фейнман пригласил меня сходить вместе в ночной клуб. Один из коллег Фейнмана объяснил мне, что такое приглашение показывает, что он воспринимает меня как физика достаточно серьезно. Но как я ни старался изложить Фейнману свои соображения о теории Янга—Миллса, он интересовался лишь моим мнением о ножках танцовщиц на сцене. Разумеется, никто не будет создавать себе кумира из балбеса-физика, если он только играет на барабане и интересуется танцовщицами. Так что моя шкала на самом деле – это блеск, умноженный на талант, – или шкала Ландау с дополнительным сомножителем – блеском, – где акции Эйнштейна падают, а Ландау – растут (он и сыграл несколько хороших шуток, пока не попал под удар КГБ).

Теперь, спустя примерно тридцать лет после того посещения ночного клуба, я польщен тем, что Ингрид Гнерлих из «Принстон юниверсити пресс» попросила меня написать предисловие к переизданию 2006 г. знаменитой книги Фейнмана «КЭД: странная теория света и вещества». Прежде всего признаюсь: я никогда не читал этой книги. Когда она появилась в 1985 году, я только что закончил писать свою первую популярную книгу по физике «Страшная симметрия»[1] и старался не читать другие популярные книги по физике из опасения, что они повлияют на мой стиль. В результате я прочел присланную Ингрид книгу свежим взглядом и с огромным удовольствием. Я бесконечно ею наслаждался, кратко записывая свои соображения и замечания по мере чтения.

Я сильно пожалел, что не прочитал эту книгу раньше, поскольку это вовсе не популярная книга по физике в обычном смысле. Стив Вайнберг, предложивший мне в 1984 году написать популярную книгу по физике и познакомивший меня со своим издателем в Нью-Йорке, дал мне полезный совет. Он сказал, что большинство физиков, пишущих такие книги, не могут устоять перед искушением все объяснять, в то время как читатель хочет получить лишь иллюзию понимания и подхватить несколько словечек, чтобы блеснуть в обществе.

Я думаю, что мнение Вайнберга, пусть несколько циничное, в целом верное. Вот, например, феноменальный успех «Краткой истории времени» Хокинга (которой я не читал в соответствии со своими принципами, описанными выше). Один мой бывший коллега по Калифорнийскому университету, весьма известный профессор, теперь занимающий кафедру в Оксфорде, показал мне однажды фразу из этой книги. Мы вдвоем пытались понять ее смысл и не смогли. И, наоборот, я хочу уверить всех озадаченных читателей, что каждое предложение в этой книге, сколь бы странным оно ни казалась, имеет смысл. Но вы должны внимательно обдумывать каждое предложение и изо всех сил стараться понять, что же хотел сказать Фейнман, прежде чем продвигаться дальше. В противном случае я гарантирую, что вы безнадежно запутаетесь. И дело в странности физики, а не в изложении. В конце концов, заглавие обещает «странную теорию».

Поскольку Фейнман есть Фейнман, он выбрал путь, полностью противоположный совету Вайнберга (совету, которому я тоже не следовал полностью; см. ниже мое замечание про теорию групп). В предисловии от автора Фейнман критикует популярные книги по физике за то, что «кажущаяся простота достигается за счет описания чего-то совсем другого, за счет существенного искажения того, что берутся описывать». Напротив, он принял вызов описать КЭД для обычного читателя без «искажения истины». Так что не считайте эту книгу типичной популярной книгой по физике. Но это и не учебник. Это редкий пример гибрида.

Чтобы пояснить, какого рода эта книга, я воспользуюсь собственной аналогией Фейнмана, слегка ее модифицировав. Согласно Фейнману, у вас есть два пути, чтобы изучить КЭД: либо пройти полный курс семилетнего образования по физике, либо прочесть эту книгу. (Его цифра несколько завышена; в наши дни способный выпускник средней школы с надлежащим руководством смог бы, вероятно, преодолеть этот путь быстрее чем за семь лет.) Итак, у вас нет выбора, не правда ли? Конечно, вам надо прочесть эту книгу! Даже если вы будете обдумывать, как я вам советую, каждую фразу, это не займет и семи недель, не говоря уж о семи годах.

В чем же разница между двумя способами? Я предлагаю такую аналогию: верховный жрец майя объявляет, что за определенную плату он готов научить вас, обычного Джо или Джейн, среднего жителя-майя, умножать два числа, скажем, 564 на 253. Он попросит вас сначала выучить таблицу умножения до 99, затем скажет вам взять последние цифры справа в числах, которые надо перемножить, именно, 4 и 3, и назвать число на пересечении 4-го ряда и 3-й колонки таблицы умножения. Вы назовете 12. Затем вы узнаете, что нужно записать 2 и «держать в уме» 1, что бы это ни значило. Затем вы должны будете назвать число на пересечении 6-го ряда с 3-й колонкой, то есть 18, к которому вы должны будете добавить число, которое «у вас в уме». Разумеется, еще год вам придется изучать, как «складывать». Ну ладно, вы уже поняли мою мысль. Это то, что вы получите, заплатив за образование в престижном университете.

# Примечания

1

Fearful Symmetry. The Search for Beauty in Modern Physics, 1st ed. published by Macmillan, 1986; 2nd ed. Princeton University Press, 2006. Книга не переводилась на русский. Данное предисловие является очевидной рекламой ее переиздания в PUP (как и учебника того же автора, см. ниже). В названии используется цитата из знаменитого стихотворения Уильяма Блейка «Тигр» (Tyger! Tyger! // burning bright // In the forests of the night, // What immortal hand or eye // Could frame thy fearful symmetry?). – Примеч. пер.