Текст книги "Создание атомной бомбы"

Даже самое важное открытие не могло помешать Ферми пойти домой обедать. Обедал он в одиночку: жена и дочь должны были вернуться из загородной поездки только на следующее утро. Размышляя в одиночестве, он, возможно, обдумывал разницу между деревянными и мраморными столами, а также между парафином и свинцом. Вернувшись на работу после обеда, он предложил разгадку: нейтроны сталкиваются с атомами водорода, содержащимися в парафине и древесине. Это их замедляет. До сих пор все предполагали, что быстрые нейтроны обеспечивают более высокую эффективность бомбардировки, потому что именно так всегда обстояло дело с протонами и альфа-частицами. Но эта аналогия не учитывала главного отличия нейтрона от этих частиц – его нейтральности. Заряженной частице требуется энергия для преодоления электрического барьера ядра. Нейтрону ее не требуется. Замедление нейтрона позволяет ему оставаться вблизи ядра в течение более долгого времени, а это увеличивает период, в течение которого он может быть захвачен.

Теорию Ферми было легко проверить на каких-нибудь материалах, отличных от парафина, но тоже содержащих водород (другие легкие ядра также замедляют нейтроны, но водород делает это лучше всех остальных: его ядро представляет собой протон, имеющий приблизительно те же размеры и массу, что и нейтрон, что обеспечивает наиболее жесткие столкновения с поглощением наибольшего количества энергии). Взяв свой серебряный цилиндр и нейтронный источник в длинной стеклянной трубке, они спустились на первый этаж и вышли через заднюю дверь к пруду в саду Корбино, в котором Разетти пытался разводить саламандр и все они запускали однажды летом вошедшие в Риме в моду игрушечные кораблики, приводимые в движение горящей свечкой. В пруду, в тени темных, искривленных листьев и серых кожистых плодов миндального дерева, резвились золотые рыбки.

Водород, содержащийся в воде (и в рыбках), работал не хуже парафина[966]966
  Ср. СФ 105b, Fermi (1962), p. 761 и далее.


[Закрыть]. Вернувшись в лабораторию, они быстро попробовали облучать все, что попадалось им под руку, – кремний, цинк, фосфор, на которые медленные нейтроны, по-видимому, не действовали; медь, йод, алюминий, в которых радиоактивность возникала. Чтобы убедиться в том, что парафин воздействует на нейтроны, но не на гамма-лучи, они проверили облучение радоном без бериллия. Заменив парафин кислородсодержащим соединением, они обнаружили значительно меньшее увеличение наведенной радиоактивности.

Все разошлись на ужин, но потом собрались в доме Амальди, у жены которого была пишущая машинка, чтобы составить первый отчет. «Я писал под диктовку Ферми, стоявшего рядом со мной, – вспоминает Сегре, – Разетти, Амальди и Понтекорво возбужденно ходили по комнате и говорили все сразу»[967]967
  Цит. с уточнениями по: Сегре Э. Указ. соч. С. 111.


[Закрыть][968]968
  Segrè (1970), p. 81.


[Закрыть]. Вот как воссоздает эту сцену Лаура Ферми: «Все они так громко выкрикивали свои предложения, так ожесточенно спорили о том, что сказать и как сказать, с таким шумом носились взад и вперед по комнате и оставили дом Амальди в таком состоянии, что служанка Амальди робко спросила, не перепились ли все гости»[969]969
  L. Fermi (1954), p. 100.


[Закрыть].

На следующее утро Джинестра Амальди отнесла перепечатанную статью под названием «Влияние водородсодержащих веществ на радиоактивность, наведенную нейтронами. I»[970]970
  СФ 105b, Fermi (1962)


[Закрыть] директору журнала Ricerca Scientifica. Среди ее исторических абзацев было и сдержанное разъяснение путаницы вокруг алюминия: «Заслуживает упоминания опыт с алюминием. В воде он приобретает активность (с периодом немного менее трех минут)… При нормальных условиях эта активность столь слаба, что почти незаметна по сравнению с другими активностями, возникающими в этом же элементе»[971]971
  Цит. по: Ферми Э. Влияние водородсодержащих веществ на радиоактивность, наведенную нейтронами. I // Научные труды: В 2 т. / Под общей редакцией Бруно Понтекорво. I. 1921–1938, Италия. М.: Наука, 1971. С. 639, 640. (Эта же цитата приведена в русском издании книги Сегре.) – Прим. ред.


