Текст книги "Ядерная зима. Что будет, когда нас не будет?"

Последовавший вскоре успех подтвердил правильность его выбора. Даже первые теоретические труды Ферми вызвали настоящую сенсацию, особенно среди физиков младшего поколения. Они часто совершали путешествие в Рим, чтобы посмотреть на итальянца, которого надо было всерьез принимать за ученого, несмотря на его мальчишеский задор в спорте.

Ферми не разочаровал их. Впечатления Бете, этого блестящего ученика Арнольда Зоммерфельда, были типичными. Он писал из Рима своему учителю:

«Конечно, я приехал для того, чтобы видеть Колизей и восхищаться им. Но самое лучшее в Риме, это, несомненно, Ферми. Он обладает изумительной способностью немедленно видеть решение любой заданной ему проблемы».

В 1934 г., когда стало известно об успешном получении супругами Кюри искусственных радиоактивных элементов, Ферми потерпел некоторую неудачу. Его последняя статья о бета-лучах была отклонена лондонским журналом «Нэйчур», в котором помещалось все наиболее важное, что имело отношение к физике. Тогда Ферми решил попробовать свои силы на этот раз «только шутки ради» на некотором варианте практических экспериментов, предпринимавшихся Жолио. Но Ферми решил применить не альфа-частицы, как это делал француз, а новый, более мощный снаряд – нейтрон. Вместе с учениками он начал в 1934 г. систематическую бомбардировку нейтронами одного элемента за другим. Результаты с первыми восемью элементами оказались отрицательными. Но когда взялись за девятый элемент, фтор, то гейгеровский счетчик начал щелкать, т. е. обнаружил искусственную радиоактивность. Работа оказалась настолько захватывающей, что молодой ученый физико-химик д’Агостино, приехавший из Парижа на несколько недель, так надолго отложил свой отъезд, что кончился срок действия железнодорожного обратного билета, и тогда он решил остаться навсегда.

В процессе этих экспериментов Ферми и его ближайшие помощники сделали два важных открытия. Первое заключалось в том, что радиоактивность металлической мишени, бомбардируемой нейтронами, возрастала в сотню раз, когда нейтроны предварительно замедлялись слоем воды или парафина. Предположение об этом впервые было подтверждено в живописном прудике для золотых рыбок за зданием Физического института. Второе открытие предполагало, что бомбардировка самого тяжелого из всех металлов, урана, по-видимому, приводила к появлению нового элемента и, возможно, даже нескольких новых, так называемых искусственных трансурановых элементов. Первое из этих открытий впоследствии оказало решающее воздействие на последующее развитие физики атома. Второе же было не чем иным, как иллюзией.

Ферми все же не удалось с помощью нейтронов создать новые трансурановые элементы. Но он сумел, и, возможно, впервые, расщепить атом урана. Работа Ферми, достигшая своего апогея созданием нового элемента с порядковым номером 93, произвела глубокое впечатление на весь ученый мир. Ферми смог показать эффект мощного воздействия нейтронов, этих новых микроскопических частиц, открытых Чэдвиком.

Однако выяснить результаты нейтронной бомбардировки ему не удалось.

Во многих лабораториях начали проводить эксперименты, подобные тем, которые делал Ферми. Среди всеобщего одобрения прозвучало только одно критическое замечание. Ида и Вальтер Ноддак, молодая пара из Института физической химии Фрейбургского университета в Бреслау, еще с 1929 г. держались весьма настороженно в отношении возможности открытия естественных трансурановых элементов. Еще до своего замужества в 1925 г. фрау Ноддак открыла неизвестный до того элемент рений. Она и ее муж считались ведущими авторитетами в области химического анализа редких земель. В 1934 г. они получили от чехословацкого химика Коблика образчики красной соли, которую тот извлек из урановых руд в Иоахимстале. Коблик решил, что это трансурановый элемент, и хотел назвать его богемием. Подвергнув образцы соответствующим химическим испытаниям, супруги Ноддак пришли к заключению, что предположение чешского ученого ошибочно, Ида Ноддак вынесла столь же неблагоприятный приговор и «трансурановым элементам» Ферми. Она не только доказала, что итальянский физик в своих химических анализах не представил убедительных доводов в обоснование своего предположения, но и выдвинула смелую гипотезу, справедливость которой подтвердилась лишь в конце 1938 г. В 1934 г., т. е. более чем за четыре года до открытия явления расщепления атома урана Ганом и Штрассманом, она писала в «Цейтшрифт фюр ангевандт Хеми»:

«Можно предположить, что когда ядра распадаются под воздействием нейтронов, то возникают ядерные реакции, значительно отличающиеся от тех, которые наблюдались до сих пор при воздействии протонов или гамма-частиц на атомное ядро. Казалось бы вероятным, что при бомбардировке тяжелых ядер нейтронами исследуемое ядро распадается на несколько крупных кусков, которые, несомненно, должны быть изотопами известных элементов, но не соседями элементов, подвергнутых облучению».

