Глава 3 Семьдесят девять строк

Как-то в мае 1950 года в пять часов дня Питер Хиггс делал доклад в лондонском Королевском колледже на заседании Максвелловского студенческого общества. После доклада возникла дискуссия, которая так никогда и не кончилась⁵⁸. Хиггсу тогда было 20 лет, но он уже был президентом этого студенческого общества. Его члены собирались каждую неделю, чтобы обсудить научные вопросы, выходящие за рамки университетских лекций. Тогда, в тот майский день, Хиггс спрашивал себя и своих друзей: смогут ли ученые когда-нибудь в будущем познать законы природы, проникнуть во все ее тайны. Сам он полностью в положительном ответе уверен не был.

Представления ученого, как и любого другого человека, о мире построены на сведениях, которые он накопил за жизнь, — на его жизненном опыте. Эти сведения формируются, когда наши чувства сигналят нашему разуму о том, что происходит вокруг нас. Мы видим какие-то предметы, слышим шум ими произведенный, чувствуем их движение, вдыхаем их запахи, ощущаем вкус. Наш мозг воспринимает все эти сенсорные сигналы и строит на их основе некую модель — наше собственное, очень личное представление о реальности.

А наука — искусство выявления закономерностей в этой реальности. Как отбрасываются тени, когда солнце движется по небу? Что происходит со светом, когда он проходит сквозь призму? В каком направлении вы летите, когда падаете? Научные эксперименты предназначены для того, чтобы отвечать на подобные вопросы. Если эксперименты все время дают один и тот же результат, возможно, за этим кроется важная закономерность. Правильно поставленный эксперимент помогает понять и сформулировать законы природы.

Сомнения Хиггса вполне естественны. Как ученые могут быть уверены, что наблюдения, которые они делают, реальны? Точно ли мы знаем, что наши чувства дают правильную картину физического мира? Безупречна ли работа нашего мозга по превращению наших жизненных наблюдений в представление о мире? “Можно только верить в то, что это так, доказать же это логически нельзя”, — говорил Хиггс. Наш ум способен и подвести нас. А вдруг эксперимент — продукт нашей фантазии, мы вообразили, что сделали его, поверили, что это было в действительности? Мы могли быть введены в заблуждение и увидеть то, что на самом деле не случалось. И тогда нечто, что показалось реальной закономерностью, законом природы, — не более чем игра воображения.

Протокол заседания, проходившего тем майским днем, написан черными чернилами аккуратным почерком на уже пожелтевших страницах тетради в бордовом переплете, которая хранится в архивах Королевского колледжа в Лондоне. Запись начинается с последовательного изложения аргументов Хиггса, а продолжается описанием выедступлений присутствовавших на заседании преподавателей и студентов. “Этот вопрос вызвал острую дискуссию”, — отмечено в протоколе.

Вопрос Хиггса знаком философам. На заре становления современной науки французский философ XVII века Рене Декарт размышлял над двумя серьезными проблемами: что человек способен познать и как он это может сделать. Декарт предположил, что есть злой демон, пытающийся одурачить нас, устраивая мысленные трюки. Если это так, то как же узнать, что есть истина? В чем демон нас не обманет? Декарт считал, что единственное, в чем можно быть уверенным, так это в том, что если мы думаем, размышляем, то уж точно существуем (Cogito ergo sum — Я мыслю, следовательно, я существую)⁵⁹.

Если бы Декарт на этом остановился, он бы оставил нам в наследство мрачный мир, пронизанный сомнениями и одиночеством. Но он пошел дальше, рассмотрев проблему с другой стороны. Что, если есть доброжелательный Бог, предположил он, который дал нам чувства, позволяющие правильно воспринимать действительность, и мозги, дабы правильно сопоставлять факты? Тогда на картина мира правильна. Если Бог хороший мы можем доверять нашим чувствам и радоваться что мир, который мы видим, и есть мир, который существует.

Хиггс не рассматривал Бога в качестве способа разрешения парадокса. В своем докладе он сказал что ему намного легче было бы поверить в научный результат, если бы множество людей сделали один и тот же эксперимент независимо друг от друга и получили бы одинаковый ответ. Друг Хиггса Майкл Фишер, присутствовавший на докладе, во время дискуссии поднял руку и заявил, что будет искать ответы собственными силами в окружающем его мире и сам сможет их найти. “Я должен полагаться на свои чувства!” — сказал он. Обсуждение зашло в тупик, и был объявлен перерыв.

Максвелловское общество было так названо в честь Джеймса Клерка Максвелла, который создал теорию света, работая в Королевском колледже примерно за восемьдесят лет до того, как там оказался Хиггс. Общество собиралось в комнате номер 2С, первой в Великобритании комнате, освещенной газовой лампой. В этой же самой комнате в 1946 году прямо во время лекции был арестован известным физик-ядерщик Алан Нанн Мэй — за шпионаж в пользу русских. За месяц до бомбардировки Хиросимы и Нагасаки Нанн Мэй переправил небольшое количество оружейного урана советскому агенту, а позже отправил ему подробную информацию о бомбардировке Японии. Он получил за это 200 долларов и бутылку виски.

Обычно в Максвелловском обществе выступали приглашенные докладчики. Артур Чарльз Кларк, недавний выпускник колледжа, рассказывал о межпланетных путешествиях⁶⁰. Сэр Эдвард Эпплтон, получивший Нобелевскую премию за открытие верхнего слоя атмосферы — ионосферы — с помощью отражения от нее радиоволн, обсуждал шансы на получение сигналов от внеземных цивилизаций. Чарльз Колсон, первый профессор физик-теоретик колледжа, рассказывая о будущем физики, утверждал, что ученые всё поймут лет через десять или двадцать, если только не появится нечто неожиданное, например телепатия. Неудивительно, что для студента Хиггса эти собрания были невероятно важны как необходимое дополнение к основному курсу.