[Закрыть][972]972
  Ibid., p. 761.


[Закрыть].

Амальди и Сегре не ошибались насчет алюминия. Они просто облучали разные образцы этого элемента на разных столах. Водород, содержащийся в деревянном столе, замедлял некоторые из нейтронов и усиливал активность с периодом около трех минут. Как остроумно отметил однажды Ханс Бете, эффективность медленных нейтронов «возможно, так и не была бы открыта, если бы Италия не была столь богата мрамором… На мраморном столе получались не такие результаты, как на деревянном. Если бы дело происходило [в Америке], все столы были бы деревянными, и этого открытия так и не случилось бы»[973]973
  Hans Bethe OHI, AIP, p. 30.


[Закрыть].

Открытие радиоактивности, наведенной медленными нейтронами, означало, что группе Ферми теперь нужно было снова исследовать все элементы по очереди в поисках новых, более точно определенных периодов полураспада – то есть разных изотопов и продуктов распада.

Пока шла эта работа, в Physical Review появилась статья[974]974
  A. von Grosse, Phys. Rev. 46:241 (1934).


[Закрыть] с критикой проведенного ранее группой исследования урана. Основным автором этой статьи был Аристид фон Гроссе, бывший до этого одним из ассистентов Отто Гана в Институтах кайзера Вильгельма: он первым очистил существенное количество протактиния, элемента, который Ган и Мейтнер открыли в 1917 году. Фон Гроссе утверждал, что, когда Ферми облучал уран, он получал протактиний с атомным номером 91, а не новый трансурановый элемент. Римская группа увидела в этой статье призыв к дальнейшим экспериментам. В то же самое время Ган и Мейтнер, чувствуя, что их касается все, что может быть связано с протактинием, решили повторить работу Ферми. «Это решение было логичным, – объясняет Ган в научной автобиографии, – потому что мы, первооткрыватели протактиния, хорошо знали его химические характеристики»[975]975
  Hahn (1966), p. 141.


[Закрыть]. Все возрастающее число разных величин периода полураспада, которое находили исследователи в Берлине и Париже, озадачивало; Ган справедливо считал, что он лучше, чем кто бы то ни было во всем мире, подходит для завершения тонкой радиохимической работы, необходимой для разрешения этой путаницы.

В январе и феврале 1935 года Амальди, занимавшийся в это время и другой работой, взялся за поиски в уране реакций с испусканием альфа-частиц в дополнение к реакциям с бета-излучением, которые их группа нашла изначально. Если бы уран при захвате нейтронов испускал альфа-частицы, то он мог бы перемещаться вниз, а не вверх по периодической системе, и это действительно могло бы привести к образованию протактиния. Амальди решил использовать для обнаружения и измерения этого излучения ионизационную камеру, соединенную с линейным усилителем. «Я начал облучать образцы урановой фольги, – пишет он, – и помещать их сразу после облучения перед ионизационной камерой с тонким окошком»[976]976
  Amaldi (1977), p. 317.


[Закрыть]. Ничего не происходило. Можно было предположить, что период полураспада слишком короток по сравнению со временем забега по коридору от места облучения до ионизационной камеры. Амальди решил попробовать облучать образцы прямо перед камерой. Для этого нужно было закрыть камеру от постороннего излучения. Он обеспечил защиту от гамма-лучей, поступающих от нейтронного источника, которые вносили бы возмущения в работу ионизационной камеры, поместив между источником и камерой кусок свинца: свинец не мог задержать нужные ему нейтроны.

