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.

---

Первое большое разочарование ее ожидало в 1932 г. Вместе со своим мужем она стремилась определить природу таинственной мощной радиации, наблюдаемой в 1930 г. Вальтером Боте — ведущим немецким ядерным физиком-экспериментатором. В 1932 г. они были близки к этому. Однако открытие, которое оказалось одним из величайших в современной науке, каким-то образом ускользнуло от них.

В лаборатории Кавендиша Кэмбриджского университета, возглавляемой тогда великим лордом Резерфордом, один из учеников Резерфорда Джеймс Чедвик также был занят поисками таинственного луча. Иронией судьбы одно из наблюдений Жолио-Кюри подсказало Чедвику правильное направление в исследованиях. А через месяц он сделал одно из самых потрясающих заявлений в истории науки: оказывается, таинственный луч является нейтроном, одним из основных строительных кирпичиков Вселенной — частицей, которой суждено было открыть дорогу в атомный век.

За это открытие Чедвик в 1935 г. был награжден Нобелевской премией в области физики — желанная награда, которую чуть не получила Ирен Жолио-Кюри.

Чедвик удостоился ее, потому что был знаком с докладом Резерфорда, сделанным в 1920 г., в котором отец экспериментальной ядерной физики предсказал существование нейтрона. Как говорят, Фредерик Жолио-Кюри с горечью сказал, после того как Чедвик закончил объяснение истинного значения наблюдений Жолио-Кюри, что если бы он и его жена прочитали этот доклад, то они и сами открыли бы нейтрон.

Когда 4 июня 1934 г. умерла Мария Кюри, Ирен Жолио-Кюри в возрасте тридцати шести лет уже достигла вершины своей научной славы, открыв (вместе со своим мужем) искусственную радиоактивность и тем самым значительно расширив размеры обширных владений, где ее мать была суверенной владычицей. Это единственный пример в истории науки, когда величие в одной из выдающихся областей знания передалось по наследственности от матери к дочери.

Но в отличие от матери Ирен Жолио-Кюри имела сильного противника. Лиза Мейтнер, хотя и была менее известна миру, в то время достигла большой популярности за открытия в области радиоактивности. И как это часто происходит с учеными, работающими в одной области, на научных конгрессах Мейтнер смело оспаривала открытия своей французской соперницы.

Лиза Мейтнер родилась в Вене в еврейской семье 7 ноября 1878 г. и была, таким образом, почти на девятнадцать лет старше Ирен, которая родилась 12 сентября 1897 г. В возрасте двадцати лет, когда Ирен был год, Лиза, изучающая в то время технические науки в Венском университете, была потрясена сообщениями об открытии полония и радия Пьером и Марией Кюри. Это открытие, одна из величайших вех в истории, определило выбор Лизы. Она посвятила себя изучению атомной физики, тогда новой области науки. Ее решение, которое через сорок лет оказало глубокое воздействие на ход истории науки, было принято под влиянием того, что одним из выдающихся пионеров освоения этой захватывающей новой области науки была женщина.

В 1908 г., когда Лизе было тридцать лет, исследования привели ее в Берлинский университет — тогда один из величайших мировых центров атомной физики. Здесь она изучала теоретическую физику с Максом Планком, открывателем квантовой теории — одной из самых революционных концепций в истории, за которую Планк получил Нобелевскую премию в области физики в 1918 г. И в это же время она начала свою экспериментальную работу с Отто Ганом, который учился под руководством Резерфорда. Это сотрудничество продолжалось тридцать лет.

Группа Гана и Лизы Мейтнер получила всемирное признание за их вклад в исследования радиоактивности, впервые проливший свет на образование продуктов распада радия, актиния и тория и на естественное превращение этих элементов с помощью алхимии природы. В 1917 г. они открыли редкий элемент протактиний, который занял 91-е место в периодической системе и заполнил пустое место между торием (порядковый номер 90) и ураном (номер 92). Они назвали его протактинием, так как их исследования показали, что он превращается в актиний, 89-й элемент.

Необычные радиоактивные элементы, полученные Ферми в 1934 г. бомбардировкой урана нейтронами, вызвали сенсацию в научном мире. Во всех ведущих лабораториях применялись хитроумнейшие приемы современной науки для определения природы этих странных элементов. Сейчас мы знаем, что они были новыми радиоактивными видами элементов с массой, почти вдвое меньшей массы атома урана, т. е. осколками расщепленных атомов урана. Но, согласно принятым в то время концепциям, расщепление атома считалось невозможным. Поэтому ученые продолжали ошибочно искать элементы тяжелее урана там, где их не было.

