Радость познания
Шрифт:
Я получил массу удовольствия, вскрывая сейфы, но их еще не было в Лос-Аламосе, и сейчас я хотел бы поговорить о другом. Я хочу рассказать о некоторых специфических проблемах, с которыми я близко столкнулся. Одна из них связана с безопасностью завода в Ок-Ридже. В Лос-Аламосе продолжали работу над бомбой, а в Ок-Ридже пытались разделить изотопы урана, урана-238, -236 и -235, именно последний использовался в качестве взрывчатки. В Ок-Ридже тогда только начали получать крошечное количество экспериментального материала, урана-235, и в то же время занимались практической работой. На большом заводе хранились целые цистерны материалов и химикалий, там материалы очищали, очищали еще раз и получали вещества, необходимые для следующего этапа. Очистка проводилась в несколько этапов. С одной стороны, на практике они применяли химические вещества, а с другой стороны, получали некоторое количество требуемого продукта в экспериментальной установке. И они пытались понять, как оценивать и анализировать его присутствие и определять, сколько в нем содержится урана-235. Мы посылали им инструкции, но, видимо, они неправильно ими пользовались. В конце концов Сегре [12] сказал, что должен поехать туда и разобраться, что они там делают и почему их оценка неверна, — это единственная возможность понять, как они работают. Военные сказали: нет, это наша политика — хранить всю информацию о JIoc-Аламосе в одном месте, и никто в Ок-Ридже не должен знать, для чего используются их результаты. Подозреваю, что даже их руководство знало лишь то, что они занимаются разделением урана, но при этом не имело ни малейшего представления о мощности бомбы, о том, как она работает, и других принципиальных вещах. А люди внизу не ведали, чем занимаются. И военные хотели сохранить все, как есть; никакой информации не просачивалось ни туда, ни обратно, но Сегре все-таки настоял на своем и добился разрешения приехать туда, поскольку это было очень важно. Они совершенно не умели оценивать объем полученного вещества,
12
Эмилио Сегре (1905–1989), лауреат Нобелевской премии 1959 года за открытие антипротона (совместно с Овеном Чамберленом).
Итак, Сегре поехал разбираться, что там творится. Он прошелся по цехам и увидел, как люди катают оплетенную цистерну с водой, зеленой водой; зеленая вода — это нитрат урана. Он спрашивает: «Вы собираетесь так делать даже когда там все очистят?» Они отвечают: «Да, почему бы нет? Она что, взорвется?» Он выдохнул: «О Боже! Взорвется?!» И тогда военные отчеканили: «Ничего не знаем, нам запрещено разглашать любую информацию!» Да оказывается, военные вообразили, что знают, сколько вещества нам необходимо для бомбы — 20 килограммов или сколько там, и как бы много материалов ни очищалось на заводе, сколько бы их там ни было — не возникнет никакой опасности. Но они не понимали, что нейтроны в избытке более эффективны, когда они замедляются в воде. И если в воде их наберется меньше десятой доли, даже сотой… да что там — куда меньшее количество материала приводит к реакции, создающей радиоактивность. Взрыв был бы небольшой, но радиация убила бы всех находившихся поблизости людей и вызвала другие осложнения. Таким образом, все было очень опасно, а люди на заводе даже не подозревали об этом.