Когда эта критика и сопутствующие ей сомнения дошли до Ферми, то последний не принял их всерьез. Предположение, что нейтроны с энергией менее одного вольта[8]8
  Автор ошибочно применяет эту единицу измерений. Энергия частиц измеряется в электронвольтах. – Прим. ред.


[Закрыть] в состоянии расщепить атомные ядра, которые могут противостоять бомбардировке с энергиями в миллионы вольт, ему как физику казалось совершенно немыслимым. В своей правоте Ферми убедился в еще большей степени, когда с ним согласился Отто Ган – признанный в мире специалист по радию.

В это же время «трансурановые» элементы Ферми усиленно изучались в лаборатории Института кайзера Вильгельма в Берлин-Далеме под руководством Гана и его коллеги из Вены фрейлен Лизы Мейтнер. В многочисленных публикациях 1935–1938 гг. Ган и Мейтнер исчерпывающе описали химические свойства новых веществ, образовавшихся в результате нейтронной бомбардировки. Фрау Ноддак писала: «Я все же продолжаю сомневаться в том, что это самостоятельные трансурановые элементы. Мой муж и я давно знаем Гана, и он часто интересовался нашей работой… в 1935 или в 1936 г. мой муж в разговоре с ним высказал мысль о том, что Ган мог бы в своих лекциях или публикациях хотя бы упомянуть о моем критическом отношении к экспериментам Ферми. Но Ган ответил, что ему не хотелось выставлять меня в смешном виде, поскольку мое предположение о раскалывании ядер урана на крупные осколки являлось, по его мнению, чистейшим абсурдом».

Ни Ферми, ни Ган-Мейтнер со своими сотрудниками не принимали всерьез гипотезы фрау Ноддак. Дело в том, что по тогдашним физическим представлениям только с применением «снарядов» значительно большей проникающей способности можно было проникнуть внутрь ядра тяжелого атома и расщепить его.

Начиная с первых опытов Резерфорда, «артиллерия», применявшаяся для «осады» атомных ядер, становилась все более мощной и разнообразной.

В США, например, для расщепления атома конструировалось такое оборудование, как генераторы Ван-де-Граафа и циклотроны. Эта аппаратура давала возможность ускорять отдельные частицы, использовавшиеся в качестве «снарядов», до громадной энергии в девять миллионов вольт. Однако даже эти частицы не могли проникнуть внутрь сквозь защитные барьеры, которыми природа в ее мудрости окружила атомные ядра и чудовищные запасы энергии, скрытые в них.

Мысль же о том, что нейтроны, не имеющие электрического заряда, могут выполнить то, что не удалось сделать с помощью мощных заряженных снарядов, казалась слишком фантастической, чтобы в нее можно было поверить. Это напоминало то, как если бы на войне кто-нибудь предложил артиллеристам, безуспешно ведущим огонь снарядами самых крупных калибров по укрывшемуся в подземных убежищах противнику, попытаться добиться успеха с помощью шариков для пинг-понга[9]9
  Несомненно, что еще лучше было бы сравнить нейтроны с «диверсантами», способными проникать внутрь атома не с помощью силы, а с помощью своеобразной шапки-невидимки. – Прим. авт.


[Закрыть].

И все же не одни только технические причины заставляли ученых-атомников в 1935–1938 гг. так часто оглядываться в поисках истины. Мы можем, например, поставить вопрос о влиянии, которое нападение Италии на Абиссинию оказало на Ферми; он именно в то время добился блестящего прогресса в своих исследованиях. По свидетельству Сегре, географический атлас в институтской библиотеке вскоре начал сам автоматически открываться на странице, отведенной Абиссинии.