Когда Хиггсу исполнилось 17 лет, он поступил в Лондонскую городскую школу, расположенную вблизи собора Святого Павла, чтобы в течение года плотно позаниматься математикой. Хиггс обнаружил, что он был там единственным учеником, не одержимым мечтой попасть в Оксфорд или Кембридж. В семье Хиггса существовало устойчивое предубеждение в отношении Оксбриджа (так в Англии называли Оксфорд и Кембридж вместе), и оно передалось Питеру. “Мой отец считал, что слишком многие отправляются в Оксбридж, чтобы побездельничать там несколько лет. Все это очень хорошо для детей из богатых семей — они могут потратить впустую и свое время, и время их наставников, но, если вы серьезно относитесь к учебе, вам следует учиться в другом месте”, — рассказывал Питер.

Хиггс хотел жить дома, пока не получит степень. Имперский колледж в Южном Кенсингтоне он исключил из-за того, что в нем обучение ограничивалось только научными дисциплинами. Хиггс подал документы на физический факультет Университетского колледжа в Блумсбери, а затем и в Королевский колледж, занимавший несколько внушительных зданий на Стрэнде. Не получив ответа из Университетского колледжа, он принял предложение Королевского колледжа.

Питер понимал, что таланта к исследовательской, экспериментальной работе у него нет. Довольно быстро это поняли и его коллеги. Он мог бороться с установкой целую вечность, но все его усилия оставались безуспешными — ни один прибор в его руках работать не желал. В одном опыте Хиггса в тупик поставил барометр, который ни за что не хотел давать показания, пока техник не пожалел Питера и не предложил вынуть резиновую пробку, засунутую в головку барометра. Позже Хиггс попытался повторить классический эксперимент Милликена 1909 года, в котором электрическое поле заставляло заряженные капли масла парить в воздухе, но не смог заставить остановиться ни одну чертову каплю.

В тот же год, когда Хиггс начал учиться в Королевском колледже, Фримен Дайсон осуществил свою мечту. Он устал от послевоенной депрессивной Британии и страстно желал окунуться в атмосферу бурного американского оптимизма. В возрасте 23 лет он прилетел в Нью-Йорк и устроился на работу в Корнеллский государственный университет в группу Ханса Бете, возглавлявшего ранее теоретический отдел Манхэттенского проекта.

В Корнелле Дайсон сразу погрузился в труднейшую проблему, которая угрожала сильно затормозить развитие квантовой физики. Для ее решения необходимо было, в частности, создать теорию поглощения и излучения света атомами и электронами. Эта задача была лишь частью другой огромной проблемы — описания всех различных видов частиц и их взаимодействий с позиции квантовой механики. В центре её была трудность, возникшая в квантовой теории поля, которую физики разработали для описания элементарных частиц. Дело было в том, что квантовая электродинамика, теория, описывающая взаимодействия электронов и фотонов, при определенных обстоятельствах приводила к парадоксу (проблема бесконечностей).

Роберт Оппенгеймер обратил внимание на этот парадокс, когда ему было 26 лет, в 1930 году, но вмешалась война, и проблема была отложена в сторону. Тогда Оппенгеймер с помощью квантовой теории поля попытался разобраться, что происходит, когда электрон испускает частицу света и быстро поглощает ее снова. Это квантовый эквивалент бросания теннисного мяча в воздух, когда он на обратном пути вниз опять попадает в ваши руки. Вы тратите энергию, когда бросаете мяч, но получаете ее обратно, когда ловите его.

Количество энергии, которую человек затрачивает и соответственно получает, когда бросает и ловит теннисный мяч, слишком мало, чтобы причинить ему какой-либо вред, а вот излучение и поглощение частиц света способно повредить электрону. Природа не накладывает верхнего предела на количество энергии, которой может обладать частица света, к тому же электроны постоянно могут излучать бесчисленное множество “виртуальных фотонов”. Оппенгеймер посчитал, и оказалось, что эти вылетающие фотоны приводят к бесконечным изменениям энергии атома. А поскольку такое невозможно, следовательно, с теорией что-то не так. Она прекрасно работала как грубый ориентир, но не более того.

Один из физиков, с которым Дайсон встретился в Корнелле, был Ричард Фейнман. Этот уроженец Нью-Йорка, уверенный в себе блестящий молодой ученый, осмелился броситься на спасение терпящей бедствие квантовой теории поля⁶¹. В 1947 году Фейнман понял, что вместо того, чтобы рассматривать каждую частицу света, возникавшую и исчезавшую вблизи электрона, лучше отступить подальше и рассмотреть фотоны скорее как облако энергии, окутывающее электрон. Сделав это, можно перенормировать массу и заряд электрона, принимая во внимание эффект фотонного облака. Когда Фейнман провел математические выкладки, бесконечность, доставившая столько неприятностей и грозившая убить теорию, исчезла.

Работа Феймана привела к выработке принципа, известного как принцип перенормировки. Это был прорыв, необходимый квантовой электродинамике, — она приобрела прочный фундамент. Стало ясно, что теория правильно описывает не только медленные, низкоэнергетические частицы, но и частицы с высокими энергиями, которые носятся вокруг со скоростью света или близкой к ней. Работа Фейнмана должна была бы вызвать восторг физиков во всех университетах, но возникло одно омрачающее радость обстоятельство — к решению этой же проблемы, но совершенно иными путями пришли два других ученых: Джулиус Швингер из Гарвардского университета и Синьитиро Томонага из Токийского университета. Томонага решил эту проблему еще во время войны, но потребовались годы, чтобы о нем узнали на Западе. Щекотливая ситуация повторяла некрасивую историю конца 1920-х, когда Гейзенберг и Шрёдингер разработали две конкурирующие формулировки квантовой механики.

