Після того, як група Енріко Фермі домоглася у своєму графітовому реакторі ланцюгової реакції ділення урану, американський проект зі створення атомної бомби вийшов на фінішну пряму. Зібравши в пустелі штату Нью-Мексико найбільших вчених свого покоління, США за три роки отримали зброю, що назавжди змінила світ. Але в тому, як саме можна змінити світ за допомогою атомної зброї, думки вчених і політиків розійшлися. Як перші намагалися домовитися з другими, і чому у них нічого не вийшло - в нашому матеріалі.
Восени 1942 року для прискорення роботи над розробкою атомної бомби керівником проекту з боку армії був призначений полковник інженерних військ Леслі Гровс. Одночасно з призначенням він був підвищений до генерала - звання повинно було справляти належне враження на вчених. Гровс, який щойно закінчив будувати Пентагон, чекав призначення в діючу армію, і був страшно роздратований тим, що воно зірвалося.
Один з підлеглих Гровса згадував про нього як про «найбільшого сучого сина», але також і як про надзвичайно вимогливого і ефективного керівника. У системі військових пріоритетів проекту атомної бомби був присвоєний рейтинг АА-3, тобто дефіцитні матеріали направлялися в першу чергу на виробництво необхідного озброєння і обладнання з рейтингами АА-1 або АА-2. Насамперед після свого призначення Гровс пригрозив голові Управління військового виробництва, що рекомендуватиме президенту Рузвельту відмовитися від атомної бомби, оскільки Управління не вважає її досить пріоритетним завданням. Манхеттенському проекту був присвоєний найвищий пріоритет ААА, зарезервований для надзвичайних ситуацій.
Срібло і розділення ізотопів
Першим методом поділу ізотопів урану 235 і 238, необхідного для створення уранової бомби, був відкритий англійцями метод газової дифузії (ми розповідали про нього в минулій частині). Винахідник циклотрона американець Ернест Лоуренс запропонував альтернативу: електромагнітний поділ. Який спосіб поділу ізотопів буде більш ефективний в промисловому масштабі, заздалегідь було невідомо, тому Гровс вирішив поставити на всі методи відразу. Для методу Лоуренса необхідні потужні електромагніти, виробництво яких вимагає великої кількості міді. В умовах війни міді відчайдушно не вистачало, але було знайдено елегантне рішення: замінити мідь на срібло зі сховищ Федерального казначейства. На переговори із заступником секретаря Казначейства Деніелом Беллом Гровс відправив свого заступника полковника Ніколса. Коли Белл почув, що Манхеттенському проекту потрібно від 5 до 10 тисяч тонн срібла, він в приголомшенні вигукнув: «Але полковник, у Казначействі ми не говоримо про тонни срібла, ми говоримо про тройські унції!» У результаті Манхеттенський проект отримав 395 мільйонів тройських унцій (12 500 тонн) срібла для виробництва електромагнітів.
"Він геній. Справжній геній "
Наступним завданням, поставленим Гровсом, була організація окремої лабораторії, в якій можна було б зібрати всіх вчених та інженерів, які працюють над бомбою. Досі вони були розосереджені в університетських лабораторіях по всій країні, від Нью-Йорка до Каліфорнії, і армійське командування страшно турбувалося про те, що це надзвичайно ускладнює контроль над витоками секретної інформації. Директором нової надсекретної лабораторії генерал Гровс вирішив призначити Роберта Оппенгеймера.
Роберт Оппенгеймер народився 22 квітня 1904 року в родині нерелігійних євреїв. У школі він захоплювався безліччю речей - від літератури і грецької мови до хімії та мінералогії. У Гарварді його основною спеціалізацією була хімія, проте коло інтересів було набагато ширше. У листі до друга, дещо малюючись, він розповідав про свої заняття в університеті:
Я пишу незліченну безліч есе, нотаток, віршів, оповідань і всякого сміття; я ходжу в математичну бібліотеку, а також у філософську бібліотеку, де проводжу час, читаючи Meinherr Бертрана Рассела і споглядаючи чудову дівчину, яка пише дисертацію про Спіноза - чарівно іронічно, чи не правда? Я розвожу сморід у трьох різних лабораторіях, слухаю плітки про Расіна, пригощаю чаєм і базікаю (зі знанням справи) з кількома втраченими душами, їду на вихідні, щоб перегнати енергію в сміх і знеможення, читаю по-грецьки, допускаю нетактовності, шукаю листи на столі і хочу померти. Вуаля.
