Текст книги "Создание атомной бомбы"

6
Машины

После войны Кавендишская лаборатория процветала под руководством Резерфорда. Роберт Оппенгеймер так мучился там главным образом потому, что не был экспериментатором; для физиков-экспериментаторов Кавендиш был именно тем центром, который надеялся найти там Оппенгеймер. Ч. П. Сноу учился там немного позже, в начале 1930-х, и его восторженные впечатления выражает вымышленный молодой ученый, герой его первого романа «Поиски»[588]588
  Первой опубликованной книгой Сноу был детектив «Смерть под парусом» (Death under Sail, 1932), но его можно считать не романом, а повестью.


[Закрыть], опубликованного в 1934 году:

Вряд ли я когда-нибудь забуду эти собрания по средам в Кавендише. Для меня они были воплощением глубочайшей личной взволнованности наукой; в них была, если хотите, романтика, но не романтика частного научного открытия, которую я вскоре познал. Каждую среду я возвращался домой сырыми вечерами, когда восточный ветер с болот с воем проносился по старым улицам, и я шел, озаренный ощущением, что я их видел, слышал, был рядом с лидерами величайшего движения в мире[589]589
  Цит. по: Сноу Ч. П. Поиски / Пер. с англ. Б. Грибанова. М.: Прогресс, 1964. С. 89.


[Закрыть][590]590
  Snow (1958), p. 88.


[Закрыть].

Лаборатория, более чем когда-либо переполненная народом, начинала заметно ветшать. Марк Олифант вспоминает, что, впервые попав в холл, расположенный перед кабинетом Резерфорда, он заметил «не покрытые коврами дощатые полы, выцветший лак на сосновых дверях и пятна на оштукатуренных стенах, тускло освещенных световыми люками с грязным стеклом». Кроме того, Олифант зафиксировал облик Резерфорда в это время, в конце 1920-х, когда директор Кавендишской лаборатории был на середине шестого десятка: «Меня радушно встретил крупный, довольно румяный человек с редеющими светлыми волосами и большими усами. Он сильно напомнил мне заведующего сельской лавкой и почтовым отделением в маленькой деревне в холмах за Аделаидой, в которой я провел часть своего детства. В присутствии Резерфорда я сразу же почувствовал себя легко и уютно. Он говорил, слегка запинаясь, и время от времени подносил спичку к своей трубке, которая изрыгала дым и пепел не хуже вулкана»[591]591
  Oliphant (1972), p. 19.


[Закрыть].

Резерфорд по-прежнему совершал поразительные открытия при помощи простейшего оборудования. Самое важное из них, если не считать открытия ядра, обрело зримые формы в 1919 году, незадолго до его переезда из Манчестера в Кембридж: статью о нем он сдал в печать в апреле. Позже, уже в Кавендишской лаборатории, они с Джеймсом Чедвиком продолжили эту работу. Собственно говоря, в манчестерской статье 1919 года подводились итоги серии исследований, которыми Резерфорд занимался в редкие свободные минуты четырех военных лет, когда он практически в одиночку обеспечивал продолжение работы своей лаборатории и одновременно работал над системами обнаружения подводных лодок по заказу Адмиралтейства. Статья вышла в четырех частях. Первые три части подготавливали почву для четвертой, революционной части под названием «Аномальный эффект в азоте»[592]592
  Rutherford (1963), p. 585 и далее.


[Закрыть].

В 1915 году Эрнест Марсден, работа которого по изучению рассеяния альфа-частиц привела Резерфорда к открытию атомного ядра, обнаружил столь же плодотворную странность в процессе рутинных экспериментальных исследований в Манчестере. Марсден использовал альфа-частицы – ядра гелия, элемента с атомным весом 4, – вылетающие из маленькой стеклянной трубки с газообразным радоном, для бомбардировки атомов водорода. Для этого он закрепил трубку с радоном внутри герметичного латунного ящика, на одной из стенок которого был установлен сцинтилляционный экран из сульфида цинка, откачал из этого ящика воздух и заполнил его газообразным водородом. Альфа-частицы, испускаемые радоном, отскакивали от атомов водорода (с атомным весом около 1) как стеклянные шарики, передавая атомам водорода свою энергию, в результате чего некоторые из них начинали двигаться в сторону сцинтилляционного экрана. Затем Марсден измерил дальность их полета, вставляя перед экраном листы поглощающей металлической фольги до тех пор, пока сцинтилляция не прекращалась. Как и следовало ожидать, менее массивные атомы водорода разлетались в результате столкновений с более тяжелыми альфа-частицами дальше, чем сами альфа-частицы, – приблизительно в четыре раза дальше, уточняет Резерфорд, – так же, как это происходит с более и менее крупными стеклянными шариками.

