Текст книги "Создание атомной бомбы"

Ферми позвонили из Стокгольма. Нобелевская премия была присуждена ему одному за «открытие новых радиоактивных веществ, принадлежащих к целому роду элементов, и совершенному в ходе этой работы открытию селективной способности медленных нейтронов»[1112]1112
  Цит. по: Segre (1970), p. 98.


[Закрыть]. Семья Ферми получила надежные средства к бегству от окружавшего ее безумия.

За несколько дней до приезда Ферми Лиза Мейтнер написала Отто Гану о своих тревогах. «Бо́льшую часть времени я чувствую себя заводной куклой, которая работает в автоматическом режиме, – рассказывала она своему старому другу, – со счастливой улыбкой и без настоящей жизни. По этому Вы можете судить, насколько производительно я работаю. И все же в конечном счете я благодарна за это, потому что это заставляет меня сосредоточиваться, что не всегда легко». Она сожалела, что у Гана снова разыгрался ревматизм, и беспокоилась, что он о себе не заботится; спрашивала о Планке и фон Лауэ, называя их прозвищами – Макс старший и Макс младший, – которые придумали им Ган и Мейтнер; она передавала привет жене Гана Эдите и интересовалась, что он запланировал на Рождество для своего сына. Его работа с ураном казалась ей «действительно очень интересной»[1113]1113
  Hahn (1975), p. 75 и далее.


[Закрыть]. Она выражала надежду, что вскоре сможет написать еще.

Она жила в маленьком гостиничном номере – места едва хватало, чтобы разобрать чемоданы, – и плохо спала. Ей говорили, что она слишком похудела[1114]1114
  Ср. там же, p. 91, 93, 103.


[Закрыть]. Хуже того, условия в Физическом институте не соответствовали ее ожиданиям. Ее шведская подруга, с которой она познакомилась в Берлине, Ева фон Бар-Бергиус[1115]1115
  Johansson (б. д.), p. I, и Hahn (1975), p. 103.


[Закрыть], занимавшаяся физикой и читавшая лекции в Университете Упсалы, помогала ей с обустройством и постепенно сообщала неприятные новости. Манне Сигбан не хотел оставлять Мейтнер у себя. Он жаловался, что у него нет на нее денег; он мог предоставить ей место для работы, но не более того. Фон Бар-Бергиус попыталась получить грант Нобелевского фонда. Однако он не позволял оплачивать оборудование или нанимать ассистентов. Мейтнер винила себя: «Разумеется, я сама во всем виновата; мне нужно было гораздо лучше и гораздо раньше подготовиться к отъезду, по меньшей мере запастись чертежами самых важных приборов [необходимых для работы]»[1116]1116
  Hahn (1975), p. 99.


[Закрыть].

Она была сильной женщиной, но сейчас чувствовала себя несчастной и одинокой. Ган отвечал ей сочувственно. В середине месяца она благодарила его за его «прекрасное письмо», но потом ее тон изменился, и она перешла к обвинениям в безразличии: «Что до меня, я иногда подозреваю, что Вы не понимаете моего образа мыслей… Сейчас я совершенно не знаю, заботят ли кого-нибудь мои проблемы и разрешатся ли они когда-нибудь»[1117]1117
  Ibid., p. 76.


[Закрыть].

Ган занимался делами Мейтнер наравне со своими собственными. Взяв ее мрачное письмо, он ринулся в налоговое управление, отвечавшее за инвентаризацию ее мебели и прочего имущества, которое должно было быть ей отправлено, и разыграл там, по его собственным словам, «небольшой припадок моего “возбуждения”», после чего «дела пошли несколько лучше»[1118]1118
  Ibid., p. 77.


[Закрыть]. Вечером в понедельник 19 декабря он написал об этом Мейтнер из института. Только после этого он перешел к описанию причин, по которым он все еще находился в лаборатории:

Среди всего этого я работаю, сколько могу, – и Штрассман тоже неустанно работает – над урановой активностью… Сейчас почти 11 вечера; в 11:30 вернется Штрассман, и тогда я смогу подумать о том, чтобы идти домой. На самом деле в этих «изотопах радия» есть нечто настолько странное, что пока что мы рассказываем об этом только Вам. Периоды полураспада трех изотопов определены совершенно точно; их удается отделить от всех элементов, кроме бария; все процессы работают, как должны. За исключением одного-единственного – если только речь не идет о чрезвычайно необычных совпадениях; фракционирование не работает. Наши изотопы радия ведут себя как барий[1119]1119
  Ibid., p. 77 и далее.