Кроме того, он хотел отфильтровать естественный фон альфа-излучения урана. Для этого он воспользовался тем основополагающим свойством радиоактивности, что короткие периоды полураспада соответствуют более высокой энергии излучения. Период полураспада природного урана равен 4,5 миллиарда лет; соответственно, вылетающие из него альфа-частицы обладают настолько низкой энергией, что их может остановить лист алюминиевой фольги. С другой стороны, если бы в этом эксперименте действительно возникала активность с таким коротким периодом полураспада, что зарегистрировать ее можно было, только если производить облучение прямо перед ионизационной камерой, то альфа-частицы такого излучения должны были обладать достаточной энергией, чтобы пройти сквозь алюминий и окошко камеры и попасть внутрь камеры, которая их и зарегистрировала бы. Поэтому Амальди обернул образцы урана алюминиевой фольгой. Ему не пришло в голову, что такая защита может остановить другие продукты реакции. В 1935 году никакие другие продукты реакции, кроме альфа-, бета– и гамма-излучения, еще не были известны. «Эксперименты, – заключает Амальди, – дали отрицательные результаты»[977]977
  Ibid.


[Закрыть]. Он не обнаружил в уране искусственно наведенной альфа-активности.

Тогда итальянцы сочли вероятность того, что при облучении урана создаются новые, искусственные элементы, еще большей. Ган и Мейтнер сообщили, что думают так же. Группа Ферми подвела итоги своей работы в статье, отправленной в Proceedings of the Royal Society, которую Резерфорд одобрил к печати в этом журнале 15 февраля:

Эти эксперименты, по-видимому, дают дополнительное подтверждение нашей гипотезе, что 13-минутная и 100-минутная наведенные активности связаны с трансурановыми элементами. Простейшая интерпретация результатов, согласующаяся с известными фактами, состоит в предположении о том, что источники 15-секундной, 13-минутной и 100-минутной активностей суть цепные продукты [т. е. элементы, последовательно распадающиеся друг в друга], вероятно имеющие атомные номера соответственно 92, 93 и 94 и атомный вес 239[978]978
  СФ 107, Fermi (1962), p. 791.


[Закрыть].

Но на самом деле уран оставался загадкой, в которой пока что никто ничего не понимал.

«Что кроме бериллия?» – спрашивал себя в Лондоне Лео Сцилард. Бериллий выглядел подозрительно. Какие еще элементы могут давать цепную реакцию? Он ответил на этот вопрос в дополненной патентной заявке от 9 апреля 1935 года: «Другие примеры элементов, из которых нейтроны могут высвобождать множественные нейтроны, дают уран и бром»[979]979
  Szilard (1972), p. 646.


[Закрыть]. Он строил догадки и, не имея средств на исследования, не видел, как провести необходимые эксперименты. Физики, с которыми он говорил, по-прежнему относились к его идеям глубоко скептически. «Тогда я подумал, что, в конце концов, в химии тоже есть “цепные реакции”. Химическая цепная реакция не похожа на ядерную, но это все-таки цепная реакция. Поэтому я решил поговорить с химиком»[980]980
  Weart and Szilard (1978), p. 18.


[Закрыть]. Химиком, с которым он решил поговорить, был человек, еще более искусный по части сбора средств, чем сам Лео Сцилард, – это был Хаим Вейцман, который теперь жил и работал в Лондоне. Вейцман принял Сциларда и «понял, о чем я говорил». Он спросил Сциларда, сколько денег тому нужно. Сцилард сказал, что потребуется 2000 фунтов – приблизительно 10 000 долларов. Хотя Вейцман и сам, несомненно, нуждался в финансировании, он обещал посмотреть, чем он может помочь. Как вспоминает Сцилард:

Я ничего не слышал от него в течение нескольких недель, а потом случайно встретил Майкла Полани, который приехал к тому времени в Манчестер и возглавил там химический факультет. Полани рассказал, что Вейцман приходил к нему советоваться насчет моих идей о возможности цепной реакции и спрашивал, следует ли, по мнению Полани, доставать для меня деньги. Полани считал, что такой эксперимент нужно поставить[981]981
  Ibid., p. 19.


[Закрыть].

В следующий раз Сцилард с Вейцманом встретились лишь десятилетие спустя, и это десятилетие вместило в себя важнейшие исторические события. В конце 1945 года Вейцман, извиняясь, объяснял, что не пренебрег просьбой Сциларда: он попросту не смог найти для него финансирования.

С самого начала своей благотворительной деятельности в Англии Сцилард время от времени имел дело с Фредериком Александром Линдеманом[982]982
  См. в особенности Mendelssohn (1973), p. 168 и далее.