Тут все было достаточно понятно. Но затем, рассказывает Резерфорд, Марсден заметил в процессе откачки воздуха из ящика, что сама стеклянная трубка с радоном, «служащая источником α-частиц, вызывает сцинтилляции, подобные тем, которые обусловлены водородом»[593]593
  Цит. по: Резерфорд Э. Столкновение α-частиц с легкими атомами. I. Водород // Избранные научные труды. Строение атома и искусственное превращение элементов. М.: Наука, 1972. С. 247.


[Закрыть]. Он попытался использовать трубку из кварца, затем никелевый диск, покрытый соединением радия, и обнаружил столь же яркие, водородоподобные вспышки. «Марсден пришел к выводу, что водород возникает из самого радиоактивного вещества»[594]594
  Там же. С. 248.


[Закрыть][595]595
  Ibid., p. 547.


[Закрыть]. Этот вывод, окажись он справедливым, был бы ошеломляющим – до сих пор из распадающихся радиоактивных атомов наблюдалось испускание только ядер гелия, бета-частиц (электронов) и гамма-лучей, – но он не был единственным возможным объяснением происходящего. И Резерфорд, который в конце концов открыл два из трех основных типов радиоактивного излучения и никогда не встречал среди них водорода, не был готов сразу, не глядя, согласиться с ним. В 1915 году Марсден вернулся в Новую Зеландию на преподавательскую работу; Резерфорд продолжил изучение этой странной аномалии. У него было вполне конкретное предположение относительно того, что именно он ищет. «Время от времени мне удается урвать свободные полдня, чтобы провести некоторые из моих собственных экспериментов, – писал он Бору 9 декабря 1917 года, – и я думаю, что получил результаты, которые в конце концов окажутся чрезвычайно важными. Мне очень хотелось бы обсудить все эти вещи вместе с вами здесь. Я обнаруживаю и подсчитываю легкие атомы, приводимые в движение α-частицами, и эти результаты, как мне кажется, проливают яркий свет на характер и распределение сил вблизи ядра. Я также пытаюсь этим же методом взломать атом»[596]596
  Цит. по: Бор Н. Указ. соч. С. 566.


[Закрыть][597]597
  Цит. по: Bohr (1963), p. 50.


[Закрыть].

Его установка была похожа на установку Марсдена: маленький латунный ящик с запорными кранами для ввода и вывода газов и сцинтилляционным экраном, установленным на одной из его стенок. В качестве источника альфа-частиц он использовал конический латунный диск, покрытый соединением радия:

Схема эксперимента Эрнеста Резерфорда: D – источник альфа-частиц, S – сцинтилляционный экран из сульфида цинка, M – микроскоп

Проще всего было объяснить аномальное появление атомов водорода у Марсдена загрязнением: водород – легкий, химически активный элемент, и небольшое его количество содержится в повсеместно присутствующем воздухе. Поэтому перед Резерфордом, по сути дела, стояла задача тщательного исключения. Ему нужно было последовательно выделять все возможные источники атомов водорода в ящике до тех пор, пока он не смог бы убедительно доказать их происхождение. Вначале он продемонстрировал, что они не могли возникать из одних только радиоактивных материалов. Он установил, что их масса и предполагаемая дальность были такими же, как и у атомов водорода, которые вылетали в эксперименте Марсдена в результате бомбардировки газообразного водорода альфа-частицами. Он ввел в откачанный латунный ящик обезвоженный кислород, затем – углекислый газ, и в обоих случаях обнаружил, что атомы водорода, вылетающие из радиоактивного источника, замедляются из-за соударений с атомами этих газов – число сцинтилляционных вспышек на экране уменьшалось.

Тогда он попробовал сухой воздух. Результат оказался неожиданным. Присутствие воздуха не уменьшило числа вспышек, как это было при использовании кислорода и углекислого газа, а увеличило – точнее говоря, удвоило его.

