Хуберт Мания - История атомной бомбы

• Название: История атомной бомбы
• Автор: Хуберт Мания
• Издательство: Текст
• Жанр: Физика
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-7516-1005-0

Эта занимательная книга рассказывает о новой эре в истории человечества — от открытия урана до первого эксперимента с атомной бомбой. Когда возникла идея, что энергию можно добыть из ядра атома, никто и представить себе не мог, какие трудности придется преодолевать лучшим умам человечества, и какие силы природы извергнутся из комочка самоподогревающегося вещества размером с апельсин, если сжать его до критической массы.

---

Будучи на двадцать два года старше, Эйнштейн связал пространство и время в единство, которое в присутствии тяжелых объектов оказывается на удивление гибким. Это искривление пространства-времени он и признал за притягательную силу гравитации. Он доказал, что движущиеся часы идут медленнее, чем неподвижные, и каждый комочек материи можно рассматривать как источник энергии. Но в первую очередь он основательно изменил взгляд на большие структуры во Вселенной и сформулировал новые законы движения планет. Младший же нашел первую многообещающую схему вычисления для мира мельчайших частиц. Своему другу Вольфгангу Паули он после возвращения с Гельголанда описал свои важнейшие задачи простыми словами: «Все мои убогие стремления сводятся к тому, чтобы навсегда покончить с понятием орбиты [электрона], которую ну никак нельзя наблюдать, и заменить ее чем-то более подходящим». И он концентрируется после этой первой атаки исключительно на измеримых величинах. Такая установка, однако, является выпадом против глубочайших убеждений Эйнштейна. Чья способность нестандартно мыслить позволяет вообще-то судить о широте его восприятия. Тем не менее он ревниво защищает классическую физику от гёттингенской квантовой механики. Эйнштейн считает ее преходящей, несовершенной моделью атомарного мира и надеется, в конце концов на решение классической чеканки.

Мастер макроскопического пускается в пикировку с мастером микроскопического, причем неясно, кто тут, собственно, кому дает аудиенцию и кто выйдет из диспута победителем. Оба пешехода выстроили лучшие по тому времени теории о вселенски больших и о невообразимо малых структурах — от отклоненного луча света далекой звезды до желтой спектральной линии атома гелия. Сможет ли когда-нибудь Большое объединиться с Малым в единой теории?

Десятилетний Карл Фридрих фон Вайцзеккер явно высокоодаренный мальчик, и он решительно намерен сделать свою детскую страсть к астрономии профессией. В качестве доказательства своей серьезности он преподносит матери в подарок стихотворение собственного сочинения:

Были б деньги для житья
И хороший домик,
Уж тогда бы точно я
Был бы астрономик.

После этого родители выписали отпрыску популярный астрономический журнал, и вскоре обнаружилось, что его интерес — отнюдь не быстрогаснущая падающая звезда. 1927 год он, четырнадцатилетний, проводит со своими родителями вдали от немецкой родины. Отец у него дипломат и работает в Копенгагене, в немецком посольстве. К этому времени Карл Фридрих уже занимается планетарной моделью атома Бора и набрасывает собственные ответы на вопрос, почему в атоме действуют другие законы природы, чем в мире, который он может воспринимать своими органами чувств. Однако обратное падение с высоких орбит воображения в низменность будней для пубертатно своенравного характера сопряжено с великим разочарованием. Все ему кажется «омерзительным»: учителя, соученики-верхогляды. В общем, все люди. Вообще всё. Мать в отчаянии. Она чувствует, что ее сын несчастен, и не знает, как ему помочь.

Вечерние приемы в доме Вайцзеккеров — составная часть дипломатической профессии и даже рутина. Но в первые недели 1927 года к ним приходят друзья и близкие — на проводы. Ибо Вайцзеккеры покидают Данию и отправляются в Женеву. Однажды вечером в гости приходит и Вернер Гейзенберг, который в это время вместе с национальным героем Дании Нильсом Бором как раз возводит несущие опоры новой квантовой механики. Марианна фон Вайцзеккер познакомилась с ним на одном приеме, и его виртуозная игра на фортепьяно привела ее в восторг. Следуя наитию, она сажает Карла Фридриха за стол рядом со знаменитым физиком. Может быть, в надежде, что ее сын найдет этого неизменно жизнерадостного гостя не столь «омерзительным», как весь остальной мир. Начитанный мальчик и без матери знает, что сидит рядом с человеком, только что вышедшим на след законов атомарного мира.

Когда гости разошлись, Карл Фридрих, сияя, говорит матери: «Это был лучший день в моей жизни!». И что астрономия, возможно, не так интересна, как квантовая физика. Вернеру Гейзенбергу тоже понравился вечер, проведенный рядом с сыном посла. Мальчик напомнил ему, должно быть, бойскаутские времена. Как прирожденный вожак и идеальный старший брат, он по-мальчишески парировал не по годам разумные доводы сына дипломата. То, что за этим «лучшим днем в его жизни» уже вскоре последует куда более значительное событие, связанное с Вернером Гейзенбергом, юный Вайцзеккер никак не мог ожидать. Через короткое время после этой первой встречи — семья дипломата как раз возвратилась из Копенгагена в Берлин — от Гейзенберга приходит почтовая карточка. Она адресована не родителям, а Карлу Фридриху. Гейзенберг пишет, что по дороге из Копенгагена в Мюнхен должен делать пересадку в Берлине. Не хочет ли Карл Фридрих встретить его на Штеттинском вокзале и потом проехаться с ним на такси до Ангальтского вокзала. Они смогли бы, таким образом, продолжить прерванный копенгагенский разговор, тем более что у Гейзенберга есть чем поделиться.

