М. Рузе. Роберт Оппенгеймер и атомная бомба

 

I. Ранние годы

История Юлиуса Роберта Оппенгеймера — это не только история судьбы простого человека или ученого, это ярчайшее свидетельство драмы нашего времени, которое возложило новую ответственность на человека науки, вступающего во взаимоотношения с государством в условиях, когда развитие познания не только приносит с собой более совершенные средства вооружения, как это бывало и раньше, но ставит человечество перед опасностью массового уничтожения и длительного исчезновения всей цивилизации. Интерес, который привлекает к себе жизнь Оппенгеймера, несравненно выше простого любопытства к судьбе выдающейся личности, какой бы значительной она ни была. К тому же судьба его не может рассматриваться только как один из эпизодов, связанных с победой человеческого разума над природой. История Оппенгеймера может помочь обнажить ту проблему или, вернее, те проблемы, от решения которых зависит наше будущее существование или наше коллективное самоубийство.

Юлиус Роберт Оппенгеймер родился 22 апреля 1904 года в Нью-Йорке. Его отец четырнадцатилетним мальчиком приехал из Германии; впоследствии он разбогател на импорте тканей. Он скупал картины и собрал превосходную коллекцию, в которой были даже три полотна Ван Гога. Роберт Оппенгеймер и его брат Франк, который был моложе его на несколько лет, росли в еврейской семье, в которой интерес к интеллектуальным и художественным ценностям постоянно сочетался с деловой активностью. Впоследствии оба брата стали учеными. Их мать, Элла Фридман, уроженка Балтиморы, была хрупкой женщиной с тонким артистическим вкусом. Она не просто интересовалась искусством. Она сама была художницей и преподавала живопись. Ранняя кончина матери (Роберту тогда было всего девять лет) опустошила внутренний мир ребенка, и, может быть, огромный интерес Оппенгеймера к искусству и некоторая утонченность его восприятия были вызваны стремлением сохранить образ матери.

 

«Вундеркинд»

В пять лет Роберт собирал образцы минералов. Его дед прислал ему из Германии много интересных камней. Ценность и объем коллекции увеличивались так стремительно, что, когда мальчику было не больше одиннадцати лет, его приняли в члены Нью-Йоркского минералогического клуба. Это было первое научное общество в жизни молодого Оппенгеймера, членом которого он стал.

После окончания школы Роберт Оппенгеймер поступил в Гарвардский университет. Он собирался заниматься химией, хотя сначала мечтал стать поэтом, потом — архитектором. Фактически Оппенгеймер продолжал всесторонние занятия, охватывающие гуманитарные и точные науки: он изучал греческий и латынь, физику и химию, а также печатал время от времени свои стихи. В Америке, где школьное и университетское образование уже тогда приобрело сильную тенденцию к специализации, разъединяющей людей и ограничивающей круг их знаний только собственной профессией, уже само стремление Оппенгеймера к универсальному познанию свидетельствует о его богатой и одаренной натуре. При этом увлечениям Оппенгеймера был чужд тот дилетантизм, который оставляет обычно лишь поверхностную показную культуру. Нет, здесь позволительно говорить об истинном и глубоком стремлении к познанию, не лишенном того трепета перед неизведанным, которым были проникнуты искания XVIII века, когда человек мог питать надежду проникнуть в тайну законов, управляющих Вселенной, пользуясь только силой своего интеллекта, и сохранял веру в то, что эти законы помогут создать счастливый мир для всего человечества.

Оппенгеймер изумлял окружающих своей трудоспособностью и интеллектуальной восприимчивостью. В воспоминаниях об успехах Оппенгеймера упоминается, в частности, о том, как он во время поездки из Сан-Франциско в Нью-Йорк прочитал огромную монографию английского историка Гиббона «Распад и гибель Римской империи». Однако наследие западной культуры не могло утолить его жажду познания. Он углубился в буддизм и индийскую философию, а также изучал санскрит. Ему казалось тогда, что из восточной философии он сможет извлечь те идеи, которые помогут ответить на неотвязно преследовавшие его вопросы о взаимосвязи между наукой и смыслом человеческой жизни. Впоследствии в своих публичных лекциях и статьях Оппенгеймер иногда ссылался на мистические выводы древних мыслителей Азии, но при этом обычно не раскрывал до конца сущность мысли, как бы утаивая некоторую сокровенную часть своего внутреннего мира.