[Закрыть].

Ган и Штрассман работали в трех помещениях на первом этаже Химического института кайзера Вильгельма, того самого здания с куполом в форме Pickelhaube: они использовали большую личную химическую лабораторию Гана к северу от главного холла, измерительную комнату, находившуюся напротив, в ближнем конце крыла, вытянутого на северо-запад вдоль Фарадейвег, и комнату для облучения, расположенную в дальнем конце того же крыла[1120]1120
  См. план здания, Max Planck Society Library and Archive, Berlin-Dahlem, и иллюстрацию в “Die Kernspaltung”, Bild der Wissenschaft, Dec. 1978, с. 68, 69.


[Закрыть]. Они разделили этапы облучения, измерения и химической обработки, чтобы исключить загрязнение одного этапа радиацией других. Все помещения были оборудованы рабочими столами из неполированной сосны; изготовивший их плотник позаботился придать ножкам столов изящную коническую форму. На столе в комнате для облучения стояли похожие на бисквитные кексы парафиновые цилиндры цвета пчелиного воска, в которых были просверлены отверстия для установки нейтронных источников – каждый из них состоял из смеси одного грамма радия в составе солей с бериллиевым порошком. В измерительной комнате располагались самодельные счетчики Гейгера, закрепленные в свинцовых защитных футлярах с откидными крышками и соединенные тонкими спиральными проводами с собранными на перфорированных платах усилителями на покрытых серебром вакуумных лампах, похожих на перевернутые цветочные бутоны. Усилители приводили в действие блестящие механические латунные таймеры с наклонными миниатюрными окошками, в которых появлялись черные цифры. На полке, установленной под столом, располагался источник питания системы, собранный из обернутых в картон сухих 90-вольтовых аккумуляторных батарей марки Pertrix. На лабораторном столе Гана стояли штативы, мензурки, колбы, воронки и фильтры для радиохимических исследований[1121]1121
  Рабочий стол, сохраненный в мюнхенском Deutsches Museum, – это, по-видимому, стол из измерительной комнаты, на который поставлены брикет парафина, колбы и фильтры, представляющие другие рабочие помещения.


[Закрыть]. Оба исследователя регулярно перемещались со своей работой из помещения в помещение через интервалы, определявшиеся длительностью периодов полураспада тех изотопов, которые они изучали. В воздухе стоял жгучий запах нитратов, смешанный с ароматом неизменных сигар Гана.

На пятьдесят девятом году жизни Ган несколько сутулился, но выглядел моложе своих лет. Его волосы поредели, а брови стали кустистее; он подбрил навощенные прусские усы, которые носил в молодости, до самого края верхней губы; его карие глаза по-прежнему светились теплотой. К этому времени он был, вне всякого сомнения, лучшим в мире радиохимиком. Для разгадки тайны урана ему потребовался весь опыт, накопленный за сорок лет работы.

В начале декабря они со Штрассманом заново начали исследование трех «радиевых» изотопов, пытаясь получить более чистое отделение от урана. Штрассман предлагал использовать в качестве носителя не обычный сульфат бария, а хлорид бария, потому что, как объясняет Ган, хлорид «образует прекрасные кристаллики»[1122]1122
  Hahn (1966), p. 154 и далее.


[Закрыть] исключительной чистоты. Они хотели убедиться в том, что выделенное вещество не загрязнено другими продуктами бомбардировки с близкими периодами полураспада: именно эта проблема завела в тупик Кюри и Савича. Процедура получения изотопа с 86-минутной активностью, который они назвали «Ra-III», требовала облучения приблизительно пятнадцати граммов очищенного урана в течение двенадцати часов, выдержки в течение нескольких часов, за которые активность более интенсивного 14-минутного изотопа Ra-II должна была отойти на второй план в результате его распада, добавления хлорида бария в качестве носителя и завершения разделения. Ra-III выделялся из уранового раствора вместе с барием, но затем, при кристаллизации бария, он никак не хотел отделяться от него. Вместо этого он кристаллизовался вместе с барием.

«Попытки отделить наши искусственные “изотопы радия” от бария этим методом оставались безуспешными, – рассказывал Ган в своей нобелевской лекции; – никакого обогащения “радия” не происходило. Было естественно приписать эту неудачу исключительно низкой интенсивности наших препаратов. Речь всегда шла всего лишь о нескольких тысячах атомов, обнаружить которые как индивидуальные частицы можно было только при помощи счетчика Гейгера – Мюллера. Такое небольшое число атомов могло быть унесено значительно превосходящим количеством неактивного бария без сколько-нибудь заметного увеличения или уменьшения»[1123]1123
  Hahn (1946), p. 58.


