Уильям Лоуренс - Люди и атомы

• Название: Люди и атомы
• Автор: Уильям Лоуренс
• Жанр: Прочая научная литература

Автор —физик, журналист и редактор по вопросам науки газеты «Нью-Йорк тайме» — Уильям Лоуренс рассказывает об открытии расщепления ядер урана, повествует о начале атомного века, описывает историю создания атомного оружия в США. Он останавливается и на перспективах мирного использования ядерной энергии.

Живо и интересно рассказывает Лоуренс о ядерно-физических исследованиях крупнейших ученых мира: итальянца Э. Ферми, датчанина Н. Бора, француженки И. Жолио-Кюри и других физиков, внесших значительный вклад в использование атомной энергии. Параллельно автор популярно излагает основные принципы экспериментальных физических исследований.

Книга интересна и полезна самому широкому кругу читателей.

---

Чтобы убедиться в том, что доклад будет напечатан в самом скором времени, Ган позвонил директору издательства, доктору Паулю Розбауду, своему личному другу. Доктор заверил его, что статья появится в выпуске от 6 января 1939 г. Этот срок был значительно короче срока, обычного для научных публикаций, но для Гана он показался бесконечным. Ведь за эти две недели Ирен Жолио-Кюри в любой день могла перехватить великий приз из его рук!

Прежде чем рассказать о своем изумительном открытии кому бы то ни было, Ган написал Лизе Мейтнер в Стокгольм, подробно сообщая ей о своих экспериментах и невероятных результатах, с которыми столкнулись он и Штрассман. С волнением он ждал ее ответа — ведь она была одним из ведущих физиков мира, наблюдательным аналитиком и острым критиком. Сочтет ли Лиза его выводы смешными, как они казались им самим сначала? Обнаружит ли какие-то серьезные ошибки в методе, которые он просмотрел? Пострадает ли его репутация химика, которая создавалась в течение многих лет?

Письмо Гана застало Лизу Мейтнер в отеле в маленьком городке Кунгельв — небольшом курортном местечке около Гетеборга, почти безлюдном в зимнее время, куда она приехала навестить своих друзей на рождественские каникулы. Вместе с нею был ее племянник, Отто Р. Фриш, который хотел провести с тетушкой ее первые каникулы в эмиграции и заодно серьезно поговорить с ней о будущих своих работах. Но судьба решила иначе.

Новости, полученные от Гана, были равносильны атомному взрыву в мозгу Лизы Мейтнер. Она перечитала письмо несколько раз, и чем больше его читала, тем фантастичнее оно казалось. Действительно, здесь имела место аномалия: две науки противоречили друг другу — химики открыли факты, которые, как уверяли физики, противоречили природе. Однако за долгие годы совместной работы Лиза Мейтнер знала Гана как серьезного химика и почти полностью исключала возможность ошибки в скрупулезных опытах своих коллег. Если наблюдения Гана и Штрассмана верны, это могло лишь означать, что новое революционное открытие снова было сделано се- рендипно.

Природа нового явления потрясла Лизу Мейтнер. Она знала, что барий может появиться лишь при расщеплении ядра атома урана, состоящего из 92 положительных атомных единиц (протонов), на два более легких элемента, состоящих из 56 и 36 положительных частиц, что соответствует барию и инертному газу — криптону. Но все известные законы физики утверждали, что такое космическое расщепление противоречит основному закону природы. Если же такое расщепление произошло, то этот закон должен быть коренным образом изменен.

Мейтнер была довольна присутствием племянника Отто, молодого физика со свежим умом,— вдвоем они обязательно найдут ответ на эту загадку. Лиза чувствовала, что в барии скрыта одна из величайших тайн природы, послание от святая святых космоса. Само провидение послало ей племянника, чтобы помочь истолковать это послание.

Однако, к полному ее смятению, когда она рассказала племяннику о том, что обнаружил Ган, он отказался слушать. «Невероятно!»,— воскликнул он. Обсуждать нечто невозможное было пустой тратой времени. Он хотел обсуждать только свой собственный проект — ведь это одна из главных причин его визита.

Когда тетушка стала настаивать, он предложил ей прогуляться. Небольшой моцион и немного воздуха, подумал он,— это все, что нужно, чтобы привести ее в чувство. Поэтому они отправились на прогулку: она пешком, а он на лыжах. Должно быть, это было странное зрелище: крохотная шестидесятилетная старушка, плетущаяся через большие заснеженные поля, рядом с тридцатичетырехлетним мужчиной; она — оживленная, жестикулирующая, очевидно, отчаянно старающаяся разъяснить свою точку зрения, он — безразличный, поглощенный своими мыслями, иногда покачивающий с недоверием головой. Если ей и удалось пробить брешь в его укоренившихся взглядах, то этого не было заметно, когда они вернулись в гостиницу.

Но весомые аргументы, выдвинутые гибким умом его тетушки, наконец сумели преодолеть сопротивление Отто. В последующие дни в провинциальной гостинице проходили оживленные дискуссии, в результате которых появилась новая величественная концепция.

