7 mniej znanych zainteresowań Richarda Feynmana

Feynman należał do szczególnego rodzaju ludzi. Współtworzył zręby elektrodynamiki kwantowej (QED), uczestniczył w amerykańskim programie nuklearnym, dał światu nowy sposób zapisu interakcji między cząstkami, napisał jeden z najpoczytniejszych podręczników w dziejach, a w 1965 roku sięgnął po Nagrodę Nobla. Osiągnął wszystko, o czym mógł zamarzyć fizyk teoretyczny. A jednak ani na moment nie pozwolił swojemu umysłowi okopać się we własnej wąskiej specjalizacji.

Był to typ człowieka, który rozumiał, że nie ma rzeczy nudnych – o ile postawimy odpowiednie pytania. Dlatego Feynman przez całe swoje życie, bez wytchnienia, próbował dowiedzieć się wszystkiego o wszystkim.

1. Przeterminowane rybosomy

Gorące uczucie Feynmana wobec biologii trwało co najmniej od czasów jego studiów doktoranckich w Princeton. Już wtedy lubił dosiadać się w stołówce do studentów z innego wydziału i słuchać niezrozumiałych rozmów na temat funkcjonowania bakterii, komórek i całej reszty. Fizykowi udało się nawet wkręcić na ćwiczenia z cytologii, które jednak trochę go rozczarowały. Niespecjalnie spodobał mu się wymóg przyswojenia rozdętej terminologii, najeżonej mnóstwem obcobrzmiących wyrazów.

Mimo to, kiedy kilkanaście lat później James Watson, Frances Crick i Rosalind Franklin ogłosili odkrycie spirali DNA, zainspirowany Feynman postanowił dać biologii jeszcze jedną szansę. Znów zaczepił się w laboratorium, gdzie nabył m.in. umiejętność trzymania i otwierania próbówki tą samą ręką, przy pomocy palca środkowego i wskazującego. Umiejętność niezwykle praktyczną…

Nauczyłem się wtedy pewnej techniki laboratoryjnej, z której korzystam do dzisiaj. (…) Teraz jestem w stanie trzymać szczoteczkę do zębów w jednej ręce, a w drugiej mam tubkę z pastą i dwoma palcami odkręcam, a potem zakręcam korek.
Richard-biolog

Rzecz jasna poza dokształcaniem, naturszczyk z zapałem angażował się w poważne badania. Pracował pod okiem uznanej biochemiczki Hildegarde Lamfrom, gdzie odpowiadał za wypreparowanie z bakterii rybosomów. Miały one posłużyć do sprawdzenia, czy po wstawieniu im obcego RNA, byłyby w stanie produkować białko fasoli. To z kolei miało dowodzić, że maszyneria wytwarzająca białka funkcjonuje podobnie u każdej żywej istoty.

Wspominając o tym doświadczeniu, Richard wykazywał się wyjątkowym autokrytycyzmem: “Odkrycie byłoby fantastyczne i doniosłe, gdybym był dobrym biologiem. Ale nie byłem”. Teoretyk dostarczył przeterminowanych rybosomów, przez co cała badana próbka musiała trafić do kosza. Błąd nowicjusza.

2. Odwrócony zraszacz

Kojarzycie te sprytne zraszacze do trawników, zwykle z dwoma lub trzema ramionami, napędzane samym ciśnieniem wylatującej wody? A zastanawialiście się kiedyś, jak działałaby konstrukcja całkowicie odwrotna? Mam na myśli mechanizm o identycznej formie, ale całkowicie zanurzony w wodzie, którego ramiona nie wystrzeliwałyby cieczy, lecz ją wsysały. Kluczowe pytanie brzmi: czy odwrócony zasysający “zraszacz” dalej będzie się obracał? A jeśli tak, to w którym kierunku?

Łamigłówka po raz pierwszy została opisana przez Ernsta Macha już w XIX wieku. Nasz bohater nadał temu niszowemu problemowi drugie życie, przywołując go w jednym z pierwszych rozdziałów swojego bestselleru Pan raczy żartować, panie Feynman!