[Закрыть]. Чтобы проверить эту возможность, они достали со склада хорошо известный изотоп радия, с которым они часто работали, так называемый мезоторий. Они растворили его настолько, чтобы его активность соответствовала слабой активности нескольких тысяч атомов Ra-III, а затем провели с ним осаждение барием и фракционирование. Он отделился от бария без остатка. Методика была не виновата.

В субботу 17 декабря, на следующий день после того, как Ган ходил в налоговое управление разбираться с мебелью Мейтнер, они со Штрассманом произвели еще одну героическую проверку. Они смешали Ra-III с разбавленным мезоторием, а затем провели совместное осаждение и фракционирование обоих веществ. После этого химическое доказательство уже не вызывало сомнений, что бы оно ни означало с точки зрения физики: после кристаллизации бариевого носителя мезоторий остался в растворе, а Ra-III кристаллизовался вместе с барием, равномерно и неотделимо распределившись по его чистым кристалликам. Ган отметил этот день воодушевленной записью в своем карманном дневнике: «Интереснейшее фракционирование радия/бария/мезотория»[1124]1124
  См. также: Ирвинг Д. Вирусный флигель / Пер. с англ. А. И. Штейнгауза. М.: Атомиздат, 1969.


[Закрыть][1125]1125
  Цит. по: Irving (1967), p. 23.


[Закрыть].

Казалось, что их «радиевые» изотопы должны быть барием, элементом 56 с массой и зарядом чуть более половины массы и заряда урана. Ган и Штрассман с трудом могли в это поверить. Они придумали еще более убедительный опыт. Если их «радий» действительно был радием, то при бета-распаде он должен был превращаться в следующий элемент периодической системы, актиний (89). Если же это был барий (56), то его бета-распад должен был давать следующий за ним элемент – лантан (57). А лантан можно отделить от актиния методом фракционирования. Этот решающий опыт они провели вечером понедельника 19 декабря, когда Ган отправил свои новости Мейтнер.

«Может быть, Вы сможете предложить какое-нибудь фантастическое объяснение, – писал он. – Мы понимаем, что на самом деле уран не может распадаться в барий… Попробуйте придумать какую-нибудь другую возможность. Изотопы бария с атомным весом, значительно большим 137? Если Вы сможете придумать что-нибудь, что можно будет опубликовать, то мы все же будем авторами этой работы все втроем. Нам не кажется, что тут таится какая-то глупость или что нас вводит в заблуждение загрязнение»[1126]1126
  См. также: Герлах В. Как было открыто деление урана. В кн.: Нейтрон: предыстория, открытие, последствия. М.: Наука, 1975.


[Закрыть].

В заключение своего письма он по-дружески пожелал ей «хотя бы сносного» Рождества[1127]1127
  Hahn (1975), p. 78 и далее.


[Закрыть]. Фриц Штрассман передавал «очень теплый привет и наилучшие пожелания»[1128]1128
  Ibid., p. 79.


[Закрыть]. Поздней ночью, возвращаясь домой, Ган отправил свое письмо в Стокгольм.

На следующий день два исследователя ненадолго отвлеклись от своих измерений ради рождественской вечеринки Институтов кайзера Вильгельма, хотя в отсутствие Мейтнер она не доставила Гану большой радости[1129]1129
  Ср. там же, p. 78: «Вы можете себе представить, насколько мне туда хочется – после столь долгого Вашего отсутствия».


[Закрыть]. Они продолжали свой опыт с актинием и лантаном параллельно с работой над радием и барием. После вечеринки институт закрывался на рождественские каникулы; они продолжали диктовать машинистке до самого закрытия, но так и не успели закончить свой отчет. Ган позвонил в журнал Naturwissenschaften Паулю Розбауду, рассказал ему о новых результатах и попросил оставить место в следующем выпуске[1130]1130
  Ср. там же: «Однако до закрытия института мы еще хотим кое-что написать… для Naturwiss» (19 декабря 1938); p. 81: «Со вчерашнего дня мы приводим в порядок наши доказательства по Ra-Ba… В пятницу работа должна быть передана в Naturwiss… Все это не очень-то подходит для [них], но они должны быстро напечатать статью» (21 декабря 1938). Ср. также Irving (1967), p. 27. Ирвинг воспроизводит события почти точно.