Вместо обсуждения нейтронных бомбардировок Ферми и его сотрудники спорили о бомбардировках абиссинских крепостей. Короче говоря, атмосфера была не такой, при которой ясно думается и свободно расцветает научная самокритика. В научных отчетах при всей их уравновешенности, конечно, нельзя было найти упоминаний о подобных политических или даже частных обстоятельствах. Там ничего не говорилось о людях, участниках работы, о том, как они жили, и что чувствовали.

Для публики оставалось неизвестным, что между двумя фигурами, игравшими ведущие роли в драме с урановыми экспериментами, развивалось личное соперничество. Крупнейшими специалистами по радиевым исследованиям в это время были мадам Ирен Жолио-Кюри и фрейлен Лиза Мейтнер. Никто не оспаривал их превосходства, и все же между ними возникло соперничество, в котором приняли участие и их сотрудники.

Трения начались в октябре 1933 г. на одном из конгрессов в Брюсселе.

Мадам Жолио вместе со своим мужем представили отчет об осуществленных ими бомбардировках алюминия нейтронами. О том, что произошло дальше, рассказывает Жолио: «Наше сообщение вызвало оживленную дискуссию. Фрейлен Мейтнер объявила, что она провела такие же эксперименты, но не получила подобных результатов. Под конец подавляющее большинство присутствовавших там физиков пришло к заключению, что наши эксперименты были не точными. После сессии мы чувствовали себя довольно-таки скверно. В этот момент к нам подошел профессор Бор и сказал, что он рассматривает наши данные как чрезвычайно важные. Вслед за ним и Паули ободрил нас таким же образом».

Супруги Жолио по возвращении в Париж возобновили свою работу.

Исследования, раскритикованные в Брюсселе фрейлен Мейтнер, послужили основой для самого важного открытия супругов Жолио – искусственной радиоактивности. Это не улучшило отношений между лабораториями на Рю д’Ульм и в Берлин-Далеме. Этим и объясняется, что материалы, опубликованные мадам Жолио-Кюри, были объявлены в Далеме «ненадежными». Однажды в 1935 г. фрейлен Мейтнер дала указание своему ученику фон Дросту повторить в Далеме некоторые парижские эксперименты по бомбардировке тория. Мадам Жолио-Кюри объявила, что изотоп тория под воздействием облучения испускает альфа-лучи. Дрост же их не обнаружил, и фрейлен Мейтнер еще раз поторопилась уверить себя, что она уличила свою соперницу в неточности. Но, как оказалось, она еще раз допустила ошибку.

Следующее сообщение о трансурановых элементах, написанное Ирен Жолио-Кюри в соавторстве с югославом Савичем, появилось летом 1938 г. Авторы упоминали о веществе, не соответствовавшем тем элементам, с которыми работал в то время Ган.

В Далеме говорили: «Мадам Жолио-Кюри все еще полагается на химические познания, которые она получила от своей прославленной матери, а это – только кусочек того, что нужно в наши дни». Ган считал необходимым соблюдать известный такт и старался не проявлять небрежности по отношению к французскому коллеге перед всем миром в научной периодической печати. «Сейчас и без того хватает чреватой неприятностями напряженности в отношениях между Германией и Францией, – говорил он. – Давайте не будем увеличивать ее». В соответствии с этим он написал частное письмо в лабораторию на Рю д’Ульм, предлагая повторить эксперименты с большей тщательностью.

Ответа на свое письмо он так и не получил. Напротив, Ирен Жолио-Кюри совершила дальнейший «грех». Она опубликовала вторую статью, базируясь на данных первой. Ган демонстративно отказался ее читать, несмотря на уговоры своего ассистента Штрассмана. Ган был глубоко возмущен парижским коллегой за ее безразличие к его поучениям.

Однако тем же летом 1938 г. его сильно встревожила другая проблема, не имевшая ничего общего с физикой. Более четверти века Лиза Мейтнер и ее «петушок»[10]10
  «Ган» по-немецки означает «петух». – Прим. пер.


[Закрыть] работали бок о бок. Их индивидуальности столь тесно слились даже в их собственном представлении, что однажды фрейлен Мейтнер на одном из конгрессов бросила своему собеседнику необдуманную реплику: «Мне кажется, Вы принимаете меня за профессора Гана».

Как австрийской подданной Лизе Мейтнер, несмотря на ее неарийское происхождение, все же было разрешено и после 1932 г. продолжать работу в Институте кайзера Вильгельма. Однако в марте 1938 г. расовое законодательство «Третьего рейха» распространилось и на нее.