Odpowiedź była dla wszystkich zupełnie oczywista już na pierwszy rzut oka. Sęk w tym, że dla jednych było zupełnie oczywiste co innego niż dla pozostałych. Rozgorzał więc spór.
Richard Feynman

Fizyk nie potrafił rozstrzygnąć wątpliwości za pomocą kartki i ołówka, więc podjął heroiczną próbę przeprowadzenia eksperymentu. Wygiął kawałek mosiężnej rury w esowaty kształt, wywiercił w niej otwór, wsunął gumowy wężyk i zanurzył całość w dużym baniaku, jaki znalazł w budynku akceleratora cząstek. Skończyło się rozbiciem naczynia, zmoczeniem gapiów i połajanką od jednego z profesorów. Edward Creutz, który pomagał Richardowi w doświadczeniu, stwierdził po latach: “Nie wiem, czego dokładnie on oczekiwał, ale moje myśli na temat odwróconego zraszacza były równie rozbite, co ta butla”.

Mimo wszystko wysiłek się opłacił, ponieważ anegdota Feynmana wyraźnie spopularyzowała problem, inspirując dziesiątki doświadczeń i publikacji. Ostatni artykuł na ten temat trafił do Physical Review Letter w styczniu tego roku. Autorzy z Uniwersytetu Nowojorskiego skonstruowali własny model i rzeczywiście odnotowali ruch, tyle że odwrócony i znacznie wolniejszy niż w przypadku wyrzucania cieczy na zewnątrz. Jednocześnie zabarwili wodę i oświetlili ją laserami, dokładnie monitorując zachowanie wewnątrz urządzenia. Dzięki temu zdołali ustalić, że strumienie wody zasysanej przez dwa ramiona, nie zderzają się dokładnie w samym środku, co burzy delikatną równowagę, generując nieśmiałe obroty.

Odwrócony zraszacz — Model odwróconego zraszacza wykorzystany w doświadczeniu z 2024 roku. Średnica rdzenia wynosi 6 centymetrów.

Mamy więc odpowiedź. Pozostanie aktualna przynajmniej do momentu, gdy ktoś za parę lat nie wykona jeszcze doskonalszego modelu zraszacza, nie zapewni bardziej sterylnych warunków i nie otrzyma odwrotnych rezultatów.

3. Komputer połączeniowy CM-1

W chwili rozpoczęcia Projektu Manhattan Feynman miał niespełna 25 lat, co czyniło go jednym najmłodszych lokatorów Los Alamos. To właśnie tam urwisowaty fizyk po raz pierwszy miał okazję popracować z komputerami. Były to prymitywne maszyny, złożone z szeregu opasłych szaf, wypełnionych tysiącami lamp elektronowych, których łączne osiągi stanowiły co najwyżej ułamek procenta mocy obliczeniowej pierwszego iPhone’a. Mimo to zauroczony młodzieniec ani przez moment nie wątpił w nieskończony potencjał tego ustrojstwa. Przez całe życie uważnie śledził rozwój branży informatycznej, a nawet jako tako opanował programowanie w BASIC-u.

Mało znany jest fakt, że wiele, wiele lat później, już jako siwowłosy profesor, Feynman miał okazję podjąć epizodyczną współpracę z producentem superkomputerów Thinking Machines Corporation. Do pójścia w tym kierunku popychał go współzałożyciel firmy i zarazem przyjaciel rodziny Daniel Hillis oraz syn Carl, który studiował informatykę na MIT.

Hillis był pionierem w dziedzinie obliczeń równoległych. Miał wizję komputera, którego architektura opierałaby się o sieć miliona małych procesorów, zdolnych do wykonywania ogromu operacji jednocześnie. Inżynier wierzył, że taka konstrukcja odwzorowywałaby połączenia neuronów i w jakiś sposób zbliżyłaby działanie maszyny do funkcjonowania ludzkiego mózgu. “To zdecydowanie najgłupszy pomysł, jaki kiedykolwiek słyszałem” – orzekł dobitnie Feynman, nie odmawiając jednak pomocy.