[Закрыть]. Розбауд был готов изъять из журнала какую-то менее срочную статью, но предупредил, что должен будет получить рукопись не позже пятницы 23 декабря. Ган договорился с лаборанткой, что в четверг она поработает вместо машинистки. Тем временем они со Штрассманом продолжали работать вдвоем.

Отправленное в понедельник вечером письмо Гана пришло в Стокгольм к Мейтнер в среду 21 декабря. Его содержание было потрясающим; она увидела, что, если в результатах не было ошибки, это означало, что ядро урана делится на части. Она немедленно написала в ответ:

Ваши радиевые результаты поразительны. Процесс, работающий с участием медленных нейтронов и дающий барий!.. Пока что мне трудно согласиться с гипотезой о таком крупномасштабном разрыве, но мы уже встречали в ядерной физике столько неожиданностей, что сказать о чем бы то ни было без колебаний «это невозможно» просто нельзя[1131]1131
  Hahn (1975), p. 79.


[Закрыть].

Как она написала Гану, в пятницу она уезжала на недельные каникулы в деревню Кунгэльв на западе Швеции: «Если Вы будете писать мне в это время, пожалуйста, пишите туда». Она передавала ему и его семье «самые теплые приветы… с любовью и пожеланиями всего наилучшего в Новом году»[1132]1132
  Ibid., p. 79 и далее.


[Закрыть].

В этот день Ган и Штрассман закончили опыт с актинием и лантаном – и подтвердили, что лантан получается при распаде бария. Поздним вечером, когда они уже выключили счетчики, Ган снова написал своей находящейся в изгнании коллеге. Статья еще не была закончена; одна из фраз его письма в конечной редакции была сформулирована более осторожно: «Наши опыты с радием побуждают нас заключить, что три тщательно исследованных изотопа представляют собой не радий, а, с точки зрения химика, барий».

Ган надеялся, что Мейтнер сможет быстро найти какое-нибудь физическое объяснение этим беспрецедентным химическим результатам. Это придало бы его выводам больший вес и позволило бы включить Мейтнер в число соавторов статьи, что было бы самым лучшим рождественским подарком. Получив подтверждение из опыта с лантаном, он не мог дольше ждать. Он и так уже скрывал новую информацию от физиков своего собственного института и нового Физического института, открывшегося по соседству. Другие исследователи – например, Кюри и Савич – вполне могли сделать такое же открытие. Каким бы ни было объяснение, открытие это явно было чрезвычайно важным – речь шла о реакции, не похожей ни на какую из уже известных. «Мы не можем замалчивать результаты, – писал Ган Мейтнер, – даже если они и кажутся абсурдными с точки зрения физики. Как Вы понимаете, если Вы найдете альтернативное [объяснение], это будет благим делом. Когда мы закончим, завтра или послезавтра, я отошлю Вам экземпляр рукописи… Все это не очень-то подходит для Naturwissenschaften. Но они быстро напечатают статью»[1133]1133
  Ibid., p. 81.


[Закрыть].

Ган отправил это письмо в Стокгольм. Он еще не знал, что Мейтнер уезжает на каникулы в Кунгэльв.

Работа Лео Сциларда в Рочестерском университете подтвердила, что облучение индия не приводит к производству нейтронов. 21 декабря, когда Ган и Мейтнер обменивались своими возбужденными письмами, Сцилард написал в британское Адмиралтейство:

Дальнейшие эксперименты… дали несомненное объяснение аномалиям, которые я наблюдал в 1936 году… С учетом этой новой работы сохранение [моего] патента более не кажется теперь необходимым… и рассекречивание этого патента также не принесло бы никакой пользы. В связи с этим я прошу о полной отмене этого патента[1134]1134
  Weart and Szilard (1978), p. 80.


[Закрыть].

Как Сцилард говорил впоследствии, его вера в возможность цепной реакции «почти что совсем исчезла»[1135]1135
  Szilard (1972), p. 185.


[Закрыть].

Исходно Ган и Штрассман назвали свою статью «Об изотопах радия, полученных в результате нейтронной бомбардировки урана, и их поведении». Получив новые данные, они поняли, что «радий» тут не годится. Сначала они хотели заменить во всей статье «радий» на «барий». Но бо́льшая часть статьи была написана до того, как они получили подтверждение своей гипотезы из опыта с лантаном. Статью пришлось бы переписать от начала до конца, «особенно, – говорит Ган задним числом, – поскольку с учетом этого результата значительная ее часть уже не представляла особого интереса»[1136]1136
  Hahn (1966), p. 157.


