Космос Эйнштейна. Как открытия Альберта Эйнштейна изменили наши представления о пространстве и времени
Шрифт:
Однако и в Принстоне Эйнштейну покоя не было. Ему довелось столкнуться еще с одним серьезнейшим вызовом – проектом по созданию атомной бомбы. Еще в 1905 г. Эйнштейн рассуждал о том, что при помощи его теории, возможно, удастся объяснить, каким образом небольшое количество радия умудряется ярко светиться в темноте и почему его атомы выделяют большое, на первый взгляд бесконечное количество энергии. Более того, в ядре запросто может содержаться в сотни миллионов раз больше энергии, чем в любом химическом оружии. К 1920 г. Эйнштейн осознал, какие громадные практические следствия можно получить из мощи, скрытой в ядре атома. Он писал: «Может оказаться возможным, и даже не противоречит вероятности, что будут открыты новые источники энергии громадной эффективности, но эта идея напрямую не подтверждается фактами, известными на сегодняшний день. Очень трудно что-либо предсказывать, но это ни в коем случае не выходит за рамки возможного». В 1921 г. Эйнштейн рассуждал даже, что когда-нибудь в далеком будущем нынешняя экономика, основанная на угле, будет заменена ядерной энергией. Но, помимо всего прочего, физик ясно понимал две громадные
И последнее, самое важное. Эйнштейн понял, какой громадный вызов представляет собой изобретение и производство атомного оружия. Вообще-то он сомневался, что такое оружие удастся создать при его жизни. Практические сложности для того, чтобы взять ужасную мощь атома и увеличить ее в триллионы раз, далеко выходили за пределы возможного в 1920-е гг. Эйнштейн писал, что это не менее трудно, чем «стрелять по птицам в темноте, в местности, где птиц почти что и нет».
Эйнштейн понял, что ключевая задача здесь – умножить каким-то образом мощь единственного атома. Если бы удалось взять энергию атома, а затем запустить последовательное высвобождение энергии близлежащих атомов, то можно было бы умножить эту ядерную энергию. Он намекал, что цепная реакция распада может возникнуть, если «испущенные лучи… смогут, в свою очередь, произвести тот же эффект». Но в 1920-е гг. он не представлял, как можно получить подобную цепную реакцию. Другие, разумеется, тоже размышляли о ядерной энергии, но не для того, чтобы облагодетельствовать человечество, а со злодейскими целями. В апреле 1924 г. Пауль Хартек и Вильгельм Грот проинформировали Артиллерийское управление немецкой армии о том, что «страна, которая первой сумеет это использовать, получит неисчислимые преимущества перед остальными».
Проблема высвобождения атомной энергии заключается в следующем: ядро атома положительно заряжено и потому отталкивает другие положительные заряды. Таким образом, ядро защищается от случайных столкновений, которые могли бы запустить процесс высвобождения его почти неограниченной энергии. Эрнест Резерфорд, чьи новаторские работы привели к открытию ядра атома, отвергал возможность создания атомной бомбы, утверждая, что «всякий, кто жаждет получить энергию за счет преобразования этих атомов, несет бред». Выход из этого тупика был неожиданно найден в 1932 г., когда Джеймс Чедвик открыл новую частицу – нейтрон – электрически нейтральную частицу, соседа протона по ядру. Если направить поток нейтронов на ядро, то не исключено, что эти частицы, на которые электрическое поле вокруг ядра не действует, смогут разбить его, высвободив ядерную энергию. Такая мысль возникла у физиков: при помощи потока нейтронов, возможно, удастся расщепить атом и обеспечить запуск атомной бомбы.
