Отставание во времени не учитывалось в общей теории электромагнетизма. Когда Максвелл ее разрабатывал, еще до появления теории относительности, казалось естественным предполагать (как и в теории Ньютона), что силы действуют мгновенно. Необходимо творческое воображение, чтобы понять, что Земля отклоняется от своей орбиты не потому, что Солнце находится в определенной точке сейчас, а из-за того, что Солнце находилось там восемь минут назад — время, необходимое для прохождения гравитационным полем сотен миллионов километров пространства. Таким образом, если Солнце исчезнет, то Земля будет двигаться по своей орбите еще восемь минут. Чтобы учесть идеи теории относительности, в уравнение поля следует внести изменения. Теперь, принимая во внимание, что скорость света конечна, в уравнениях следовало учитывать запаздывающие волны.
Вот тут-то и возникала проблема симметрии времени. Электромагнитные уравнения работали безупречно, если запаздывающие волны учитывались правильно. Они одинаково справедливы, когда знак времени изменялся с плюса на минус. Если представить физическое проявление такого математического выражения, то получалось, что существуют опережающие волны, то есть волны, которые принимались до того, как были излучены. Естественно, что физики предпочли иметь дело с запаздывающими волнами. Опережающие волны, распространяющиеся назад во времени, казались непонятными. При ближайшем рассмотрении они вели себя как обычные волны, но не распространяющиеся от источника, а сходящиеся в нем, как если бы круги от брошенного в воду камня двигались по направлению к центру, а не от точки, где камень погрузился в озеро. Снова фильм, проигрываемый назад. Поэтому, несмотря на математическую обоснованность, решение уравнений поля с учетом опережающих волн оставалось задачей не только не решенной, но и не особо актуальной.
Уилер сразу же предложил Фейнману учесть в его модели с двумя электронами наличие опережающих волн. Что будет, если серьезно отнестись к тому, что уравнения симметричны по отношению ко времени? В этом случае излучение колеблющегося электрона будет симметрично во времени. Подобно маяку, посылающему световой сигнал одновременно на юг и на север, электрон может излучать волны как вперед, так и назад, как в будущее, так и в прошлое. Уилеру казалось, что благодаря комбинированию с опережающими и запаздывающими волнами, которые смогли бы компенсировать друг друга, удалось бы объяснить отсутствие задержки во времени в феномене сопротивления излучения. (Подавление волн было хорошо изучено. В зависимости от того, совпадали ли они по фазе или нет, волны одинаковой частоты либо усиливали, либо ослабляли друг друга. Если их гребни и впадины точно совпадали, амплитуда волн удваивалась. Если гребень одной волны соответствовал впадине другой, тогда волны взаимно гасились. Это явление известно как интерференция волн.) Уилер с Фейнманом погрузились в расчеты и уже через час обнаружили, что и другие затруднения, похоже, также устранились. Энергия, возвращающаяся к исходному источнику, больше не зависела от массы, заряда или расстояния до другой частицы. По крайней мере, в первом приближении выполненные на доске Уилера черновые расчеты создавали такое впечатление.
Учитывая возможности, которые предоставляла разработка этого варианта, Фейнман погрузился в работу. Его не смущала ее кажущаяся бессмысленность. По его первоначальным представлениям в нем не было ничего экстраординарного: воздействие на один заряд отразится на другом чуть позже. Новый подход, выраженный словами, казался парадоксальным: воздействие на один заряд отражалось на другом заряде раньше, чем происходило воздействие. Из этого определенно следовало, что действия по времени направлены вспять. Что же тогда будет причиной, а что следствием? Если бы Фейнман заподозрил, что он продирается сквозь эти дикие дебри только для того, чтобы в результате исключить самовоздействие электрона, он не стал бы развивать это направление. В конце концов, понятие самовоздействия создавало неопровержимое противоречие в квантовой механике, и буквально все физики считали эту задачу нерешаемой. Во всяком случае, возможность столкнуться с еще одним парадоксом в эпоху Эйнштейна и Бора никого не удивила. Фейнман же знал, что хороший физик никогда не говорит: «Ой, да ладно, как это может быть?»
Для выполнения работы требовалось проводить сложные вычисления, выводить и выверять уравнения, постоянно проверять их, чтобы убедиться, что очевидный парадокс не вылился в реальное математическое противоречие. Постепенно в основной модели стала рассматриваться не система из двух частиц, а система, в которой электрон взаимодействовал со множеством других «поглощающих» частиц. Это должна была быть вселенная, где любое излучение в конечном итоге достигало поглощающей его частицы. Оказалось, что благодаря этому сгладились самые непонятные проявления обратного течения времени. Тем же, кто с предубеждением относился к тому, что следствия могут проявиться раньше, чем причины, их вызвавшие, Фейнман предлагал более приемлемую формулировку: энергия мгновенно «заимствуется» из вакуума и позже возмещается в таком же объеме. Излучало и поглощало эту энергию хаотичное множество частиц, двигающихся в разных направлениях таким образом, что практически всё их влияние друг на друга компенсировалось. Приемник излучения проявлял себя только тогда, когда электрон двигался с ускорением; в этом случае воздействие источника на абсорбер (приемник) и абсорбера на источник происходили бы одновременно и с одинаковой силой (с учетом сопротивления излучения). Таким образом, выдвинув только одно космологическое утверждение, что во вселенной во всех ее участках достаточно материи, способной поглотить исходящее излучение, Фейнман обнаружил, что система уравнений, в которой учитывались в равной степени опережающие и запаздывающие волны, выдерживала любые возражения.