Wielu gości Thinking Machines było zszokowanych, gdy zauważało, że mamy laureata Nagrody Nobla lutującego płytki drukowane lub malującego ściany. Ale tym, czego Richard nienawidził lub przynajmniej udawał, że nienawidzi, było proszenie go o radę. Dlaczego więc ludzie zawsze go o to prosili? (…) Richard sprawiał, że ludzie czuli się jak dziecko, gdy dorosły po raz pierwszy traktuje go jak dorosłego. Nigdy nie bał się powiedzieć prawdy i niezależnie od tego, jak głupie było twoje pytanie, nigdy nie sprawił, że poczułeś się jak głupiec.
Daniel Hillis

Dziś wiemy, że Hillisa rzeczywiście trochę poniosło, co nie zmienia faktu, że sam pomysł maszyny połączeniowej otwierał drogę do większej mocy obliczeniowej. Richard miał spędzić w bostońskiej siedzibie firmy lato 1983 roku w charakterze konsultanta, podpowiadającego konstruktorom, jak ich patent może się przydać naukowcom. Pewnie was nie zdziwi, że fizyk w swoim stylu szybko uznał, że to marnotrawstwo jego potencjału. Skoro już dał się w to wmanewrować, zażądał jakiegoś prawdziwego problemu do rozwiązania.

Twórcy superkomputera poprosili więc noblistę o przyjrzenie się kwestii połączeń pomiędzy procesorami. Każdy procesor mógł być bezpośrednio skomunikowany tylko z dwudziestoma innymi procesorami. Analizy dotyczyły minimalnej ilości pamięci podręcznej procesorów, przechowującej wynik operacji, zanim zostanie ona przesłana dalej. Niedoszacowanie tej wartości obniżyłoby wydajność maszyny, z kolei przeszacowanie niepotrzebnie zawyżyło koszty produkcji.

Konstruktorzy przyjęli, że najbezpieczniej będzie wyposażyć każdy procesor w siedem buforów. Feynman po uzyskaniu wszystkich istotnych danych, potraktował to jako zadanie czysto matematyczne i wkrótce wrócił z zeszytem pełnym równań różniczkowych. Był pewny, że system zadziała równie dobrze przy pięciu buforach. Miał rację i w niedalekiej przyszłości Hillis przychylił się do wersji pięciobuforowej.

Nie miał natomiast racji co do potencjału maszyny połączeniowej. “Najgłupszy pomysł” rzeczywiście działał, a naukowiec musiał przyznać przyjacielowi, że jego komputer może być pierwszym, który sprosta najbardziej złożonym teoriom fizycznym, takim jak chromodynamika kwantowa.

4. Matematyczny punkt Feynmana

Jak wszyscy wiemy, Pi jest liczbą niewymierną, w której korowód cyfr po przecinku ciągnie się bez końca. Według całej naszej wiedzy nie zawiera ona żadnego wzorca, a poszczególne cyfry pojawiają się w całkowicie losowej kolejności. Ale ponieważ rozwinięcie 3,14 jest dosłownie nieskończone, można w nim odnaleźć różne interesujące przypadki. Przykładowo matematyk John Conway (zresztą znajomy Feynmana), wyliczył kiedyś z ciekawości, że istnieje szansa 1 do 40 tysięcy, że gdzieś po przecinku znajdziemy dziesięcioelementową grupę zawierającą wszystkie dziesięć cyfr.

Przyglądając się liczbie Pi, znajdziemy również fragmenty, gdzie zbiegiem okoliczności cyfry zaczynają się powtarzać. Sekwencje, w których sąsiaduje ze sobą sześć identycznych cyfr, określa się czasem puntami Feynmana. Pierwszy taki punkt znajdziemy na 762. pozycji, gdzie dość niespodziewanie pojawia się sześć kolejnych dziewiątek: …134999999837…

Uczciwie trzeba jednak zaznaczyć, że akurat w tym przypadku rzeczywiste zasługi Feynmana są niewielkie albo żadne. Wszystko ma związek z popularną anegdotą, wedle której na jednym z wykładów noblista wspomniał, że w młodości bardzo chciał nauczyć się na pamięć pierwszych 762. cyfr rozwinięcia Pi. Dowcip polegał na tym, że po dotarciu do tego miejsca mógłby gładko zakończyć recytację słowami: “999999… i tak dalej”.