Пока Эйнштейн сомневался в возможности создания атомной бомбы, ключевые события, приведшие в конце концов к делению ядра, набирали ход. В 1938 г. Отто Ган и Фриц Штрассман из берлинского Института физики Общества кайзера Вильгельма взволновали мир физики тем, что сумели расщепить ядро урана. После бомбардировки урана нейтронами они обнаружили в уране следы бария, указывавшие, что ядро урана разделилось примерно пополам, в результате чего и получился барий. Лиза Мейтнер, еврейка и коллега Гана, бежавшая от нацистов, вместе с племянником Отто Фришем обеспечила эксперименту Гана недостающее теоретическое обоснование. Их результаты показали, что обломки, оставшиеся после этого процесса, весят чуть меньше, чем первоначальное ядро урана. Создавалось впечатление, что масса каким-то образом исчезает в процессе реакции. Но при расщеплении атома урана высвобождалось 200 млн электронвольт (МэВ) энергии, которая появлялась, казалось, ниоткуда. Куда девалась недостающая масса, и откуда бралась эта загадочная энергия? Мейтнер поняла, что ключом к этой загадке служит уравнение Эйнштейна E = mc2. Если взять пропавшую массу и умножить ее на квадрат скорости света, получится 200 МэВ, в точности по теории Эйнштейна. Бор, услышав о результатах этой поразительной проверки уравнения Эйнштейна, мгновенно понял смысл и значение этого результата. Он хлопнул себя по лбу и воскликнул: «О, какими мы все были глупцами!»
В марте 1939 г. Эйнштейн сказал в интервью The New York Times, что полученные до сих пор результаты «не оправдывают предположения о возможности практического использования высвобождающейся атомной энергии… Однако не найдется ни одного физика с душой настолько нищей, чтобы это как-то повлияло на его интерес к этому важнейшему предмету». По иронии судьбы в том же месяце Энрико Ферми и Фредерик Жолио-Кюри (зять Марии Кюри) обнаружили, что при расщеплении ядра урана высвобождаются два нейтрона. Это был поразительный результат. Если бы удалось эти два нейтрона в дальнейшем использовать для расщепления двух других ядер урана, то в результате получилось бы четыре нейтрона, затем восемь, затем шестнадцать, затем тридцать два и так до бесконечности, до тех пор, пока невообразимая мощь ядерного распада не высвободится в цепной реакции. За долю секунды расщепление одного-единственного атома урана способно инициировать распад триллионов и триллионов других атомов урана, высвобождая при этом
Гонка началась. Встревоженный стремительным развитием событий Лео Силард беспокоился, что немцы, бывшие на тот момент лидерами в атомной физике, сумеют построить атомную бомбу первыми. В 1939 г. Силард и Юджин Вигнер приехали на Лонг-Айленд к Эйнштейну, предлагая ему подписать письмо, которое планировалось передать президенту Рузвельту.
Это судьбоносное письмо, одно из самых значительных писем в мировой истории, начиналось словами: «Некоторые недавние работы Э. Ферми и Л. Силарда, которые были сообщены мне в рукописи, заставляют меня ожидать, что уран может быть в ближайшем будущем превращен в новый и важный источник энергии». В письме зловеще отмечалось, что Гитлер вторгся в Чехословакию и захватил шахты Богемии, где добывали урановую смолку – богатый источник урановой руды. Затем звучало предупреждение: «Одна бомба этого типа, доставленная на корабле и взорванная в порту, полностью разрушит весь порт с прилегающей территорией. В то же время такие бомбы могут оказаться слишком тяжелыми для воздушной перевозки». Готовое письмо вручили советнику Рузвельта Александеру Саксу, который должен был передать его президенту. Когда Сакс спросил Рузвельта, понял ли тот чрезвычайную серьезность послания, Рузвельт ответил: «Алекс, ты хочешь позаботиться о том, чтобы нацисты не взорвали нас». Он повернулся к генералу Э. Уотсону и сказал: «Необходимы действия». На целый год на исследование урана было выделено всего лишь $6000. Однако интерес к атомной бомбе внезапно подскочил, когда осенью 1941 г. в Вашингтон попал секретный доклад Фриша – Пайерлса. Британские ученые, работавшие независимо, подтвердили все подробности, обрисованные Эйнштейном, и 6 декабря 1941 г. был начат секретный Манхэттенский проект.