[Закрыть], физиком, который был профессором экспериментальной философии и директором Кларендонской лаборатории в Оксфорде. Именно Линдеман, у которого были и деньги, и хорошие связи, предложил Сциларду работу в рамках своей непрерывной кампании по вооружению захудалой оксфордской естественно-научной лаборатории против ее блистательного кембриджского конкурента. Изгнание еврейских ученых из нацистской Германии оказалось Линдеману очень на руку, но его действия приносили не меньше пользы и самим ученым: как только он услышал о введении закона о чиновничестве, он убедил директоров компании Imperial Chemical Industries (ICI) учредить программу грантов, утверждая, что вложения в такую программу следует считать не благотворительным пожертвованием, а выгодной инвестицией. 1 мая 1933 года, когда Сцилард с Бевериджем только планировали свою деятельность, ICI уже начала выплачивать первую стипендию. В следующем августе Сцилард не сумел получить стипендию ICI, возможно, потому что тогда он еще не завершил свои блестящие эксперименты в больнице Св. Варфоломея, но теперь Линдеман обратил на него внимание.

Этот высокий, красивый англичанин, которому в 1935 году было сорок девять лет, родился в немецком Баден-Бадене, поскольку его мать не считала, что поздняя стадия беременности может помешать ей поехать на модный курорт. Стремясь дать сыну превосходное образование, родители, англичане, отправили его в гимназию в Дармштадт. Перед Первой мировой войной он был студентом в дармштадтской Высшей технической школе, где учился у физикохимика Вальтера Нернста (нобелевского лауреата 1920 года), причем семейные связи позволяли ему время от времени играть в теннис с кайзером или русским царем. Война, разумеется, выставила такую счастливую юность в подозрительном свете. В 1915 году, к огорчению и гневу Линдемана, выяснилось, что британская армия не желает видеть в числе своих офицеров человека с германским свидетельством о рождении и фамилией, похожей на немецкую.

Отказ в приеме на военную службу глубоко его ранил и, возможно, изменил всю его жизнь. В 1911 году он был одним из секретарей Сольвеевского конгресса и гордо красовался там рядом с Нернстом, Резерфордом, Планком, Эйнштейном и Марией Кюри; однако еще до этого юношеского апофеоза Нернст предсказал, что его карьера будет трудной. «Если бы ваш отец не был так богат, – сказал прямолинейный немец, – вы могли бы стать великим физиком»[983]983
  Цит. по: Ibid., p. 168.


[Закрыть]. Когда армия усомнилась в патриотизме Линдемана, пишет один из его коллег-беженцев, «он замкнулся в себе, чтобы защититься от пренебрежения и оскорблений. Скрытность в личной жизни приобрела у него маниакальные масштабы; он отвергал любое сближение с другими людьми с отстраненностью, которую легко было принять за высокомерие»[984]984
  Ibid., p. 169.


[Закрыть]. Линдеман отошел от своей прежней работы и стал способным администратором, «Профессором», «несгибаемым викторианским джентльменом»[985]985
  Ibid., p. 168.


[Закрыть], неизменно безупречно одетым, в котелке, в сером костюме летом и темном – зимой, в длинном темном пальто и с туго свернутым зонтиком. Раз ему нельзя было надеть обычную форму, он создал собственную.

Во время войны он трудился на благо своей страны на Королевском авиационном заводе в Фарнборо, разрабатывая то, что сейчас называется бортовым оборудованием, и занимаясь исследованиями в области воздухоплавания. К 1916 году уход в штопор стал стандартным маневром воздушного боя, позволявшим уйти от атаки. Линдеман первым провел систематическое исследование этого маневра. Для этого он научился водить самолет – причем он переодевался из гражданской одежды в летную форму только на рулежной дорожке, у самого самолета – и стал снова и снова хладнокровно посылать свой самолет в штопор, запоминая показания приборов во время снижения и записывая их после выхода в горизонтальный полет.

