После того, как группа Энрико Ферми добилась в своем графитовом реакторе самоподдерживающейся цепной реакции деления урана, американский проект по созданию атомной бомбы вышел на финишную прямую. Собрав в пустыне штата Нью-Мексико величайших ученых своего поколения, США за три года получили оружие, навсегда изменившее мир. Но в том, как именно можно поменять мир при помощи атомного оружия, мнения ученых и политиков разошлись. Как первые пытались договориться со вторыми, и почему у них ничего не вышло — в нашем материале.
Осенью 1942 года для ускорения работы над разработкой атомной бомбы руководителем проекта со стороны армии был назначен полковник инженерных войск Лесли Гровс. Одновременно с назначением он был повышен до генерала — звание должно было производить должное впечатление на ученых. Гровс, только что закончивший строить Пентагон, ждал назначения в действующую армию, и был страшно раздосадован тем, что оно сорвалось.
Один из подчиненных Гровса вспоминал о нем как о «величайшем сукином сыне», но также и как о чрезвычайно требовательном и эффективном руководителе. В системе военных приоритетов проекту атомной бомбы был присвоен рейтинг АА-3, то есть дефицитные материалы направлялись в первую очередь на производство необходимого вооружения и оборудования с рейтингами АА-1 или АА-2. Первым делом после своего назначения Гровс пригрозил главе Управления военного производства, что будет рекомендовать президенту Рузвельту отказаться от атомной бомбы, поскольку Управление не считает ее достаточно приоритетной задачей. Манхэттенскому проекту был присвоен наивысший приоритет ААА, зарезервированный для чрезвычайных ситуаций.
Серебро и разделение изотопов
Первым методом разделения изотопов урана 235 и 238, необходимого для создания урановой бомбы, был открытый англичанами метод газовой диффузии (мы рассказывали о нем в прошлой части). Изобретатель циклотрона американец Эрнест Лоуренс предложил альтернативу: электромагнитное разделение. Какой способ разделения изотопов будет более эффективен в промышленном масштабе, заранее было неизвестно, поэтому Гровс решил поставить на все методы сразу. Для метода Лоуренса необходимы мощные электромагниты, производство которых требует большого количества меди. В условиях войны меди отчаянно не хватало, но было найдено элегантное решение: заменить медь на серебро из хранилищ Федерального казначейства. На переговоры с заместителем секретаря Казначейства Дэниэлом Беллом Гровс отправил своего заместителя полковника Николса. Когда Белл услышал, что Манхеттенскому проекту требуется от 5 до 10 тысяч тонн серебра, он в ошеломлении воскликнул: «Но полковник, в Казначействе мы не говорим о тоннах серебра, мы говорим о тройских унциях!» В итоге Манхэттенский проект получил 395 миллионов тройских унций (12 500 тонн) серебра для производства электромагнитов.
«Он гений. Настоящий гений»
Следующей задачей, поставленной Гровсом, была организация отдельной лаборатории, в которой можно было бы собрать всех ученых и инженеров, работающих над бомбой. До сих пор они были рассредоточены в университетских лабораториях по всей стране, от Нью-Йорка до Калифорнии, и армейское командование страшно беспокоилось о том, что это чрезвычайно усложняет контроль над утечками секретной информации. Директором новой сверхсекретной лаборатории генерал Гровс решил назначить Роберта Оппенгеймера.
Роберт Оппенгеймер родился 22 апреля 1904 года в семье нерелигиозных евреев. В школе он увлекался множеством вещей — от литературы и греческого языка до химии и минералогии. В Гарварде его основной специализацией была химия, однако круг интересов был гораздо шире. В письме другу, несколько рисуясь, он рассказывал о своих занятиях в университете:
Я пишу бесчисленное множество эссе, заметок, стихов, рассказов и всякого мусора; я хожу в математическую библиотеку, а также в философскую библиотеку, где провожу время, читая Meinherr Бертрана Рассела и созерцая прекраснейшую девушку, которая пишет диссертацию о Спинозе — очаровательно иронично, не правда ли? Я развожу вонь в трех разных лабораториях, слушаю сплетни о Расине, угощаю чаем и болтаю (со знанием дела) с несколькими потерянными душами, уезжаю на выходные, чтобы перегнать энергию в смех и изнеможение, читаю по-гречески, допускаю бестактности, ищу письма на столе и хочу умереть. Вуаля.
В какой-то момент Оппенгеймер понял, что самые интересные для него области химии находятся на стыке с физикой, и после окончания университета в 1924 году решил отправиться в самое сердце современной экспериментальной физики — Кавендишскую лабораторию в Кембриджском университете (об открытиях, сделанных в Кавендише, мы рассказывали в материале «Квантовая революция и горчичный газ»).
Способности Оппенгеймера как экспериментатора не впечатлили Эрнеста Резерфорда, который был директором лаборатории в тот момент. Первооткрыватель электрона Дж. Дж. Томсон согласился взять Оппенгеймера под свое крыло, однако порученная им работа шла у Оппенгеймера плохо, и это вгоняло американца в тяжелую депрессию — ему даже пришлось обратиться за помощью к психиатру. Спасение, однако, пришло в лице Нильса Бора, который посетил Кембридж в том же году — Оппенгеймер решил стать физиком-теоретиком. Интересно, что чуть больше 10 лет назад сам Бор, страдая от непродуктивной работы с Томсоном, обрел «второе дыхание» после встречи с Резерфордом.