Jest tu jednak pewna wąptliwość, ponieważ żart nigdy nie został sformułowany przez Feynmana na piśmie lub przed kamerą. Co więcej, identyczna idea jest przypisywana również innym uczonym, zwłaszcza informatykowi Douglasowi Hofstadterowi. Czy Hofstadter podwędził historyjkę Feynmanowi? Może Feynman poznał ją od Hofstadtera? A może był to starszy mem i obaj uczeni usłyszeli o nim niezależnie od siebie, gdzieś na uniwersyteckim korytarzu?

Bez względu na rzeczywistą genezę, punkty Feynmana wciąż zajmują matematyków. W 2014 roku Duńczyk Mark Aarøe Nissen zainicjował The Feynman Project, w ramach którego analizuje powtórzenia cyfr w rozwinięciu ludolfiny i prawdopodobieństwo ich wystąpienia.

5. Na dole jest mnóstwo miejsca

W 1959 roku odbyło się sympozjum Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego, które Feynman uświetnił pamiętnym wykładem pod hasłem Na dole jest jeszcze mnóstwo miejsca (ang. There’s Plenty of Room at the Bottom). Wystąpienie nierzadko bywa traktowane jako symboliczny początek nanotechnologii.

Fizyk roztoczył przed słuchaczami wizję przyszłości, w której treść wszystkich 24 tomów Encyklopedii Britannica (tak przy okazji: od 2012 istnieje już tylko wersja online) będzie mogła zostać zapisana na… główce szpilki. Jak szacował, żeby to osiągnąć, należało pomniejszyć litery jakieś 25 tysięcy razy. Jeśli przyjmiemy, że kropka kończąca wydrukowane zdanie mierzy 0,2 milimetra, to po takiej kompresji skurczyłaby się do średnicy 8 nanometrów. Tworzyłoby ją zaledwie około 60 atomów żelaza.

W połowie ubiegłego wieku pomysł operowania na pojedynczych atomach wciąż wydawał się karkołomny, ale prelegent naprawdę wierzył w szybki postęp tej dziedziny. Do tego stopnia, że na zakończenie wykładu rzucił swoim kolegom dwa wyzwania. Obiecał osobiście wypłacić tysiąc dolarów każdemu, kto zdoła zapisać w omawianej skali choć jedną stronę tekstu; a także kolejny tysiąc wynalazcy, który skonstruuje pierwszy silnik, mieszczący się w sześcianie o boku 0,4 milimetra.

Fragment *Opowieści o dwóch miastach* pomniejszony 25 tysięcy razy.

Ku swojemu zdumieniu, Feynman musiał sięgnąć do portfela już rok później. Nagrodę otrzymał inżynier William McLellan, który zbudował urządzenie o ustalonych gabarytach, masie 0,25 grama i mocy 1 mW. Kolejny tysiąc został wypłacony znacznie później Thomasowi Newmanowi. Absolwent Stanford użył wiązki elektronów do zapisania na główce szpilki pierwszej strony Opowieści o dwóch miastach Charlesa Dickensa.

6. Trzaskający makaron

Ta historia pochodzi od wspomnianego już informatyka Daniela Hillisa. Pewnego dnia, podczas spotkania z Feynmanem, uczeni zgłodnieli i podjęli męską decyzję o przyrządzeniu spaghetti. Nie mieli niestety pod ręką odpowiednio dużego garnka, ale że nie było w pobliżu żadnego Włocha, postanowili po prostu połamać makaron. Wtedy podobno Richard zauważył coś, co wyraźnie go zaintrygowało. Z jakiegoś powodu suche nitki nie pękały na pół – jak np. drewniany patyk – lecz niemal zawsze na trzy kawałki.