После войны Линдеман принял должность в Оксфорде, в котором к точным наукам все еще относились с традиционным высокомерным презрением. Сам он избежал этого пренебрежения, говорит один из его коллег, благодаря «элегантному образу жизни», проводя выходные в кругу аристократии, в который редко попадали не столь высокородные оксфордские преподаватели. К этому времени к другим элементам его облика добавился неизменный «роллс-ройс». В июне 1921 года, поехав на выходные в загородное имение герцога и герцогини Вестминстерских, Линдеман познакомился там с Уинстоном Черчиллем, старше его на двенадцать лет. «Несмотря на столь большую разницу в происхождении и характере эти двое сразу понравились друг другу, и их знакомство вскоре переросло в тесную дружбу»[986]986
  Ibid., p. 171.


[Закрыть]. Черчилль вспоминал, что в течение 1930-х годов «часто виделся с Фредериком Линдеманом». «Линдеман уже был моим старым другом… Начиная с 1932 года мы еще более сблизились, и он часто приезжал на машине из Оксфорда ко мне в Чартуэлл. Мы с ним много раз засиживались до самого утра, разговаривая об опасностях, которые, как нам казалось, сгущались вокруг нас. Линдеман… стал моим основным советником по конкретным аспектам современного военного дела»[987]987
  Churchill (1948), p. 79 и далее.


[Закрыть].

К этому-то прославленному человеку, вегетарианцу, который ежедневно потреблял огромные количества оливкового масла и сыра пор-салю, Сцилард обратился летом 1935 года, чтобы обсудить «вопрос о том, может ли высвобождение ядерной энергии… быть достигнуто в ближайшем будущем». Если бы можно было получить «двойные нейтроны», писал Сцилард Линдеману 3 июня, «то ожидание такого достижения в ближайшем будущем, несомненно, было бы более реалистичным, нежели отрицание его возможности». Это означало, по мнению Сциларда, что, если Германия первой получит цепную реакцию, это приведет к большим неприятностям, в связи с чем он призывал «попытаться контролировать развитие этой области в течение как можно более долгого времени… какими бы малыми ни были шансы на успех такой попытки»[988]988
  Weart and Szilard (1978), p. 41.


[Закрыть]. Для такого контроля требовалась секретность: следовало, во-первых, убедить занимающихся этой работой ученых отказаться от общедоступной публикации ее результатов, а во-вторых, получать патенты.

В конце 1934 года Майкл Полани предостерегал Сциларда: «Тот факт, что вы получаете патенты, вызывает негативную реакцию»[989]989
  Ibid., p. 40.


[Закрыть]. Отрицательное отношение британской научной традиции к патентам исходило из предположения, что патенты получают, преследуя корыстные цели. Сцилард, оправдываясь перед Линдеманом, объяснял свою патентную деятельность следующим образом:

В начале марта казалось разумным учитывать возможность того, что… высвобождение большого количества энергии… может быть достигнуто в самом ближайшем будущем. Понимая, насколько важным для этого является вопрос «двойного нейтрона», я подал заявку на соответствующий патент… Разумеется, было бы неверно считать патенты в этой области частной собственностью и использовать их для коммерческой эксплуатации в личных целях. В подходящий момент потребуется создание соответствующего органа, который будет обеспечивать правильное использование таких патентов[990]990
  Ibid., p. 42.


[Закрыть].

Тем временем Сцилард изъявил готовность работать в Оксфорде над поисками своих «двойных нейтронов», возможно с привлечением из сторонних «частных источников» 1000 фунтов, которые позволили бы ему нанять одного или двух ассистентов. Пытаясь использовать честолюбивые устремления Линдемана в отношении Кларендонской лаборатории, он утверждал в заключение, что «работа такого типа может значительно ускорить развитие ядерной физики в Оксфорде»[991]991
  Ibid.


[Закрыть]. Если бы такая работа состоялась, это вполне могло бы оказаться правдой.

Узнав – возможно, также от Линдемана, – что засекретить патенты можно, только если официально передать их каким-либо соответствующим органам правительства Великобритании, Сцилард вначале предложил их Военному министерству. 8 октября директор департамента артиллерии Дж. Кумбс отказал ему, отметив, что «Военное министерство не видит причин хранить это описание в секрете»[992]992
  Цит. по: Ibid., p. 18, прим. 28.