[Закрыть]. Надвигалось Рождество, приближался последний срок сдачи статьи, им не хватало времени. Они решили хоть как-нибудь приспособить то, что у них уже было. Результат мог получиться неизящным, но оттого не менее действенным. Они заменили «изотопы радия» в заглавии на ни к чему не обязывающее выражение «щелочноземельные металлы» – и барий, и радий действительно относятся к щелочноземельным металлам, так же как бериллий, магний, кальций и стронций. Во всем тексте рукописи они взяли многочисленные упоминания радия и актиния в кавычки. После этого они добавили в конце статьи еще семь осторожно сформулированных абзацев.

«Теперь нам остается обсудить некоторые более новые эксперименты, – начинался этот финальный раздел, – которые мы публикуем не без некоторых колебаний, обусловленных странностью их результатов». После этого они вкратце описали свои опыты:

Мы стремились к не вызывающему сомнений определению химических свойств материнских элементов радиоактивного ряда, которые мы выделили при помощи бария и называли «изотопами радия». Мы провели фракционную кристаллизацию и фракционное осаждение в соответствии с хорошо известными методами концентрирования (или разбавления) радия в растворах солей бария…

При проведении соответствующих проверок на образцах радиоактивного бария, не содержащих каких-либо продуктов позднейшего распада, результаты всегда были отрицательными. Активность была распределена по всем фракциям бария равномерно… Мы пришли к заключению, что наши «радиевые изотопы» обладают свойствами бария. Как химики, мы должны утверждать, что новые продукты представляют собой не радий, а собственно барий. Возможность того, что они являются какими-либо другими элементами кроме радия или бария, совершенно исключена.

Затем они описывали работу с актинием, выделяли отличия своей работы от работ Кюри и Савича и указывали, что все так называемые трансураны следует исследовать повторно. Не решаясь окончательно присвоить прерогативы физиков, они заканчивали статью на несколько неуверенной ноте:

Как химики, мы должны бы были пересмотреть приведенную выше схему распада и вставить в нее вместо символов Ra, Ac, Th [торий] символы Ba, La, Ce [церий]. Однако, будучи «ядерными химиками» и работая очень близко к области физики, мы пока что не отваживаемся сделать столь решительный шаг, противоречащий всем ранее известным законам ядерной физики. Возможно, могла возникнуть последовательность необычных совпадений, приведшая нас к получению ложных показаний[1137]1137
  Все цитаты из статьи Гана и Штрассмана приведены по Hahn and Strassmann (1939a), автор английского перевода – Ханс Гретцер.


[Закрыть].

Пообещав в заключение продолжать эксперименты, они были готовы сообщить о своих результатах миру. Уже отправив статью по почте, Ган почувствовал, что все это настолько невероятно, «что мне захотелось снова достать эти бумаги из почтового ящика»[1138]1138
  Описанный эпизод см. также в кн.: Юнг Р. Ярче тысячи солнц / Сокр. пер. с англ. Я. Н. Дурнева. М.: Гос. изд-во лит. в области атомной науки и техники, 1961.


[Закрыть][1139]1139
  Jungk (1958), p. 68. Версия с приездом Розбауда излагается в Irving (1967), p. 27.


[Закрыть]; по другой версии, Пауль Розбауд тем же вечером зашел в институт за статьей. Обе эти истории сохранились в позднейших воспоминаниях Гана. Поскольку Розбауд понимал важность этой статьи и пометил ее получение 22 декабря 1938 года, вероятно, что он забрал ее лично. Но и Ган ходил этой ночью к почтовому ящику, чтобы отправить копию своей эпохальной статьи в Стокгольм Лизе Мейтнер. Возможно, та озабоченность, о которой он вспоминал впоследствии, была связана с неловкостью, которую он чувствовал из-за того, что статья должна была быть опубликована без ее участия, – или же со смутными предчувствиями того, какие роковые последствия может иметь это открытие.

Шведский городок Кунгэльв – что означает «королевская река» – расположен километрах в пятнадцати к северу от крупного портового города Гётеборга и в десяти километрах от побережья пролива Каттегат. Река Нордре-Эльв – северный рукав реки Гёта-Эльв, которая берет начало в озере Венерн, крупнейшем пресноводном озере Западной Европы; в Кунгэльве она образовала обращенный на юг крутой гранитный обрыв Фонтин высотой около 100 метров. Современный город вытянут вдоль единственной вымощенной булыжником улицы на узкой полке между обрывом и рекой, прижатой к гранитной стене.

