Роберт Оппенгеймер и атомная бомба

Возможно, что скептицизм Оппенгеймера относительно возможности сделать абстрактные формы достижений современной физики достоянием общей культуры увеличился с годами, и, быть может, именно драма атомной бомбы, в которой на его долю выпала тяжелая участь ученого, оказавшегося в смятении перед лицом общества, оказала на него такое влияние. Все это мы увидим позднее. В 1929 году, когда Роберт Оппенгеймер снова ступил на американскую землю, можно с уверенностью сказать, что он не испытывал ничего похожего на чувство отчужденности. Карьера, которую он себе избрал, сулила ему одни лишь победы. Американские университеты раскрыли настежь перед молодым ученым свои двери: его первые успехи в Европе уже стали известны за океаном. Английские и немецкие журналы опубликовали работы Оппенгеймера о применении квантовой теории к распределению интенсивности между различными частотами спектров и поведении свободных электронов при их вхождении в пространство взаимодействия с атомами. Он мог выбирать между несколькими институтами, которые приглашали его читать студентам курс физики. После некоторого колебания Оппенгеймер остановил свой выбор на Калифорнийском университете в Беркли около Сан-Франциско. Говорят, что когда декан факультета спросил Оппенгеймера о причинах, побудивших его выбрать Калифорнийский университет, то Оппенгеймер изумил его, ответив, что его прельстила богатая коллекция стихов французских поэтов XVI и XVII веков, собранная в университетской библиотеке.

В этом не совсем серьезном ответе заметна та характерная для Оппенгеймера непринужденность в беседе, которая, по свидетельству тех, кто его знал, составляла черту его личного обаяния. И даже если ему задавали вопрос, относящийся к серьезной проблеме, то он отвечал на него слишком витиевато; однако после нескольких обходных маневров смущенный собеседник замечал, что ответ, казавшийся весьма далеким от вопроса, неожиданно становится ясным и раскрывает самую суть затронутой проблемы. Не так ли когда-то изрекали свои истины оракулы и апостолы?

После того как Оппенгеймер заканчивал годовой курс лекций в Калифорнийском университете, он обычно продолжал занятия в Технологическом институте в Пасадене, неподалеку от Лос-Анжелоса, и многие студенты следовали за ним из Сан-Франциско, не желая расставаться на шесть месяцев с преподавателем, который излагал новейшую физику, как увлекательную историю приключений человеческого разума. Вдобавок ко всему, молодой преподаватель обладал привлекательной внешностью: синие глаза под густыми бровями украшали его несколько неправильное лицо, «Несмотря на молодость «Оппи» (как его называли), подрастающее поколение американских физиков, – рассказывает Юнг, – уже смотрело на него, как на образец для себя, точно так же, как всего лишь несколько лет назад он сам смотрел на великих ученых-атомников в Европе. Благоговение, которое испытывали студенты к своему кумиру, было столь велико, что сознательно или несознательно они подражали многим его личным странностям. Держали, например, головы слегка набок, как это делал он, слегка покашливали и делали многозначительные паузы между фразами, складывая во время разговора руки перед губами, употребляли туманные сравнения, которые иногда звучали весьма значительно. Оппенгеймер, заядлый курильщик, имел привычку вскакивать и щелкать зажигалкой, когда кто-нибудь вынимал сигарету или трубку. В университетских кафетериях Беркли и Пасадены его студентов можно было узнать, издалека по их привычке время от времени дергаться, подобно марионеткам, с огоньками зажигалок в руках».

Между тем американские и иностранные журналы продолжали из месяца в месяц публиковать статьи Оппенгеймера, представлявшие большой интерес. И то, что имя Оппенгеймера не стоит рядом с именами великих открывателей новых путей в физике, нисколько не умаляет роли Оппенгеймера, как пионера новой области познания, неистощимого в своей научной активности. В то время теория и эксперимент особенно плодотворно дополняли друг друга. Уравнения волновой механики дали возможность углубиться в сущность взаимодействий энергии и вещества, поведения электронов и составных частей ядра. Ускорители частиц предоставили в распоряжение экспериментаторов снаряды, несравненно более мощные, чем альфа-частицы, возникающие в процессе естественной радиоактивности, которыми пользовался Резерфорд. Средства наблюдения и обнаружения также стали более совершенными.

Частицы, несущие электрический заряд, проходя через влажные пары в камерах Вильсона, оставляют после себя мельчайшие капельки тумана, которые обозначают их траекторию и дают возможность наблюдать столкновения между частицами, а также происходящие при этом изменения. Несмотря на то что камеры Вильсона тогда еще были довольно несовершенными, они все же позволяли наблюдать и регистрировать малейшие «события» во внутриатомной вселенной, а также пучки удивительных космических лучей, которыми много занимался Оппенгеймер. Отсчет быстрых частиц, пересекающих небольшой объем, производился очень чувствительными усилителями. Таким образом накапливались данные о потерях энергии каждой частицы, а следовательно, и о ее физической природе.

В то время физики, вооружившись представлением о структуре атома, состоящего из ядра, которое окружено электронами, подчиняющимися законам квантовой механики, начали атаку на само ядро. 1931 год отмечен важным открытием. Во время бомбардировки бериллия альфа-частицами было обнаружено новое весьма мощное излучение. Фредерик Жолио и Ирэн Жолио-Кюри [4] пропустили это излучение через парафин и заметили, что на пути неизвестных лучей возникают протоны, т.е. положительно заряженные частицы, входящие в состав атомного ядра. Новое излучение оказалось таким мощным, что оно не только выбивало электроны из атома (как это делают фотоны высоких энергий, гамма-лучи или рентгеновские лучи), но и разрушало само ядро. Это открытие наделало много шуму, но из-за недостаточности данных французские ученые неправильно истолковали природу излучения, испускаемого бериллием. Они ошибочно утверждали, что неизвестные лучи представляют собой электромагнитное излучение, т.е. фотоны, подобные гамма-лучам.

Британский ученый Чедвик, поддерживаемый Резерфордом, в лаборатории Кавендиша, оснащенной более совершенным оборудованием, чем в «героические годы», провел эксперимент, раскрывший истинную природу излучения бериллия: это оказался поток частиц, обладавших массой протона, но не имевших никакого электрического заряда.

Открытие нейтрона – так назвали новую элементарную частицу – завершило «модель» атома Резерфорда-Бора: Гейзенберг выдвинул гипотезу [5] о том, что ядро состоит из протонов – носителей положительного заряда и нейтронов, лишенных электрического, заряда. Это дало возможность объяснить существование изотопов – разновидностей одного и того же вещества с разным атомным весом; ядра изотопов содержат одинаковое число протонов, а следовательно, и положительных зарядов (атомное число, характеризующее их химическое сродство), но различное число нейтронов.

При изучении атомного ядра обнаружились новые затруднения. Сила, которая связывает электроны с ядром, известна – это кулоновское притяжение между разноименными электрическими зарядами. Но сила, которая соединяет протоны и нейтроны в ядро, не является ни тяготением, ни электрическим взаимодействием. Сила эта действует только на очень коротких расстояниях, но достигает громадной величины: вырвать протон или нейтрон из ядра можно только в результате бомбардировки ядра снарядами с высокими энергиями. Природа ядерных сил остается в центре дискуссий теоретической физики и на сегодняшний день.