[Закрыть]. Если Линдеман слышал об этом отказе, он, наверное, вспомнил о том, как в 1915 году его самого отказались взять в армию. В феврале 1936 года он рекомендовал Сциларда Адмиралтейству, бывшей епархии Черчилля, написав главе Департамента научных исследований и разработок осторожную сопроводительную записку:

Вы, наверное, помните мой звонок относительно работающего здесь молодого человека, имеющего патент, который, по его мнению, следует засекретить. В соответствии с Вашим предложением я прилагаю к сему его письмо на эту тему. Я, естественно, испытываю несколько меньший оптимизм в отношении перспектив этого дела, чем сам изобретатель, но считаю его очень хорошим физиком и полагаю, что даже если бы шансы на успех составляли всего лишь сто к одному, эту информацию имело бы смысл сохранить в тайне, тем более, что это не потребует от правительства никаких затрат[993]993
  Цит. по: Szilard (1972), p. 733.


[Закрыть].

Патент, объяснял Сцилард в письме, приложенном Линдеманом, «содержит информацию, которая могла бы быть использована для создания взрывчатых объектов… мощность которых превышает мощность обычных бомб во многие тысячи раз». Его беспокоили «те несчастья, которые могло бы причинить их использование некоторыми державами, способными напасть на эту страну»[994]994
  Ibid., p. 734.


[Закрыть]. Адмиралтейство приняло мудрое – и к тому же не требующее больших расходов – решение и взяло патент Сциларда на хранение.

Восьмимесячное пребывание Эдварда Теллера в Копенгагене было успешным. Он встретился с Джорджем Гамовым в его последний приезд туда, после Сольвеевского конгресса, проходившего предыдущей осенью; во время пасхальных каникул они вдвоем проехали по всей Дании на мотоцикле Гамова, обсуждая одну из задач квантовой механики. Фонд Рокфеллера не одобрял вступления в брак в период действия стипендии, но за Теллера вступился Джеймс Франк, и 26 февраля Теллер женился в Будапеште на Мици Харканьи, в которую был влюблен с детства. Кроме того, он написал важную статью. Летом 1934 года, уже более известным ученым, он вернулся в Лондон вместе с Мици и снова стал читать лекции в Университетском колледже. Предполагая остаться в Англии, перед самым Рождеством Теллеры подписали договор об аренде уютной трехкомнатной квартиры на девятилетний срок.

В январе Теллер получил два предложения работы, одно из которых заставило его изменить свои планы. Первое было из Принстона – должность лектора. Второе пришло от Гамова: профессорская кафедра в Университете Джорджа Вашингтона. Университет хотел усилить свой физический факультет; Гамову не хватало общения, а живость Теллера ему нравилась.

Теллеру было двадцать шесть лет; он только что женился. Он совершенно не был уверен, что хочет жить в Соединенных Штатах, но отказываться от профессорской должности было бы неразумно. Его жена нашла, кому пересдать квартиру. Государственный департамент США отказал им во внеочередной визе, так как преподавательский стаж Теллера составлял всего один год – время, проведенное в Копенгагене, не считалось, так как он получал стипендию, – а требовалось два. Однако Теллер не попытался получить визу по квоте, выделенной для эмиграции из Венгрии, так как предполагал, что эта квота уже выбрана. На самом деле в ней еще оставались свободные места. В августе 1935 года Теллеры пересекли Атлантику вслед за Гамовыми.

7 октября Нильс Бор отмечал свое пятидесятилетие. «В те дни казалось, что Бор находится в полном расцвете сил, как физических, так и умственных, – отмечает Отто Фриш. – Когда он взлетал по крутой лестнице [института], перепрыгивая через ступеньки, лишь немногим из нас, молодежи, удавалось не отставать от него. Покой библиотеки часто нарушался энергичными партиями в пинг-понг, и, насколько я помню, я ни разу не смог выиграть у Бора»[995]995
  Rozental (1967), p. 138.


[Закрыть]. Дьёрдь де Хевеши организовал кампанию по сбору средств в честь юбилея ведущего физика Дании; датчане собрали 100 000 крон, чтобы купить Бору в подарок 0,6 грамма радия. Де Хевеши разделил жидкий раствор радия на шесть равных частей, смешал каждую из них с порошком бериллия и высушил, получив таким образом шесть мощных источников нейтронов. Он прикрепил их к концам длинных стержней и спрятал в сухой колодец в подвале института, выкопанный когда-то в качестве защищенного от вибрации места установки спектрографа.