Летом 1948 года Дайсон и Фейнман сорвались с места и отправились из Нью-Йорка в Альбукерке, Нью-Мексико. По пути они поговорили о физике, подвезли попутчиков, провели ночь в борделе (поскольку в местных отелях свободных номеров не оказалось) и поимели неприятности от полиции за превышение скорости. В планы Фейнмана входила встреча с некой девушкой⁶², а потому Дайсон продолжил путешествие один.

Дайсон открывал для себя Америку, путешествуя по стране в ветхих автобусах компании “Greyhound”, курсировавших между пустынными терминалами, обычно расположенными почему-то в наиболее глухих районах американских городов. После пары недель путешествий он сел в автобус, едущий из Калифорнии в Нью-Йорк. Где-то в глубине штата Небраска, когда он рассеянно смотрел в окно, его внезапно осенило. Он несколько недель, не думал  о физике, но тут мысль словно взорвалась, в его сознании. Он с кристальной ясностью представил себе работы Фейнмана, Швингера и Томонаги. Они выглядели такими разными, но Дайсон понял, что авторы пришли к одному и тому же результату, правда используя разные методы. У Дайсона не было ни ручки, ни бумаги, чтобы записать свои мысли, но все это ему было не нужно. Он придумал в уме, как объединить три теории в одну. Вернувшись в Корнелл, Дайсон проверил свои идеи и убедился, что все правильно. Его статья, вышедшая в 1949 году, произвела сенсацию.

Наука движется вперед скачками. То одна проблема решается, то другая, но на их месте тут же появляются новые. Работы Дайсона увенчали здание, в фундаменте которого лежала теория электромагнитного поля Максвелла и которое росло с каждым новым прорывом в физике. После опубликования статьи Дайсона ученые наконец-то получили совершенно работоспособную квантовую теорию поля, объяснявшую поведение наиболее важных частиц во Вселенной — электронов и фотонов. Недаром Фейнман назвал квантовую электродинамику (КЭД) жемчужиной физики.

Успех квантовой электродинамики определил направление развития теоретической физики элементарных частиц на оставшуюся часть XX века. К примеру, ученые решили расширить рамки квантовой теории поля и объяснить поведение других частиц, таких как субатомные частицы частицы, из которых состоят ядра атомов. В квантовой теории поля считается, что наша Вселенная пронизана различными полями. Кванты этих полей — это либо частицы, из которых построена материя, либо частицы, служащие для передачи взаимодействия между ними. Например, частицы света — фотоны — кванты электромагнитного поля и переносчики электромагнитного взаимодействия, электрон — частица материи и квант электрон-позитронного поля, глюоны — переносчики сильного взаимодействия.

А между тем Питер Хиггс заканчивал последний год своей учебы в Лондоне. Неудачные попытки проделать эксперименты убедили его, что в будущем он должен заниматься теоретической физикой. Ему повезло: Королевский колледж только что запустил курс лекций по теоретической физике, и Хиггс стал первым, и единственным, его слушателем. В конце учебного года руководители физического факультета поняли, что у них возникли некие трудности. Преподаватели должны были устроить Хиггсу экзамен, но не знали, какие вопросы задать, — раньше им не приходилось принимать экзамен по теоретической физике. И тогда одному из профессоров пришла в голову блестящая идея, которая всем понравилась. Уважаемые мэтры взяли физическую статью, только что опубликованную в одном из лучших физических журналов. Думая, что Хиггс вряд ли видел ее, не говоря уже о том, чтобы прочитал, они превратили статью в экзаменационную задачу для Хиггса.

Более пятидесяти лет спустя, на заседании Королевского общества в Лондоне, я встретил Майкла Фишера, выдающегося физика, профессора Университета штата Мэриленд. Он был весьма элегантен и одет столь безукоризненно, словно по пути на заседание заехал на Сэвил-роу⁶³. С удовольствием вспоминая прошлое, этот невысокий человек широко улыбался. Он едва помнил стародавние философские споры с Хиггсом в Максвелловском обществе, но именно в ту пору сокурсники стали друзьями на всю жизнь. Фишер и поведал мне об экзамене, который устроили Хиггсу в выпускной год. Когда Питер передал свой листок с решением профессору, тот посмотрел на него с явным недоверием: Питер получил правильный ответ, и более того — “Его решение оказалось лучше, чем у автора статьи!” — с восторгом рассказывал Фишер.

Выпускной год. Нужно решить, что делать дальше. Хиггс отчаянно хотел пройти аспирантуру по квантовой теории поля. Питер знал, что Поль Дирак все еще работал, причем в одной из лучших научных групп мира, в Кембриджском университете. Однако существовало две проблемы: одна — Дирак, другая — Кембридж. Хиггс по-прежнему настороженно относился к Оксбриджу и тем, кто там учился и работал. Но и с Дираком было очень непросто. Великий  ученый был молчалив до такой степени, что некоторые считали его аутистом. Это качество давало повод посудачить о его странностях в отношениях с людьми. Так, Дирак не любил брать аспирантов: считал руководство их работой рутиной и редко проявлял интерес к их успехам. Один молодой физик, Деннис Скьяма, который в дальнейшем стал научным руководителем британских космологов Стивена Хокинга и Мартина Риса, в течение короткого времени был аспирантом Дирака. Однажды Денниса осенила блестящая идея из области космологии. Он тут же побежал к своему научному руководителю и постучал в дверь его кабинета. Услышав “войдите”, он открыл дверь и сказал: “Профессор Дирак, я только что придумал, как связать формирование звезд с космологическими вопросами, можно я расскажу вам об этом?” Дирак ответил: “Нет”. Скьяме не оставалось ничего иного, как уйти.

Существовало и более серьезное обстоятельство, повлиявшее на будущее Хиггса. Он обсудил свои планы с Чарльзом Колсоном, а тот предупредил молодого ученого, что квантовая теория поля зашла в тупик. “Это та область, в которой вы либо ничего не достигнете, либо получите Нобелевскую премию”, — сказал Колсон. Хиггс в то время не знал, что мнение Колсона уже устарело — проблемы, которые он имел в виду, были решены годом ранее Фрименом Дайсоном, Ричардом Фейнманом и другими.