Оппенгеймер посылает Сегре телеграмму: «Пройдитесь по всему заводу, определите участки, на которых накапливается концентрация вещества согласно проектируемому процессу. Мы между тем вычислим, какое количество материала должно накопиться, чтобы произошел взрыв». И у нас начали работу две группы. Группа Кристи работала над решением вопроса с водой, а я со своей группой — с сухими порошкообразными веществами в коробках. И мы вычислили количество материала. Кристи собирался поехать в Ок-Ридж и рассказать там всем, какова ситуация. Я с радостью отдал ему все свои результаты расчетов, сказав, что он прекрасно знает дело и пусть едет. Но Кристи подхватил воспаление легких, и пришлось ехать мне. Я до того ни разу не летал на самолетах, а тут полетел. Секретные документы были закреплены ремнем у меня на спине! Самолет в то время очень походил на автобус. Он делал много остановок в пути, разве что расстояние между остановками было больше. На остановках он подолгу стоял. Парень, который стоял за мной в очереди и теребил цепочку для ключей, сообщил мне: «Сейчас, должно быть, очень трудно летать без предписания». Я не возражал: «Да, я знаю, но у меня есть предписание». Немного погодя на борт поднялись несколько генералов, они собирались прогнать пассажира с места 3s. Все в порядке — у меня место 2. Пассажир с места 3s, возможно, написал возмущенное письмо своему конгрессмену с вопросом: откуда здесь столько молодых парней с кучей предписаний, в то время как война идет совсем в другом месте? Так или иначе, я прибыл на место. Первым делом я обошел весь завод — я ничего не говорил, а только озирался по сторонам. Выяснилось, что ситуация еще хуже, чем ее обрисовал Сегре, — первое время на заводе он очень робел. Он обратил внимание на ряд ящиков, сложенных в большие штабели, но не обратил внимания на другие ящики, сложенные в другом месте, — это было то же помещение, но с другой стороны. И много всего в том же роде. Если вы будете хранить в одном месте слишком много вещества, оно взорвется. Я прошелся по всему заводу. У меня очень плохая память, но когда я работаю интенсивно, кратковременная память работает очень неплохо — поэтому я запомнил все сумасшедшие детали вроде того, дом номер такой-то, цистерна номер… и прочее. Вечером я вернулся к себе и мысленно представил всю картину, прикидывая, где кроется наибольшая опасность и что надо сделать, чтобы ее предотвратить. Это довольно просто — нужно поместить в раствор кадмий, чтобы абсорбировать нейтроны в воде, разделить коробки, чтобы они не стояли так плотно — слишком много урана вместе, — и совершить еще кое-какие действия в соответствии с определенными правилами. Таким образом, я все проанализировал, составил систему мер и продумал работу процесса охлаждения. Я понимал, что нельзя обезопасить завод, не зная, как он работает. На следующий день состоялось грандиозное собрание.
Я забыл упомянуть, что перед отъездом Оппенгеймер сказал мне: «Теперь, когда вы едете, я перечислю вам технически компетентных людей в Ок-Ридже: это мистер Джулиан Вебб, мистер такой-то и мистер такой-то. Вы должны проследить, чтобы эти люди присутствовали на собрании. Вы расскажете им, какова истинная ситуация и о безопасности — они это действительно поймут, они в курсе дела». — «А если их не будет на собрании, что тогда?» И он ответил: «Тогда вы скажете: «Лос-Аламос не может взять на себя ответственность за безопасность завода Ок-Риджа — и это безоговорочно!!!»» Я заартачился: «Вы полагаете, какой-то там Ричард может приехать туда с таким заявлением?» Он гнул свое: «Да, какой-то там Ричард, вы поедете и сделаете это». Кажется, я действительно быстро вырос! Когда я приехал туда, можете не сомневаться, на следующий день состоялось собрание, и все руководство компании и компетентные технические специалисты были там: и генералы, и прочие, кто был заинтересован в проблемах организации. Это было большое собрание, связанное с большой серьезной проблемой безопасности — над ней завод никогда не работал. «Могу поклясться, что все взорвется, если никто так и не обратит должного внимания на проблему», — сказал я. Там был лейтенант, который сопровождал меня. Он передал мне требование полковника не рассказывать, как работают нейтроны и прочие детали. Я сказал, что людям необходимо знать, как все работает, — только тогда они все поймут и будут следовать определенному набору правил. Таково мое мнение — работу можно продолжить, если я скажу им, что Лос-Аламос не может взять на себя ответственность за безопасность завода Ок-Риджа до тех пор, пока они полностью не проинформированы, как все работает!!!Это было грандиозно. Я пошел к полковнику. «Дайте мне только пять минут», — сказал полковник. Он подошел к окну, остановился и задумался — да все у них будет хорошо! Они примут правильное решение. Я подумал, как поразительно, что проблема проинформировать людей или нет о том, как работает атомная бомба, должна решиться в Ок-Ридже за пять минут. Я проникся глубоким уважением к этим военным мужам, так как сам никогда не мог решить ничего важного за такой короткий срок — никогда.
Через пять минут он сказал: «Ладно, мистер Фейнман — вперед». Я сел и рассказал им все о нейтронах, о том, как они работают, да-да-да-та-та-та, про то, как опасно иметь слишком много нейтронов вместе, и про то, что материалы надо хранить раздельно, про абсорбцию кадмия, про то, что медленные нейтроны более эффективны, чем быстрые, и постепенно на элементарном уровне про наши дела в Лос-Аламосе — они никогда не слышали ни о чем подобном, я казался им жутким гением. Я был богом, спустившимся с небес! Они не понимали этих явлений и никогда о них прежде не слышали. А я знал обо всем этом и мог предоставить им факты и цифры и многое другое. Итак, после почти незаметного возвращения в Лос-Аламос я стал ни больше ни меньше как супергением. В результате в Ок-Ридже решили создать небольшие группы, которые выполнят собственные вычисления и обдумают, как все сделать. Они начали перепланировку завода. Там были проектировщики завода, конструкторы, инженеры, инженеры-химики, которые собирались руководить разделением урана на модернизированном заводе.