В 1925 году Оппенгеймер окончил Гарвардский университет (за три года вместо четырех) и получил диплом с высшей оценкой. После этого он отправился продолжать образование в Европу, слава университетов которой в то время еще не померкла перед преимуществами богатых лабораторий Нового света, и где у его семьи еще сохранились значительные связи. Многие американские студенты стремились тогда в европейские университеты, чтобы усовершенствовать свои познания в физике под руководством ученых, развивавших представления о структуре материи по совершенно новым путям. Эти молодые люди сочетали свою энергию с теми преимуществами, которые им предоставляли родительские доллары или стипендии, обеспечивающие значительно более высокий жизненный уровень, чем тот, на который могли претендовать их европейские товарищи.

 

Кембридж. Первые исследования атома

Роберт Оппенгеймер был принят в Кембриджский университет. Там он начал работать в лаборатории Кавендиша под руководством великого английского ученого Резерфорда, которого ученики между собой в шутку называли «Крокодил». Резерфорд носил в жилетном кармане огромные часы, тиканье которых уже издали предупреждало о его приближении. Все это напоминало известную сказку о крокодиле, проглотившем часы. После смерти лорда Резерфорда в 1937 году в британских лабораториях стали употреблять новую единицу измерения разности потенциалов (не включенную пока в Международные таблицы единиц измерений) — «крокодил», равный одному миллиону вольт.

Прозвище Резерфорда оправдывалось еще и тем, что оно превосходно выражало крайнюю неуравновешенность характера ученого, разражавшегося иногда страшными вспышками гнева. Однако это не мешало ему проявлять нежную заботу о своих «мальчиках». Один из них, русский ученый Петр Капица, в 1933 году украсил фасад построенной для него в Кембридже лаборатории фигурой крокодила, вырезанной из камня английским скульптором Эриком Гиллом. В день торжественного открытия, когда Капицу спросили, что должно означать это животное, столь редко встречающееся в британских озерах, он дал следующий остроумный ответ: «Крокодил подобен научному прогрессу: он также перемалывает своими стальными челюстями все встречающееся ему на пути и никогда не оборачивается назад».

Роберт Оппенгеймер быстро выделился среди «мальчиков» своей способностью проводить экспериментальные и теоретические исследования.

Лаборатория Резерфорда занимала тогда одну из командных высот в молодой атомной науке. Это там в 1903 году английский физик разработал теорию последовательного распада радиоактивных веществ, свойства которых были открыты Беккерелем и супругами Кюри. Резерфорд построил полную генеалогическую ветвь урана-238, последовательное расщепление которого дает (кроме прочих продуктов распада) торий, радий, радон (или эманацию радия) и завершается устойчивым свинцом, не обладающим радиоактивностью. В процессе этих самопроизвольных превращений вещество испускает три совершенно различных вида излучения, которые были обозначены - Резерфорд и его сотрудники открыли истинную природу альфа-лучей, состоящих из ядер с двумя положительными зарядами, иными словами, из ядер гелия, выбрасываемых с энергией порядка нескольких миллионов электрон-вольт.

Именно у Резерфорда возникла идея использовать эти положительно заряженные снаряды, которыми являются альфа-частицы, испускаемые радиоактивными веществами, для исследований электрических свойств атома. Таким образом, предмет открытия — альфа-частица стала сама ценнейшим средством для новых научных открытий. Наблюдая отклонения альфа-лучей мишенями из различных веществ, Резерфорд пришел к выводу, что атом содержит очень плотное ядро, которое отталкивает излучение, и что ядро представляет собой носитель положительных зарядов, число которых является характеристическим для каждого элемента: единица —для водорода, два — для гелия, восемь — для кислорода, девяносто два — для урана. В электрически нейтральном атоме число положительных зарядов, содержащихся в ядре равно числу отрицательных зарядов, носителями которых являются электроны. Такое представление об атоме, дополненное несколько позднее Бором, было значительно усложнено в результате последующих исследований, однако оно остается классической моделью атома и всегда может служить для объяснения многих свойств вещества. Это представление дало естественное освещение периодической системе элементов, эмпирически открытой в 1869 году русским ученым Менделеевым по их физико-химическим свойствам. Номер, соответствующий каждому элементу в таблице Менделеева, обозначает не что иное, как число положительных зарядов в его ядре, а стало быть, и число электронов, определяющих химические свойства элементов.