Хиггс выбрал наиболее безопасный путь и — остался в Королевском колледже. Его докторская диссертация была посвящена теоретическим вопросам химии, имеющим важное значение для понимания структуры молекул.

После того как молодые ученые получают докторскую степень, они обычно проводят какое-то время в постдокторантуре⁶⁴. Её можно считать неопределенным, промежуточным состоянием. Обычно она длится один-два года, в которые молодые ученые получают университетские стипендии. Это выгодно университетам, поскольку постдоки — довольно дешевая рабочая сила. Хиггс провел несколько лет на постдоковских позициях. Из них два года на физическом факультете в Эдинбурге — городе, в который он влюбился, когда путешествовал автостопом во время международного фестиваля в 1949 году. Потом он работал в других местах — в Имперском колледже, а затем в Университетском колледже Лондона, — и там читал лекции по математике.

В Университетский колледж Хиггс пришел работать в 1960 году и сразу устроился временно на вторую работу секретарем научной группы в Кампанию за ядерное разоружение (CND). Эта организация была создана в 1958 году видными политическими деятелями левого толка, которые добивались одностороннего запрета на ядерное вооружение. Первые походы на Олдермастон — ядерный военный объект Великобритании — собрали массу народа, тогда казалось, повсюду были развешаны плакаты  CND.

Хиггс был ответственным за организацию переговоров с учеными, поддерживающими Кампанию. В марте того же года он надеялся пригласить американского ученого и борца за мир Лайнуса Полинга, получившего в 1954 году Нобелевскую премию за работы по природе химической связи. Сначала видный офтальмолог из Оксфорда Антуанетта Пири написала Полингу и попросила его сообщить Хиггсу, сможет ли тот приехать в Лондон на званый вечер или коктейль-пати, организуемые CND, или выступить на заседании Кампании за ядерное разоружение. Письмо, написанное 25 марта 1960 года, содержало оценки Пири состояния современной ядерной проблемы в Англии: “Официальные круги в Великобритании теперь против ядерного оружия, но по разным, не относящимся к сути проблемы причинам, например финансовым, многие политические партии по-прежнему считают нужным опираться на американское устрашение”. Заканчивалось письмо на оптимистической ноте: “Может быть, новые русские инициативы по частичному запрету и контролю вызовут положительную реакцию м-ра Макмиллана или г-на Эйзенхауэра. Пройти даже небольшой путь в правильном направлении — это так важно!” Оба — премьер-министр Великобритании Гарольд Макмиллан и президент США Дуайт Д. Эйзенхауэр — во время холодной войны наращивали свои силы ядерного сдерживания.

Письмо пришло на домашний адрес Полинга в Пасадине, Калифорния, но затерялось в куче бумаг. Хиггс получил ответ три месяца спустя, со множеством извинений. В своем письме Полинг подчеркнул, что находится в настоящее время под сильным давлением. Летом ему было приказано предстать перед Комитетом по законодательству на слушаниях по безопасности. Причем его попросили принести с собой списки имен всех людей, помогавших собирать подписи под составленной Полингом петицией с настоятельным призывом к Организации Объединенных Наций внести предложения по международному соглашению о запрещении испытаний ядерного оружия. Давая понять, что он не намерен подчиниться, Полинг выражал надежду, что, возможно, еще не слишком поздно приехать в Лондон на заседание CND.

Два года спустя Полинг получил Нобелевскую премию мира. Он стал вторым в истории лауреатом награжденным двумя разными Нобелевскими премиями. Первой была Мария Кюри: премия по физике в 1903 году за исследование радиоактивности и по химии в 1911 году за открытие радиоактивных элементов радия и полония.

Осенью 1960 года Хиггс получил место, которое уже давно ждал. Николас Кеммер, один из коллег Дирака по Кембриджу, перешел в Эдинбургский университет на профессорскую ставку, недавно освобожденную Максом Борном. Кеммер искал лектора по физике, и Хиггс был идеальным кандидатом. Не было на свете человека менее похожего на Дирака, чем Кеммер, — разговорчивый, с легким характером, находящий общий язык с самыми разными людьми. Конечно же шутя Кеммер говорил своему протеже, что давным-давно потерял контакт с современной физикой. Тоже активно участвуя в движении по ядерному разоружению, он вскоре скинул на Хиггса многие свои обязанности, в том числе организацию регулярных совещаний сотрудников CND.   

Страх тотальной ядерной воины привел к пополнению рядов CND, но ее раздирали внутренние серьезные разногласия по вопросам о допустимости прямых ненасильственных действий, таких как блокада и массовые сидячие забастовки⁶⁵. Сторонники прямых действий победили, и в 1961 году они организовали протесты перед Министерством обороны в Холи-Лох, в Шотландии, где базировался флот США, в частности ядерные подлодки “Посейдон”. Более тысячи активистов CND были тогда арестованы.

Популярность CND только увеличила рабочую нагрузку Хиггса, но он не собирался жаловаться. Эта деятельность перевернула и его личную жизнь. В первый год своего пребывания в Эдинбурге на встрече сотрудников CND Хиггс разговорился с 24-летней девушкой, приехавшей из Урбаны, штат Иллинойс, изучать развитие техники речи. Она была со своими друзьями из CND, и звали ее Джоди Уильямсон. Вскоре у нее с Хиггсом начался бурный роман.