Я вернулся на завод через несколько месяцев, а компания «Стоун энд Уэбстер» совместно с инженерами приблизительно месяц назад закончила план перестройки завода, и теперь мне надлежало осмотреть завод, понимаете? Но как я мог осмотреть завод, который еще не построен? Не знаю! Я пошел в кабинет к инженерам.
Сопровождал меня приставленный ко мне лейтенант Зумвельт — я должен был всюду появляться с эскортом. Он привел меня в кабинет, в котором сидели два инженера и стоял длинный-предлинный стол, огромный стол, ну просто невероятных размеров, покрытый чертежами — не одним чертежом, а целой кипой. Я изучал механическое черчение только в школе и не слишком хорошо разбирался в чертежах. А они наперебой начали мне все объяснять, думая, что я гений. Они начинали: «Мистер Фейнман, мы хотели бы, чтобы вы поняли: завод пока проектируется. Видите — мы стараемся избежать скопления материалов». У меня возник вопрос: когда скапливаются вещества, работает испаритель, который аккумулирует вещества? А если клапан начнет заедать или что-то еще случится, тогда будет собираться слишком много вещества, и все взорвется. Они объяснили, что в проекте предусмотрен не один клапан, и если один клапан будет заедать, ничего не случится. Всюду необходимо по крайней мере по два клапана. Они рассказали, как работает аппарат. Туда поступает тетрахлорид углерода, нитрат урана поступает туда извне, он движется вверх и вниз, проходит по трубам на другой этаж, поднимается со второго этажа — бр-бр-бр, согласно чертежам, вверх-вниз, вверх-вниз — они говорили очень-очень быстро, объясняя мне очень-очень сложный химический процесс. Я полностью обалдел — и, что еще хуже, я не знал всех этих обозначений на чертежах! Там была такая штуковина, на которую я подумал, что это окно. Она выглядела как квадрат с крестиком в середине — чертово место, — шли линии с этим чертовым квадратом, и он опять повторяется! Я подумал, что это окно, нет, оно не может быть окном — оно не всегда было на границе. Я хотел спросить их, что это? Вы, наверное, бывали в подобной ситуации — вы не спросили об этом сразу же и упустили время. Но инженеры рассказывали слишком долго. А вы слишком долго колебались. Если спросить их сейчас, они скажут: на что мы потратили впустую столько времени? Я не знал, что делать; про себя я подумал, что мне часто везло. Вы просто не поверите, но я клянусь, что это чистейшая правда — есть такое подсознательное везение. Я раздумывал, что бы я сделал, что бы предпринял??? И меня осенила идея. Может быть, это клапан? Чтобы выяснить, клапан это или нет, я тыкаю пальцем в середину одного чертежа на странице 3 и говорю: «Что случится, если этот клапан начнет заедать?» Вероятно, они сейчас скажут: «Это не клапан, сэр, это окно». Они переглянулись и говорят: «Если этот клапан начнет заедать…» — и снова запорхали карандашами вверх и вниз по чертежу, вверх и вниз, туда и обратно, обратно и туда, они переглядывались, кружились вокруг меня и бормотали: «Вы абсолютно правы, сэр!» Они сворачивали и разворачивали чертежи, они бегали, а мы выскользнули из кабинета. И лейтенант Зумвельт, который сопровождал меня все время, сказал: «Вы гений! Я понял, что вы гений, еще тогда, когда вы впервые осматривали завод и на следующее утро рассказали им об испарителе С-21 в здании 90–207, но хотел бы я знать, что вы сделали такого фантастического сейчас, как вы обо всем догадались?» И я ответил ему, что пытался понять, клапан это или нет.