У якийсь момент Оппенгеймер зрозумів, що найцікавіші для нього області хімії знаходяться на стику з фізикою, і після закінчення університету в 1924 році вирішив відправитися в саме серце сучасної експериментальної фізики - Кавендішську лабораторію в Кембриджському університеті (про відкриття, зроблені в Кавендіші, ми розповідали в матеріалі «Квантова революція і гірчичний газ»).
Здібності Оппенгеймера як експериментатора не вразили Ернеста Резерфорда, який був директором лабораторії в той момент. Першовідкривач електрону Дж.Дж.Томсон погодився взяти Оппенгеймера під своє крило, проте доручена ним робота йшла у Оппенгеймера погано, і це вганяло американця у важку депресію - йому навіть довелося звернутися за допомогою до психіатра. Порятунок, однак, прийшов в особі Нільса Бора, який відвідав Кембридж того ж року - Оппенгеймер вирішив стати фізиком-теоретиком. Цікаво, що трохи більше 10 років тому сам Бор, страждаючи від непродуктивної роботи з Томсоном, знайшов «друге дихання» після зустрічі з Резерфордом.
Для освоєння професії теоретика німецький Геттінген, де Макс Борн і Вернер Гейзенберг працювали над основами квантової механіки (про це детальніше в матеріалі «Німеччина, звичайно, юбер аллес»), підходив краще Кембриджа. Оппенгеймер переїхав туди восени 1926 року і вже наступного року з відзнакою захистив кандидатську дисертацію. Робота в Геттінгені дійсно внесла значний внесок у квантову механіку: зокрема, Оппенгеймеру разом з Борном вдалося побудувати квантовомеханічний опис молекул. Успіх додав 23-річному Оппенгеймеру впевненості в собі. Джеймс Франк, нобелівський лауреат, який приймав кандидатський іспит у 23-річного американця, після закінчення, за чутками, вигукнув: "Яке полегшення! Ще трохи, і він почав би екзаменувати мене ".
Після повернення в США 25-річний Роберт Оппенгеймер отримав позиції відразу в двох каліфорнійських університетах, Берклі і Калтехі. Там навколо нього швидко утворився гурток студентів, який у підсумку, за словами самого Оппенгеймера, став «найбільшою в країні школою теоретичної фізики». Молодий викладач привертав до себе готовністю глибоко зануритися в спільну роботу, смаком до сучасної фізики - тобто розумінням того, які завдання найцікавіші та найактуальніші, - і не в останню чергу неабиякістю особистості. На кампусі всі обговорювали те, як він вивчив санскрит, щоб читати Бхагавадгіту в оригіналі, його пристрасть до обпікаюче гострої їжі і обожнювали легкість, з якою він змушував колег відчути себе ідіотами. Студенти переймали його зарозумілий стиль. Фермі в листі Сегрі жартівливо описав один з семінарів: "Еміліо, я стаю старим і іржавим. Не можу розібратися у високолобих теоріях, які розробляють учні Оппенгеймера. Я сходив на семінар і впав у депресію від того, що нічого не зрозумів. На щастя, остання фраза доповідача мене трохи підбадьорила: «І це теорія бета-розпаду Фермі» (про відкриття Фермі ми розповідали в матеріалі «Але до нас йде жорстока пора»).
Оппенгеймер був не найочевиднішим кандидатом на посаду директора надсекретної лабораторії для створення суперзброї. Він був теоретиком, у нього не було Нобелівської премії. А головне, у генерала Гровса були всі підстави для того, щоб сумніватися в його політичній благонадійності.