На физическом факультете Хиггс был ответственным за научные журналы, которые каждую неделю приносили в офис секретаря. Он бегло их просматривал, на обложке отмечал даты и выставлял на стенд для просмотра другими сотрудниками. В один из весенних дней 1961 года Хиггс, листая свежий журнал, натолкнулся на статью, привлекшую его внимание: американский физик японского происхождения Ёитиро Намбу из Университета Чикаго, пытаясь объяснить, как элементарные частицы могли приобрести массу, использовал теорию сверхпроводимости⁶⁶. Намбу до переезда в Чикаго работал с Эйнштейном. Его авторитет в науке был невероятно высок, недаром о нем говорили: Намбу настолько интеллектуально превосходит собеседников, что его часто не понимают⁶⁷.

Нормальный проводник, например медная проволока, проводит электричество из-за того что его атомы расположены относительно друг друга определенным образом. Они образуют решетку, в которой орбиты электронов, вращающихся вокруг одного атома меди, перекрываются с орбитами электронов соседнего атома. Фактически это решетка положительных ионов меди, погруженная в море почти свободных электронов, способных легко перемещаться. Вот почему медная проволока хорошо проводит электричество — электроны движутся вдоль нее как вода по садовому шлангу.

Проводимость меди, как и других металлов, зависит от температуры. При нагреве проводимость падает, поскольку ионная решетка колеблется и затрудняет продвижение электронов. Когда металл остывает, амплитуды колебаний уменьшаются, и электронам становится легче двигаться. Тем не менее нормальный металл никогда не станет идеальным проводником, потому что даже при абсолютном нуле, то есть при -273 градусах по Цельсию, электроны по-прежнему рассеиваются на дефектах и примесях решетки.

Сверхпроводник отличается от нормального проводника коренным образом. Если его охладить до определенной температуры, он вдруг теряет все свое электрическое сопротивление. Такое странное поведение сверхпроводящих материалов привело ученых к мечте о внутренних и транснациональных сверхэффективных энергетических системах, где будут использоваться сверхпроводящие провода, по которым электрический ток будет идти даже без малейших энергопотерь.

В конце 1950-х ученые открыли механизм сверхпроводимости, то есть поняли, что заставляет сверхпроводники вести себя в соответствии со своим названием. Когда сверхпроводник охлаждается ниже критической температуры, его электроны образуют пары — явление это очень необычное. Такие электронные пары в сверхпроводниках ведут себя, словно кристаллической решетки не существует вовсе, они подобны некой сверхтекучей субстанции, перемещающейся по кристаллу без потери энергии. Итак, если температура сверхпроводника ниже критической температуры, его сопротивление равно нулю⁶⁸.

События, происходящие внутри сверхпроводника и приводящие к мгновенной потере электросопротивления, — пример того, что физики называют нарушением симметрии⁶⁹. Концептуальный прорыв Намбу состоял в том, что он поставил вопрос: а вдруг именно какое-то нарушение симметрии, происшедшее где-то во Вселенной, сделало безмассовые частицы массивными? В своей статье он набросал вариант такого развития событий, при котором протоны, нейтроны и некоторые другие частицы могли приобрести массу. В работе Намбу не содержалось никаких доказательств, но она заронила в умы физиков, в том числе Хиггса, мысль о том, что нарушение симметрии может быть ключом к пониманию происхождения массы.

Трудно переоценить значение, которое симметрия сыграла в истории физики. Всегда, еще со времен Галилея, симметрия для физиков была путеводной нитью при постижении законов природы. Под симметрией физики понимают свойства природы, которые остаются неизменными при различных операциях.

Проявление симметрии можно увидеть везде Шар для снукера (разновидность бильярда) вы глядит одинаково, с какой стороны на него ни посмотри, потому что он полностью симметричен Раскрути его вокруг оси, как волчок, и его внешний вид не изменится. Это пример того, что называется вращательной симметрией. Кроме этого существует бесчисленное множество других видов симметрии. Вот пример пространственной, или трансляционной, симметрии: перенесите мяч и положите его на стол рядом с собой — он по-прежнему выглядит так же. Погуляйте минут десять, и, когда вы вернетесь, шар снова не изменится — это временная симметрия. То есть вид шара не зависит от его положения в пространстве или во времени.

Разные виды симметрии настолько глубоко укоренились в нашем сознании, что мы их воспринимаем как должное. Для физиков симметрия является инструментом постижения мира. Если мы знаем вид симметрии объекта или процесса, происходящего в природе, значит, мы на правильном пути к его пониманию. Предположим, вы говорите вашему приятелю-физику, что у вас в левой руке что-то идеально симметричное. Он предположит, что это вероятно, предмет сферической формы. Теперь допустим, что вы говорите, что в правой руке у вас предмет, который полностью симметричен при вращении вокруг вертикальной оси. но при вращении вокруг любой горизонтальной оси он становится прежним только после каждого полного оборота Ваш друг легко догадается, что вы держите кий для снукера. Посмотрите на замелованный конец кия и убедитесь, что он выглядит так же, сколько бы вы его ни вращали вокруг вертикальной оси. Но, если вы начнете поворачивать кий концом вверх или в сторону, он будет выглядеть так же только тогда, когда замелованный кончик кия вернется в исходное положение. Зная симметрию объекта, можно понять, как он выглядит. Кстати, ваш друг-физик с тем же правом мог бы предположить, что вы держите в руках карандаш, рожок мороженого или даже сомбреро.

В 2008 году Ёитиро Намбу получил Нобелевскую премию по физике за свою работу по нарушению симметрии. Когда профессор Ларе Бринк, член шведской Королевской академии наук, вручал награду, он начал с провозглашения простой истины: “Земля круглая”. И продолжил, рассказав не только о том, как люди понимают симметрию, но и как она важна в установлении законов физики. Земля, как и любая другая планета, круглая, поскольку гравитационное поле симметрично. Оно распространяется одинаково во все стороны из центра массы, порождающей это поле.

