Роберт Оппенгеймер и атомная бомба
Шрифт:
Резерфорд пошел еще дальше. В 1919 году он впервые осуществил мечту алхимиков об искусственном превращении элементов. В азоте, подвергнутом бомбардировке альфа-частицами, были обнаружены следы водорода и кислорода. Что же произошло? Некоторые альфа-частицы (два положительных заряда) проникли в ядра азота (семь положительных зарядов), выбили из них один заряд (ядро водорода), после чего в ядре осталось восемь зарядов (ядро кислорода). Человек оказался у источника неизвестной ранее громадной энергии, которую заключают в себе силы сцепления атомного ядра. При этом остается историческим курьезом то, что алхимик нашего времени – Резерфорд – до конца своих дней относился скептически к возможности использовать в широких масштабах ядерную энергию, пионером которой он являлся. А через восемь лет после того, как «Крокодила» не стало, его ученик Оппенгеймер должен был взорвать первую атомную бомбу…
В лаборатории Кавендиша молодой американский физик оказался очевидцем той ожесточенной борьбы, которую вели британские ученые, как и большинство их коллег в других странах,
Журналист Роберт Юнг в своей книге «Ярче тысячи солнц» пишет, что приборы, которыми пользовались ученые-атомники Кембриджа, были очень примитивными, что большинство исследователей мастерило их своими руками, пользуясь воском, проволокой и самодельными колбами. Когда английский физик Г.Д. Эллис в 1919 году увидел установку, с помощью которой Резерфорд осуществил первые превращения атомов, то он был даже «шокирован тем, что аппаратура не производила более внушительного впечатления». Весь комплект измерительной аппаратуры помещался в небольшой картонной коробке.
В 1932 году Кокрофт и Уолтон в той же лаборатории, правда несколько переоборудованной, осуществили первые превращения элементов с помощью бомбардировки искусственно ускоренными протонами (ядрами водорода). Вот как описал их аппаратуру Жак Бержье: «Современный физик при виде машины, с которой работали Кокрофт и Уолтон, мог бы предположить, что она куплена на барахолке. Большую часть установки они сделали своими руками. Лаборатория небогата, и основная аппаратура была позаимствована у частной фирмы «Метрополитен Виккерс Электрикл». Уолтон является стипендиатом английского учреждения, соответствующего французскому Национальному центру научных изысканий. Кокрофт получает содержание, из Кембриджского университета. В их установках использованы трансформаторы, которые позволяют ускорять ионы водорода до энергий, достигающих 700 000 электронвольт (напомним, что в современных ускорителях счет ведется на миллиарды электронвольт). Оба экспериментатора не располагают ни одним современным измерительным прибором. Напряжения они определяют с помощью искры, проскакивающей между двумя алюминиевыми шарами диаметром 75 сантиметров, один из которых заземлен, а другой подключен к установке. Регулируют напряжение путем изменения рабочего режима генератора переменного тока, питающего повышающий трансформатор. Искусственные превращения элементов, полученные таким образом, наблюдаются невооруженным глазом по сцинтилляциям на экране…»
Не следует забывать о той битве, которую вели первые атомники (а Резерфорд умел драться с ожесточением) за необходимую для них исследовательскую аппаратуру. Этим, наверное, можно объяснить ту радость, которой были охвачены многие ученые, когда государство, разгадавшее возможность использования атома в военных целях, начало умножать бюджеты научно-исследовательских работ, и то величайшее искушение Оппенгеймера, когда ему предложили во время второй мировой войны принять самую блестящую среди всех имевшихся лабораторий-гигантов – лабораторию, о которой еще несколько лет назад не смел мечтать ни один ученый.
В Кембридже Роберт Оппенгеймер получил приглашение Макса Борна, одного из триумвирата умов, властвовавших над Геттингенским университетом Георгии Августы; два других были Джемс Франк и Давид Хильберт. Геттинген, этот тихий ганноверский городок, с его романтическими крепостными валами хранил воспоминания о многих веках интеллектуального брожения. Поколения студентов, прежде чем превратиться в поколения «герр докторов» различных наук, осушали там неисчислимое количество кружек пива и мерялись силами на шпагах. Крушение Германской империи в 1918 году не пошатнуло этих традиций. Напротив, на профессоров была перенесена некоторая доля того почтения, которое бюргеры раньше оказывали офицерам кайзера. Всякий, кто преподавал или учился, действительно чувствовал себя приобщенным к избранному кругу людей.
Университет Георгии Августы, прославившийся прежде всего своими математиками (в нем некогда преподавал знаменитый Фридрих Гаусс), стал сразу после первой мировой войны одним из центров, где совершалась великая революция в современной физике. Квантовая теория, разработанная датчанином Нильсом Бором, должна была дополнить первое представление об атоме: электроны, вращающиеся вокруг ядра, тяготеют только к строго определенным орбитам; все переходы с одной орбиты на другую сопровождаются испусканием или поглощением энергии также точно определенной величины – одного кванта. Однако квантовая теория явилась не только новой движущей силой в познании строения вещества и происхождения электромагнитного излучения (в частности, света). Она внесла революционный принцип в научное и философское мышление, и следствия его распространялись на все более широкие области знания. Старое изречение natura non facit saltus [2] , которое до сих пор властвовало над всеми представлениями о Вселенной, обнаружило здесь свою радикальную ошибочность. Истинным же становилось противоположное представление: в масштабах атома физические явления происходят только скачкообразно и являются по своей природе прерывистыми. Мы даже не можем себе представить, чтобы электрон соскальзывал более или менее быстро с одной орбиты на другую, проходя при этом через промежуточные положения. Таких состояний
2
Изречение Лейбница – «Природа не делает скачков» (лат.). – Прим, перев.
