Тайная история атомной бомбы
Шрифт:
Одно из подобных предположений по аналогии было сделано десять лет назад физиком украинского происхождения Георгием Гамовым и впоследствии использовано Бором при описании ядерных реакций. Мейтнер вспомнила эту теорию. В ней говорилось, что силы, удерживающие вместе составные части ядра атома, по своей сути схожи с силой поверхностного натяжения, удерживающей каплю жидкости от разделения на отдельные молекулы. Модель ядра строилась на подобной аналогии, при этом говорилось, что своей устойчивостью оно, с одной стороны, обязано силе поверхностного натяжения, удерживающей элементы ядра вместе, а с другой — отталкивающей силе, с которой положительно заряженные протоны действуют друг на друга, оказывая давление на ядро изнутри.
Величина
4
Это как раз и есть причина того, что периодическая таблица элементов не бесконечна. Существует критический предел величины атомного ядра, определяемый ростом отталкивающей силы его положительно заряженных элементов.
Тетя с племянником присели на бревно, судорожно обыскивая карманы в поисках любых клочков бумаги, на которых можно было бы нарисовать примерную схему и набросать приблизительные вычисления. Достаточно быстро они пришли к выводу о том, что суммарный положительный заряд ядра урана вполне достаточен для того, чтобы нейтрализовать силу поверхностного натяжения. В уме сама собой нарисовалась картина «нестабильной капли, вся поверхность которой находится в постоянном движении. Самое незначительное вмешательство, как, например, удар одного- единственного нейтрона, может привести к ее разделению на несколько более мелких капель».
Но при распаде ядра каждая из его составных частей должна нести в себе значительный запас энергии. По подсчетам Мейтнер, ее объем в каждой из частиц мог доходить до 200 миллионов электрон-вольт [5] . Фрагменты ядра должны разлететься под действием отталкивающей силы своих положительных зарядов. Энергия при этом сохраняется, что подтверждает неоспоримый закон, один из фундаментальных в физике, и он не может быть нарушен. Все логические построения не имели бы смысла, не будь непоколебимой уверенности в сохранении заряженными частицами этой энергии.
5
1 электрон-вольтом принято считать энергию, которую отрицательно заряженный электрон получает, проходя через электростатическое поле с напряжением 1 вольт. К примеру, энергия, высвобождаемая электрической лампочкой мощностью 100 ватт за 1 секунду, составляет 600 миллиардов миллиардов электрон-вольт. В сравнении с таким огромным числом 200 миллионов электрон-вольт кажутся сущим пустяком, но не забываем, что это энергия, высвобождаемая при распаде только одного ядра. В килограмме урана бессчетное количество миллиардов этих ядер. И если при распаде ядра каждого атома в этом килограмме урана выделится по 200 миллионов электрон-вольт, мы получим взрыв, эквивалентный взрыву 22 000 тонн тротила.
Но откуда могла взяться энергия? Мейтнер вспомнила свою первую встречу с Альбертом Эйнштейном в 1909 году. Она была на его лекции по теории вероятности и внимательно следила за тем, как он выводит свою знаменитую формулу Е = тс2. Глубочайшее впечатление на нее произвела сама идея того, что масса может превращаться в энергию. Лиза помнила также и о том, что общая масса фрагментов, полученных при расщеплении ядра урана, не должна равняться массе неразделенного ядра. Разница
Все цифры совпали. Расчеты оказались верны. Под воздействием нейтрона ядро урана делится пополам, превращая при этом крайне незначительную массу в энергию [6] .
Деление ядра
Фриш вернулся в Копенгаген 3 января 1939 года. Прибыв в институт, он сразу помчался докладывать Бору об открытии, сделанном им вместе с Мейтнер. Услышав их теорию, Бор мгновенно понял, что в сущности она абсолютно верна. Он воскликнул: «Ну какие же мы все идиоты! Идея ведь просто поразительная! Именно так ведь все в сущности и есть». Бор потребовал, чтобы Фриш немедленно опубликовал свое с тетей открытие. И обещал держать все в секрете до тех пор, пока за ними не будет установлено право первооткрывателей.
6
В некоторой степени открытие Фриша и Мейтнер за четыре года до этого предвосхитила Ида Ноддак, немецкий химик. Она высказала предположение о том, что Ферми с коллегами отнюдь не создали трансурановые элементы, а, скорее, разделили ядро урана на несколько мелких фрагментов. Но тогда никто не воспринял слова Ноддак всерьез. Даже Ган посчитал ее идею абсурдной.
Новый для физики процесс необходимо было назвать. Фриш узрел параллели между изменением формы ядра урана, «нестабильной капли, вся поверхность которой находится в постоянном движении», и делением живой клетки. По совету биолога Фриш позаимствовал биологический термин деление, и в статье, которую они с Мейтнер составляли в спешном порядке, данным термином он и описал деление ядра урана. Бор высказывал серьезные сомнения относительно целесообразности использования этого слова, однако его опасения оказались напрасны и оно прижилось.
В тот момент Бора главным образом занимала подготовка к поездке в США. Там, в Принстонском университете он намеревался продолжить с Эйнштейном спор по поводу интерпретации квантовой теории, начавшийся еще в 1927 году. Это были одни из самых серьезных дебатов в двадцатом веке, а возможно, и за все время существования науки как таковой. Спор шел вокруг роли изменчивости и относительности в поведении элементарных субатомных частиц, по отношению к которым Эйнштейн упрямо отказывался применять свое утверждение: «Бог не играет в кости». На кон была поставлена способность человеческого разума постичь саму природу физической реальности.
В поездке Бора сопровождали его сын Эрик и молодой протеже Леон Розенфельд, которого Бор нередко использовал в качестве «живого звукоотражателя», наблюдая за тем, как Розенфельд реагирует на его идеи, — так Бору было проще понять, что же в них не так. 7 января они отплыли в Гетеборг, где пересели на теплоход «Дроттнингхольм», направлявшийся в Нью-Йорк. Темой для обсуждения в каюте Бора, в которой для него была приготовлена даже доска, неожиданно стала не квантовая теория, как изначально планировалось, а деление ядра.
В то время как Бор пересекал Атлантику, Фриш неустанно трудился в Копенгагене. Деление ядра урана было открыто благодаря кропотливой работе по установлению природы образовавшихся после него химических веществ. Ученые прекрасно знали, какие вещества были в их распоряжении изначально и какие вещества были получены в конечном итоге. Причиной всех трансформаций становился исключительно процесс деления. Эмоции ученых были примерно такими же, какие испытывает читатель, внимательно изучивший первые страницы шекспировского «Гамлета» и потом перепрыгнувший в самый конец, когда сцена уже завалена трупами. И что за действия происходили между известными началом и развязкой, остается только догадываться.