Однако Земля помогает понять, что симметричные законы не обязательно формируют мир в симметричной форме. Законы физики, определяющие, насколько наша планета велика и как она вращается в пространстве, симметричны, но не нужно вглядываться слишком пристально, чтобы увидеть, что наша планета не является идеальной сферой — она приплюснута у полюсов. Кроме того, движение континентальных плит привело к появлению возвышающихся над поверхностью горных хребтов. Форма Земли является свидетельством того, что, даже если законы физики симметричны, результаты этих законов не обязаны быть симметричными. Реальный мир скрывает симметрию законов, которые им управляют.

Каждый раз, когда вы поднимаетесь с постели, вы становитесь свидетелем некоторого нарушения симметрии. Гравитационное поле Земли ломает симметрию направлений в нашем мире. Гравитация определяет, какое направление является направлением вниз, и, как только это установлено, определяются соответственно направления вверх, влево и вправо. Нет гравитационного поля — нет низа и верха.

Отклонения от симметрии иногда могут быть более информативными, чем сама симметрия. Посмотрите в зеркало. Если вы миловидны, а я предполагаю, что это так, то вы увидите, насколько симметрично ваше лицо. Ваши глаза находятся примерно на одном уровне, то же самое с ушами, и выступают они с каждой стороны лица одинаково. Ваш нос и рот лежат на линии, которая проходит точно между глаз к центру подбородка. Про волосы говорить не будем — неизвестно, какую прическу вы в этот момент соорудили.

Многие ученые полагают, что симметричное лицо красиво, потому что считают симметрию признаком здорового развития сточки зрения генетики Теория собрала много доказательств, подтверждающих это. Биологические сбои, тормозящие экспрессию, проявление определенных генов, могут приводить к медицинским аномалиям, которые и выдает лицевая асимметрия. Некоторые отличительные признаки асимметрии лица указывают на генетический сбой, называемый синдромом “хрупкой Х-хромосомы”, — наиболее распространенное сегодня наследственное психическое нарушение. В биологии, так же как и в физике, симметрия, или ее отсутствие, позволяет нам глубже понять процессы, скрытые от глаз.

Намбу предположил, что в основе приобретения частицей массы лежит спонтанное нарушение симметрии. Вы можете увидеть его в действии, если поставите ручку вертикально и отпустите ее. Ручка упадет в то или иное положение. Она перейдет из стоячего симметричного положения в лежачее — несимметричное. Потеря симметрии неизбежна — ручка находится под действием гравитационного поля Земли и потому падает. Намбу в своей работе предположил, что Вселенная была создана в симметричном состоянии, в котором все частицы были безмассовыми. Потом, благодаря включению нового вида поля, симметрия нарушилась, и некоторые частицы вдруг обнаружили, что получили массу.

Идея Намбу казалась убедительной, но обладала недостатком, который осознавал и он сам. Британский физик Джеффри Голдстоун отметил, что вид нарушения симметрии (спонтанное нарушение симметрии), предложенный Намбу, пришел с обязательным гарниром — безмассовыми частицами (бозонами Намбу-Голдстоуна)⁷⁰. Это означало, что они должны были появляться в процессе нарушении симметрии. Если эти неизвестные частицы существовали, они легко возникали бы в природе и вылетали из Солнца и других звезд. Мы бы видели их везде. Тот неоспоримый факт, что мы их не видим, заставил ученых предположить, что теория Намбу неправильна.

Хиггс был не единственным, кто понял глубинный смысл работы Намбу. В Корнеллском университете в штате Нью-Йорк два физика — Роберт Браут и Франсуа Энглер — были уверены, что работа Намбу невероятно важна для физики элементарных частиц. Ученые познакомились несколькими годами ранее, когда Брауту, который уже был в Корнелле, понадобился помощник. Браут спросил своего друга Пьера Эйгрейна, известного европейского физика, есть ли у того кто-нибудь на примете. И уже вскоре Энглер, инженер, переквалифицировавшийся в физика и работавший с Эйгрейном в Свободном университете Брюсселя, покупал билеты на самолет, отправлявшийся в Америку.

Энглера переезд беспокоил. Он не встречал Браута раньше и вообще не знал никого в Америке. Но волновался он зря. Выйдя из таможни в Нью-Йорке, он увидел встречавшего его Браута. Американец предложил выпить, и они направились в бар Итаки, города, в котором располагается Корнеллский университет. Один глоток, другой — и вот уже ученые перешли от физики к разговорам о жизни. Со временем Браут и Энглер стали близкими друзьями. Часто один радостно заканчивал фразу, начатую другим а тот с удовольствием передразнивал неуклюжие попытки приятеля говорить на его родном языке

Вскоре после опубликования статьи Намбу Энглер заскучал в тихой Итаке по бурной брюссельской жизни. В 1962 году он вернулся в Бельгию. А спустя некоторое время Браут последовал за ним — оба друга получили академические позиции в брюссельском Свободном университете. Там они проштудировали работы Намбу более подробно.

А между тем в американском Кембридже, штат Массачусетс, третья группа физиков подбиралась к проблемам, над которыми уже работали Хиггс, Браут и Энглер. Никто из них не знал, что делают другие, и даже не подозревал, что участвует в соревновании за величайший приз в современной физике.

Еще будучи студентами, Джерри Гуральник и Дик Хаген были неразлучны. Гуральник учился в Гарварде, а Хаген — в Массачусетском технологическом институте (MIT), но лекции, которые они слушали, были общими. Оба благоговели перед своим профессором — Джулиусом Швингером, гарвардским физиком, чьи его работы 1940 года внесли большой вклад в формирование квантовой электродинамики. Приходя на лекцию, Швингер начинал писать уравнения в левом верхнем углу доски и продолжал до тех пор, пока не доходил до правого нижнего угла, после чего останавливался и спокойно покидал аудиторию. Понять его лекции было чрезвычайно трудно, но при определенном интеллектуальном усилии в них можно было разглядеть проявление человеческого гения.