«Ей потребовалось довольно много усилий, чтобы заставить меня слушать,— вспоминал он через пятнадцать лет,— но, в конце концов, мы начали спорить о природе открытия, сделанного Ганом, и постепенно поняли, что распад ядра урана на две почти равные части — процесс, совершенно отличный от распада ядра радия, и его надо рассматривать совсем по-иному».

Это не было похоже, продолжал он, на распад ядра радия путем испускания одного ядра гелия за две тысячи лет, «а скорее постепенная деформация уранового ядра, его удлинение, появление талии и, наконец, деление на две половины... Самой поразительной чертой этой новой формы ядерной реакции было высвобождение огромной энергии».

Открытие деления ядра урана поразило Отто Фриша. «Я был настолько взволнован, что не знал, как поступить дальше,— писал он.— Я чувствовал, что это нечто намного превосходит мои возможности». Своей матери — сестре Лизы Мейтнер — он писал в это время: «Я чувствую себя как человек, который, пробираясь сквозь джунгли, не желая этого, поймал за хвост слона и сейчас не знает, что с ним делать».

Первое, что Отто Фриш и доктор Мейтнер решили предпринять, это рассказать об открытии Гана и своем истолковании этого открытия Нильсу Бору, который тогда собирался уезжать в Соединенные Штаты. Итак, 6 января, в день, когда доклад Гана и Штрассмана был опубликован в Германии, Фриш поехал в Копенгаген. Когда он рассказал все Бору, великий физик хлопнул себя по лбу.

«Как мы могли не замечать этого так долго!» — воскликнул Бор в полном изумлении. Он был настолько взволнован, что лишь с трудом заставил себя сесть на пароход, отправлявшийся в Швецию, где в последнюю минуту пересел на корабль, отходящий в Соединенные Штаты.

ГЛАВА 5 Америка узнает об открытии деления урана

На следующий день, 7 января 1939 г., на борту шведско-американского корабля «Дроттнингхолм» Бор отплыл из Гетеборга (Швеция) в Соединенные Штаты. Он собирался провести несколько месяцев в Институте прогрессивных исследований в Принстоне (штат Нью-Джерси), где Эйнштейн разрабатывал свою знаменитую теорию относительности. Ни Бор, ни Эйнштейн не могли догадываться, что в скором времени вопросы, гораздо более близкие к нашей Земле, потребуют от них отложить размышления о проблемах космоса.

Воскресенье 15 января, когда пароход, на котором находился Бор, приближался к нью-йоркской гавани, Фриш провел в лаборатории Бора решающий эксперимент, не оставивший сомнений в правильности истолкования им и Лизой Мейтнер эксперимента Гана. При помощи удивительно простого аппарата: кусочка урана в ионизационной камере; трубки с радием и бериллием, служащих в качестве источника нейтронов; пары наушников от телефона и усилителя — он продемонстрировал, что бомбардировка урана нейтронами приводит к появлению на экране осциллографа самых сильных электрических импульсов, когда-либо до этого наблюдаемых. Высота этих импульсов служила своего рода атомным термометром, регистрирующим количество энергии, освобождаемой в камере.

И он стоял со смешанным чувством волнения и страха, наблюдая с изумлением, которое может быть испытано лишь теми, кому довелось снять завесу с одной из тайн природы. Фриш увидел, что атомный термометр показал энергию, в 50 миллионов раз большую, чем энергия, освобождаемая при сжигании одного атома водорода в кислороде.

Это было именно то количество энергии, которое, по расчетам его и Лизы Мейтнер, должно высвободиться, если ядро атома урана будет расщеплено на две почти равные части. Таким образом, впервые было показано, что деление урана может происходить в земных условиях, поэтому 15 января 1939 г. можно считать днем рождения атомного века.

Эксперимент Фриша был сходен с экспериментом, впервые проведенным Ферми и его коллегами. Однако этот эксперимент имел одно существенное отличие: на этот раз не было полоски алюминиевой фольги толщиной в три мила, которая скрывала атомный вулкан, извергавшийся внутри камеры.

На следующий день, в понедельник 16 января 1939 г., через две недели после приезда Ферми в Соединенные Штаты, Мейтнер и Фриш послали свою историческую статью в английский научный журнал «Нейчур», озаглавленную «Деление урана с помощью нейтронов — новый тип ядерной реакции». Статья была результатом продолжительного междугородного разговора по телефону Мейтнер из Стокгольма и Фриша из Копенгагена, и ее опубликование явилось вехой в истории науки.

Изложив основные научные предпосылки своих выводов, они написали строки, которые затем стали знаменитыми:

«Поэтому кажется возможным, что ядро урана обладает лишь небольшой стабильностью и может после захвата нейтрона разделиться на два ядра примерно равной величины... Эти два ядра будут отталкивать друг друга (потому что оба они несут большие положительные заряды) и должны получить общую кинетическую энергию около 200 миллионов электронвольт, как это рассчитано по ядерному радиусу и заряду».