Парадоксальная, плохо предсказуемая и явно недопонимаемая физика движения жидкостей была и остается серьезной проблемой науки. Но в силу каких-то трудно объяснимых причин подавляющее большинство ученых предпочитает делать вид, что никаких проблем здесь не существует – по крайней мере, на элементарном уровне. Очень яркой тому иллюстрацией могут служить вся жизнь и творчество Ричарда Фейнмана (1918-1988), широко известного не только в качестве талантливейшего физика-теоретика и выдающегося преподавателя, но и как человека воистину безмерного любопытства.

С непредсказуемостью гидродинамики Фейнман столкнулся – что называется «лоб в лоб» – в самом начале своей научной карьеры. В 1939 году он закончил Массачусетский технологический институт, а для работы над диссертацией и общего расширения кругозора перебрался в Принстонский университет, где его руководителем стал Джон Арчибальд Уилер. И вот, в первый же год на новом месте, Фейнман живо заинтересовался любопытной гидродинамической задачей, которая в ту пору активно обсуждалась аспирантами и студентами Принстона.

Суть задачи была весьма проста. Имеется разбрызгиватель для лужаек, изготовленный в виде S-образной трубки, по центру закрепленной на вертикальной оси-трубе, подающей воду. Выходящая под напором вода с двух концов разбрызгивателя заставляет его вращаться. Направление вращения очевидно – в сторону, противоположную направлению бьющей из отверстия струи. Затем это же устройство погружают в большой резервуар с водой и вместо разбрызгивания начинают всасывать воду через те же отверстия трубки. Вопрос задачи – в какую сторону теперь будет вращаться разбрызгиватель?

Как с юмором вспоминал впоследствии Фейнман, ответ на задачу практически всем представлялся очевидным. Беда была лишь в том, что у одних трубка наверняка должна была вращаться в одну сторону, а у других – явно в противоположную. Причем оба взаимоисключающих решения абсолютно логично выстраивались на основе базовых физических принципов, так что единственно правильный ответ отыскать чисто аналитическими методами не удавалось никак. Мудрейший Джон Уилер прокомментировал эту ситуацию следующим образом: «Вчера Фейнман убедил меня, что она пойдет назад. Сегодня он столь же хорошо убедил меня, что она будет вращаться вперед. Я не знаю, в чем он убедит меня завтра!».

*

Обнаружив, что теория позволяет с равным успехом объяснить любой из возможных исходов, неугомонный Фейнман решил отыскать истину с помощью наиболее надежного критерия – опыта. Очень подходящей для этого была сочтена гигантская стеклянная бутыль в подвальной лаборатории, где вообще-то велись эксперименты с небольшим ускорителем-циклотроном.

К концу резинового шланга спорщики прикрепили изогнутую трубку-разбрызгиватель, засунули эту конструкцию в бутыль, выведя другой конец шланга наружу через отверстие в пробке сосуда. Поскольку насоса для отсасывания воды под рукой не оказалось, но был воздушный компрессор, то опыт чуть изменили. Через другое отверстие в пробке бутыли решили подавать сжатый воздух, резонно полагая, что повышение давления в сосуде точно так же, как всасывание, заставит воду поступать в трубку и покажет направление вращения.

Когда пробку как следует закрепили и включили компрессор, вода действительно пошла по шлангу, изогнутая трубка начала вращаться, однако вскоре раздался мощный хлопок – бутыль лопнула, не выдержав давления. Оплетенный сеткой сосуд имел весьма большие размеры, поэтому при взрыве на всю циклотронную лабораторию, включая экспериментаторов, обрушился настоящий водопад. Осколками стекла никого не порезало только по счастливой случайности.

Неожиданный финал эксперимента получился, что ни говори, очень впечатляющим. Но более всего Фейнману, по его воспоминаниям, запали в душу слова профессора Дель Сассо, отвечавшего в Принстоне за циклотрон, когда тот подошел к организатору всей затеи и сурово сказал: «Эксперименты новичков должны производиться в лаборатории для новичков!».

