Текст книги "10 гениев, изменивших мир"

Это сообщение вызвало такое волнение, что еще до окончания заседания некоторые присутствующие на нем ученые поспешили в лаборатории, чтобы экспериментально подтвердить деление ядер урана. Уже через несколько часов они убедились в правильности сообщения Бора. Узнав об этом, Ферми сразу указал, что в данной реакции должны также возникать нейтроны и выделяться огромное количество энергии. Так у него родилась идея цепной ядерной реакции деления урана.

Многие физики начали обсуждать возможность такой реакции. Если всякий раз, когда нейтрон расщепляет атом урана, испускались новые нейтроны, то они могли бы, сталкиваясь с другими атомами урана, порождать новые нейтроны и тем самым вызвать незатухающую цепную реакцию. Поскольку при каждом делении урана высвобождается большое количество энергии, такая реакция могла бы сопровождаться колоссальным ее выделением. Если бы удалось «взнуздать» эту силу, то уран стал бы взрывчатым веществом неслыханной мощи. С целью осуществить цепную реакцию Ферми приступил к планированию экспериментов, которые позволили бы определить, возможна ли такая реакция и управляема ли она.

На переговорах в Управлении военно-морского флота США в 1939 году Ферми впервые упомянул о возможности создания атомного оружия на основе цепной реакции с мощным выделением энергии. Он получил федеральное финансирование для продолжения своих исследований. В ходе работы Ферми и Сегре установили возможность использования в качестве «взрывчатки» для атомной бомбы тогда еще не открытого элемента – плутония. Хотя плутоний (Pu), имеющий порядковый номер 94, еще не был известен, оба ученых твердо знали: элемент с массовым числом 239 (239 Pu) должен расщепляться и может быть получен в урановом реакторе при захвате нейтрона ураном-238.

Не прошло и нескольких месяцев, как Ферми начал собирать вокруг себя группу сотрудников вместо тех, кого оставил в Риме. Наиболее преданными членами этого коллектива стали Андерсон, Маршалл, Вейль и Цинн. Некоторые из основных, наиболее важных экспериментов провели еще в Колумбийском университете совместно со Сциллардом. Цель работы была чисто технической: установление самоподдерживающейся цепной реакции и производство нового элемента – плутония. Ответственность возложили на Ферми, хотя он и обладал (с юридической точки зрения) статусом «иностранца – подданного враждебной державы».

После решения президента Рузвельта от 6 декабря 1941 года о развертывании работ по созданию атомного оружия («Манхэттенский проект») и выделения необходимого финансирования группу Ферми включили в состав Металлургической лаборатории Чикагского университета и к маю 1942-го перевели в Чикаго. Ферми был назначен председателем подсекции теоретических аспектов Уранового комитета.

16 ноября 1942 года на площадке для игры в сквош под западными трибунами стадиона Чикагского университета Стэгг-Филд при общем руководстве Ферми началась сборка экспериментального атомного реактора. Если в Колумбийском университете на проведение работ отпускались весьма незначительные суммы, то в Чикаго Металлургическая лаборатория субсидировалась довольно щедро.

Сооружаемый реактор на техническом жаргоне называли «кучей», так как его составили из брусков графита (чистого углерода), которые должны были сдерживать скорость цепной реакции (замедлять нейтроны). Уран и оксид урана размещались между графитовыми брусками. Реактор проектировался в виде шара радиусом до 4 метров. На его сооружение пошло около 46 тонн урана и почти 385 тонн графита. Ферми и его команда своими руками укладывали графитовые бруски. Ученый предпочитал все делать сам, вместо того чтобы давать указания другим. В результате первый реактор Ферми был построен быстрее, чем все последующие.

Физики работали круглосуточно, и 2 декабря 1942 года в 2 часа 20 минут (менее чем через год после переезда Ферми в Чикаго и спустя 24 часа после того, как было получено достаточное количество урана), в полном соответствии с расчетами ученого, кадмиевые регулирующие стержни, поглощающие нейтроны, медленно выдвинули, чтобы запустить первую в мире самоподдерживающуюся цепную реакцию. «Было ясно, – писал впоследствии Джон Кокрофт, – что Ферми открыл дверь в атомный век». Первое испытание продолжалось (из-за отсутствия необходимой радиационной защиты) в течение 28 минут при мощности не более полуватта, что свело к минимуму радиоактивное излучение.