Как вспоминает Стефан Розенталь, институтская ежегодная рождественская вечеринка по-прежнему проводилась в зале с колодцем: «Крышка колодца служила столом, в середине стояла рождественская елка, и все сотрудники, от директора до самого младшего ученика из мастерских, собирались вокруг и получали скромное угощение, пиво с сосисками. Во время праздника Нильс Бор обычно произносил речь, в которой он давал что-то вроде обзора прошедшего года»[996]996
  Ibid., p. 153.


[Закрыть]. Надежно спрятанные под сосисками, упакованные в четырехлитровую флягу сероуглерода, нейтронные источники беззвучно превращали серу в радиоактивный фосфор для биологических исследований де Хевеши с использованием радиоизотопов.

К этому времени Бор стал благодаря своей работе национальным героем и заслужил непреходящую благодарность беженцев своей помощью; но, кроме того, его постигло личное несчастье. В 1932 году Датская академия предоставила ему в пожизненное бесплатное пользование датский «Дом почета», дворец в помпейском стиле, исходно построенный для основателя пивоварен Карлсберга и ставший потом местом жительства самых выдающихся граждан Дании (до Бора в нем жил полярный исследователь Кнуд Расмуссен). В институте к тому времени уже был построен скромный директорский дом, но Боры жили в нем вместе с пятью прекрасными сыновьями. Они переехали в дом при пивоварне, самое престижное жилище в Дании после королевского дворца.

Два года спустя трагически погиб старший сын Боров, девятнадцатилетний Кристиан. Когда отец, сын и два их друга ходили под парусом в Эресунне, морском проливе между Данией и Швецией, внезапно налетел шквал. Кристиан «утонул, упав за борт яхты в очень бурном море, – сообщает Роберт Оппенгеймер, – и Бор продолжал искать его до самой темноты»[997]997
  Oppenheimer (1963), II, p. 30.


[Закрыть]. Но Эресунн – холодный пролив. На некоторое время Бор замкнулся в своем горе. Хаос, наступивший с появлением беженцев, и связанная с ним изнурительная работа помогли ему выйти из этого состояния.

Все сотрудники института увлеченно следили за нейтронными экспериментами Ферми. Фриш, единственный из присутствовавших физиков знакомый с итальянцем, переводил вслух каждую из его статей, как только приходил очередной номер Ricerca Scientifica. Копенгагенская группа не могла понять, почему медленные нейтроны воздействуют на одни элементы сильнее, чем на другие; в соответствии с одночастичной моделью ядра даже медленный нейтрон должен был почти всегда пролетать сквозь ядро насквозь, без какого-либо захвата.

Ханс Бете написал в Корнелле статью с расчетами вероятности захвата нейтронов. Его результаты резко противоречили наблюдениям. Фриш вспоминает проходивший в 1935 году в Копенгагене коллоквиум, на котором кто-то делал доклад по статье Бете:

На этот раз Бор все время перебивал докладчика, и я начал удивляться, с некоторым даже раздражением, почему он не дает тому закончить доклад. Затем Бор внезапно остановился на полуслове и сел с совершенно помертвевшим лицом. Мы смотрели на него в течение нескольких секунд, постепенно начиная волноваться. Не заболел ли он? Но потом он внезапно встал и сказал с извиняющейся улыбкой: «Теперь я все понял»[998]998
  Frisch (1979), p. 102.


[Закрыть].

Что именно Бор понял относительно устройства ядра, стало ясно из его эпохальной лекции, прочитанной в Датской академии 27 января 1936 года и опубликованной впоследствии в Nature. В работе «Захват нейтрона и строение ядра»[999]999
  Bohr (1936).


[Закрыть] явление захвата нейтронов послужило основой для новой модели ядра; как и в случае с планетарной моделью атома Резерфорда, Бор предлагал радикальные изменения теории, опираясь на надежные экспериментальные данные.