Резерфорд пошел еще дальше. В 1919 году он впервые осуществил мечту алхимиков об искусственном превращении элементов. В азоте, подвергнутом бомбардировке альфа-частицами, были обнаружены следы водорода и кислорода. Что же произошло? Некоторые альфа-частицы (два положительных заряда) проникли в ядра азота (семь положительных зарядов), выбили из них один заряд (ядро водорода), после чего в ядре осталось восемь зарядов (ядро кислорода). Человек оказался у источника неизвестной ранее громадной энергии, которую заключают в себе силы сцепления атомного ядра. При этом остается историческим курьезом то, что алхимик нашего времени — Резерфорд — до конца своих дней относился скептически к возможности использовать в широких масштабах ядерную энергию, пионером которой он являлся. А через восемь лет после того, как «Крокодила» не стало, его ученик Оппенгеймер должен был взорвать первую атомную бомбу...

В лаборатории Кавендиша молодой американский физик оказался очевидцем той ожесточенной борьбы, которую вели британские ученые, как и большинство их коллег в других странах, для того чтобы добиться от правительства или меценатов все более дорогих и более сложных приборов, необходимых для дальнейших исследований.

Журналист Роберт Юнг в своей книге «Ярче тысячи солнц» пишет, что приборы, которыми пользовались ученые-атомники Кембриджа, были очень примитивными, что большинство исследователей мастерило их своими руками, пользуясь воском, проволокой и самодельными колбами. Когда английский физик Г. Д. Эллис в 1919 году увидел установку, с помощью которой Резерфорд осуществил первые превращения атомов, то он был даже «шокирован тем, что аппаратура не производила более внушительного впечатления». Весь комплект измерительной аппаратуры помещался в небольшой картонной коробке.

В 1932 году Кокрофт и Уолтон в той же лаборатории, правда несколько переоборудованной, осуществили первые превращения элементов с помощью бомбардировки искусственно ускоренными протонами (ядрами водорода). Вот как описал их аппаратуру Жак Бержье: «Современный физик при виде машины, с которой работали Кокрофт и Уолтон, мог бы предположить, что она куплена на барахолке. Большую часть установки они сделали своими руками. Лаборатория небогата, и основная аппаратура была позаимствована у частной фирмы «Метрополитен Виккерс Электрикл». Уолтон является стипендиатом английского учреждения, соответствующего французскому Национальному центру научных изысканий. Кокрофт получает содержание из Кембриджского университета. В их установках использованы трансформаторы, которые позволяют ускорять ионы водорода до энергий, достигающих 700 000 электронвольт (напомним, что в современных ускорителях счет ведется на миллиарды электронвольт). Оба экспериментатора не располагают ни одним современным измерительным прибором. Напряжения они определяют с помощью искры, проскакивающей между двумя алюминиевыми шарами диаметром 75 сантиметров, один из которых заземлен, а другой подключен к установке. Регулируют напряжение путем изменения рабочего режима генератора переменного тока, питающего повышающий трансформатор. Искусственные превращения элементов, полученные таким образом, наблюдаются невооруженным глазом по сцинтилляциям на экране...»

Не следует забывать о той битве, которую вели первые атомники (а Резерфорд умел драться с ожесточением) за необходимую для них исследовательскую аппаратуру. Этим, наверное, можно объяснить ту радость, которой были охвачены многие ученые, когда государство, разгадавшее возможность использования атома в военных целях, начало умножать бюджеты научно-исследовательских работ, и то величайшее искушение Оппенгеймера, когда ему предложили во время второй мировой войны принять самую блестящую среди всех имевшихся лабораторий-гигантов — лабораторию, о которой еще несколько лет назад не смел мечтать ни один ученый.