Яркость вновь обнаруженных сцинтилляционных вспышек «…глазу кажется примерно такой же, как яркость H-сцинтилляций»[598]598
  Здесь и далее цит. по: Резерфорд Э. Столкновение α-частиц с легкими атомами. IV. Аномальный эффект в азоте // Избранные научные труды. Строение атома и искусственное превращение элементов. М.: Наука, 1972. С. 286, 287, 290.


[Закрыть][599]599
  Rutherford (1963), p. 585.


[Закрыть], – осторожно отмечает Резерфорд около начала революционной части IV своей статьи. Он занялся этими вспышками. Если их вызывал водород, речь по-прежнему могла идти о загрязнении. Сперва он исключил эту возможность. Он показал, что водород, содержащийся в водяном паре (Н₂О), не мог быть их причиной: тщательное высушивание воздуха почти никак не влияло на число вспышек. Атомы водорода, подобно опасным микробам, могут скрываться в пыли: Резерфорд отфильтровал воздух, вводимый в ящик, пропуская его через последовательность длинных ватных пробок, но и это не привело к значительным изменениям.

Поскольку увеличение числа атомов водорода наблюдалось в воздухе, но отсутствовало в кислороде или углекислом газе, Резерфорд заключил, что аномальный эффект «…должен быть вызван азотом или другим газом, присутствующим в атмосферном воздухе»[600]600
  Ibid., p. 587.


[Закрыть]. А поскольку воздух на 78 % состоит из азота, наиболее вероятным кандидатом казался именно этот газ. Он проверил это предположение самым простым способом, сравнив число вспышек, получающееся в присутствии воздуха и чистого азота. Его гипотеза подтвердилась: «В чистом азоте число длиннопробежных сцинтилляций в тех же условиях превышало число сцинтилляций в воздухе». Резерфорд наконец установил, что атомы водорода действительно происходили из азота, а не только из радиоактивного источника. И тогда он сделал следующее потрясающее заявление, как обычно прикрыв его осторожным преуменьшением, характерным для британской науки: «На основе полученных результатов трудно удержаться от заключения, что длиннопробежные атомы, возникающие при столкновениях α-частиц с азотом, это не атомы азота, а, по-видимому, атомы водорода или атомы с массой 2. Если это действительно так, то мы должны сделать вывод, что атом азота распадается под действием громадных сил, развивающихся при близком столкновении с быстрой α-частицей»[601]601
  Ibid., p. 589.


[Закрыть]. Пресса вскоре перепечатала сообщение об этом открытии в более прямых выражениях. «Сэр Эрнест Резерфорд, – кричали газетные заголовки в 1919 году, – разделил атом».

На самом деле речь шла скорее о превращении, чем о делении, – впервые достигнутом искусственном преобразовании атома. Столкновение альфа-частицы, имеющей атомный вес 4, с атомом азота, имеющим атомный вес 14, приводит к выбиванию ядра водорода (которое Резерфорд вскоре предложил назвать протоном), в результате чего остается новый атом кислорода в виде изотопа ¹⁷О: 4 плюс 14 минус 1 дает 17. Полученного ¹⁷О вряд ли хватило бы для дыхания: лишь приблизительно одной альфа-частице из 300 000 удается преодолеть электрический барьер, окружающий ядро азота, и произвести это алхимическое превращение[602]602
  Rutherford (1965), p. 24.


[Закрыть].

Однако благодаря этому открытию появились новые возможности изучения ядра. До сих пор физики ограничивались измерением излучения, отражающегося от него или естественным образом испускаемого ядром при радиоактивном распаде. Теперь они получили возможность заглянуть и внутрь ядра. Вскоре Резерфорд и Чедвик стали перебирать другие легкие ядра, чтобы выяснить, можно ли вызвать и их распад. Оказалось, что для многих из них – бора, фтора, натрия, алюминия, фосфора – это вполне возможно. Однако дальнейшее продвижение по периодической системе натолкнулось на препятствие. Естественные радиоактивные источники, которые использовал Резерфорд, испускали сравнительно медленно движущиеся альфа-частицы, энергия которых была недостаточной для проникновения сквозь все более мощные электрические барьеры более тяжелых ядер. Чедвик и другие сотрудники Кавендишской лаборатории стали поговаривать об изобретении методов разгона частиц до более высоких скоростей. Резерфорд, презиравший сложное оборудование, был против. В любом случае ускорение частиц казалось делом сложным. Развитие новорожденной науки – ядерной физики – на некоторое время приостановилось.