Волны, распространяющиеся вперед и назад во времени. Уилер и Фейнман предприняли попытку разработать приемлемую схему взаимодействия частиц, но столкнулись с противоречием понятий «прошлое» и «будущее». На частицу оказывается действие, влияние которого распространяется подобно волнам от брошенного в воду камня. Для симметричности теории им пришлось бы использовать внутринаправленное волновое действие, идущее вспять во времени.
Они обнаружили, что неприятные парадоксы устранялись, потому что обычные и отложенные во времени волны («запаздывающие» и «опережающие») могли погасить друг друга, но лишь в том случае, если гарантировалось, что любое излучение будет где-нибудь когда-нибудь поглощено. Луч света, бесконечно распространяющийся в вакууме и никогда не достигающий абсорбера, перечеркнул бы все их теоретические расчеты. Таким образом, космологи и философы еще довольно долго придерживались своих представлений о времени, пока их место не заняли понятия, вытекающие из квантовой теории.
Фейнман описал теорию своим друзьям-аспирантам и предложил им найти парадокс, который сам не мог объяснить. Например, создать устройство с мишенью, которое закрывало бы ворота перед мишенью при попадании в нее частицы, но при этом опережающая волна закрывала бы эти ворота перед попаданием частицы, тогда частица не могла бы попасть в мишень, следовательно, опережающая волна не закрыла бы ворота… Он представил машину Руба Голдберга[90], которая вполне могла оказаться на страницах старинной книги Уилера о хитрых механизмах.
Согласно расчетам Фейнмана, это идеальная модель. Пока в теории учитывались вероятности, в ней, казалось, не было критических несоответствий. До тех пор, пока существовали частицы, способные поглощать излучение, не имело значения, где располагался поглотитель и какую форму имел. Только при наличии в окружающей среде «дыр» — таких участков, в которых излучение могло распространяться вечно (то есть без поглощения), — могли возникнуть эффекты, когда излучение возвращалось к источнику до того, как было излучено.
У Уилера были свои причины продолжать развивать эту утопическую теорию. В представлении большинства физиков атом тогда состоял из трех несовместимых частиц: электронов, протонов и нейтронов, — а при изучении космических лучей ученые замечали признаки существования и других элементарных частиц. Это увеличивающееся количество частиц разрушало представление Уилера о простоте мира. Он хранил веру в теорию столь странную, что даже не решался ее с кем-либо обсуждать. Идея заключалась в том, что когда-нибудь теоретически можно будет доказать, что в конечном счете все состоит из одних только электронов. Он знал, что это безумие. Но если бы электроны были конечными строительными элементами нашей вселенной, свойства их излучения могли бы дать ключ к объяснению того, чего существующая теория объяснить не могла. На протяжении нескольких недель он настаивал, чтобы Фейнман написал предварительную статью. На случай создания великих теорий Уилер хотел быть уверенным, что они с Фейнманом изложили всё должным образом. В начале 1941 года он попросил Фейнмана выступить на февральском заседании кафедры, на которое обычно приглашались видные физики. Для Ричарда этот доклад стал бы первым профессиональным выступлением, и он очень нервничал.
Незадолго до заседания председатель Вигнер остановил Фейнмана в коридоре и сказал, что услышанного им от Уилера о теории поглощения достаточно для оценки ее важности, и так как он отдает себе отчет о ее значении для космологии, то пригласил на заседание великого астрофизика Генри Норриса Расселла. Математик Джон фон Нейман также собирался приехать. Свое присутствие подтвердил бесподобный Вольфганг Паули, прибывший с визитом из Цюриха. И даже сам Альберт Эйнштейн, редко проявлявший интерес к подобного рода семинарам, выразил интерес и собирался посетить заседание.
Уилер пытался успокоить Фейнмана, заверяя, что возьмет на себя вопросы аудитории. Вигнер давал советы. Если профессор Расселл вдруг уснет, говорил Вигнер, не волнуйся, профессор Расселл всегда засыпает на подобных мероприятиях. Если Паули начнет кивать, это не значит, что он согласен — он кивает из-за нервного тика. Паули способен был безжалостно разгромить работу, которую счел бы поверхностной или недостаточно убедительной