В 1964 году Гуральник переехал в Лондон получив стипендию в Имперском колледже, где руководителем группы физиков-теоретиков, ведущих специалистов в области нарушения симметрии был блестящий шестидесятилетний пакистанский физик Абдус Салам. Гуральник и его жена Сьюзен сняли скромную квартиру в Хэмпстеде на севере Лондона Пока Сьюзен проходила аспирантуру по истории Гуральник знакомился с новыми коллегами. Одного из них звали Том Киббл. Это был высокий парень с ангельским лицом и глубочайшим интеллектом. Киббл показал Гуральнику “прелести” столовского обслуживания в Имперском колледже, пригласив его на ланчи из мерзких крутых яиц и десертов, пропитанных чем-то вроде заварного крема.

Гуральник и Киббл, работая вместе, развивали идею о том, что масса частиц может быть результатом нарушения симметрии. Гуральник, уверенный, что работа пошла бы быстрее, если бы в их команде был Хаген, пригласил его в Лондон. Хаген откликнулся на приглашение и поселился у Гуральников, так что в их хэмпстедской квартирке в самом сердце Англии образовался американский дружеский кружок.

Университетская жизнь в Лондоне не сильно отличалась от университетской жизни в Америке, но Гуральник и Хаген были совсем не готовы к общению с миром за пределами их башни из слоновой кости. Атмосфера в Имперском более формальной, чем та, к которой Гуральник привык, так что ему пришлосьотправиться на метро в центр Лондона и приобрести себе новый костюм. Портному Гуральник объяснил, что он хочет, так, как сделал бы это в Америке: “Мне нужен жилет и две пары твидовых штанов”. Эта просьба заставила портного удивленно поднять брови. Лишь потом Гуральник понял, что в Англии его слова означали, что он просит сшить твидовые подштанники.

В хэмпстедской квартире не было отопления, а в Лондоне тот год начался с отчаянных холодов. Чтобы как-то прогреть верхние комнаты, Гуральник купил электрический нагреватель с открытой спиралью и включил его на полную мощность. Однажды Гуральник услышал визг из гостиной. Вбежав туда, он увидел, что Хаген прыгает, держа в руках дымящиеся брюки. Оказалось, Хаген пришел домой промерзший до мозга костей и, чтобы согреться, встал прямо у нагревателя. В тот момент Гуральник понял, почему в метро у многих девушек в мини-юбках красные полосы на ногах. Видно, замерзнув, они, дабы согреться, подходили слишком близко к нагревателям.

Существует такая, правда ныне умирающая, традиция — публиковать возражения на результаты статей на страницах тех же научных журналов, в которых эти статьи опубликованы. Когда ученый публиковал работу, с которой его коллеги были не согласны, они посылали в редакцию письма с критикой и просьбой их напечатать. В свою очередь автор оригинальной статьи получал право на ответ. Это цивилизованный, но не особенно быстрый способ обсуждения научной работы. Весной 1964 года одна из таких дискуссий развернулась на страницах американского журнала “Physical Review Letters”. Годом ранее Филипп Андерсон, физик из “Bell Laboratories”, штат Нью-Джерси, заметил, что проблема безмассовых частиц, которая казалось, потопила теорию Намбу, возможно, вовсе и не проблема. Андерсон, удостоенный Нобелевской премии в 1977 году за работы по электронной структуре магнитных и неупорядоченных систем, проводил аналогию со сверхпроводниками, где безмассовые частицы — фотоны — сразу же становятся тяжелыми в результате взаимодействия. Он полагал, что идея Намбу была правильная, зато построенная на ней теория — ошибочна. Дискуссия началась, когда Бен Ли и Авраам Клейн, физики из Пенсильвании, опубликовали некоторые свои идеи в журнале — они думали, что смогут исправить теорию Намбу. За этой статьей быстро последовало письмо от другого физика, Уолли Гилберта из Гарварда, который забраковал их идеи⁷¹. Читая письмо Гилберта, Хиггс расстроился — он понял, что его собственная работа тоже неправильна.

Впереди светили грустные выходные, но вдруг Хиггсу показалось, что Гилберт пропустил нечто очень важное. Хиггс вспомнил математический прием, использованный Джулиусом Швингером в квантовой электродинамике, — он, этот прием, позволял решить проблему, замеченную Гилбертом, и показать, как частицы могут стать тяжелыми, то есть исправить недостаток теории Намбу.

В июле 1964 года, утром в понедельник, Хиггс приехал в офис и приступил к работе. В семьдесят девять строчек уравнений и сопровождающего их текста он уложил обоснование ошибочности  аргументов Гилберта. Потом он все это послал в ЦЕРН, где помещалась редакция журнала “Physics Letters”. Его письмо прибыло в конце июля.

Хиггс был страшно возбужден. Он уже думал о большой статье, в которой детально опишет свою теорию. Но тут пришлось подождать.

Он и Джоди поженились в Эдинбурге ровно год назад, и Питер согласился провести выходные вместе с женой, путешествуя по горам Западной Шотландии. Угадать с погодой в Шотландии всегда трудно, но подруга Хиггсов порекомендовала им отличное место — она где-то прочитала, что там выпадает меньше дождей, чем в других районах страны.

В этот вечер Питеру и Джоди повезло, и они нашли убежище в кемпинге, недалеко от маленького городка, где предлагались ночлег и завтрак. Они приехали на место днем, во время ливня, и, пока ставили палатку, взятую напрокат, порвали ее. На следующий день они признали свое поражение и уехали. Питер не расстроился. Это был идеальный предлог, чтобы вернуться в Эдинбург к работе. Когда перепачканные Хиггсы прибыли домой и рассказали об ужасной погоде своей подруге, та смущенно призналась, что невнимательно прочитала статью: на самом деле место, которое она им расхваливала, считалось самым дождливым в Шотландии.