Но вход в «здание» не был закрыт, хотя внутри него производилась гигантская перестановка в радостном предвидении больших перемен. В Геттинген время от времени съезжались физики со всех стран, чтобы обмениваться последними теоретическими выводами или результатами новых исследований. Сам Бор приезжал туда из. Копенгагена читать лекции. Никакие иные условия не смогли бы быть более благоприятными для Оппенгеймера, ум которого жадно стремился к открытиям, к смелым обобщениям и интеллектуальным приключениям. Изучая физику, он продолжал заниматься такими необычными, с точки зрения его коллег, предметами, как философия и литература. Одним из тех, кто более всего восхищался выдающейся индивидуальностью молодого американца, был английский физик Поль Дирак, который жил на одной вилле с Оппенгеймером и уже тогда считался одним из самых крупных имен теоретической физики. Дирак шел по стопам французского ученого Луи де Бройля и одновременно с немецкими теоретиками Э. Шредингером и В. Гейзенбергом приступил к преодолению некоторых препятствий, неожиданно возникших в квантовой теории, которая не учитывала всех явлений, наблюдавшихся при поглощении и дисперсии света.
Таким образом, и университетские лекции, и повседневные, беседы с людьми, находившимися в авангарде ведущих исследований, выдвигали Роберта Оппенгеймера на передовые позиции воинствующей и победоносной науки.
Новые идеи, столь радикально менявшие основы физического видения мира, преподавались в процессе их формирования теми, кто сам их создавал, и студенты считали себя призванными внести свой вклад в построение теории. «Это был эпический этап», – рассказывал позднее Оппенгеймер, воскрешая в памяти то время, когда создавалась квантовая теория атома. «Построение квантовой теории не является результатом труда только одной личности; ее создание потребовало коллективного сотрудничества десятков ученых многих стран, а весь фронт исследовательских работ был от края и до края охвачен критическим и глубоко творческим разумом Нильса Бора, который охранял, развивал, углублял и, наконец, воплощал в жизнь первоначальный замысел. Это был период кропотливой работы в лабораториях, решающих экспериментов, дерзких начинаний, множества ошибочных исходных позиций и смутных догадок. Это было время непрерывной переписки, поспешных конференций и дискуссий, критики и блестящих математических импровизаций. Это была эпоха созидания; новые догадки вселяли ужас и энтузиазм одновременно. Для того чтобы нарисовать полную картину тех событий, потребовалось бы такое же высокое мастерство, как для повествования истории Эдипа или Кромвеля, но события разворачивались в сфере интересов, столь далеких от нашей повседневной жизни, что у поэта или историка очень мало шансов познать их…»
Немецкий физик Иордан так вспоминает эти годы: «Мы задыхались от напряжения. Лед был сломан… Становилось все более очевидным, что мы натолкнулись на более глубокий пласт тайн природы, чем предполагали, и что потребуются совершенно новые объяснения для того, чтобы разрешить те глубокие противоречия, обманчивость которых обнаружилась значительно позднее».
В этой обстановке интеллектуальной лихорадки Роберт Оппенгеймер чувствовал себя как рыба в воде. Его личные качества максимально использовались. Несмотря на довольно слабое здоровье (он в течение нескольких лет боролся с туберкулезом), Оппенгеймер не жалел себя; он принимал участие во всех дискуссиях, а когда брал слово, то его нелегко было заставить замолчать. Он любил нравиться, пленять, блистать, возбуждать симпатию и привлекать к себе общество. Еще в то время проявилась одна из черт, ставшая и его силой, и его слабостью: некоторая способность и в то же время потребность вызывать восхищение, которого, как нетрудно догадаться, не могли избежать и окружавшие его женщины. Это возбуждало недовольство некоторых менее талантливых студентов, и они решились даже составить петицию, которую направили одному из профессоров, с просьбой призвать американца к более скромному поведению.
Однако профессора, и в первую очередь Макс Борн, оказались выше всего этого; они сумели распознать в Роберте Оппенгеймере, одном из лучших участников их прославленных семинаров, молодого ученого и предсказывали ему блестящую научную карьеру. Когда министерство народного образования Пруссии из-за бюрократической мелочи (отсутствие одного из документов в личном деле) начало чинить препятствия для допуска Оппенгеймера к экзаменам на степень доктора, то сам Макс Борн занялся улаживанием дела, обратив внимание на исключительную ценность работы, представленной молодым американцем, и на необходимость включения ее в сборник диссертаций, выполненных в Геттингене.