Як і багато інтелектуалів, Оппенгеймер співчував лівим ідеям. У 1936 році в Іспанії почалася громадянська війна, в якій праві повстанці під керівництвом генерала Франсіско Франко і за підтримки Гітлера і Муссоліні воювали проти лівого республіканського уряду, якому допомагав СРСР. На вечорі, присвяченому збору коштів на користь іспанських республіканців, Оппенгеймер познайомився з Джин Татлок, активісткою Комуністичної партії США. Вони стали зустрічатися, і Джин ввела його в коло лівих активістів. Стосунки з Татлок були бурхливими, пара кілька разів сходилася і розходилася, і в 1940 році Оппенгеймер одружився з іншою комуністкою - Кетрін Пьюнінг. Крім того, комуністом був і молодший брат Роберта Френк.
І тим не менш, Гровс все одно вважав, що Оппенгеймер повинен керувати атомним проектом. "Він геній. Справжній геній. <...> Він знає все про все, може вникнути в будь-яку пропозицію. Не зовсім, звичайно. Є дещо, про що він не має уявлення. Він нічого не знає про спорт ", - повідомив Гровс в одному з післявоєнних інтерв'ю.
Super і термоядерний синтез
Влітку 1942 року, ще до офіційного старту Манхеттенського проекту, Оппенгеймер зібрав у Берклі невелику групу теоретиків, що складається з власних учнів і кількох великих фахівців з ядерної фізики (без помилкової скромності він назвав її «Корифеї»), щоб обговорити конструкцію атомної бомби. Одним з них був Едвард Теллер, блискучий фізик, який народився в Угорщині і емігрував з Німеччини в 1933 році. Він запропонував «корифеям» зайнятися чимось цікавіше атомної бомби, теорія якої була в загальних рисах вже зрозуміла. У 1941 році Фермі запропонував ідею бомби, яка була б у сотні разів потужнішою за атомну. Справа в тому, що крім ядерної реакції розпаду, як у урану або плутонію, можлива ядерна реакція синтезу, тобто об'єднання двох легких ядер в одне більш важке. Причому, якщо в результаті виходить елемент легше заліза, то синтез енергетично вигідний, тобто маса вихідних легких ядер трохи більше маси важкого ядра, і різниця за формулою Ейнштейна E = mc2 виділяється у вигляді енергії.
Проблема, однак, в тому, що ядерні сили короткодіючі - тобто ядрам треба дуже сильно зблизитися, щоб вступити в реакцію синтезу. Оскільки вони заряджені позитивно, цьому протидіє електричне відштовхування. Подолати відштовхування можна, якщо шляхом нагріву змусити ядра дуже швидко рухатися. Але відштовхування настільки сильно, що потрібні температури в сотні мільйонів градусів, порівнянної з температурою всередині зірок. З цієї причини ядерні реакції синтезу називають також термоядерними реакціями. У земних умовах необхідної температури досягти можна хіба що всередині атомного вибуху. Доручивши учням Оппенгеймера розбиратися зі нудними питаннями про конструкцію атомної бомби, «корифеї» зайнялися дійсно цікавим теоретичним завданням: чи можна ініціювати термоядерну реакцію, влаштувавши атомний вибух навколо термоядерного палива? Чи не може атомний вибух запустити термоядерну реакцію за участю азоту в атмосфері або водню в океані? "Це стало б повною катастрофою. Краще вже віддатися в рабство нацистам, ніж забити останній цвях у кришку труни людства! "- згадував Ханс Бете сумніви, що охопили" корифеїв ". Їхні розрахунки показали, що атомний вибух у повітрі або воді не повинен призвести до термоядерного апокаліпсису, а «супер-бомба», якщо і можлива, то вимагатиме так багато роботи, що точно не зможе бути створена до кінця війни. Теллер залишився дуже незадоволений цим висновком. Ще сильніше він був ображений, коли Оппенгеймер призначив керівником теоретичного відділення