Помимо резерфордовских «мальчиков» в Кавендишской лаборатории работало еще несколько независимых исследователей, наследников Дж. Дж. Томсона. Одним из них, занимавшимся другой, но родственной темой, был стройный, красивый, спортивный, состоятельный экспериментатор Фрэнсис Уильям Астон, сын дочери бирмингемского оружейника и торговца металлами из Харборна[603]603
  Харборн – пригород Бирмингема.


[Закрыть]. В детстве Астон делал из баллончиков для сифонов пироксилиновые бомбочки и запускал сделанные из папиросной бумаги монгольфьеры собственной конструкции. Став взрослым и оставшись на всю жизнь холостяком, он, унаследовав в 1908 году состояние отца, занимался горнолыжным спортом, создавал мотоциклы и участвовал в мотоциклетных гонках, играл на виолончели и совершал комфортабельные кругосветные путешествия. В 1909 году, когда ему было тридцать два года, он побывал в Гонолулу и научился там серфингу, который называл с тех пор лучшим из всех видов спорта[604]604
  Подробности биографии приведены по De Hevesy (1947).


[Закрыть]. Астон был одним из регулярных партнеров Резерфорда по воскресным играм в гольф на кембриджских холмах Гог-Магог. Именно он объявил в 1913 году на заседании Британской ассоциации о разделении неона на два изотопа методом кропотливой диффузии через трубочную глину.

По образованию Астон был химиком; в физику его привлекло известие об открытии рентгеновских лучей. Дж. Дж. Томсон привел его в Кавендишскую лабораторию в 1910 году, потому что Томсону казалось, что он смог разделить неон на два компонента в анодно-лучевой разрядной трубке, а Астон взял на себя трудоемкую работу по доказательству различий между этими компонентами методом газовой диффузии. Томсон выяснил, что пучки атомов разных типов можно разделить, если воздействовать на разрядную трубку параллельными магнитным и электростатическим полями. Пучки, которые он получал в своих трубках, не были катодными лучами; он работал теперь с «лучами», которые отталкивались от противоположного электрода, от положительно заряженного анода. Эти лучи были пучками атомных ядер, то есть атомов, лишенных электронов – ионизированных. Их можно было получить из газа, закачанного в трубку. Другой метод предполагал покрытие самого анода твердым материалом: в таком случае ионизированные атомы материала вылетали из этого слоя при откачке трубки и подаче напряжения на анод.

Пучок, состоящий из смеси ядер, изгибается в магнитном поле, разделяясь на несколько отдельных пучков ядер разной скорости, по которой можно определить их массу. Электростатическое поле по-разному изгибает такие пучки в зависимости от электрического заряда ядер, что позволяет измерить их атомный номер[605]605
  На самом деле отклонение как в электрическом, так и в магнитном полях позволяет определить лишь отношение заряда иона к его массе. Однако заряд иона вычислить проще, так как он кратен заряду электрона. В остальном все верно: электрическое поле может использоваться для более сильного отклонения ионов с целью грубого разделения по зарядам; затем для более тонкого разделения по массам используется магнитное поле. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]. «Таким образом, – пишет Дьёрдь де Хевеши, – было доказано присутствие в разрядной трубке широкого спектра разных атомов и групп атомов»[606]606
  Ibid., p. 637.


[Закрыть].

Работая во время войны в Королевском авиаконструкторском институте в Фарнборо, к юго-востоку от Лондона, где он разрабатывал более прочные лаки и ткани для самолетных корпусов, Астон напряженно размышлял о разрядных трубках Томсона. Он хотел получить неоспоримое доказательство существования изотопов неона – Дж. Дж. все еще не был в нем убежден – и предвидел возможность сортировки изотопов и других элементов. Он считал, что решение этой задачи даст анодно-лучевая трубка, но она годилась только для общих наблюдений; ее измерительная точность была безнадежно низкой.

К моменту возвращения Астона в Кембридж в 1918 году он нашел теоретическое решение своей задачи; теперь он приступил к созданию того прецизионного прибора, который он задумал[607]607
  Ср. Aston (1927, 1933).