Он представил себе ядро не в виде единой частицы, а составленным из плотно упакованных протонов и нейтронов (для частиц, составляющих ядро, используют еще общее название «нуклоны»). Нейтрон, попадающий в такое заполненное частицами ядро, не может пролететь его насквозь; он сталкивается с ближайшим нуклоном, теряет свою кинетическую энергию (как разбивающий бильярдный шар в начале партии) и оказывается захвачен сильным взаимодействием, которое удерживает ядро от распада. Энергия, поступившая от нейтрона, приводит в движение близлежащие нуклоны; они, в свою очередь, сталкиваются с нуклонами, расположенными дальше; в результате получается более возбужденное, «более горячее» ядро, ни один из индивидуальных компонентов которого не может, однако, быстро получить достаточной энергии для преодоления электрического барьера и выхода из ядра. Если ядро избавляется затем от избыточной энергии, испуская фотон гамма-излучения, то есть «остывает», то ни один из его нуклонов не может накопить достаточной энергии для вылета. В итоге, как уже доказали эксперименты Ферми, образуется более тяжелый изотоп того элемента, который был подвергнут бомбардировке.

При более сильном обстреле ядра[1000]1000
  Имеется в виду энергия налетающих нейтронов, а не их количество. – Прим. науч. ред.


[Закрыть], полагал Бор, энергия по-прежнему будет распределяться по всему составному ядру, образованному в результате захвата. Последующая повторная концентрация энергии может позволить ядру испустить несколько заряженных или незаряженных частиц. Бору казалось, что его модель составного ядра не сулит ничего хорошего с точки зрения обуздания ядерной энергии:

В случае еще более сильных соударений с частицами, обладающими энергией порядка тысячи миллионов вольт, следует даже ожидать, что столкновение может вызвать взрыв всего ядра. Однако следует учитывать не только то обстоятельство, что такие энергии, разумеется, остаются пока далеко за гранью экспериментальных возможностей, но и тот очевидный факт, что подобные эффекты вряд ли приблизят нас к решению интенсивно обсуждаемой задачи высвобождения ядерной энергии в практических целях. Более того, чем больше мы узнаем о ядерных реакциях, тем более отдаленным кажется достижение этой цели[1001]1001
  Ibid., p. 348.


[Закрыть].

Таким образом, к середине 1930-х годов три самых самобытных из живших в это время физиков высказали свое мнение по вопросу использования ядерной энергии. Резерфорд назвал его миражом; Эйнштейн сравнил его со стрельбой по редким птицам в темноте; Бор считал, что его решение отдаляется прямо пропорционально объему наших знаний. Хотя их скепсис кажется менее проницательным, чем энтузиазм Сциларда, они имели более четкое представление об имевшихся шансах. Самые важные черты будущего всегда остаются непредвиденными. Эти люди были достаточно опытны, чтобы не предаваться мечтаниям.

Хотя в своей лекции Бор предпочел ограничиться общими принципами, у него уже была наготове математическая модель, позволявшая проследить «следствия из изложенных здесь общих рассуждений»[1002]1002
  Ibid.


[Закрыть]. В следующем году, 1937-м, он опубликовал описание этой модели. Опираясь еще на свою диссертационную работу по поверхностному натяжению текучих сред, он демонстрировал преимущества рассмотрения атомного ядра в виде капли жидкости[1003]1003
  Такую модель предложил в 1928 г. в Копенгагене Джордж Гамов. Бор признал авторство Гамова на Сольвеевском конгрессе 1933 г., так же как и Гейзенберг. Впоследствии эту модель развили Бор и его ученик Фриц Калкар, и физики обычно называют ее именем Бора. – Прим. авт.


[Закрыть].

Стремление молекул к слипанию создает в жидкости «оболочку» поверхностного натяжения. Поэтому падающая дождевая капля округляется до миниатюрного правильного шара. Но воздействие на каплю жидкости любой силы деформирует этот шар (представьте себе колебания подброшенного в воздух и пойманного воздушного шарика, наполненного водой). Поверхностное натяжение и деформирующие силы вступают в сложное противодействие друг другу; молекулы жидкости сталкиваются и разлетаются; капля колеблется и меняет форму. В конце концов добавленная энергия рассеивается в форме тепла, и капля снова стабилизируется.