Возможность цепной реакции была доказана, и теперь реакторы стали интересовать Ферми лишь в более узком плане – как средство исследования и источник нейтронов. Он с радостью предоставил другим решение технических и административных проблем, связанных со строительством крупных реакторов, однако остался надежным и авторитетным консультантом для всех, кто принимал участие в решении инженерных проблем реакторостроения, и всегда был готов прийти на помощь словом и делом. Когда, например, потребовалось срочно выяснить величину радиоактивности, индуцированной медленными нейтронами в кислороде, Ферми произвел необходимые измерения в течение одного дня.

Вскоре экспериментальный реактор в Чикаго был разобран и в марте 1943 года вновь собран в Аргоннской лаборатории с незначительными усовершенствованиями. Он позволил получить все данные, необходимые для строительства в Хенфорде (штат Вашингтон) фирмой «Дюпон» больших реакторов для производства плутония. Первый такой промышленный реактор был готов к пуску в сентябре 1944 года, и фирма попросила, чтобы Ферми на всякий случай присутствовал при запуске.

Незадолго до этого, в июле, выдающийся физик и его семья стали гражданами Соединенных Штатов, а в следующем месяце они переехали в строго засекреченный городок Лос-Аламос (штат Нью-Мексико). Ученого назначили руководителем отдела современной физики в новой лаборатории, созданной под руководством Роберта Оппенгеймера для создания атомной бомбы. Отдел, который возглавил Ферми, решал сложные, непредвиденные вопросы, не входившие в компетенцию других отделов.

Все работы по созданию атомной бомбы протекали в обстановке абсолютной секретности. Очень немногие были осведомлены о том, что скрывается за вывеской Манхэттенского проекта. Даже госдепартамент США до начала Ялтинской конференции в феврале 1945 года ничего не знал об этом. О целях проекта не ведал даже Объединенный комитет начальников штабов. Владели государственной тайной лишь отдельные лица, по выбору президента Ф. Рузвельта…

Манхэттенский проект имел свою полицию, контрразведку, систему связи, склады, поселки, заводы, лаборатории, свой колоссальный бюджет. По размаху работ и размерам капиталовложений он являлся самым крупным научным центром.

В США засекретили даже опубликованные ранее книги и статьи, где говорилось о возможности создания атомной бомбы. Так, из всех библиотек государства США были изъяты номера газет «Нью-Йорк таймс» и «Сатерди ивнинг пост» со статьями У. Лоуренса, в которых рассказывалось об атомной бомбе. Существовал приказ записывать фамилию каждого, кто интересовался этими номерами газет, и ФБР затем выясняло его личность.

Известен курьез, который произошел с американским писателем-фантастом Р. Хайнлайном. В 1941 году в повести «Злосчастное решение» он описал, как американцы создадут из урана-235 бомбу и сбросят ее в конце войны на крупный город противника. Это было столь похоже на действительность, что писателя привлекли к ответственности за разглашение тайны.

Все операции в общем цикле работ были построены на принципе изолированности. Каждый сотрудник знал только те детали проекта, которые касались непосредственно его работы. Даже в случае крайней необходимости для обмена информацией между разными отделами требовалось особое разрешение.

Для Лос-Аламосской лаборатории сделали исключение. В ее библиотеке появились отчеты из других отделов и лабораторий, а с переводом сюда ученых из других подразделений поступило много новой ценной информации. Правда, за доступ к ней ученые заплатили ограничением личной свободы: с самого начала лабораторные корпуса обнесли оградой, и охрана пропускала туда только лиц, имевших разрешение. Еще один забор окружал весь городок. При входе и выходе проводилась проверка, на любые поездки требовалось разрешение. За каждым работавшим велось тщательное наблюдение. Районы Лос-Аламоса, Ок-Риджа и Хэнфорда находились под постоянным контролем служб безопасности, на всех подъездных путях к ним круглосуточно дежурили специальные патрули. Жители трех засекреченных городов могли отправлять и получать корреспонденцию только через цензуру, телефонные разговоры прослушивались.

