Роберт Оппенгеймер — разрушитель миров (268)

Что такое сcience, и как и почему оно работает? Он повлиял на каждую войну и каждый мирный договор после Второй мировой. Он изобрёл то, чем человечество может себя уничтожить. Это видео об устройстве атомной бомбы, о жизни Оппенгеймера и о том, почему учёные боялись, что ядерный взрыв может поджечь атмосферу и покончить жизнь на Земле. Когда ему было 21 год, Роберт Оппенгеймер положил яблоко, накачанное ядовитыми веществами, на стол своего преподавателя по физике, Патрика Блеккита. Он был экспериментатором и заставлял Оппенгеймера оттачивать навыки в том, что Роберту не давалось, в экспериментальной работе. Роберт и так проводил целые дни в подвальной лаборатории Джей Джей Томпсона, пытаясь изготовить тонкие плёнки из бериллия для изучения электронов. Оппенгеймер был неуклюж, так что выходило у него неважно. Вскоре он начал избегать работы в лаборатории, всё больше слушал лекции и читал научный журнал. В 1925 году Оппенгеймер увлёкся новым разделом физики — квантовой механикой. Он был окружён блестящими физиками, среди них Резерфорд и Чедвик, но не мог побороть уныние. Он писал «Дела идут довольно скверно. Работать в лаборатории невыносимо скучно. У меня плохо получается. Кажется, я ничему тут не учусь». Однажды, зайдя в спальню, которую Оппенгеймер называл «скорбной берлогой», его друг увидел, как тот катается по полу и стонет от душевных страданий. Именно в таком настроении Оппенгеймер и решился отравить Блэккета. Детали этого события затерялись. Что было в яблоке — до конца непонятно, цианид или что-то из лаборатории менее опасное. В историю сложно поверить, но Оппенгеймер её подтверждал. К счастью, Блэккет не стал есть то яблоко. Но весть о попытке отравления дошла до администрации Кембриджского университета. К Роберту из Америки приехали родители, и Джилиус, его отец, убедил Кембридж не выдвигать обвинения. Благодаря богатству его семьи Роберта даже не исключили, но поставили условие, что он будет регулярно посещать психиатров в Лондоне. Летом 1926 года Роберт отправился в Готингенский университет. По кутет в то время возглавлял Макс Борн, который всего за два года до этого ввёл термин «квантовая механика». Про Борна говорили как о вдумчивом и тактичном преподавателе. Он был наставником Вернера Гезенберга, Вольфганга Паули, Энрика Ферми, Юджина Вигнера. А это, по сути, главные имена в квантовой механике. Сам Оппенгеймер попал в группу не менее заметных учёных, среди которых были Пол Дирак и Джон фон Неймонд. Исследователи в Кембридже тяготели к экспериментам, а вот в Готингене больше внимания уделялось теории. И под началом Макса Борна талант Оппенгеймера расцвёл. Улучшилось и его психологическое здоровье. Нашлось сообщество, в котором все, как и он, были невероятно увлечены физикой. 14 ноября 1926 года Роберт писал своему младшему брату Фрэнку. Тебе бы понравилось в Готингене. Работа мне кажется сложной, слава богу, и почти приятной. Оппенгеймер обрёл успех, его способности наконец оценили. Борн позже писал. Это был человек невероятного таланта, и он осознавал своё превосходство, что порой создавало неудобные ситуации. В 23 Оппенгеймер защитил диссертацию по физике. Она была написана на немецком и касалась квантовой теории непрерывных спектров. За два года в Готингене Оппенгеймер опубликовал больше десятка работ. Многие он писал, опираясь на работы Вернера Гейзенберга, который был всего на три года старше. Лично они познакомились в 1927. Тогда же вышла революционная статья Гейзенберга о принципе квантовой неопределённости. По имеющимся свидетельствам, эти двое подружились. Ничего не предвещало, что всего лишь через 15 лет они на перегонке будут изобретать первую ядерную бомбу. Оппенгеймер для США, Гейзенберг для нацистской Германии. В те времена считалось, что невозможно получить хоть сколько-то значительное количество энергии из радиоактивных атомов. С конца 1890-х, когда Анри Беккерель и Мария и Пьер Кюри открыли радиоактивность, считалось, что это исключительно пассивный процесс. Атомы распадаются в случайный и непредсказуемый момент. И всё. Способа это контролировать не было. В 1933-м Эрнест