[Закрыть]. В нем газ или покрытие заряжались до тех пор, пока их материал не ионизировался до разделения на составляющие его электроны и ядра, после чего ядра вылетали через щель, формировавшую тонкий плоский пучок, похожий на пучок света, суженный щелью спектрографа. После этого пучок проходил через сильное электростатическое поле, и разные ядра распределялись по разным пучкам. Далее разделенные пучки направлялись сквозь магнитное поле; оно распределяло ядра по массе, формируя отдельные пучки разных изотопов. Наконец разделенные таким образом пучки попадали в кассету фотокамеры, и их точное расположение отмечалось на калиброванной фотопленке. Степень разделения пучков магнитным полем – и положение полосок засветки, которые они оставляли на пленке – точно соответствовала массам образующих их ядер.

Астон назвал свой вновь изобретенный прибор масс-спектрографом, так как он позволял распределять элементы и их изотопы по массе практически так же, как спектрограф оптический распределяет свет в зависимости от его частоты. Масс-спектрограф немедленно стал пользоваться громким успехом. «В письмах ко мне в январе и феврале 1920 года, – говорит Бор, – Резерфорд выражал свое удовлетворение работами Астона, в особенности открытием изотопов хлора, которые так наглядно демонстрировали статистический характер отклонений химических атомных весов от целочисленных значений. Он не без юмора комментировал также оживленные дискуссии в Кавендишской лаборатории, посвященные относительным достоинствам различных моделей атома, которые появлялись в связи с открытием Астона»[608]608
  Цит. по: Бор Н. Воспоминания об основоположнике науки о ядре. С. 567.


[Закрыть][609]609
  Bohr (1963), p. 52.


[Закрыть]. В течение следующих двух десятилетий Астон идентифицировал 212 из 281 встречающихся в природе изотопов. Он обнаружил, что атомные веса всех измеренных им элементов (за одним лишь заметным исключением – водорода) очень близки к целым числам, что было сильным аргументом в пользу теории, утверждавшей, что природные элементы попросту состоят из наборов протонов и электронов, то есть атомов водорода. Химики не получали целочисленных атомных весов природных элементов, потому что они часто представляют собой смеси изотопов с разными атомными весами. Например, как Астон отмечал впоследствии в своих лекциях, он доказал, «что неон несомненно состоит из изотопов 20 и 22, и то, что его атомный вес равен 20,2, связано с тем, что изотопы эти присутствуют в нем в пропорции около 9 к 1»[610]610
  Aston (1938), p. 105.


[Закрыть]. Это удовлетворило даже Дж. Дж. Томсона.

Но почему же водород был исключением из этого правила? Если элементы состоят из атомов водорода, почему сам атом водорода, их основной конструктивный элемент, причем только он один, весит 1,008 единицы? Почему вес четырех таких атомов, образующих гелий, уменьшается до 4? Почему он не равен 4,032? И почему вес гелия равен не точно 4, а 4,002, а кислорода – не точно 16, а 15,994? Что означают эти чрезвычайно малые и неодинаковые отклонения от целых чисел?

Атомы не распадаются, рассуждал Астон. Их скрепляет нечто чрезвычайно сильное. Этот скрепляющий фактор характеризуется энергией связи. Для создания связи атомы водорода, объединенные в ядро какого-либо элемента, жертвуют частью своей массы. Именно этот дефект массы и обнаружил Астон, сравнивая атом водорода с атомами других элементов с точки зрения выполнения целочисленного правила. Кроме того, утверждал он, ядра бывают более или менее плотно упакованы. В зависимости от плотности их упаковки им требуется большая или меньшая энергия связи, что, в свою очередь, требует большего или меньшего расхода массы – отсюда и берутся небольшие вариации. Разницу между измеренной массой и целочисленным значением он выразил в виде дроби, которую назвал упаковочным коэффициентом; грубо говоря, этот коэффициент равен отношению величины отклонения массы элемента от целого числа к самому этому целому числу. «Высокий упаковочный коэффициент, – предположил Астон, – соответствует неплотной упаковке и, следовательно, низкой устойчивости; низкий коэффициент указывает на обратную ситуацию»[611]611
  Aston (1927), p. 958.