Среди самых опытных и хорошо известных исследователей в этой области были, конечно, Отто Ган и Лиза Мейтнер в Берлине и Ирен Жолио-Кюри вместе со своими сотрудниками в Париже. А в 1937 г. группа Гана — Мейтнер с помощью другого выдающегося радиохимика, Фрица Штрассмана, начала проводить опыты, которые могли проложить новые пути в научной пустыне. В 1938 г. они были заняты этими экспериментами, когда нацистские расовые законы прервали научную деятельность Лизы Мейтнер в Германии.

Хотя Лиза Мейтнер жила и работала в Берлине в течение тридцати лет, она сохранила свое австрийское подданство. После прихода Гитлера к власти в 1933 г. ей позволили продолжать работать в Институте кайзера Вильгельма, хотя она была еврейкой. Однако, когда немцы в марте 1938 г. оккупировали ее родину, на Лизу Мейтнер распространились нацистские расовые законы. Ее уволили, несмотря на вмешательство Гана и личное обращение Планка к Гитлеру. Узнав, что нацисты не позволят Лизе эмигрировать, голландские коллеги добыли ей разрешение на въезд в Голландию без паспорта. Приехав в Копенгаген, она посетила известный Институт теоретической физики, возглавляемый Нильсом Бором, где ее племянник Отто Р. Фриш, также бежавший из Германии, занимал ведущее положение. Оттуда она направилась в Стокгольм, где ее ожидало почетное место в штате сотрудников Физического института.

Изгнание Лизы Мейтнер положило конец ее тридцатилетнему плодотворному сотрудничеству с «петушком» (ган по-немецки петух), но не прервало их дружбы. Имена Гана и Мейтнер были настолько тесно связаны как в Германии, так и за ее пределами, что упоминание одного неизбежно вызывало в уме имя другого. Ган рассказывал о забавном эпизоде: когда однажды на научном конгрессе к Лизе Мейтнер обратился ее коллега, она рассеянно ответила: «Мне кажется, вы меня спутали с профессором Ганом».

Непосредственно перед изгнанием Мейтнер совместно с Ганом и Штрассманом завершила сложную серию опытов, которые, казалось, наконец навели порядок среди элементов. После отъезда Лизы Мейтнер Ган продолжал вместе со Штрассманом свои исследования того, что он считал трансурановыми элементами. При этом он поддерживал личную связь с Мейтнер, информировал ее о своих успехах, просил вносить предложения и высказывать критические замечания. Казалось, что все последующие эксперименты подтверждали результаты, достигнутые ими до отъезда Лизы. Они не сомневались в том, что бомбардировка урана нейтронами привела к созданию четырех новых элементов, находящихся за ураном (92-й элемент), т. е. 93, 94, 95 и 96-го элементов, а также нескольких более тяжелых видов (изотопов) самого урана.

Но Ирен Жолио-Кюри нарушила этот стройный порядок. Работая вместе с Павлом Савичем — талантливым югославским радиохимиком, она обнаружила новый элемент. Химические свойства этого элемента напоминали свойства актиния (89-й элемент), и для него с большим трудом можно было найти место в рамках схемы Гана — Мейтнер — Штрассмана. Но Ирен Жолио- Кюри, используя методику, впервые разработанную ее матерью, представила доказательства того, что радиоактивный элемент X не мог быть актинием. Действительно, элемент X вел себя во всех отношениях как редкоземельный металл — лантан, 57-й элемент, атомный вес которого на 100 единиц меньше атомного веса урана. Если это лантан, рассуждала она, то, значит, атом урана оказался расколотым на две почти равные части. Но Ирен Жолио-Кюри, используя очень остроумные химические способы исследования, сочла — увы, ошибочно,— что это вещество не лантан, а новый трансурановый элемент, во всех отношениях отличающийся от элементов в стройной схеме Гана и его коллег.

Велико же было удивление Гана, когда летом 1938 г. он ознакомился с докладом Кюри — Савича. По словам очевидца, канадского радиохимика Л. Дж. Кука, который в это время находился в Берлине, Ган сказал, что этого не может быть и что Кюри и Савич «очень сильно запутались».

Беда была в том, что Кюри и Савич действительно «очень запутались», но совсем не так, как думал Ган. Вскоре сам Ган обнаружил, что таинственный элемент X, открытый Ирен Жолио-Кюри, был в действительности не чем иным, как лантаном с атомным весом, равным половине атомного веса урана. Кюри открыла урановый распад, но не смогла понять этого.