Исходно деревня, называвшаяся тогда Кунгаэлла, была основана норвежцами около 800 года в несколько менее стесненном месте ниже по течению. Однако в Кунгэльве посреди реки поднимается как бы окруженный естественным рвом холмистый остров; обрыв Фонтин еще более увеличивает оборонительные преимущества этого места. В 1308 году, когда здесь проходила граница между Норвегией и Швецией, норвежцы начали на этом острове сооружение монументальной гранитной крепости Бохус (Bohus fästning, т. е. «крепость короля Бохуса»), покрытые дерном, уступчатые, мощные стены которой образуют настоящий лабиринт, ведущий вглубь острова и вверх по склонам холма, к господствующей над всей прибрежной долиной цилиндрической башне с толстыми каменными стенами и конической крышей. Расположение трех глубоких окон, прорезающих стены башни, – двух сверху, третьего ниже и между ними – случайно придало ей сходство с лицом, глядящим пустыми глазами в сторону скалы Фонтин. Чтобы смягчить пугающее впечатление, которое производит это лицо, местные жители дали башне прозвище Фарс-Хатт, то есть «Папина шляпа», уподобив ее голове рабочего в колпаке. За четыреста лет активного использования крепость Бохуса осаждалась четырнадцать раз[1140]1140
  Но ни разу не была взята.


[Закрыть]; поселения, расположенные в долине, каждый раз предавались огню, а на кладбище, находящемся под стенами крепости на острове, появлялись все новые могилы.

В 1612 году деревня была перенесена выше по реке, на остров. С XV по XIX век Норвегией правили датчане; в 1658 году они уступили Швеции провинцию Бохуслен, в которой находится Кунгэльв, по условиям Роскилльского мира. В 1676 году случился пожар, уничтоживший островную деревню, и ее жители перебрались на более безопасное место на узком берегу. Они проложили улицу и построили ряд домов, отходящий к западу и востоку от мощенной булыжником рыночной площади, устроенной в том месте, где прибрежная полоса становится достаточно широкой[1141]1141
  Большинство сведений по истории Кунгэльва см. в Claesson (1959).


[Закрыть]. Несмотря на присутствие крепости Кунгэльв – место мирное, особенно зимой, когда река замерзает и снег толстым слоем покрывает землю. В аккуратных деревянных домах городка, окрашенных в пастельные тона, можно найти уютные комнаты с корабельными сундуками, горками с фарфором, кружевными занавесками и угловыми каминами, облицованными декоративной плиткой, пропахшие кофе и свежей выпечкой. В 1927 году Ева фон Бар-Бергиус и ее муж построили там свой дом, большего размера, чем большинство старых домов Кунгэльва, но в том же стиле. В 1938 году Лиза Мейтнер была в Стокгольме совсем одна. Отто Фриш был в одиночестве в Копенгагене; его мать, сестра Мейтнер, оставалась в Вене, и связаться с ней было невозможно; его отец попал после «Хрустальной ночи» в Дахау. Поэтому Бергиусы любезно пригласили тетку и племянника на рождественский обед в Кунгэльв[1142]1142
  Описание пребывания Фриша и Мейтнер в Кунгэльве, одного из самых запутанных эпизодов всей этой истории, основано на Frisch (1967b, 1968, 1978, 1979); Frisch OHI, AIP; Rozental (1967); Clark (1980); Meitner (1962, 1964). Внимательное чтение Hahn (1975) чрезвычайно важно для исправления накопившихся ошибок памяти.


[Закрыть].

Мейтнер уехала из Стокгольма в пятницу утром, за два дня до Рождества. Фриш приехал из Дании на железнодорожном пароме. Его тетка прибыла раньше и поселилась в тихой гостинице на Вестра-гатан, Западной улице, в которой должны были жить они оба, – бледно-зеленом здании, очень похожем на скромные соседние дома, но имевшем расположенное на первом этаже кафе[1143]1143
  В 1982 г. это здание, № 9, стало клубом ветеранов.


[Закрыть]. К северу от гостиницы вытянулась вдоль улицы затененная полоса сада; над низкорослыми деревьями сада нависала темная скала. С другой стороны, за гостиницей, открывалась покрытая снегом пойма реки, переходящая в редкий лес. Дом Бергиусов находился в нескольких минутах ходьбы на восток, за рыночной площадью и белой церковью. Фриш и Мейтнер устали в пути и встретились в тот вечер, когда прибыл Фриш, лишь на короткое время[1144]1144
  Frisch OHI, AIP, p. 33.


[Закрыть].

Этой зимой Фриш изучал в Копенгагене магнитные свойства нейтронов. Для продолжения работы ему было необходимо сильное, однородное магнитное поле, и по дороге в Кунгэльв он набросал схему большого магнита, который собирался спроектировать и построить[1145]1145
  Ibid.