Уже несколько недель Гейзенберг ожесточенно спорит с Бором о точной формулировке нового вида теории вероятностей. В то время как он стремится к радикально новому языку, Бор продолжает настаивать на том, что надо примирить классическую физику с квантовой механикой. Но Гейзенберг полон хладнокровной решимости опубликовать свое открытие, даже если это приведет к разрыву с Бором.

Наблюдателю квантовых масштабов, объясняет Гейзенберг юному Вайцзеккеру, принципиально невозможно точно измерить местонахождение частицы и одновременно ее скорость. Чем упорнее этот наблюдатель сосредоточится на локализации электрона, тем менее будет поддаваться измерению его скорость. Для обратного процесса справедливо то же самое. Эта принципиально возникающая неточность при измерениях двух величин — таких, как местоположение и скорость электрона, — никак не связана с неумением физиков или с несовершенством измерительных приборов. Эта неопределенность есть установленная природой граница, которую наблюдатель атомарных событий преодолеть не может.

Чтобы вообще измерить местоположение и скорость частицы, надо направить на нее луч света. Световая энергия вступает в неизбежное взаимодействие с частицей и отталкивает ее, так сказать, в сторонку. Значит, свет хоть и находит точное местонахождение электрона, но вместе с тем изменяет его скорость, которую в это мгновение уже нельзя измерить точно.

Если же изначально отказаться от точной локализации и удовольствоваться лишь нерезкой картинкой местоположения электрона, то наступает и соответственно меньшая неточность при измерении скорости. Неопределенности обеих величин, таким образом, находятся в прямой зависимости одна от другой. Поэтому Гейзенберг назвал этот феномен «соотношением неопределенности», или «соотношением нечеткости». А при умножении обеих нечёткостей в игру вступает как бы сам собой — что математически чрезвычайно приятно — планковский квант действия. То же самое соотношение справедливо и для результатов измерения энергии и времени. Соотношение неопределенности покончило с представлением о том, что на квантовом уровне природы можно что-то предсказать. Единственное, что остается, это лишь вероятности.

Гейзенберг с напряжением ждет, как сообщество физиков откликнется на публикацию его нового принципа. Он только что отослал свою работу в «Журнал физики». Карл Фридрих фон Вайцзеккер в берлинском такси — один из первых, кому Гейзенберг рассказывает об этом.

И без того одаренный четырнадцатилетний подросток, должно быть, чувствовал себя при прощании со своим ментором еще и одаренным щедрыми дарами. В те дни «от Гейзенберга исходило невероятное сияние только что совершённого великого открытия». Вайцзеккер, должно быть, чуть не лопался от гордости, что знает теперь то, о чем не догадывается даже сам Эйнштейн. Он представляет себе, что было бы, если б он встретил сейчас на улице величайшего физика мира. Кстати, он ведь и живет где-то тут, неподалеку: «...хоть я и робкий вообще-то, но с меня бы сталось заговорить с ним и спросить: а что вы думаете, собственно, о соотношении неопределенностей и о Вернере Гейзенберге?».

Вот бы огорошил его физик-теоретик своей новостью, что он теперь подался в практики и конструирует холодильники, избавленные от механических быстроизнашивающихся деталей. В это время увлеченный техникой Эйнштейн действительно бьется над методом, который позволил бы обойтись без ядовитых охладителей — аммиака, метилхлорида и двуокиси серы. Недавно целая семья в Берлине задохнулась во сне оттого, что из дефектного охлаждающего насоса выходил газ. Бывший «батрак патентования» из Швейцарского бюро интеллектуальной собственности в Берне теперь сам подает заявки на патенты — как внутри страны, так и за ее пределами — на свои инновационные холодильники. В этой работе Эйнштейн явно находит желанное отдохновение от нервного участия в создании новой атомной теории. Над набросками которой синхронно работают в Мюнхене, Гёттингене, Берлине, Цюрихе и Копенгагене. Правда, прежний вклад Эйнштейна в теорию внимательно изучается, но копенгагенская трактовка квантовой механики набирает в международном сообществе физиков все больший вес — такой поворот дела не мог понравиться новоиспеченному холодильному технику. Он пишет Максу Борну фразу, которая стала впоследствии крылатой: «Квантовая механика очень даже внушает уважение. Но внутренний голос подсказывает мне, что это Федот, да не тот. Теория дает нам много, но вряд ли приближает к тайне Старика. Я, по крайней мере, убежден, что Старик не играет в кости». Гейзенберг же считает, что ему лучше знать, чем Эйнштейну. Он застукал Бога с поличным на игре в кости и теперь всюду разносит эту неслыханную весть.