Любая почтовая корреспонденция должна была посылаться по следующему адресу: «Служба инженерных войск Американских вооруженных сил. Почтовый ящик № 1539. Санта-Фе, Нью-Мексико». Агенты контрразведки вскрывали и проверяли корреспонденцию. Если семья ученого или служащего получала разрешение на проживание в Лос-Аламосе, она уже больше не могла его покинуть. Всем специалистам дали другие фамилии и кодовые военные клички. У Гровса таких кличек было несколько, в частности, – «Утешение» и «99». Артур X. Комптон назывался «А. X. Комас», а иногда – «А. Холли». Уильяма С. Парсонса именовали «Судьей», Нильса Бора – «Никола Бейкером», а Энрико Ферми – «Генри Фомером».

Лаборатория в Нью-Мексико, расположенная на территории Лос-Аламоса, получила название «Участок Y», а газообогатительный завод в Ок-Ридже (штат Теннеси) – «К-25».

За три года до того, как атомная бомба появилась на свет, она уже носила различные названия: «Агрегат», «Устройство», «Штучка», «Существо», «S-1». Позднее урановую бомбу, спроектированную по принципу орудийного ствола, назвали «Большой худышкой» (по аналогии с «Большой Бертой»). Поскольку плутониевая бомба должна была иметь центральное сферическое ядро, предусматривалось и значительно более крупная оболочка снаряда, отчего эта бомба получила название «Толстяк». Когда в дальнейшем приняли решение укоротить пушкообразную трубу «Большой худышки», бомбе дали имя «Малыш».

16 июля 1945 года близ местечка Аламогордо (штат Нью-Мексико) Ферми принял участие в испытании первой атомной бомбы. Он наблюдал за взрывом из укрытия, а потом на обшитом свинцом танке подъехал осмотреть гигантскую воронку. Этический аспект науки, по-видимому, совершенно не интересовал Энрико Ферми, который неизменно оставался равнодушным ко всему, что лежит за пределами физики, в том числе к политике и морали. Своим коллегам, обеспокоенным моральной стороной достигнутого, Ферми обычно отвечал: «Не надоедайте мне с вашими терзаниями совести! В конце концов, это превосходная физика!» Вслед за испытаниями вместе с несколькими другими атомщиками (среди которых был и будущий пацифист Роберт Оппенгеймер) Ферми подписал рекомендацию президенту Трумэну использовать атомное оружие против Японии.

В августе 1945-го атомные бомбы были сброшены на города Хиросима и Нагасаки. Япония капитулировала. Но чем больше проходило времени, тем в большее смятение приходило американское научное сообщество, особенно когда началось открытое ядерное соперничество со вчерашним союзником – СССР. Интеллектуалы горячо обсуждали идею сесть с коммунистами за стол переговоров, чтобы объявить атомные бомбы общими или вовсе их уничтожить. Этот рецепт с особым красноречием пропагандировал Роберт Оппенгеймер.

Противоположную точку зрения не только проводил на деле, но и имел наивность высказывать публично Эдвард Теллер – как и Энрико Ферми, беженец из Европы, предметно познакомившийся там как с правыми, так и с левыми разновидностями тоталитаризма. В 1954-м (за полгода до смерти Ферми), отвечая по ходу официального расследования на вопрос, считает ли он, что «Оппенгеймер представляет собой угрозу для национальной безопасности», Теллер сказал: «В большом числе случаев мне было чрезмерно трудно понять действия доктора Оппенгеймера. Я полностью расходился с ним по многим вопросам, и его действия казались мне путаными и усложненными. В этом смысле мне бы хотелось видеть жизненные интересы нашей страны в руках человека, которого я понимаю лучше и поэтому доверяю больше. В этом очень ограниченном смысле я хотел бы выразить чувство, что я лично ощущал бы себя более защищенным, если бы общественные интересы находились в иных руках».

В результате Оппенгеймера отстранили от секретных разработок, не препятствуя, разумеется, занятиям «обычной» наукой в Принстоне, а «предавший коллегу» Теллер был навсегда отторгнут либеральным научным сообществом, сохранив, правда, авторитет в американских административных кругах.