 

Геттингенский университет и квантовая теория

В Кембридже Роберт Оппенгеймер получил приглашение Макса Борна, одного из триумвирата умов, властвовавших над Геттингенским университетом Георгии Августы; два других были Джемс Франк и Давид Хильберт. Геттинген, этот тихий ганноверский городок, с его романтическими крепостными валами хранил воспоминания о многих веках интеллектуального брожения. Поколения студентов, прежде чем превратиться в поколения «герр докторов» различных наук, осушали там неисчислимое количество кружек пива и мерялись силами на шпагах. Крушение Германской империи в 1918 году не пошатнуло этих традиций. Напротив, на профессоров была перенесена некоторая доля того почтения, которое бюргеры раньше оказывали офицерам кайзера. Всякий, кто преподавал или учился, действительно чувствовал себя приобщенным к избранному кругу людей.

Университет Георгии Августы, прославившийся прежде всего своими математиками (в нем некогда преподавал знаменитый Фридрих Гаусс), стал сразу после первой мировой войны одним из центров, где совершалась великая революция в современной физике. Квантовая теория, разработанная датчанином Нильсом Бором, должна была дополнить первое представление об атоме: электроны, вращающиеся вокруг ядра, тяготеют только к строго определенным орбитам; все переходы с одной орбиты на другую сопровождаются испусканием или поглощением энергии также точно определенной величины— одного кванта. Однако квантовая теория явилась не только новой движущей силой в познании строения вещества и происхождения электромагнитного излучения (в частности, света). Она внесла революционный принцип в научное и философское мышление, и следствия его распространялись на все более широкие области знания. Старое изречение natura non facit saltus1, которое до сих пор властвовало над всеми представлениями о Вселенной, обнаружило здесь свою радикальную ошибочность. Истинным же становилось противоположное представление: в масштабах атома физические явления происходят только скачкообразно и являются по своей природе прерывистыми. Мы даже не можем себе представить, чтобы электрон соскальзывал более или менее быстро с одной орбиты на другую, проходя при этом через промежуточные положения. Таких состояний не существует. С некоторой орбиты, или, вернее, с некоторого энергетического уровня, электрон сразу попадает на другой уровень, причем не на произвольный, а только на один из тех уровней, вероятность которых определяется по правилам Бора; и в этот же самый момент атом поглощает квант энергии или испускает частицу света — фотон, частота которого также определенным образом связана с разностью энергетических уровней. Таким образом, можно понять то шутливое предостережение, с которым один известный мюнхенский профессор обратился, как рассказывает Юнг, к молодым людям, стремящимся проникнуть в сокровенные тайны физики: «Осторожно! Опасность обвала! Временно закрыто по причине капитальной перестройки!»

Но вход в «здание» не был закрыт, хотя внутри него производилась гигантская перестановка в радостном предвидении больших перемен. В Геттинген время от времени съезжались физики со всех стран, чтобы обмениваться последними теоретическими выводами или результатами новых исследований. Сам Бор приезжал туда из Копенгагена читать лекции. Никакие иные условия не смогли бы быть более благоприятными для Оппенгеймера, ум которого жадно стремился к открытиям, к смелым обобщениям и интеллектуальным приключениям. Изучая физику, он продолжал заниматься такими необычными, с точки зрения его коллег, предметами, как философия и литература. Одним из тех, кто более всего восхищался выдающейся индивидуальностью молодого американца, был английский физик Поль Дирак, который жил на одной вилле с Оппенгеймером и уже тогда считался одним из самых крупных имен теоретической физики. Дирак шел по стопам французского ученого Луи де Бройля и одновременно с немецкими теоретиками Э. Шредингером и В. Гейзенбергом приступил к преодолению некоторых препятствий, неожиданно возникших в квантовой теории, которая не учитывала всех явлений, наблюдавшихся при поглощении и дисперсии света.

Таким образом, и университетские лекции, и повседневные беседы с людьми, находившимися в авангарде ведущих исследований, выдвигали Роберта Оппенгеймера на передовые позиции воинствующей и победоносной науки.