Была у меня на работе проблема и другого рода. У нас было полно вычислений, и мы выполняли их на вычислительных машинках «Маршан». У нас было достаточно компьютеров «Маршан» — кстати, это дает представление о том, чем был Лос-Аламос. Знаете, как они выглядели — ручные калькуляторы с цифрами, вы нажимаете на кнопки, и они умножают, делят, складывают и тому подобное. Не похожи на те, которые делаются сейчас, это были механические приспособления. И их приходилось отсылать обратно на фабрику для ремонта. У нас не было специального мастера для их обслуживания, и поэтому их чинили только на фабрике. Машинки очень быстро ломались. Я и еще несколько парней начали вскрывать крышки машинок. По правилам это не разрешалось: «Если вы снимете крышку, мы не несем ответственности…» Мы все-таки сняли крышки и сделали целый ряд полезных открытий. Когда мы впервые открыли крышку, там обнаружились вал с отверстием и пружина, которая, очевидно, входила в отверстие — все было просто. Так или иначе, мы научились закреплять их; мы стали все лучше и лучше в них разбираться и проводили все более сложный ремонт. Когда нам казалось что-то чересчур запутанным, мы отсылали машинку обратно на фабрику, но чаще справлялись сами, и машинки работали. Я также чинил пишущие машинки. Я освоил ремонт всех компьютеров, а другие ребята бросили это дело. Я починил несколько пишущих машинок. В машинной мастерской был парень, который делал это лучше меня, на нем лежала ответственность за ремонт пишущих машинок, а на мне — ответственность за счетные машинки. Между тем мы решили, что это слишком большая и серьезная задача — вычислить, что произойдет в процессе взрыва бомбы, когда взрывчатка в нее закладывается и как она разлетается во время взрыва — такую задачу следует вычислять точно. Понять, что произойдет, — это значит точно вычислить, сколько высвобождается энергии и тому подобное — словом, необходим значительный объем вычислений, а мы не располагали такими вычислительными возможностями. И очень умный парень, Стэнли Френкель, сообразил, что это можно сделать на машинах IBM. Компания IBM выпускала машины для нужд бизнеса, счетные машины, которые назывались табуляторами для распечатки сумм, и мультипликаторы, большие коробки, в которые вы вкладываете перфокарты, а они считывают два числа с карты, перемножают их и печатают на карте ответ. Затем появились подборочные и сортировочные машины и ряд других. Стэнли решил, что напишет изящную программу. Если у нас в комнате будет достаточно таких машин, мы сможем прогонять перфокарты через цикл. Каждый, кто делает точные вычисления, знает, о чем я говорю, но тогда это было в новинку: поточная линия машин.
Мы уже проделывали подобные вещи со счетными машинками. Обычно вы полностью выполняете первый этап. Процесс вынуждает вас идти сначала к сумматору, потом к умножителю, опять к сумматору и так далее. Стэнли разработал и упорядочил процедуру, похожую на компьютеры компании IBM — мы быстро поняли, что это был оптимальный путь решения наших задач.
Мы раскопали, что кто-то в вооруженных силах имеет опыт работы с IBM. Нам нужен был человек для их ремонта, поддержания в рабочем состоянии и всего прочего. Военные собирались прислать нам этого парня, но, как всегда, вышла заминка. Надо сказать, что мы вечно пребывали в ужасной спешке — все, что мы делали, мы старались сделать как можно быстрее. В каждом конкретном случае мы разрабатывали все численные этапы, которые следовало выполнить и которые предполагалось поручить машинам: перемножить то, сделать это и вычесть что-то из чего-то. Все вычисления выполнялись в одной комнате, где сидели девушки, у каждой был «Маршан». Одна выполняла умножение, другая — сложение, третья возводила в куб — у нас были «карточки», «учетные карточки» — девушка возводила число в куб и передавала результат другой… Одна имитировала умножитель, другая — сумматор, мы проходили весь цикл — так мы устраняли ошибки и отлаживали программу. Да, именно так мы и делали. Выходило, что мы были способны только на такую скорость — мы никогда раньше не делали поточных вычислений, и каждый, кто выполнял вычисления раньше, выполнял сам все этапы. У Форда возникла полезная идея — эта проклятая машина будет работать чертовски быстро другим способом — и мы получили скорость системы, которая прогнозировалась для машин IBM. Единственная разница состояла в том, что машины IBM не уставали и могли работать три смены, а наши девушки уставали после одной. Так или иначе, в ходе процесса мы отладили программу — а тут наконец доставили машины, но не мастера по их ремонту. Мы поспешили собрать их. На тот день это были одни из самых технологически сложных машин, большие компьютеры, они прибыли в разобранном виде с огромным количеством проводов и схем для сборки. Мы их собрали — Стэн Френкель, я и еще один парень — и заволновались. Основным источником беспокойства были большие «шишки», которые постоянно к нам приходили и говорили, что вы что-нибудь нарушите, обязательно нарушите! Мы все-таки собрали эти компьютеры — и иногда они работали, а иногда не работали, поскольку некоторые из них мы собрали неправильно. Мы возились с ними, и они начинали работать. Заработали они не все, я копался с одним мультипликатором, увидел погнутую деталь внутри и побоялся ее выпрямить, чтобы не сломать. Отовсюду приходили люди и говорили, что мы все безвозвратно сломаем. Наконец из компании IBM прибыл мастер, конечно, в соответствии со своим графиком, он наладил остальные машины, которые мы не могли отладить, и наша программа заработала. Но он никак не мог справиться с той машиной, с которой и мне не удалось справиться. Прошло три дня, а он все возился с этой последней. Я сказал ему: «Я заметил там погнутую деталь». Он посмотрел: «Ну конечно! Всего-то одна деталь!» (Щелк!) Вот и ладненько — готово.