Для освоения профессии теоретика немецкий Геттинген, где Макс Борн и Вернер Гейзенберг работали над основами квантовой механики (об этом подробнее в материале «Германия, конечно, юбер аллес»), подходил лучше Кембриджа. Оппенгеймер переехал туда осенью 1926 года и уже в следующем году с отличием защитил кандидатскую диссертацию. Работа в Геттингене действительно внесла значительный вклад в квантовую механику: в частности, Оппенгеймеру вместе с Борном удалось построить квантовомеханическое описание молекул. Успех придал 23-летнему Оппенгеймеру уверенности в себе. Джеймс Франк, нобелевский лауреат, принимавший кандидатский экзамен у 23-летнего американца, после окончания, по слухам, воскликнул: «Какое облегчение! Еще немного, и он принялся бы экзаменовать меня».
После возвращения в США 25-летний Роберт Оппенгеймер получил позиции сразу в двух калифорнийских университетах, Беркли и Калтехе. Там вокруг него быстро образовался кружок студентов, который в итоге, по словам самого Оппенгеймера, стал «крупнейшей в стране школой теоретической физики». Молодой преподаватель привлекал к себе готовностью глубоко погрузиться в совместную работу, вкусом к современной физике — то есть пониманием того, какие задачи самые интересные и актуальные, — и не в последнюю очередь незаурядностью личности. На кампусе все обсуждали то, как он выучил санскрит, чтобы читать Бхагавадгиту в оригинале, его страсть к обжигающе острой еде и обожали легкость, с которой он заставлял коллег почувствовать себя идиотами. Студенты перенимали его заносчивый стиль. Ферми в письме Сегре шутливо описал один из семинаров: «Эмилио, я становлюсь старым и ржавым. Не могу разобраться в высоколобых теориях, которые разрабатывают ученики Оппенгеймера. Я сходил на семинар и впал в депрессию от того, что ничего не понял. К счастью, последняя фраза докладчика меня немного приободрила: «И это теория бета-распада Ферми» (об открытиях Ферми мы рассказывали в материале «Но к нам идет жестокая пора»).
Оппенгеймер был не самым очевидным кандидатом на пост директора сверхсекретной лаборатории для создания супероружия. Он был теоретиком, у него не было Нобелевской премии. А главное, у генерала Гровса были все основания для того, чтобы сомневаться в его политической благонадежности.
Как и многие интеллектуалы, Оппенгеймер сочувствовал левым идеям. В 1936 году в Испании началась гражданская война, в которой правые повстанцы под руководством генерала Франсиско Франко и при поддержке Гитлера и Муссолини воевали против левого республиканского правительства, которому помогал СССР. На вечере, посвященном сбору средств в пользу испанских республиканцев, Оппенгеймер познакомился с Джин Татлок, активисткой Коммунистической партии США. Они стали встречаться, и Джин ввела его в круг левых активистов. Отношения с Татлок были бурными, пара несколько раз сходилась и расходилась, и в 1940 году Оппенгеймер женился на другой коммунистке — Кэтрин Пьюнинг. Кроме того, коммунистом был и младший брат Роберта Фрэнк.
И тем не менее, Гровс все равно считал, что Оппенгеймер должен руководить атомным проектом. «Он гений. Настоящий гений. <...> Он знает все обо всем, может вникнуть в любое предложение. Не совсем, конечно. Есть кое-что, о чем он не имеет представления. Он ничего не знает о спорте», — сообщил Гровс в одном из послевоенных интервью.
Super и термоядерный синтез
Летом 1942 года, еще до официального старта Манхэттенского проекта, Оппенгеймер собрал в Беркли небольшую группу теоретиков, состоящую из собственных учеников и нескольких крупных специалистов по ядерной физике (без ложной скромности он назвал ее «Корифеи»), чтобы обсудить конструкцию атомной бомбы. Одним из них был Эдвард Теллер, блестящий физик, родившийся в Венгрии и эмигрировавший из Германии в 1933 году. Он предложил «корифеям» заняться чем-то поинтереснее атомной бомбы, теория которой была в общих чертах уже понятна.В 1941 году Ферми предложил идею бомбы, которая была бы в сотни раз мощнее атомной. Дело в том, что кроме ядерной реакции распада, как у урана или плутония, возможна ядерная реакция синтеза, то есть объединения двух легких ядер в одно более тяжелое. Причем, если в результате получается элемент легче железа, то синтез энергетически выгоден, то есть масса исходных легких ядер немного больше массы тяжелого ядра, и разница по формуле Эйнштейна E=mc2 выделяется в виде энергии.