Под руководством Роберта Оппенгеймера, работавшего прежде над теорией черных дыр Эйнштейна, сотни лучших ученых мира были втайне приглашены, а затем и доставлены в Лос-Аламос в пустыне Нью-Мексико. В каждом крупном университете были ученые (можно назвать, к примеру, Ганса Бете, Энрико Ферми, Эдварда Теллера и Юджина Вигнера), тихо уехавшие в неизвестном направлении после встречи с незаметными людьми. (Не все были довольны тем, что атомная бомба привлекла к себе такой интенсивный интерес. Лиза Мейтнер, работы которой способствовали запуску проекта, решительно отказалась от какого бы то ни было участия в работе над бомбой. Она оказалась единственным видным ученым-ядерщиком стран-союзников, который на предложение присоединиться к лос-аламосской группе ответил отказом. «Я не буду заниматься бомбой!» – категорически заявила она. Много лет спустя, когда сценаристы Голливуда попытались приукрасить ее роль в этой истории в фильме «Начало конца» и представить ее как женщину, которая, убегая из нацистской Германии, храбро вывезла чертежи бомбы, она ответила: «Я бы скорее прошлась голой по Бродвею, чем приняла бы участие в этой фанатичной подлой работе».)
Эйнштейн заметил, что все его близкие коллеги в Принстоне внезапно начали исчезать, оставляя загадочный почтовый адрес в Санта-Фе, штат Нью-Мексико. Самому Эйнштейну, однако, никто не предложил присоединиться к проекту, и он всю войну просидел в Принстоне. Причина этого выяснилась много позже из рассекреченных военных документов. Ванневар Буш, глава Бюро научных исследований и разработок и доверенный советник Рузвельта, писал: «Я очень хотел бы иметь возможность раскрыть перед ним [Эйнштейном] все карты… но это совершенно невозможно ввиду мнения людей здесь, в Вашингтоне, которые изучили всю его историю». ФБР и армейская разведка сделали вывод, что Эйнштейну нельзя доверять: «Ввиду его радикальной биографии наше бюро не рекомендует поручать доктору Эйнштейну работ секретного характера без самого тщательного расследования, поскольку представляется маловероятным, чтобы человек с его прошлым мог в такое короткое время стать лояльным американским гражданином». Очевидно, ФБР не понимало, что Эйнштейн уже был в курсе всего проекта и даже способствовал в самом начале его запуску.
Дело Эйнштейна в ФБР, рассекреченное не так давно, состоит из 1427 страниц. Эдгар Гувер считал Эйнштейна не то коммунистическим шпионом, не то простаком (это в лучшем случае). Бюро тщательно отслеживало каждый слух и каждую сплетню о нем, столь же тщательно все документировало и складывало на хранение. При этом, как ни странно, ФБР не жаждало пообщаться с самим Эйнштейном, как будто боялось его. Вместо этого агенты предпочитали допрашивать и преследовать окружавших его людей. В результате в ФБР скопились сотни писем от чудаков и параноиков. В частности, там хранятся доклады о том, что Эйнштейн работает над какими-то лучами смерти. В мае 1943 г. к Эйнштейну приехал флотский лейтенант с предложением поработать над вооружениями и взрывчаткой для ВМС США. «Он чувствовал себя ужасно, о нем все забыли. Его не привлекли ни к каким военным разработкам», – написал лейтенант после встречи. Эйнштейн, никогда не лезший за словом в карман, заметил, что теперь он станет военным моряком и ему даже не придется для этого стричься.
Усилия союзников по созданию атомной бомбы стимулировал страх перед бомбой немцев. В реальности соответствующая немецкая программа плохо финансировалась и испытывала серьезный кадровый голод. Главой группы ученых, занимавшихся атомным проектом, был назначен величайший квантовый физик Германии Вернер Гейзенберг. Осенью 1942 г., когда ученые поняли, что на создание бомбы у них уйдет еще по крайней мере три года работы, нацистский министр вооружения Альберт Шпеер решил временно заморозить проект. Шпеер совершил стратегическую ошибку, считая, что за три года Германия успеет выиграть войну и бомба будет уже не нужна. Тем не менее он продолжал финансировать исследования по созданию атомных подводных лодок.