[Закрыть]. Он построил график упаковочных коэффициентов и показал, что элементы, находящиеся в широкой центральной области периодической системы, например никель, железо, олово, обладают самыми низкими коэффициентами и, следовательно, самой высокой устойчивостью, а элементы, расположенные по краям таблицы, – как самые легкие, например водород, так и самые тяжелые, например уран, – имеют высокие упаковочные коэффициенты и, таким образом, являются самыми нестабильными. Внутри всех элементов, утверждал он, но особенно в элементах с высоким упаковочным коэффициентом, заключена масса, которую можно преобразовать в энергию[612]612
  Точнее, энергию покоя преобразовать в кинетическую энергию движения ядер. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]. Если сравнить гелий с водородом, получится, что у гелия не хватает почти 1 % массы (отношение 4 к 4,032 равно 0,992, то есть 99,2 %). «Если бы мы могли преобразовать [водород] в [гелий], почти 1 % его массы аннигилировал[613]613
  В современном употреблении этот термин используется только для процессов, связанных со встречей вещества с антивеществом. – Прим. науч. ред.


[Закрыть] бы. Учитывая уже доказанную на опыте релятивистскую эквивалентность массы и энергии [Астон имеет в виду знаменитую формулу Эйнштейна E = mc²], количество высвобожденной энергии было бы огромным. Так, превращение в гелий водорода, содержащегося в стакане воды, дало бы достаточно энергии для перехода лайнера “Куин Мэри” через Атлантику и обратно на полной скорости»[614]614
  Aston (1938), p. 106.


[Закрыть].

Далее в своей лекции, прочитанной в 1936 году, Астон рассуждает о возможных социальных последствиях высвобождения такой энергии. Вооружившись необходимыми знаниями, говорит он, «химики-ядерщики, я уверен, смогут синтезировать элементы точно так же, как обычные химики синтезируют химические соединения, и можно не сомневаться, что в некоторых из таких реакций будет происходить высвобождение субатомной энергии». И продолжает:

Некоторые среди нас говорят, что такие исследования должны быть запрещены законом, утверждая, что разрушительная сила человека и без того уже достаточно велика. Наверное, так же самые старые и обезьяноподобные из наших доисторических предков возражали против новинок вроде приготовленной на огне пищи и указывали на ужасные опасности, связанные с только что изобретенным использованием огня. Я лично думаю, что субатомная энергия несомненно окружает нас повсюду, и однажды человек научится извлекать и контролировать ее почти неограниченную мощь. Мы не можем помешать ему в этом, и нам остается лишь надеяться, что люди будут использовать ее не только для уничтожения друг друга[615]615
  Ibid., p. 113, 114.


[Закрыть].

Масс-спектрограф, который Фрэнсис Астон изобрел в 1919 году, не мог высвободить энергию связи атома. Но он позволил определить эту энергию связи и выявить группу элементов, сравнительная нестабильность которых предполагала, что при наличии соответствующих методов именно из них эта энергия может быть получена с наибольшей вероятностью. В 1922 году работа Астона была удостоена Нобелевской премии по химии. Получив премию вместе с Нильсом Бором – «с тех пор Стокгольм навсегда стал городом нашей мечты»[616]616
  Цит. по: De Hevesy (1947), p. 645.


[Закрыть], – вспоминает его сестра, ездившая на церемонию вместе с ним, – Астон вернулся в Кавендишскую лабораторию и продолжал создавать все более крупные и точные масс-спектрографы. Как правило, он работал с ними по ночам, потому что, как говорит его сестра, его «особенно раздражал всевозможный человеческий шум», вплоть до голосов, приглушенно доносившихся сквозь стены лаборатории. «Он очень любил животных, особенно кошек и котят, и готов был приложить любые усилия, чтобы с ними познакомиться, но не любил громко лающих собак»[617]617
  Цит. по: Ibid., p. 644.


[Закрыть]. Хотя Астон с огромным уважением относился к Эрнесту Резерфорду, громоподобный голос директора Кавендишской лаборатории должен был причинять ему постоянные страдания.

В деле ускорения частиц лидировали Соединенные Штаты. Традиции американской механики, обеспечившие развитие промышленного производства и разнообразившие военные арсеналы, добрались и до научных лабораторий. В 1914 году, во время обсуждения проекта бюджетных ассигнований, один из конгрессменов спрашивал эксперта: «Что такое физик? На заседании палаты меня спросили, какой смысл в профессии физика, и я не смог ответить на этот вопрос»[618]618
  Цит. по: Kevles (1977), p. 96. Данные по численности американских физиков приведены там же и далее.