**

Нет никаких оснований утверждать, что именно этот выдающийся по своему комизму опыт навсегда погасил интерес Фейнмана к гидродинамике. Но в то же время достаточно очевидно, что в своих последующих исследованиях молодой ученый старался держаться по возможности дальше от коварной в своей непредсказуемости физики жидкостей. А последующие грандиозные успехи Фейнмана в науке и блестящее преподавание физики в Калифорнийском университете отразили, по сути, очень важную тенденцию передовых исследований второй половины XX века. Тенденция эта – отчетливое нежелание разбираться с гидродинамическими парадоксами.

В частности, докторская диссертация Фейнмана, защищенная в 1942 году, содержала весьма решительную «безволновую» переформулировку квантовой механики на основе принципа наименьшего действия. Традиционная для той поры модель волновых взаимодействий, принятая в максвелловской электродинамике, при переносе в квантовую физику была заменена им на модель взаимодействий частиц, наглядно изображаемых пространственно-временными диаграммами.

Последующее развитие этих результатов и аппарата графических диаграмм, со временем получивших название «фейнмановских», привело ученого к более точной и согласованной теории квантовой электродинамики. Попутно, удобные и наглядные фейнмановские диаграммы стали общепринятым инструментом для всей физики частиц, поскольку существенно облегчали решение нетривиальных уравнений теории квантовых полей. Лично для Фейнмана главным итогом этой большой и успешной работы стала Нобелевская премия, полученная им в 1965 году.

Побочным же эффектом чрезвычайной популярности фейнмановских диаграмм стал заметный перекос дуальной корпускулярно-волновой картины квантовой физики. Фундаментальные элементы материи продолжают считать «одновременно волной и частицей», однако бесспорно доминирующая ныне Стандартная Модель описывает все силы природы на «фейнмановском» языке обмена частицами.

***

В замечательном курсе общей физики, прочитанном ученым в начале 1960-х годов в Калтехе и по выходу из печати быстро получившем всемирную известность как «Фейнмановские лекции по физике», раздел гидродинамики занимает на удивление скромное место. Примерно столько же – две главы – отведено на упругость, а магнетизму, к примеру, посвящено в два раза большее количество глав. Классической же электродинамике, для более адекватного сравнения, уделено 15 глав – это целый том в старом советском и новом российском вариантах издания «Лекций». Более того, в отличие от большинства учебных курсов по общей физике, в лекциях Фейнмана нарушен традиционный порядок тем, так что гидродинамика дается не до, а после электродинамики. По мнению лектора, так проще объяснить материал – «хотя уравнения обоих разделов очень похожи, гидродинамика в действительности является значительно более сложной для освоения областью».

Главным следствием такого подхода стало то, что всюду, где только возможно, Фейнман уклонился от обсуждения фундаментальных проблем гидродинамики. Важнейшая теорема Бернулли, связывающая скорость и давление потока, в его лекциях – просто закон сохранения энергии, без каких-либо упоминаний необъяснимой парадоксальности физики явления. Совсем мимоходом, буквально двумя-тремя фразами сказано о порождении подъемной силы, причем Фейнман в этом месте умудряется обойтись вообще без схемы действия аэродинамического профиля крыла.

Короче говоря, лектором сделано все, чтобы не порождать у слушателей лишних и неудобных вопросов. Но если в учебных курсах обычных преподавателей подобное стремление вполне естественно, то для фейнмановских лекций это поразительно. Ибо Ричард Фейнман имел абсолютно заслуженную репутацию «великого объяснителя», энергично и дотошно вникающего во все, что могло бы прояснить, как устроен этот мир. Причем он ничуть не стеснялся от лица всей науки открыто говорить примерно такие вещи: «Сегодня наши физические теории, законы физики – это множество разрозненных частей и обрывков, плохо сочетающихся друг с другом. Физика еще не превратилась в единую конструкцию, где каждая часть – на своем месте».

Блестяще преподавая физику на протяжении многих лет, Фейнман всегда старался привлечь внимание студентов к всевозможным нестыковкам и мутным местам в общей теории. Почему он, при всем своем неистощимом любопытстве, столь явно не желал замечать по сию пору неясные парадоксы гидродинамики – большой вопрос, пока не имеющий ответа.