Новые идеи, столь радикально менявшие основы физического видения мира, преподавались в процессе их формирования теми, кто сам их создавал, и студенты считали себя призванными внести свой вклад в построение теории. «Это был эпический этап»,— рассказывал позднее Оппенгеймер, воскрешая в памяти то время, когда создавалась квантовая теория атома. «Построение квантовой теории не является результатом труда только одной личности; ее создание потребовало коллективного сотрудничества десятков ученых многих стран, а весь фронт исследовательских работ был от края и до края охвачен критическим и глубоко творческим разумом Нильса Бора, который охранял, развивал, углублял и, наконец, воплощал в жизнь первоначальный замысел. Это был период кропотливой работы в лабораториях, решающих экспериментов, дерзких начинаний, множества ошибочных исходных позиций и смутных догадок. Это было время непрерывной переписки, поспешных конференций и дискуссий, критики и блестящих математических импровизаций. Это была эпоха созидания; новые догадки вселяли ужас и энтузиазм одновременно. Для того чтобы нарисовать полную картину тех событий, потребовалось бы такое же высокое мастерство, как для повествования истории Эдипа или Кромвеля, но события разворачивались в сфере интересов, столь далеких от нашей повседневной жизни, что у поэта или историка очень мало шансов познать их...»

Немецкий физик Иордан так вспоминает эти годы: «Мы задыхались от напряжения. Лед был сломан... Становилось все более очевидным, что мы натолкнулись на более глубокий пласт тайн природы, чем предполагали, и что потребуются совершенно новые объяснения для того, чтобы разрешить те глубокие противоречия, обманчивость которых обнаружилась значительно позднее».

В этой обстановке интеллектуальной лихорадки Роберт Оппенгеймер чувствовал себя как рыба в воде. Его личные качества максимально использовались. Несмотря на довольно слабое здоровье (он в течение нескольких лет боролся с туберкулезом), Оппенгеймер не жалел себя; он принимал участие во всех дискуссиях, а когда брал слово, то его нелегко было заставить замолчать. Он любил нравиться, пленять, блистать, возбуждать симпатию и привлекать к себе общество. Еще в то время проявилась одна из черт, ставшая и его силой, и его слабостью: некоторая способность и в то же время потребность вызывать восхищение, которого, как нетрудно догадаться, не могли избежать и окружавшие его женщины. Это возбуждало недовольство некоторых менее талантливых студентов, и они решились даже составить петицию, которую направили одному из профессоров, с просьбой призвать американца к более скромному поведению.

Однако профессора, и в первую очередь Макс Борн, оказались выше всего этого; они сумели распознать в Роберте Оппенгеймере, одном из лучших участников их прославленных семинаров, молодого ученого и предсказывали ему блестящую научную карьеру. Когда министерство народного образования Пруссии из-за бюрократической мелочи (отсутствие одного из документов в личном деле) начало чинить препятствия для допуска Оппенгеймера к экзаменам на степень доктора, то сам Макс Борн занялся улаживанием дела, обратив внимание на исключительную ценность работы, представленной молодым американцем, и на необходимость включения ее в сборник диссертаций, выполненных в Геттингене.

11 мая 1927 года Оппенгеймер держал устный экзамен. Получение степени доктора в Геттингене требовало сдачи экзаменов, а не только защиты диссертационной работы. Соискатель получил по всем предметам «отлично» или «очень хорошо», кроме органической химии. Что касается диссертации, то она заслужила отметку «отлично», и Макс Борн охарактеризовал ее как работу высокой научной ценности, значительно превышающей по своему уровню обычные диссертационные работы.

В следующем году Роберт Оппенгеймер побывал в Цюрихском и Лейденском университетах. В Лейдене он привел в изумление профессоров и студентов, прочитав лекцию на голландском языке всего через шесть недель после прибытия.

В 1928 году Оппенгеймер вернулся в Америку. Он многому научился и многое узнал, но был полон решимости достигнуть в будущем еще большего.

 

К оглавлению

_________________________________________________________

1 1 – Изречение Лейбница – «Природа не делает скачков» (лат.) – Прим. перев.