Проблема, однако, в том, что ядерные силы короткодействующие — то есть ядрам надо очень сильно сблизиться, чтобы вступить в реакцию синтеза. Поскольку они заряжены положительно, этому противодействует электрическое отталкивание. Преодолеть отталкивание можно, если путем нагрева заставить ядра очень быстро двигаться. Но отталкивание столь сильно, что нужны температуры в сотни миллионов градусов, сравнимой с температурой внутри звезд. По этой причине ядерные реакции синтеза называют также термоядерными реакциями. В земных условиях необходимой температуры добиться можно разве что внутри атомного взрыва. Поручив ученикам Оппенгеймера разбираться со скучными вопросами о конструкции атомной бомбы, «корифеи» занялись действительно интересной теоретической задачей: можно ли инициировать термоядерную реакцию, устроив атомный взрыв вокруг термоядерного топлива?Возник и еще один вопрос, имеющий более непосредственное отношение к использованию атомной бомбы. Не может ли атомный взрыв запустить термоядерную реакцию с участием азота в атмосфере или водорода в океане? «Это стало бы полной катастрофой. Лучше уж отдаться в рабство нацистам, чем забить последний гвоздь в крышку гроба человечества!» — вспоминал Ханс Бете сомнения, охватившие «корифеев». Их расчеты показали, что атомный взрыв в воздухе или воде не должен привести к термоядерному апокалипсису, а «супер-бомба», если и возможна, то потребует так много работы, что точно не сможет быть создана до конца войны. Теллер остался очень недоволен этим выводом. Еще сильнее он был обижен, когда Оппенгеймер назначил руководителем теоретического отделения лаборатории не его, а Ханса Бете. Бете, в свою очередь, испытывал сложности с тем, чтобы заставить Теллера подчиняться его указаниям. В итоге Оппенгеймер поручил Теллеру заниматься термоядерной бомбой, однако эта тема имела низкий приоритет, и в группе Теллера было всего 6 сотрудников.Одной из этих сотрудниц была Мария Гепперт-Майер. Она родилась и закончила университет в Германии. В 1930 году она защитила диссертацию по теоретической физике под руководством Макса Борна и встретила американского физика Джозефа Майера, который приехал на стажировку в Геттингенский университет. Они поженились и переехали в США, где Майер получил позицию в университете.В то время в американских университетах были строгие правила против непотизма, которые должны были предотвращать несправедливый найм сотрудников по семейной протекции, но в реальности приводили к тому, что жены ученых не имели возможности строить научную карьеру. Единственное, на что могла рассчитывать Гепперт-Майер — это неоплачиваемые должности, которые давали доступ к рабочему месту и общению с коллегами, но не приносили денег.После войны она, наконец, получила позицию в Чикагском университете и начала работу над оболочечной моделью ядра, которая, в частности, позволила объяснить загадку магических ядерных чисел - почему ядра с определенным количеством протонов и нейтронов являются особенно стабильными. За эту работу Гепперт-Майер получила Нобелевскую премию по физике в 1963 году и стала второй (после Марии Кюри) женщиной, получившей эту награду. Местная газета (в 1960 году Гепперт-Майер стала профессором физики в Калифорнийском университете в Сан Диего) сообщила об этом так: «Мать из Сан Диего получила Нобелевскую премию по физике».
Лос Аламос
В юности Оппенгеймер провел лето на ранчо в горах в штате Нью-Мексико и влюбился в эти места. Однажды в письме другу он заметил: «Две моих больших любви — это физика и пустынная местность. Жаль, что их нельзя совместить». Однако именно это и нужно было Гровсу — лаборатория с самыми талантливыми физиками в США, расположенная так далеко, чтобы можно было не беспокоиться об утечках информации или саботаже вражеских шпионов. По предложению Оппенгеймера в ноябре 1942 года правительство США выкупило территорию частной школы Лос Аламос, расположенной в горах в 56 км от столицы Нью-Мексико, Санта-Фе.
Ученые, которых Оппенгеймер уговорил присоединиться к Манхэттенскому проекту, начали переезжать в Лос Аламос в начале 1943 года. Изначально Оппенгеймер рассчитывал, что ему потребуется около 50 научных сотрудников и еще 50 лаборантов. В реальности население Лос Аламоса (включая членов семей сотрудников лаборатории) составляло 3500 человек уже в 1943 году и почти 10 000 к концу 1945.
Условия жизни в Лос Аламосе были далеки от идеальных, в особенности для тех, кто привык жить в удобных европейских городах (Лео Силард боялся, что сойдет там с ума). Кроме того, при такой скорости роста населения, несмотря на непрекращающуюся стройку, постоянно не хватало жилья.
Еще одним источником постоянного раздражения ученых были меры секретности и безопасности, установленные генералом Гровсом. Лос Аламос был окружен забором, еще один забор с колючей проволокой был построен вокруг технической зоны, в которой находились лаборатории. Это нервировало некоторых эмигрантов из Европы, поскольку напоминало о концлагерях. Все жители, кроме маленьких детей, были обязаны носить бейджи с именем и фотографией, цвет которых определял, куда обладатель бейджа имеет доступ. В Лос Аламосе было всего 3 телефона, а почта перлюстрировалась. Жителям запрещалось рассказывать, где они живут, с кем и над чем работают.
<