Вскоре после того, как Хиггс послал свою первую работу в редакцию, ему пришло письмо из Америки. Оно было от Уолли Гилберта, прочитавшего препринт статьи. Письмо было вежливым, но в нем утверждалось, что Хиггс сделал неправильные выводы. Хиггс так и не собрался ему ответить, и только десять лет спустя его осенило, что Гилберт не понял его теории из-за небольшой ошибки в работе “Я тогда не заметил ошибки. Я был так возбужден и записал очень быстро то, что было уже сделано. Слишком быстро”, — говорил он мне.

Хиггс завершил свою вторую статью через неделю после того кошмарного похода и отправил ее в ЦЕРН. Как это принято в большинстве журналов, редакторы “Physics Letters” попросили независимых рецензентов прочитать и оценить его работу. Вскоре пришло письмо из ЦЕРНа. Редактор журнала, Жак Прентки, написал Хиггсу, что тот должен доработать свою теорию и представить ее в другой журнал — итальянский, — где нет рецензирования. Позднее Хиггс узнал: Прентки посчитал, что его статья “не имеет отношения к физике элементарных частиц”⁷².

Хиггс пришел в смятение, но и возмутился. Он понял, что, должно быть, недостаточно разъяснил важность своей работы. Перечитав статью, он в конце добавил несколько новых абзацев. В предпоследнем предложении Хиггс отметил, что в его теории имеется присущая только ей особенность — новая частица. Это предложение и породило бозон Хиггса. Хиггс последовал совету Прентки и послал свою переписанную статью в другой журнал, но не в Италию, а в редакцию американского Physical Review Letters”, главного конкурента церновского журнала.

Ответ Хиггсу пришел в сентябре. Его статья была принята, но с оговоркой. Рецензент хотел, чтобы Хиггс процитировал одну статью, вышедшую в день, когда рукопись Хиггса пришла в офис журнала⁷³. Статья была написана двумя физиками из Брюсселя, Браутом и Энглером. Используя другой подход, ученые пришли к теории, похожей на теорию Хиггса. Они обогнали его на семь недель. Его вторая статья появилась только в конце октября, более чем через месяц. Одним из основных различий между работами Хиггса и брюссельцев было то, что в работе Хиггса предсказывалось существование новой частицы, ныне носящей его имя.

В Брюсселе Браут и Энглер ничего не знали о работах Хиггса. Решив отпраздновать выход своей статьи, они отправились в красивое кафе в здании XVII века с террасой, выходящей в городской парк. Вдохновленные своими грандиозными достижениями, они выпивали, поднимая тосты за здоровье друг друга. Десятилетия спустя Браут рассказал мне, что он тогда ощущал: “Впервые в жизни я чувствовал, на что это похоже — быть крупным физиком”.

В Имперском колледже в Лондоне Гуральник, Хаген и Киббл разрабатывали свою собственную версию теории, объяснявшую, как частицы получили массу путем нарушения симметрии. Статья вышла отличная. Гуральник и Хаген прочитали окончательный вариант и положили рукопись в конверт, приготовив к отсылке в “Physical Review Letters”, когда вдруг в комнату вбежал Киббл, размахивая тремя статьями — две из них были написаны Хиггсом, третья — Браутом и Энглером. Они попали к ним с запозданием — пролежали на почте или были потеряны уже в колледже.

Беглый анализ этих работ показал, что в них рассматривались те же трудные вопросы, но лондонцы понимали, что их статья была более полной Они решили срочно сделать несколько дополнений, сослаться на работы Хиггса, Браута и Энглера и отослать статью в редакцию. Их статья появилась в журнале 16 ноября 1964 года.

Все три группы описали новый вид поля, существующего в вакууме⁷⁴. В их теориях утверждается, что, когда поле включается, некоторые частицы приобретают массу, а другие остаются безмассовыми⁷⁵. Это было поразительно похоже на то, что, как сейчас физики понимают, происходит в сверхпроводниках. Перестройка электронов в сверхпроводнике нарушает симметрию электромагнитного поля, что приводит к необычным последствиям. Когда фотон — безмассовая частица света — попадает в сверхпроводник, он обретает массу. Нарушение симметрии делает фотон массивным. Физики называют это эффектом Мейснера — вытеснением магнитного поля из сверхпроводника.

Летом 1965 года Вернер Гейзенберг организо вал небольшое совещание в живописном городе Фельдафинг на берегу озера Штарнберг в окрестности Мюнхена. На совещание приехали многие физики-аксакалы, в том числе Эдвард Теллер, который работал вместе с Робертом Оппенгеймером в Манхэттенском проекте, а в первые годы холодной войны пролоббировал производство водородной бомбы. Гуральника и Хагена привлекла престижность конференции Гейзенберга, к тому же она была прекрасным поводом повидать Европу. Они решили предпринять автомобильное путешествие. Сначала они отправились в Париж, где Хаген взял напрокат дешевый “Рено-8”. Отдав должное парижской кухне и попробовав артишоки на вкус, они уехали в Баварию.

У обоих там были запланированы доклады на конференции. Гуральник до этого уже прочитал несколько лекций в Европе по их с Хагеном теории и огорчался холодным приемом. Его слова встречались с “почти повсеместным неверием”, говорил он мне много лет спустя. Несмотря на это, он не был готов к тому, что произошло в Фельдафинге. Из всех людей, критиковавших теорию, Гейзенберг был самым суровым критиком. Теория, по его словам, была “хламом”.

Тем же августом Питер и Джоди уехали из Шотландии на годичный саббатикл, который Хиггс решил провести в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл. В работах, которые Хиггс уже опубликовал, описывалось, как природа могла снабдить массой определенные частицы. Но в этих статьях была только заложена основа. Физическое сообщество сомневалось в правильности теории. С точки зрения многих ученых, это был лишь некий хитрый интеллектуальный трюк, который не имел к реальности никакого отношения. Без убедительных аргументов теория не имела никакого смысла, и потому начался новый этап, новая гонка — поиск доказательств.