Ган и Макс Планк, пытаясь спасти для института своего коллегу, ходатайствовали за нее даже лично перед Гитлером, но их вмешательство оказалось бесплодным, и она вынуждена была уйти.

Опасаясь, что правительство не разрешит ей покинуть Германию, Лиза Мейтнер под видом туристки бежала в Данию, не попрощавшись даже с товарищами. Только два или три человека в Далеме, не считая Гана, знали о том, что она не вернется из летнего отпуска.

Этой же осенью Ирен Жолио-Кюри опубликовала третью статью, в которой суммировала и дополнила данные, приведенные в двух предыдущих.

После ухода фрейлен Мейтнер ближайшим сотрудником Гана в области радиационной химии сделался Штрассман. Прочитав статью, он сразу понял, что в лаборатории Кюри не было допущено никаких ошибок и, что, наоборот, там открыт замечательный новый путь к решению проблемы. Возбужденный, он стремительно взлетел по лестнице к Гану и воскликнул: «Вы просто обязаны прочесть это сообщение!»

Ган был стоек, как алмаз. «Я не интересуюсь последними писаниями нашей приятельницы-леди», – ответил он, невозмутимо попыхивая сигарой. Но Штрассмана этот отказ не смутил. Прежде чем Ган успел повторить, он изложил своему шефу краткое содержание наиболее важных положений новой статьи.

«Это поразило Гана, как удар молнии, – рассказывал потом Штрассман, он так и не докурил своей сигары. Положив ее, еще горящую, на письменный стол, он помчался вместе со мной вниз, в лабораторию».

Как видно из сказанного, нелегко было убедить Гана в том, что он, как и другие исследователи, шел ложным путем; но, осознав это однажды, он немедленно встал на другой путь и сделал все от него зависящее для выявления истины. Конечно, нелегко было признаться в ряде ошибок. Но именно этому признанию он был обязан величайшим успехом всей своей деятельности.

В ходе непрерывной работы круглыми сутками и даже неделями эксперименты мадам Жолио и Савича были полностью проверены с помощью наиболее точных методов радиационной химии. Выяснилось, что бомбардировка урана нейтронами действительно приводит к образованию вещества, которое, как установил парижский коллектив, очень напоминает лантан. Более точные анализы, проведенные Ганом и Штрассманом, дали, однако, химически неопровержимый, но физически необъяснимый результат: рассматривавшийся элемент в действительности оказался барием, который занимает место в середине таблицы и имеет вес, немного превышающий половину веса урана. Лишь позднее было установлено, что это, поначалу необъяснимое присутствие бария, объясняется «взрывом» ядра[11]11
  В связи с этим Ган собственноручно писал автору этой книги: «Парижане никогда не упоминали о барии, а говорили только о лантане. Они нашли, что их загадочное вещество, которому они сначала приписывали различные свойства, в весьма сильной степени напоминает лантан, причем до такой степени, что они могли отделить его от последнего только методом фракционной кристаллизации. Такова была решающая ошибка, помешавшая Жолио и Савичу разгадать способ расщепления атома». – Прим. авт.


[Закрыть].

То, что Ган и Штрассман выявили в ходе химических исследований, показалось им в то время настолько маловероятным, что они сделали следующие скептические наброски, ставшие впоследствии широко известными: «Мы приходим к такому заключению: наши «радиоактивные» изотопы обладают свойствами бария. Как химики мы должны подтвердить, что это новое вещество является не радием, а барием. Несомненно, что здесь нельзя предположить присутствия других элементов, кроме радия или бария… Как физики, знакомые со свойствами ядра, мы не можем, однако, решиться на такое утверждение, противоречащее предшествующему опыту ядерной физики».

Эти два немецких ученых-атомника понимали, что они сделали замечательное открытие, хотя его и нельзя было еще объяснить с точки зрения физических представлений. Все это происходило перед самыми рождественскими праздниками 1938 г., и Гану казалось важным опубликовать отчет о своей работе как можно скорее. Он предпринял необычный шаг. Позвонив доктору Паулю Розбауду, директору издательства «Шпрингер», своему личному другу, он попросил его найти место в очередном номере «Натурвиссеншафтен» для опубликования крайне срочной информации. Розбауд согласился и статья, датированная 22 декабря 1938 г., отправилась с гановского стола в почтовое путешествие. Впоследствии Ган рассказывал автору настоящей книги: «После того, как статья была отправлена по почте, все это снова показалось мне столь невероятным, что захотелось вернуть статью обратно из почтового ящика».