Резерфорд, под началом которого Оппенгеймер работал в Кембридже, писал «Любой, кто ожидает найти источник энергии в трансформации атомов, несёт вздор». Эйнштейн в том же году сказал «Нет ни единого указания на то, что мы когда-нибудь сможем завладеть энергией атома. Для этого нужно расщепить атом по желанию». Так как же разбить ядро атома? Можно взять протон, разогнать его в сильном электромагнитном поле и врезаться им в ядро. Именно так поступили в 1932-м году Джон Кокрафт и Эрнест Уолтон. Они разбили ядра лития потоком протона. За это достижение позже их наградили Нобелевской премией. Но протоны имеют положительный заряд, а значит отталкиваются от ядер. У тех заряд с таким же знаком. Чтобы преодолеть силу отталкивания, Кокрафту и Уолтону пришлось разогнать протоны при 250 000 вольт. И даже тогда всего лишь примерно один из миллиарда протонов врезался и всё-таки расщепил ядро. В общем, это был не самый эффективный способ добычи энергии. Но нашёлся другой. В 1932-м году был открыт нейтрон. Субатомная частица на десятую часть процента тяжелее протона. У неё заряда нет и ядро её не отталкивает. В 1933-м Лео Силард задумался о том, как разбить ядро атома с помощью нейтрона. Я вдруг осознал, что если в достаточном количестве взять вещество, атом которого можно разбить нейтронами и которое выделит два нейтрона, поглотив до этого только один, то можно добиться ядерной цепной реакции. Вот только никто не знал, существует ли вещество с подходящими свойствами. 29 января 1939 года Луис Альварес, перспективный молодой физик, сидел в парикмахерском кресле и читал Сан-Франциско Кроникл. Внезапно он вскочил на ноги, прямо посреди стрижки и бегом бросился к Оппенгеймеру. Альваресу попалось на глаза статья о том, что два немецких химика, Отто Ганн и Фритц Штрацман, успешно расщепили с помощью нейтронов атом урана. Оппенгеймера это не впечатлило. Это невозможно. Так, согласно источникам, он ответил Луису, после чего стал математически доказывать, почему именно это невозможно. На следующий день Альварес повторил эксперимент и предложил Оппенгеймеру стать свидетелем. Позже он писал. Не прошло и 15 минут, как он не только признал, что реакция действительно происходит, но и предположил, что выделяющиеся в процессе нейтроны можно пустить на разделение других атомов, что позволит вырабатывать энергию или создавать бомбы. Когда расщепляется атом урана-235, он теряет часть массы. Она выделяется в виде энергии, согласно уравнению Эйнштейна. Этой энергии очень мало. Примерно в 20 раз меньше, чем нужно, чтобы поднять песчинку на высоту толщины листа бумаги. Но атомы очень маленькие. В килограмме урана их около триллиона триллионов. Так что суммы энергии не так уж мало. Вскоре открытия приняли все. В августе 1939-го Эйнштейн, который всего за шесть лет до этого считал атомные бомбы невозможными, подписал письмо, адресованное президенту Франклину Рузвельту. В этом письме, подготовленном Силлардом, Рузвельта предупреждали о возможном появлении ядерного оружия. Там говорилось, что у Германии есть доступ к урану из шахт в Чехословакии, недавно захваченной нацистами. Рузвельт собрал неформальный комитет с тем, чтобы обсудить этот вопрос, но следующие два года ничего не происходило. В 1941-м неформальная группа по урану стала комитетом С-1, который был обязан докладывать напрямую в Белый дом. Была конкретная цель — разработать атомную бомбу. В мае 1942-го к комитету присоединился Оппенгеймер. Его назначили координатором быстрого разрыва. Почему выбрали именно его? Защитив диссертацию, Оппенгеймер стал преподавать физику. Сначала в Беркли, потом в Колтейхе. Успехи, которые он продемонстрировал под началом Макса Борна, не померкли. Напротив, его ум теперь сиял еще ярче, но вел по странному карьерному пути. За 15 лет после получения степени Оппенгеймер сказал свое слово в ядерной физике, квантовой теории поля и даже астрофизике. Ряд его идей были вполне достойны Нобелевской премии. Уиллис Лэмб, его студент, даже стал лауреатом. Сам же Оппенгеймер выдвигался трижды, но премию так и не получил. Мари Гелман на вопрос о том, почему Оппенгеймеру не дали Нобелевку, отвечал. Он не обладал «Sitzfleisch», вольный перевод с немецкого «железной же усидчивостью», которая позволяла бы ему долго и кропотливо работать над сложными задачами. Он не писал больших статей, не делал долгих вычислений. Ему не хватало терпения. Вольфганг Паули говорил «У него отличные идеи, но расчеты всегда неверные». Зато Оппенгеймер отлично умел общаться с людьми. Это был харизматичный, прирожденный лидер. Сочетание харизмы и живого ума, который генерирует интересные идеи, сослужило ему отличную службу на следующем этапе жизни. 