W ten sposób, zamiast zjeść kolację, dwaj mężczyźni spędzili dwie godziny na łamaniu suchego makaronu.

Feynman nie rozwiązał zagadki, ale podobnie jak w przypadku odwróconego zraszacza sprawił, że pozornie błahy problem doczekał się poważnej naukowej dyskusji i testów w laboratorium. Gwoli ścisłości, wyjaśnienie kuchennej anomalii znaleźli dopiero w 2005 roku Basile Audoly i Sebastien Neukirch z Uniwersytetu im. Curie w Paryżu. Wykorzystując superszybkie kamery, zauważyli oni, że sucha nitka nie pęka w dwóch miejscach jednocześnie. To kluczowe: po pierwszym rozłamie mamy dwa fragmenty, które chcąc zrobić naprężenie, zaczynają się błyskawicznie prostować Jednak gwałtowne prostowanie generuje silną falę, zdolną do spowodowania kolejnego pęknięcia. Cała sekwencja trwa zaledwie kilka mikrosekund.

Rok później Audoly i Neukirch zostali docenieni Ig Noblem z fizyki. Jednak mimo udzielenia przez nich odpowiedzi na główne pytanie, wciąż nie brakuje naukowców chętnych do łamania makaronu. I tak, w 2018 roku badacze z MIT przeprowadzili testy w celu sprawdzenia, czy mimo wszystko nie dałoby się zmusić suchej nitki spaghetti do pęknięcia tylko w jednym miejscu (spoiler: da się).

7. Tuwa albo nic!

Przez większość życia Richard sporo podróżował, z ochotą poznając obce kultury i obyczaje. Jednak wielką niezrealizowaną ambicją fizyka pozostała wyprawa do Tuwy. Jeśli nie wiecie, jest to nieduży i rzadko zaludniony kraj w sercu Azji, od stu lat w mniejszym lub większym stopniu pozostający pod kontrolą Rosji (obecnie jako republika autonomiczna). Nasz bohater nie wiedział zbyt wiele o tym odległym skrawku Ziemi, poza tym, że drukują tam ładne znaczki pocztowe, mieszkańcy praktykują śpiew gardłowy, a stolica (Kyzył) ma zabawną nazwę.

Tuwa łączyła w sobie tajemnicę, egzotykę i niedostępność. W pewnym sensie uosabiała na mapie wszystko to, co najmocniej pociągało Feynmana w nauce.

Nietypową fascynacją Richard zdołał zarazić jednego ze swoich przyjaciół, Ralpha Leightona (tego samego, który pomógł spisać książkę Pan raczy żartować…). Obaj panowie gruntownie przestudiowali kulturę Tuwy, nawiązali kontakty, a nawet zorganizowali małą wystawę na temat tego regionu. Wyjazd nie wchodził jednak w grę. Nawet jeżeli znany amerykański fizyk – otwarcie chwalący się uczestnictwem w Projekcie Manhattan – zostałby pod pewnymi warunkami wpuszczony do Moskwy, to z całą pewnością nie mógł liczyć na to, że Sowieci pozwolą mu swobodnie buszować po ich terytorium. W ktońcu, ktoś z jego wiedzą nie powinien mieć szansy na myszkowanie w pobliżu instalacji wojskowych lub złóż uranu.

Niestety, kiedy Związek Radziecki chylił się ku upadkowi, a eskapada przestała być niemożliwa, na drodze noblisty stanęły problemy zdrowotne. W drugiej połowie lat 80. u Feynmana wykryto tłuszczakomięsaka. Walkę z nowotworem przegrał dwa tygodnie po wygłoszeniu ostatniego wykładu na Celtechu, 15 lutego 1988 roku.

Leighton odwiedził Tuwę samotnie w następnym roku. W hołdzie zmarłemu przyjacielowi wydał później książkę pod tytułem Tuva or Bust!: Richard Feynman’s Last Journey.