[Закрыть]. Но война ясно показала, что такое физик, выявила значение науки для развития технологий, особенно технологий военных, и это немедленно обеспечило науке поддержку как со стороны государства, так и со стороны частных фондов. За двенадцать лет между 1920 и 1932 годами среди американцев появилось больше физиков, чем за предыдущие шестьдесят лет. Они получали лучшее образование, чем их предшественники; по меньшей мере пятьдесят американских физиков учились в Европе благодаря финансированию Национального совета по научным исследованиям или Международного совета по образованию или вновь учрежденным стипендиям Гуггенхайма. К 1932 году в Соединенных Штатах насчитывалось 2500 физиков, в три раза больше, чем в 1919 году. До 1920-х годов журнал Physical Review, бывший для американских физиков тем же, чем был для немцев Zeitschrift für Physik, считался в Европе изданием отсталым, которое никто не воспринимает всерьез. За следующее десятилетие толщина этого журнала увеличилась более чем вдвое, начиная с 1929 года он стал выходить раз в две недели, и у него появились читатели в Кембридже, Копенгагене, Гёттингене и Берлине, спешившие просмотреть свежий номер, как только он появлялся.

Психометристы[619]619
  Например, Eiduson (1962), Goodrich et al. (195 1), Roe (1952) и Terman (1955).


[Закрыть] настойчиво расспрашивали американских ученых этого, первого современного, поколения, пытаясь выяснить, что́ это были за люди – точнее, мужчины, так как женщин среди них было очень мало, – и откуда они взялись. В одном из таких исследований выяснилось, что больше всего ученых производили мелкие общеобразовательные университеты Среднего Запада и Тихоокеанского побережья (в то время как Новая Англия удерживала первенство по производству юристов). Согласно полученным данным, половина физиков-экспериментаторов и целых 84 % теоретиков были сыновьями образованных специалистов, в основном инженеров, врачей и преподавателей, хотя некоторые из экспериментаторов были сыновьями фермеров. Ни у кого из шестидесяти четырех ученых, в том числе двадцати двух физиков, охваченных крупнейшим из таких исследований, отец не был чернорабочим, и лишь немногие из отцов физиков были бизнесменами. Почти все физики были либо первенцами, либо старшими сыновьями в семье. Среднее значение коэффициента вербального интеллекта (verbal IQ) у физиков-теоретиков было самым высоким среди всех рассмотренных ученых: оно составляло около 170, что было почти на 20 % выше, чем у экспериментаторов. У теоретиков же оказался и самый высокий коэффициент пространственного интеллекта (spatial IQ), а экспериментаторы заняли по нему второе место[620]620
  Ср. Roe (1952), p. 24.


[Закрыть].

Этот обзор биографических данных шестидесяти четырех человек, в том числе двадцати двух физиков, выбранных из числа «самых выдающихся ученых Соединенных Штатов», позволил получить следующий составной портрет американского ученого в полном расцвете сил:

С большой вероятностью был болезненным ребенком или потерял в раннем возрасте одного из родителей. Обладает чрезвычайно высоким IQ и много читает, начиная с самого детства. Часто чувствовал себя одиноким и «не таким, как все», был застенчив и чуждался одноклассников. Лишь умеренно интересовался девочками и начал встречаться с ними только в университете. Поздно женился… имеет двоих детей и находит в семейной жизни надежное убежище; устойчивость его брака выше средней. Выбрал профессию ученого только на третьем или четвертом курсе университета. На его выбор (почти во всех случаях) повлияла студенческая работа, в которой у него была возможность провести свои собственные исследования, выяснить нечто самостоятельно. Открыв для себя прелести такой работы, он больше уже не думал ни о чем другом. Полностью удовлетворен выбранной профессиональной стезей… Много и интенсивно работает в своей лаборатории, зачастую без выходных. Говорит, что вся его жизнь в работе, имеет мало других развлечений… Кинофильмы кажутся ему скучными. Избегает светских мероприятий и политической деятельности; религия не играет никакой роли ни в его жизни, ни в его мышлении. По-видимому, научные исследования удовлетворяют внутренние потребности его личности лучше, чем любые другие интересы или занятия[621]621
  Ibid., p. 22.


[Закрыть].

Это описание явно близко к портрету Роберта Оппенгеймера. Члены охваченной этим исследованием группы, как и сообщества американских физиков того времени в целом, происходили преимущественно из протестантских семей; непропорционально малое меньшинство составляли евреи, а католиков не было вовсе.