18 сентября 1942 генерал Лесли Гроувс возглавил проект «Манхэттен». Я отвечал за разработку атомной бомбы. Первый день он заказал 1200 тонн урановой руды. На следующий распорядился о том, чтобы в Окридже организовали всё необходимое для обогащения урана. В следующем месяце неожиданно поставил Оппенгеймера главой лаборатории, которая в скором времени будет открыта в Лос-Алмесе. Оппенгеймера, по сути, назначили главным конструктором атомной бомбы. У военных были свои опасения. Оппенгеймер не был Нобелевским лауреатом. Вдруг остальные учёные откажутся подчиняться его распоряжениям и не признают его руководителем. К тому же он не имел опыта управления такими масштабными проектами. Кроме того, Оппенгеймер был физиком-теоретиком. По словам Исидора Раби, совсем не отличался практичностью и ничего не знал об оборудовании. Ещё мешал вопрос о политических взглядах Оппенгеймера. Он был связан с коммунистической партией, а его супруга Кэтрин и вовсе в ней состояла. Но Оппенгеймер сумел произвести впечатление на Гровса. Генерал оценил его невероятное чистолюбие и считал незаменимым качеством способность учёного вникать в вопросы не только физики, но и химии, технологии и металлургии. Гровс считал Оппенгеймера настоящим гением. Он говорил, что этот человек разбирается во всём. С ним можно обсуждать любые темы. Хотя не совсем, он абсолютно не разбирается в спорт. Генерал и физик были совсем не похожи. Оппенгеймер весил вдвое меньше, чем Гровс, хотя в обоих было около метра восьмидесяти. Оппенгеймер во взглядах склонялся к коммунизму, Гровс был убеждённым консерватором. Но всё равно он был уверен, что под руководством Оппенгеймера США успеют разработать атомную бомбу раньше Германии, а остальное не важно. Исидор Раби позже говорил, что нанять Оппенгеймера со стороны генерала Гровса было по-настоящему гениальным шагом. А ведь гением его никто не считал. Манхэттенский проект нужно было где-то разместить. Да так, чтобы он оставался в тайне и вне досягаемости врага. И хоть об этом и старались не говорить, подальше от населения на случай неожиданностей. Оппенгеймер предложил Лос-Аламос в штате Нью-Мексико. Побывав там в молодости, он влюбился в суровую пустыню и скалы. В 1929 году в письме другу Оппенгеймер признавался «Две мои возлюбленные – физика и Нью-Мексико. Жаль, что их нельзя объединить». Однако, предлагая Лос-Аламос, он недооценил масштаб логистических сложностей. В 1943-м Оппенгеймер думал, что для разработки бомбы ему нужны шесть учёных и несколько инженеров и технических специалистов. Оказалось, он ошибся на два порядка. В итоге над манхэттенским проектом работали 764 учёных. В Лос-Аламосе – 302 из них. Всего в разработке атомной бомбы так или иначе принимали участие 600 тысяч человек. К этому моменту она перестала казаться чем-то невероятным и считалась вполне возможной. 2 декабря 1942 года в Университете Чикаго под руководством Энрика Ферми собрали первый в мире искусственный ядерный реактор – «Чикагскую поленницу-1». 45 тонн урана и оксида урана и 330 тонн графитовых блоков поместили реактор, что довольно жутко, под трибунами футбольного поля. Генератор вырабатывал примерно пол-ватта энергии. Однако, если получился ядерный генератор, то ничего не мешает сделать атомную бомбу. Единственное их существенное различие в том, сколько нейтронов врезаются в атомы, заставляя их выпускать новые нейтроны при распаде. Если среднее число один, мы получим стабильную цепную реакцию с постоянной интенсивностью. Если меньше одного, реакция затухнет. А если больше одного, реакция начнет нарастать. Это так называемый коэффициент размножения. В этом смысле ядерная реакция похожа на