[Закрыть]. Утром накануне Рождества он спустился из своего номера, готовый заинтересовать тетку своими планами. Она уже завтракала и не собиралась разговаривать о магнитах: она принесла с собой письмо Гана от 19 декабря и настояла, чтобы Фриш прочитал его[1146]1146
  Rozental (1967), p. 144: «Но она меня не слушала; я должен был прочитать это письмо».


[Закрыть]. Так он и сделал. «Барий… – сказал он ей. – Я в это не верю. Тут какая-то ошибка»[1147]1147
  Frisch OHI, AIP, p. 33.


[Закрыть]. Он попытался перевести разговор на свой магнит; Мейтнер снова вернула его к барию. «В конце концов, – говорит Мейтнер, – мы оба погрузились в мою задачу»[1148]1148
  Meitner (1962), p. 7.


[Закрыть]. Они решили прогуляться и посмотреть, что они смогут придумать.

Фриш привез с собой равнинные лыжи и хотел их использовать. Он опасался, что тетка не будет за ним поспевать. Она заверила его, что сможет идти пешком с той же скоростью, с какой он – на лыжах. И это действительно ей удалось. Он взял свои лыжи, и они отправились в путь, вероятно, на восток, к рыночной площади Кунгэльва, выходившей на пойму реки, затем через замерзшую реку и в расположенное за нею редколесье.

«Но это же невозможно, – говорили они, как вспоминает Фриш, пытаясь вместе понять эти результаты. – Нельзя же одним ударом отколоть от ядра сотню частиц. Нельзя даже разрезать ядро пополам. Если оценить ядерные силы, все связи, которые для этого необходимо разорвать одновременно, – цифра получится фантастической. Совершенно невозможно, чтобы ядро было на это способно»[1149]1149
  Frisch OHI, AIP, p. 34.


[Закрыть]. Тридцать лет спустя Фриш описал их тогдашние мысли более формальным образом:

Но как из урана мог получиться барий? До сих пор от ядра не удавалось отделить более крупные фрагменты, чем протоны или ядра гелия (альфа-частицы), и мысль о возможности одновременного отделения большого числа таких фрагментов можно было отбросить; для этого не имелось достаточной энергии. Невозможно было и расколоть ядро урана на две части. Ядро не было подобно хрупкому твердому телу, которое можно было бы расколоть или разбить; Бор подчеркивал, что ядро гораздо более похоже на каплю жидкости[1150]1150
  Rozental (1967), p. 144.


[Закрыть].

Возможно, разделение ядра можно было представить себе в модели жидкой капли. Они присели на бревно. Мейтнер нашла в своей сумочке клочок бумаги и карандаш. Она стала рисовать круги. «Не может ли это быть чем-то в таком роде?»[1151]1151
  Frisch OHI, AIP, p. 34.


[Закрыть]

Фриш говорит: «Надо сказать, что она всегда страдала отсутствием трехмерного воображения, а у меня эта способность была развита довольно хорошо. По-видимому, мне в голову в конце концов пришла та же самая идея, и я нарисовал нечто похожее на круг, сдавленный в двух противоположных точках»[1152]1152
  Ibid.


[Закрыть].

«Ну да, – сказала Мейтнер, – это я и имела в виду»[1153]1153
  Ibid.


[Закрыть]. Она хотела нарисовать то же, что нарисовал Фриш, жидкую каплю, вытянутую наподобие гантели, но нарисовала ее с торца, обозначив перемычку гантели пунктирным кружком меньшего размера внутри большего сплошного круга.

Фриш говорит: «Я помню, как в тот же момент немедленно подумал о том, что электрический заряд уменьшает поверхностное натяжение». Капля жидкости удерживается от распада поверхностным натяжением, а ядро – аналогичным сильным взаимодействием. Однако электрическое отталкивание протонов, содержащихся в ядре, действует против сильного взаимодействия, причем чем тяжелее элемент, тем сильнее становится это отталкивание. Фриш продолжает:

Я тут же принялся вычислять, насколько именно уменьшается поверхностное натяжение ядра. Не знаю, откуда мы взяли все эти цифры, но мне кажется, что у меня должно было быть некое ощущение величины энергий связи, и я мог оценить силу поверхностного натяжения. Разумеется, заряд и размеры ядра мы знали достаточно хорошо. В результате по оценке порядка величины получилось, что в ядре с зарядом [т. е. атомным номером] около 100 поверхностное натяжение должно исчезать; следовательно, уран, имеющий заряд 92, должен находиться в состоянии, весьма близком к такой неустойчивости[1154]1154
  Ibid.