В психологическом исследовании ученых в Беркли с использованием теста Роршаха и теста тематической апперцепции, а также собеседований было сорок участников, шестеро из которых были физиками, а еще семеро – химиками[622]622
  Eiduson (1962).


[Закрыть]. Исследование выяснило, что ученые обдумывают свои задачи во многом так же, как художники. Ученые и художники оказались менее схожими по личностным характеристикам, чем по особенностям мышления, но обе эти группы обнаружили сходные отличия от бизнесменов. Резкое и важное отличие состояло в том, что, по словам почти половины ученых, охваченных этим исследованием, в детстве они росли без отца, «так как их отцы рано умерли, работали далеко от дома или держались настолько отчужденно и холодно, что дети их практически не знали»[623]623
  Ibid., p. 65.


[Закрыть]. Те из ученых, которые росли при живых отцах, описывали их словами «жесткий, строгий, отчужденный и эмоционально замкнутый»[624]624
  Ibid., p. 22.


[Закрыть]. Художники из ранее изученной группы также росли без отцов, в группе бизнесменов такого не наблюдалось.

Зачастую лишенных отца, «стеснительных, одиноких, – пишет психометрист Льюис М. Терман, – отстающих в социальном развитии, не интересующихся близкими личными отношениями, групповой деятельностью или политикой»[625]625
  Terman (1955), p. 29.


[Закрыть], этих чрезвычайно одаренных умственно молодых людей приводило в науку открытие более личное, нежели просто удовольствие от независимых исследований, о котором они регулярно рассказывали. Обычно такими исследованиями по-отечески руководил преподаватель естественных наук[626]626
  Ср. Goodrich et al. (1951), p. 17.


[Закрыть]. Среди качеств, которыми такой наставник производил впечатление на своих учеников, они ставили на первое место не педагогические таланты, а «мастерство, доброту и профессиональное достоинство»[627]627
  Ibid.


[Закрыть]. Одно из исследований двухсот таких наставников приходит к следующему выводу: «По-видимому, успешность таких учителей основывается в основном на их способности взять на себя роль отца своих учеников»[628]628
  Ibid.


[Закрыть]. Лишенный отца молодой человек находит суррогатного отца, обладающего талантом, добротой и чувством собственного достоинства, отождествляет себя с ним и начинает подражать ему. На более поздней стадии этого процесса независимый ученый сам стремится к тому, чтобы стать наставником сравнимого масштаба.

Человек, которому суждено было стать основателем американской физики больших машин, приехал в Беркли в 1928 году, за год до Оппенгеймера. Эрнест Орландо Лоуренс[629]629
  Подробности биографии приведены по Alvarez (1970), Childs (1968) и Davis (1968).


[Закрыть] был на три года старше молодого теоретика и во многих отношениях являлся его противоположностью, представляя противоположный край составного спектра американских типов. И он, и Оппенгеймер были высокими и голубоглазыми, оба ставили перед собой высокие цели. Но Эрнест Лоуренс был экспериментатором родом из раскиданных в прериях мелких городишек Южной Дакоты. Он был потомком норвежских эмигрантов, сыном школьного инспектора и председателя учительской коллегии. Все свое образование вплоть до докторской степени он получил в Соединенных Штатах – в университетах Южной Дакоты, Миннесоты, Чикаго и, наконец, в Йеле. По словам одного из его учеников, будущего нобелевского лауреата Луиса У. Альвареса, он отличался «почти что отвращением к математической мысли»[630]630
  Alvarez (1970), p. 253.


[Закрыть]. Он обладал ребячливым, общительным характером, никогда не употреблял крепких ругательств и научился чувствовать себя в своей тарелке среди столпов общества, бывших завсегдатаями элитарного калифорнийского клуба в Богемской роще. К тому же он был успешным торговцем, сумевшим оплатить обучение в университете за счет продажи алюминиевой посуды по окрестным фермам, и обладал талантом к изобретению замысловатых механизмов. Лоуренс приехал в Беркли из Йеля вместе с родителями и младшим братом на автомобиле Reo Flying Cloud и поселился в преподавательском клубе. Одержимый навязчивым стремлением к величию – как своему, так и физики, – он работал с раннего утра до поздней ночи.