Ферми держался в стороне от этих страстей. Несколькими годами раньше, не став публично каяться в содеянном, он, однако, сам отошел от военных разработок, занявшись ядерными проблемами, не имеющими прямого боевого значения. Окрашенные в идеологические тона «сражения» вроде спора Оппенгеймер – Теллер с заведомо неблагоприятным исходом для обеих сторон были не в его стиле.

Эта тщательно выверенная позиция, не принесшая Ферми дополнительных лавров, но и не навлекшая общественного порицания, оказалась в последующие полвека самой распространенной. И в диктаторских, и в свободных странах ученые – разработчики новых разновидностей чудо-оружия в большинстве перестали претендовать на особое слово в определении дальнейшей его судьбы, доверяя эту роль заказчику разработок – политическому руководству.

По словам Сегре, ученика Ферми, «при всей своей любви к справедливости, он не производил впечатление человека, которого волнуют абстрактные вопросы». В воспоминаниях Сегре – ключ к поведению Ферми во многих ситуациях, связанных с дискуссиями вокруг атомных проектов: «Ферми питал отвращение к «сражениям», в особенности к таким, исход которых был неясен. Он часто говорил, что следует избегать дел, обреченных на неудачу: Дон Кихот не был его героем… Он тщательно избегал того, чтобы быть замешанным в спорные проблемы, которые не были бы конкретны и разрешимы и которые не допускали бы с заметной вероятностью благоприятного исхода. Когда ему препятствовали могущественные силы, которые превышали его собственные, он предпочитал отступить, либо полностью отстраняясь от проблемы, либо – в личных делах – избегая встреч с теми или иными людьми…»

В конце войны Ферми вернулся в Чикагский университет, чтобы занять пост профессора физики и стать сотрудником вновь созданного здесь Института ядерных исследований (теперь носящего его имя). Ферми был великолепным педагогом и славился как непревзойденный лектор. Среди его аспирантов можно назвать Марри Гелл-Манна, Янга Чжэньнина, Ли Цзун-дао и Оуэна Чемберлена. После завершения в 1945 году в Чикаго строительства циклотрона (ускорителя частиц) ученый начал эксперименты по изучению взаимодействия между незадолго до того открытыми пи-мезонами и нейтронами. Ферми принадлежит также теоретическое объяснение происхождения космических лучей и источника их высокой энергии.

Здесь невозможно дать хотя бы отдаленное представление о той колоссальной работе, которую выполнил выдающийся физик в области атомной энергии. Его исследования являются примером экспериментального и теоретического мастерства. Можно вспомнить, например, о методе определения критических размеров при относительно малом количестве ураносодержащего вещества (экспоненциальный опыт Ферми). Опыт, описание которого можно найти во всех книгах, посвященных ядерным реакторам, так прост, что сегодня трудно представить себе иной подход к этому вопросу.

В возрасте около пятидесяти лет Ферми, имевший в своем распоряжении ряд реакторов для фундаментальных исследований в крайне интересной, им же созданной области, решил полностью изменить направление своей деятельности и посвятить себя исследованиям частиц высоких энергий. Неизгладимый след идей и личности Ферми оставался не только в этих работах, но и в особых методических подходах, в новых научных выражениях и даже в крайне удачных обозначениях. Ученый был того мнения, что вопрос о простоте обозначений имеет первостепенное значение в теоретической физике.

По опубликованным статьям невозможно получить представление обо всем объеме теоретической деятельности Ферми: для периодических изданий он отобрал лишь незначительную часть своих работ. Вот почему нет ни одного не выдающегося теоретического труда зрелого Ферми.

Поразительное долголетие его идей объясняется тем, что ученый обладал исключительной физической интуицией. Ферми всегда находил наиболее простые подходы к решению самых сложных практических задач. Что же касается исследований фундаментального характера, то избранные им большие проблемы становились всегда простыми, хотя эта простота, конечно, появлялась только после того, как он их блестяще разрешал.

У Ферми полностью отсутствовал научный догматизм. Это редчайшее явление для физиков с такой огромной эрудицией и удивительной способностью использовать «незыблемые» законы и основы науки. Одна из самых характерных черт Ферми – его требование «золотой середины» или необходимости борьбы на два фронта в науке: крайне важны основные принципы, но вредна предвзятость; да здравствует новое, но пусть оно узаконивается только тогда, когда старое оказалось негодным; физика движется вперед благодаря открытиям, но не только; очень хорошо, если ученому удается открыть новое явление или предсказать неожиданную закономерность, но физика не делается охотой за открытиями; оригинальность и научная фантазия хороши только в сочетании с глубоким знанием.