[Закрыть].

Они открыли причину, по которой в мире не существует природных элементов тяжелее урана: две силы, действующие в ядре друг против друга, в конечном счете взаимно обнуляются.

Они представили себе ядро урана в виде капли жидкости, рыхлой в своей непрочной оболочке, и вообразили, как в нее попадает медленный нейтрон, даже почти не имеющий энергии. Энергия нейтрона добавляется к энергии всей системы. Ядро начинает колебаться. В одной из многочисленных случайных мод колебаний оно может вытянуться. Поскольку сильное взаимодействие работает только на чрезвычайно малых расстояниях, электрическая сила, расталкивающая два утолщения вытянутой капли, оказывается сильнее. Два утолщения расходятся на еще большее расстояние. Между ними образуется тонкая перемычка. В каждом из двух утолщений снова начинает превалировать сильное взаимодействие. Подобно поверхностному натяжению, оно стремится превратить каждое из утолщений в сферу. В то же самое время электрическое отталкивание стремится развести две разделяющиеся сферы еще дальше друг от друга.

В конце концов перемычка разрывается. Там, где было одно крупное ядро, появляются два ядра меньшего размера, например бария и криптона:

«Тогда, – вспоминает Фриш, – Лиза Мейтнер сказала, что, если два таких фрагмента действительно образуются, они должны разлетаться в разные стороны с огромной энергией»[1155]1155
  Ibid.


[Закрыть]. Взаимное отталкивание всех содержащихся в них протонов должно привести к их разлету со скоростью в одну тридцатую скорости света. По расчетам Мейтнер или Фриша выходило, что вызывающая этот разлет энергия должна быть порядка 200 МэВ – 200 миллионов электрон-вольт. Один электрон-вольт – это энергия, необходимая для ускорения электрона при пролете через разницу потенциалов в один вольт. Двести миллионов электрон-вольт – энергия небольшая, но для энергии, получаемой из одного атома, эта величина огромна. В самых высокоэнергетических химических реакциях высвобождается около 5 эВ на атом. Эрнест Лоуренс строил в том же году циклотрон с 200-тонным магнитом, в котором он надеялся разгонять частицы до целых 25 МэВ. Впоследствии Фриш подсчитал, что энергии, получающейся при делении каждого ядра урана, должно хватить, чтобы подбросить видимую невооруженным глазом песчинку на заметную высоту. В каждом грамме урана содержится невообразимо большое число атомов, около 2,5 × 10²¹, то есть 25 с двадцатью нулями: 2 500 000 000 000 000 000 000.

Они задались вопросом о возможном источнике всей этой энергии. К нему сводилась основная трудность этого предположения, из-за которой до этого никто не считал такую возможность правдоподобной. Наблюдавшиеся до сих пор процессы захвата нейтронов сопровождались высвобождением гораздо меньшей энергии.

В 1909 году, когда Мейтнер был тридцать один год, она впервые увидела на научной конференции в Зальцбурге Эйнштейна. Он «читал лекцию о развитии наших взглядов на природу радиации. В то время я совершенно не понимала всех следствий его теории относительности». Она жадно слушала. В ходе лекции Эйнштейн вывел из теории относительности свое уравнение E = mc², о котором Мейтнер тогда еще не знала. Тем самым Эйнштейн показал, как вычислять преобразование массы в энергию. «Эти два факта, – вспоминала она в 1964 году, – были настолько поразительно новы и неожиданны, что я до сих пор очень хорошо помню эту лекцию»[1156]1156
  Meitner (1964), p. 4.


[Закрыть].

Она вспомнила ее и накануне Рождества 1938 года. Кроме того, как говорит Фриш, «у нее в голове были упаковочные коэффициенты»[1157]1157
  Frisch OHI, AIP, p. 34.


[Закрыть] – она помнила наизусть полученные Фрэнсисом Астоном численные значения дефектов масс разных ядер. Если расщепить большое ядро урана на два меньших ядра, то сумма масс меньших ядер окажется меньше, чем масса исходного ядра. Насколько меньше? Эту величину она легко могла вычислить: приблизительно на одну пятую массы протона. Осталось подставить одну пятую массы протона в уравнение E = mc². «Одна пятая массы протона, – восклицает Фриш, – была как раз эквивалентна 200 МэВ. Вот где был источник этой энергии, все сошлось!»[1158]1158
  Frisch (1979), p. 116.


[Закрыть]