Мистер Френкель начал разрабатывать свою программу, но заболел болезнью — компьютерной болезнью — все, кто работает с компьютерами, знают об этом. Это очень серьезная болезнь — и она полностью блокирует работу. Это очень серьезная проблема, которую мы постарались искоренить. Компьютерная болезнь — это играс компьютерами. А они так привлекательны! Вы, например, имеете х — если это четное число, вы делаете одно, нечетное — другое, и если вы достаточно умны, очень быстро можно научиться выполнять на одной машине все больше и больше операций. Через некоторое время выяснилось, что вся наша система рушится. Стэн ни на что не обращал внимания, никого не видел. Дела продвигались очень-очень медленно. Он сидел в компьютерной аудитории и размышлял, как заставить табулятор автоматически печатать арктангенсы х, и машина печатала колонки арктангенсов, и он получал таблицу арктангенсов одной операцией. Абсолютно бесполезное занятие. У нас былитаблицы арктангенсов. Но если вы когда-либо работали с компьютером, вы поймете эту болезнь — наслаждение от того, что вы сделали. Но бедный малый, изобретатель многих полезных вещей, подхватил эту болезнь впервые.
Меня попросили остановить работу над темой, которой занималась наша группа, спуститься в компьютерную и принять руководство группой IBM. Я заметил признаки болезни и попытался избежать ее. И хотя за девять месяцев были сделаны только три задачи, моя группа была очень сильной. Первая проблема состояла в том, что им не разрешалось разговаривать с нашими ребятами — их отобрали по всей стране и назвали отдел — специальное инженерное подразделение. Там были умные мальчики с высшим образованием, с инженерными способностями. Военные прислали их в Лос-Аламос. Их разместили в казармах, так чтобы им никто ничего не мог рассказать. Они являлись на работу — их задачей была работа на машинах IBM — перфорировать дырки, цифры, но для чего это нужно, они не знали, никто им об этом не сообщал.Дела шли очень медленно. Я сразу сказал, что технические специалисты должны знать, чем они занимаются. Оппенгеймер ходил разговаривать в отдел безопасности и получил специальное разрешение. Я прочитал подробную лекцию, в которой рассказал им, над чем мы работаем, в результате они очень разволновались. Мы боремся против войны. Мы понимаем, что это такое. Теперь они знали, что означают цифры, с которыми они работали. Если давление увеличится, значит, высвободится больше энергии и может случиться много-много непредвиденных ситуаций. Теперь они были в курсе дела — и произошло полное преображение! Они изобретали способы, как улучшить вычислительный процесс. Они усовершенствовали схему. Они работали по ночам. По ночам им не нужны были надзиратели. Они ничего не требовали и все понимали. Они изобрели несколько программ, которые мы использовали, и прочее, и прочее. Мои ребята действительно вписались в работу — им только приходилось говорить, для чего это делается, — вот и все. Только не говорите им: пожалуйста, пробейте дырки в перфокартах. В результате если раньше мы делали три задачи за девять месяцев, то теперь девять задач за три месяца, почти в десять раз быстрее. При решении задач мы пользовались одним из секретных методов: следует создавать циклы для задач, состоящих из кучи перфокарт. Сначала складывай, потом умножай — и вы проходите через цикл машин в компьютерной, правда, достаточно медленно, так как постоянно движетесь по кругу. Мы разработали способ, используя различные наборы окрашенных перфокарт, пропускали их тоже через цикл, но не в фазе. У нас одновременно решались две или три задачи — и мы придумали новые хитрости: пока одна машина складывала, другая производила умножение для другой задачи. Такие схемы управления позволяли решать гораздо больше задач.