Магистерский колледж Принстонского университета – уединенный уголок, похожий на замок, удаленный от основного кампуса, что создает ощущение психологической дистанции. Готические здания с шиферными крышами, горгульями, каменными стенами и башнями, просторными дворами и общежитиями, церемонии в мантиях – все это вот уже более века позволяет ощутить вкус оксфордской или кембриджской жизни в центре Нью-Джерси. Здесь Эверетту впервые представилась возможность жить за много миль от дома и учиться в светском учебном заведении. К тому же он сблизился с тремя единомышленниками – Харви Арнольдом, изучавшим статистику, математиком Хейлом Троттером и перспективным физиком-гравитационистом из Мичигана Чарльзом Мизнером, окончившим Нотрдамский университет (Индиана, США). Друзья с удовольствием играли в пинг-понг и покер и допоздна вели интеллектуальные беседы за бокалом хереса.

«Мы были очень близкими друзьями… Нас было четверо, и мы собирались вместе. Я регулярно общался с Эвереттом», – вспоминал Мизнер, скончавшийся в 2023 году в возрасте 91 года[53].

Под руководством Джона Уилера Мизнер исследовал, как использовать приемы квантовой электродинамики (КЭД) – приложения квантовых принципов к электромагнитному взаимодействию – для поиска квантовой теории гравитации. Бывший студент Уилера Ричард Фейнман разработал необычный метод, используемый в КЭД, который называется интегрированием по траекториям. Неофициально этот метод был известен как «суммирование по историям».

Суммирование по историям – это своего рода миниатюрная мультивселенная, которую можно увидеть только после того, как откроешь бутылку и зафиксируешь результат. Представьте себе два электрона, которые испускаются из разных источников, сближаются, испытывают взаимное электрическое отталкивание и рассеиваются. Детекторы измеряют конечный результат, который называется профилем рассеяния.

С точки зрения классической физики эти электроны подчиняются законам механики Ньютона, а также законам электромагнетизма Максвелла, что позволяет проследить их точные траектории. Однако, согласно принципу неопределенности Гейзенберга, квантовая физика требует некоторой степени неясности. Никто не может в один и тот же момент времени знать и их точные позиции, и точное количество их движения.

Фейнман пересмотрел классический принцип наименьшего действия, предложив учитывать все возможные траектории движения электронов. Действие – это сложное понятие, но в упрощенном виде его можно определить как эффективность затрат энергии тела на перемещение в пространстве под действием различных сил. Принцип наименьшего действия указывает на самый эффективный путь, который, как оказалось, в точности совпадает с классической траекторией в пространстве. Например, бейсбольный мяч, брошенный питчером, рассекает воздух по плавной параболе, а не зигзагом. Принцип наименьшего действия предсказывает именно такую траекторию. Фейнман применил квантовый аналог действия как весовой коэффициент, чтобы учесть все возможные траектории между начальной и конечной точками. Хотя путь наименьшего действия остается наиболее вероятным и соответствует классической траектории, его окружает облако менее вероятных путей. При наблюдении за поведением частиц следует учитывать все возможные траектории, а не только самую вероятную. Квантовая реальность – изысканная композиция возможностей, смешанных в нужных пропорциях, а не просто один-единственный путь.

Рисунок 11. Физик Джон Уилер, бóльшую часть своей карьеры проработавший профессором в Принстонском университете, был важнейшей фигурой для возрождения общей теории относительности. Он был наставником многих студентов в этой и других областях. Источник: AIP Emilio Segrè Visual Archives

Уилер считал суммирование по историям блестящей идеей и обучал ей на своих занятиях в Принстоне. Он надеялся, что концепция Фейнмана поможет разрешить спор между двумя его интеллектуальными кумирами – Эйнштейном и Бором. К сожалению, Эйнштейн отверг ее вероятностные аспекты как еще одну форму игры в кости и в целом относился к ней скептически. Бор посетил лекцию Фейнмана на конференции в Поконо в 1948 году и тоже остался равнодушен, но по другой причине. Диаграммы Фейнмана, разработанные для нагладного представления различных вариантов взаимодействий, задели консервативные чувства Бора, который считал, что квантовые механизмы должны оставаться черным ящиком с невидимыми механизмами. Бор ошибочно полагал, что Фейнман пытается отследить реальные движения частиц, а не отразить квантовую неопределенность новым хитроумным способом.

Несмотря на сомнения этих великих умов, методы Фейнмана получили широкое распространение. Его диаграммы и техника суммирования по историям сегодня повсеместно используются в квантовой теории поля, которая описывает взаимодействие субатомных сущностей по квантовым правилам, в том числе в КЭД и более продвинутых теориях, описывающих ядерные силы. Любопытно, что, хотя подход Фейнмана включает в себя альтернативные варианты реальности[54], практически никто не возражает против такого рода ограниченной «мультивселенной». Во-первых, даже прагматичные экспериментаторы признают, что она дает точные предсказания поведения частиц. Во-вторых, эти конкурирующие истории разворачиваются в абстрактном пространстве, и, как только происходят реальные измерения, сразу сливаются воедино. Это напоминает возможные миры, которые, согласно философии Лейбница, заключены в разуме Бога, и только один их них становится реальным. Широкое признание метода Фейнмана указывает, что любой физик, настаивающий, что теории должны соответствовать наблюдениям, вынужден согласиться, что квантовые процессы протекают в абстрактных пространствах бесконечной размерности. Хотя многие ученые традиционно стремятся к реализму, никто пока не сумел предложить теорию, которая не содержала бы каких-либо невидимых компонентов и в то же время соответствовала бы экспериментальным данным.

После успеха КЭД и суммирования по историям Уилер решил, что Мизнер с его математическим талантом как никто другой подготовлен для применения этих методов к гравитации. Он был слишком оптимистичен, убеждая Мизнера, что на решение этой задачи уйдет всего около шести месяцев. На самом деле, хоть Мизнер и достиг значительных успехов, результатом чего стала его диссертация 1957 года «Контуры фейнмановского квантования общей теории относительности; вывод уравнений поля; исчезновение гамильтониана», а также множество статей, квантовая гравитация оказалась (и продолжает оставаться) крепким орешком.