пандемию. Самый простой способ сделать атомную бомбу – это собрать в одном месте достаточно делящегося материала, чтобы началась неуправляемая ядерная цепная реакция. Нужное количество материала называют критической массой. Для урана-235, например, это около 52 килограммов, из которых получится сфера диаметром 17 сантиметров. А для плутония-239 значительно меньше – 10 килограммов и сфера диаметром 10 сантиметров. Первые несколько лет ученые строили бомбу по так называемой пушечной схеме. Работала она примерно так. Внутри два бруска урана-235, масса каждого ниже критической. При помощи обычной взрывчатки, например, кордита, один брусок выстреливается в направлении другого. Их общая масса уже выше критической. Когда между урановым снарядом и мишенью остается около 25 сантиметров, начинается цепная реакция. А дальше происходит атомный взрыв. Это довольно простая конструкция, но не очень эффективная. Расщепляется только небольшая часть ядер урана, что снижает мощность взрыва. К тому же есть ряд неожиданных проблем. Например, чтобы урановый снаряд проходил по стволу гладко, поверхность надо смазать маслом. Но все синтетические масла, которые испытывали ученые, высыхали. Выяснилось, что для этих целей годится только спермоцетовое масло, особый жир кашалотов. Уран-235, который подходит для бомб в природе, составляет всего около 0,7% от всех запасов урана. Когда уран-235 поглощает нейтрон, он ненадолго превращается в уран-236, а потом разделяется на две примерно равные части, высвобождая в среднем 2,4 нейтрона. Но большая часть добываемого урана — это уран-238, с которым такого не происходит. Для атомной бомбы ученым приходится сначала при помощи гигантского масс-спектрометра выуживать уран-235. В результате получается материал с гораздо большей концентрацией нужного нам изотопа. Это называется обогащением урана. Но был другой вариант. В начале 1941-го открыли новый элемент. Точнее сказать, синтезировали. При поглощении нейтрона уран-238 становится ураном-239. Уран-239 нестабильно превращается в нептуний, а он, в свою очередь, — плутоний. В этой истории важны три вещи. Первая. Плутоний-239 — отличное топливо для атомной бомбы. Его критическая масса всего около 10 килограммов. Вторая. Получить плутоний легче, чем заниматься обогащением урана. И третье. Он не подходит для пушечные схемы, реагирует слишком рано, до плотного контакта снаряда и мишени, и полноценного взрыва не происходит. Но бомба на основе плутония все-таки возможна. Критическая масса зависит от плотности вещества. При нормальном давлении 6 килограммов плутония-239 не взорвутся. Но если увеличить давление, атомы окажутся ближе друг к другу и вырастет шанс, что случайный нейтрон врежется в ядро. Чем выше плотность, тем ниже критическая масса. С помощью контролируемого взрыва вокруг сферы из плутония материал можно сжать так, чтобы начать цепную реакцию. Таков был замысел так называемой имплозивной схемы. Есть пара способов сделать критическую массу еще меньше. Можно обернуть сферу материалом, который отражает нейтроны, что снизит количество необходимого атомного топлива. А еще можно добавить некий источник нейтронов, чтобы запустить реакцию. В первой бомбе такого типа использовали инициатор нейтронов, который называли «ежик» — маленький шарик весом всего 7 граммов. Его поместили в самый центр бомбы. Инициаторы изготовили из бериллии полония, разделенных перегородкой из никелия и золота. Замысел такой — ударная волна от взрывчатки сжимает шарик, вещества вступают в контакт, альфа-частицы полония вышибают из бериллия нейтроны, которые дают старт цепной реакции. По крайней мере, ученые на это надеялись. Ведь до этого атомных бомб никто не делал. Оппенгеймеру и его команде надо было действовать быстро. Уже наступил 1945 год. Трумэн хотел провести первые испытания до постдамской конференции. Той самой, на которой Трумэн, Черчилль и Сталин собирались обсуждать послевоенную программу мира. Конференция начиналась 17 июля. Самая ранняя дата, когда можно было проводить испытания, выпадала на 16-е. На этот день их и назначили. Кодовое название — Тринити. Накануне испытаний Оппенгеймеру было неспокойно. Столько всего