лабораторії не його, а Ханса Бете. Бете, своєю чергою, мав труднощі з тим, щоб змусити Теллера підкорятися його вказівкам. У підсумку Оппенгеймер доручив Теллеру займатися термоядерною бомбою, однак ця тема мала низький пріоритет, і в групі Теллера було всього 6 співробітників. Однією з цих співробітниць була Марія Гепперт-Майєр. Вона народилася і закінчила університет у Німеччині. У 1930 році вона захистила дисертацію з теоретичної фізики під керівництвом Макса Борна і зустріла американського фізика Джозефа Майєра, який приїхав на стажування в Геттінгенський університет. Вони одружилися і переїхали в США, де Майєр отримав позицію в університеті. У той час в американських університетах були суворі правила проти непотизму, які повинні були запобігати несправедливому найму співробітників за сімейною протекцією, але в реальності призводили до того, що дружини вчених не мали можливості будувати наукову кар'єру. Єдине, на що могла розраховувати Гепперт-Майєр - це неоплачувані посади, які давали доступ до робочого місця і спілкування з колегами, але не приносили грошей. Після війни вона, нарешті, отримала позицію в Чиказькому університеті і почала роботу над оболонковою моделлю ядра, яка, зокрема, дозволила пояснити загадку магічних ядерних чисел - чому ядра з певною кількістю протонів і нейтронів є особливо стабільними. За цю роботу Гепперт-Майєр отримала Нобелівську премію з фізики 1963 року і стала другою (після Марії Кюрі) жінкою, яка отримала цю нагороду. Місцева газета (1960 року Гепперт-Майєр стала професором фізики в Каліфорнійському університеті в Сан Дієго) повідомила про це так: «Мати з Сан Дієго отримала Нобелівську премію з фізики».
Лос Аламос
У юності Оппенгеймер провів літо на ранчо в горах в штаті Нью-Мексико і закохався в ці місця. Одного разу в листі другові він зауважив: "Дві моїх великих любові - це фізика і пустельна місцевість. Шкода, що їх не можна поєднати ". Однак саме це і потрібно було Гровсу - лабораторія з найталановитішими фізиками в США, розташована так далеко, щоб можна було не турбуватися про витоки інформації або саботаж ворожих шпигунів. За пропозицією Оппенгеймера в листопаді 1942 року уряд США викупив територію приватної школи Лос Аламос, розташованої в горах в 56 км від столиці Нью-Мексико, Санта-Фе.
Вчені, яких Оппенгеймер вмовив приєднатися до Манхеттенського проекту, почали переїжджати в Лос Аламос на початку 1943 року. Спочатку Оппенгеймер розраховував, що йому буде потрібно близько 50 наукових співробітників і ще 50 лаборантів. У реальності населення Лос Аламоса (включаючи членів сімей співробітників лабораторії) становило 3500 осіб вже в 1943 році і майже 10 000 до кінця 1945.
Умови життя в Лос Аламосі були далекими від ідеальних, особливо для тих, хто звик жити в зручних європейських містах (Лео Сілард боявся, що зійде там з розуму). Крім того, при такій швидкості зростання населення, незважаючи на безперервне будівництво, постійно не вистачало житла.
Ще одним джерелом постійного роздратування вчених були заходи секретності і безпеки, встановлені генералом Гровсом. Лос Аламос був оточений парканом, ще один паркан з колючим дротом був побудований навколо технічної зони, в якій знаходилися лабораторії. Це нервувало деяких емігрантів з Європи, оскільки нагадувало про концтабори. Всі жителі, крім маленьких дітей, були зобов'язані носити бейджі з ім'ям і фотографією, колір яких визначав, куди володар бейджу має доступ. У Лос Аламосі було всього 3 телефони, а пошта перлюструвалася. Жителям заборонялося розповідати, де вони живуть, з ким і над чим працюють.
<