Дэвид Боданис - E=mc2. Биография самого знаменитого уравнения мира

Когда в сентябре 1939-го — через месяц после того, как Эйнштейн направил письмо ФДР, — было создано армейское «Бюро вооружений», Гейзенберг одним из первых вызвался оказывать ему любую помощь. Рейх уже вел войну — его артиллерия, пехота, авиация и танки одерживали в Польше одну победу за другой. Впрочем, столкновение с врагом куда более сильным было еще впереди. Гейзенберг всегда был ярым тружеником, однако теперь он превзошел самого себя. Уже в декабре он отправил наверх первую часть обширного доклада, посвященного созданию работоспособной атомной бомбы. В феврале 1940-го им был представлен полный доклад на эту тему и, когда в Берлине создали группу, занявшуюся строительством реактора, Гейзенберг возглавил ее, а поскольку он руководил и работами, проводившимися в его родном Лейпцигском университете, ему пришлось постоянно ездить из одного города в другой и обратно. Большинству людей такая жизнь показалась бы утомительной, однако Гейзенберг пребывал в расцвете сил. Ему шел всего лишь четвертый десяток лет, он регулярно занимался альпинизмом и верховой ездой, плюс каждый год проводил два месяца в расположенном на австрийской границе тренировочном лагере горной пехоты.

Первые опыты были поставлены в Берлине, в обычном обшитом досками доме, стоявшем в лесу — неподалеку от прежнего института Майтнер — под вишнями, которые так обильно цвели теплым и ясным летом 1940 года. Чтобы отпугнуть любопытных, ему дали название «Вирусный дом». Первый шаг Гейзенберга состоял в том, чтобы запастись достаточным количеством урана — намного большим, чем те несколько граммов, которые Майтнер предоставила в распоряжение Гана в 1938 году. Тогда удалось разбить небольшое число атомов. Использовавшийся Ганом образчик урана был настолько тонок, что большая часть испускаемых его атомами нейтронов, просто разлеталась по лаборатории.

Гейзенберг потребовал десятки фунтов урана. Раздобыть его было не трудно, поскольку армия Рейха овладела Чехословакией еще за год до вторжения в Польшу. А именно там, в Иоахимстале, находились крупнейшие в Европе урановые рудники, из которых когда-то получала этот металл сама Мария Кюри. Уран Гейзенбергу доставили. Престиж его был велик настолько, что «Бюро вооружений» организовало для этой цели специальный поезд.

Однако для того, чтобы пошла реакция, мало просто собрать в одном месте большое количество урана. Ибо ядро — это, как мы уже знаем, крошечная частица, сокрытая в глубине пустого пространства атома. Большинство нейтронов, возникших при распаде первых атомов, просто пролетело бы мимо других ядер, точно космические зонды пришельцев, проносящиеся сквозь нашу Солнечную систему.

Придуманный Ферми прием — использование медленных нейтронов — мог помочь разрешить эту проблему и запустить реакцию. Быстрые нейтроны можно представить себе как гладкие, «обтекаемые». Медленные же, как мы уже видели, словно бы «вихляются» и выглядят растянутыми. Даже если основная часть такого нейтрона пролетает мимо ядра, но вблизи от него, «периферия» нейтрона может его зацепить. То, что для быстрого нейтрона было бы почти попаданием в цель, для медленного обратилось бы в «захват». И когда такой медленный нейтрон захватывается ядром, или втягивается в него, возникает возможность срабатывания формулы E=mc 2: ядро начинает расшатываться, дрожать, а после взрывается, создавая сильный всплеск энергии и одновременно выбрасывая поток дополнительных нейтронов, ударяющих в другие атомы, отчего, в свой черед, взрываются и они.

Гейзенбергу требовалось вещество, способное обеспечить столь полезное замедление нейтронов. В принципе, годилось любое, в достаточной мере насыщенное водородом, поскольку, сталкиваясь с атомами водорода, нейтроны теряют скорость. Именно благодаря этому Ферми и смог в 1934 году получить, используя обычную воду (H 2О), взятую из находившегося рядом с его институтом пруда с золотыми рыбками, нужный эффект. Однако, когда первые группы немецких исследователей погружали урановый образец в обычную воду, они получали реакцию лишь в его центре, — первые атомы урана распадались, но испускаемые ими нейтроны были слишком быстрыми для того, чтобы обеспечить распространение реакции.

Гейзенбергу требовался замедлитель получше. Он знал, что примерно в то же время, когда Ферми получил свои результаты, американский химик Гарольд К. Юри установил, что вода всех океанов и озер Земли состоит не просто из H 2О. Помимо этих молекул она содержит и их разновидность — более тяжелую. В этих молекулах место обычного водорода занимает дейтерий, — он очень похож на водород, но весит почти вдвое больше. Во всех остальных отношениях вода, состоящая из таких молекул, ничем не отличается от обычной — она так же текуча и прозрачна и является частью наших дождей, морей и льда; мы пьем ее постоянно. Однако на каждые 10000 молекул обычной воды приходится только одна молекула «тяжелой» — по этой причине никто ее так долго и не замечал. (В большом плавательном бассейне наберется всего лишь стакан «тяжелой воды.) Но при этом тяжелая вода великолепнейшим образом замедляет высокоскоростные нейтроны, — ударяясь об атом дейтерия, они рикошетом отскакивают, теряя скорость при каждом таком соударении, и секунду спустя, после нескольких десятков рикошетов, вылетают из тяжелой воды, став гораздо более медленными, чем были до того, как попали в нее.