В обстановке таких колебаний и сомнений начался век расщепления атома.

В качестве демонстрации против расового законодательства «Третьего рейха», а также в качестве убедительного доказательства доверия, проверенного десятилетиями, Отто Ган немедленно направил полученные данные своей бывшей помощнице фрейлен Мейтнер, жившей на положении эмигрантки в Стокгольме. Письмо было послано прежде, чем кто-либо из сотрудников отдела, руководимого Ганом, в Институте кайзера Вильгельма услышал о новом и пока еще совершенно необъяснимом открытии. Ган с нетерпением и даже волнением ждал, что скажет его бывшая соратница по поводу этих поразительных новостей, противоречивших всему прежнему опыту работы. Она всегда была неумолимо жестоким критиком его трудов. Возможно, думал он, она просто разорвет в клочки его новейшие данные.

Лиза Мейтнер получила письмо Гана в маленьком городишке Кунглев возле Гетеборга. Она приехала в это приморское курортное местечко, почти безлюдное зимой, чтобы провести первое в изгнании рождество в маленькой семье владельца пансиона. Ее молодой племянник физик О. Р. Фриш, который сам с 1934 г. очутился в изгнании и работал в институте Нильса Бора в Копенгагене, был огорчен одиночеством тетки.

Он навестил ее и находился как раз там, когда в этот тихий маленький провинциальный городишко пришло письмо Гана. Сообщение сразу же сильно взволновало его тетку. Если радиохимические анализы, проведенные Ганом и Штрассманом, были точными (а фрейлен Мейтнер вряд ли могла сомневаться в этом, так как хорошо знала точность работы Гана), тогда некоторые представления ядерной физики, до этого считавшиеся неопровержимыми, оказывались неверными. Еще более ясно, чем Ган, она почувствовала, что неожиданно прояснилось нечто громадное.

Фрейлен Мейтнер вряд ли смогла бы долго ожидать возможности обсудить множество вопросов и предположений, теснившихся в его голове. На ее счастье племянник, считавшийся одним из ведущих светил в коллективе Бора, волею случая находился рядом с ней. Однако Фриш приехал в Кунглев вовсе не для того, чтобы толковать о высоких материях со своей теткой. Он прибыл на праздничные каникулы и поэтому пытался избежать научной беседы с Лизой Мейтнер. Он застегнул крепления на лыжах и, несомненно, вскоре оказался бы вне пределов досягаемости своей тетушки, если бы местность вокруг городка не была столь безнадежно плоской. Мейтнер неизменно оказывалась рядом с ним и безостановочно продолжала говорить в то время, как их лыжи скользили по снегу. В конце концов, воздействуя бомбардировкой слов, она пробила глухую стену его безразличия и возбудила цепную реакцию мыслей в его мозгу.

В этот вечер и в последующие дни в старомодной гостиной пансиона велись вдохновенные дебаты. Фриш описывал это в следующих словах: «Постепенно нам стало ясно, что разрушение ядра урана на две почти равные части… должно происходить совершенно определенным образом.

Картина такова… постепенная деформация исходного уранового ядра, его удлинение, образование сужения и, наконец, деление на две половины. Поразительное сходство этой картины с процессом деления, которым размножаются бактерии, послужило поводом к тому, что мы назвали это явление в своей первой публикации «ядерным делением».

Эта публикация, с некоторым трудом согласованная по междугородному телефону (профессор Мейтнер уехала в Стокгольм, а я возвратился в Копенгаген), в конце концов, появилась в «Нэйчур» в феврале 1939 г.

Наиболее поразительной особенностью нового вида ядерных реакций было выделение большой энергии… Исключительную важность приобрел вопрос о высвобождении нейтронов в ходе процесса, но этот вопрос я лично полностью прозевал». Фриш, видимо, испытывал некоторую неуверенность по поводу своего открытия. Он писал своей матери: «Ощущение такое, как будто я, пробираясь сквозь джунгли, поймал за хвост слона и теперь не знаю, что с ним делать».

Новость об открытии Гана сначала вызвала недоумение среди ученых-атомников. Когда Фриш по возвращении из Швеции рассказал в Копенгагене о работе Гана и о беседах со своей теткой, Бор, хлопнув себя по лбу, воскликнул: «Как мы могли не замечать этого так долго!»