В 1945 году Энрико Ферми был избран членом Национальной академии наук США, в 1949-м – почетным членом Эдинбургского королевского общества и в 1950-м – иностранным членом Лондонского королевского общества. С 1946-го по 1950 год он – член Генерального консультативного комитета Комиссии по атомной энергии. Ученый был вице-президентом (1952) и президентом (1953) Американского физического общества. Помимо Нобелевской премии Ферми удостоен золотой медали Маттеуччи Национальной академии наук Италии (1926), медали Хьюза Лондонского королевского общества (1943), гражданской медали «За заслуги» правительства Соединенных Штатов Америки (1946), медали Франклина Франклиновского института (1947), золотой медали Барнарда за выдающиеся научные заслуги Колумбийского университета (1950) и первой премии Ферми, присужденной Комиссией по атомной энергии Соединенных Штатов Америки (1954). Он – почетный доктор многих высших учебных заведений, в том числе Вашингтонского и Йельского университетов, Рокфордского колледжа, Гарвардского и Рочестерского университетов.

Прочитанные Ферми лекции по термодинамике, атомной физике, квантовой механике, ядерной физике и изданные впоследствии книги на основе этих лекций (а также переводы лекций на другие языки, в том числе русский) в немалой мере способствовали становлению нескольких поколений ученых.

Свой след выдающийся физик оставил и в изучении внеземных проявлений жизни. В пятидесятые годы он задался вопросом, который впоследствии стали называть «парадоксом Ферми». Суть его в том, что поперечник нашей Галактики равен примерно 100 тысячам световых лет, и если в ней существует хотя бы одна цивилизация, способная передвигаться со скоростью в 1/1000 скорости света, то за сто миллионов лет эта цивилизация должна распространиться по всей нашей звездной системе. Удивительно, почему мы до сих пор не видим проявлений такой экспансии! Если на свете существует множество звезд значительно старше нашего Солнца и если жизнь встречается часто, то она должна бы развиться на планетах, обращающихся вокруг этих звезд, на миллиарды лет раньше, чем на Земле. Почему же в таком случае «братья по разуму» не наведались к нам? Ведь ни одного неопровержимого доказательства, что Землю когда-либо посещали посланцы других миров, нет. Что касается так называемых НЛО – опять же, убедительно никто не доказал, что «летающие тарелки» есть проявление деятельности внеземных цивилизаций. С «парадокса Ферми» и начались настоящие научные дебаты о внеземных проявлениях жизни.

В последние годы своей жизни Ферми неоднократно посещал Европу, где читал курс лекций по ядерной физике. В 1954-м вышла последняя книга великого физика – «Лекции о пи-мезонах и нуклонах». Тогда же он тяжело заболел и лег в больницу. 29 ноября 1954 года Ферми умер от рака желудка в возрасте 53 лет и был похоронен в Чикаго. В 1966-м коллеги и единомышленники ученого Отто Ган и Лиза Мейтнер были удостоены премии его имени.

Несмотря на сравнительно короткую жизнь, Энрико Ферми достиг высочайших вершин как в теории физики, так и в экспериментальных исследованиях. В качестве его основного научного наследия обычно отмечают: статистику Ферми – Дирака; совокупность работ по структуре атомов и молекул; экспериментальные и теоретические исследования свойств нейтронов, в том числе открытие медленных нейтронов; теорию бета-распада; создание первого в мире атомного реактора; экспериментальные и теоретические исследования по нейтронной оптике и другие. Как справедливо отмечает ученик и коллега Ферми академик Бруно Понтекорво, универсальность гения Ферми «позволила ему сделать выдающиеся работы едва ли не во всех областях физики, как теоретической, так и экспериментальной». По мнению Понтекорво, если бы работы ученого выполняли разные исследователи, то по их результатам могло быть присуждено восемь Нобелевских премий. Большинство научных трудов Ферми переведены на русский язык.