могло пойти не по плану. Последние тесты взрывчатой части без ядерного заряда провалились. Он попытался успокоить себя, повторяя строки из древнеиндийской поэзии, которая, к слову, сам перевел с санскрита. Среди яростной битвы, в лесу, на обрыве скалы, в море широком, под вражьим копьём, от летящей стрелы, во сне, в замешательстве или под гнётом стыда, совершённые в прошлом благие дела защитят. Сильнее того, что бомба не сработает, он боялся, что она сработает слишком хорошо. Примерно в 1942 году Оппенгеймер обсуждал с Артуром Комптоном жуткие сценарии, могут ли испытания ядерной бомбы привести к концу света. Опасения сводились к тому, что из-за взрыва температура поднимется настолько, что начнётся реакция синтеза. В атмосфере содержится немного газообразного водорода, одна часть на два миллиона. Оппенгеймер боялся, что при достаточно высоких температуре и давлении этот водород начнёт соединяться, а от высвободившейся энергии тоже будет происходить с другими атомами водорода. Ещё больше водорода высвободится из пара, в синтез вступит ещё и он. Это выпустит ещё больше энергии, реакция будет нарастать и нарастать, пока вся атмосфера Земли не окажется объятой ядерным огнём. В 1959 году, вспоминая их беседы, Комптон говорил, Оппенгеймер боялся не только этого. Азот в атмосфере также нестабилен, хотя и в меньшей степени. Не начнёт ли он вступать в реакции от взрыва атомной бомбы? Большинство учёных быстро поняли, насколько это маловероятно, и продолжили работать над проектом. Опасения Оппенгеймера никто не воспринял всерьёз. Но вот мысль о том, что ядерный взрыв может запустить реакцию синтеза, после войны станет очень важна. Испытания Тринити запланировали на 4 утра, но задержали из-за сильного ветра. В 5 часов 29 минут 21 секунду первая в мире атомная бомба сдетонировала. Направленный взрыв сжал плутонивый заряд. От ударной волны бериллия и полония смешались, высвободив нейтроны. Инициатор сработал. Он запустил ядерную реакцию, и теперь её нельзя было остановить. Всего от 6 килограммов плутония прогремел взрыв мощностью почти 25 тысяч тонн в тротиловом эквиваленте. Горы Нью-Мексико залил свет ярче дневного. Взрывная волна ощущалась более чем за 160 километров от эпицентра. Грибовидное облако вытянулось вверх на 12 километров. Температура поднялась настолько, что песок в пустыне расплавился, образовав похожие на стекло минерал, тринитит. К счастью, с атмосферой планеты всё было в порядке. 6 августа 1945, Boeing B-29 «Летающая крепость» сбросил на Хиросиму атомную бомбу пушечные схемы «Малыш». В ней было 64 килограмма обогащённого урана. Нитроцеллюлоза загорелась, урановый снаряд столкнулся с мишенью, что привело к превышению критической массы. Взрыв мощностью 15 тысяч тонн в тротиловом эквиваленте оборвал жизни почти 70 тысяч человек. Ещё столько же погибли за следующие месяцы от ожогов и лучевой болезни. Прошло три дня, и плутониевую бомбу имплозивной схемы сбросили на Нагасаки, что привело к смерти ещё 80 тысяч человек. Больше 95% из 225 тысяч погибших в результате бомбардировки Хиросимы и Нагасаки были мирными жителями, большинство – женщины и дети. В 1965-м, рассказывая об ощущениях сразу после испытаний Тринити, Оппенгеймер говорил, что ему вспомнился древнеиндуйский текст Бхагавадгиты. Мы знали, что мир не будет прежним. Некоторые смеялись. Некоторые плакали. Большинство молчали. Мне на ум пришла строчка из индуистского писания, из Бхагавадгиты. Вишну, пытаясь убедить принца выполнить свой долг, чтобы произвести впечатление, принимает свою многорукую форму и говорит «Я смерть, разрушитель миров». Полагаю, мы все тогда так или иначе думали об одном и том же. После войны Оппенгеймера назвали национальным героем. Его портрет появился на обложке «Тайм». Его имя стало повсеместно известным. В 1947-м он возглавил Институт перспективных исследований в Принстоне и занял место председателя в консультативном комитете, где отвечал за вопросы, связанные с ядерным вооружением. Там он активно отстаивал необходимость контроля над таким оружием. В августе 1949-го свою первую атомную бомбу испытал Советский Союз. Армия США определилась с курсом и решила разрабатывать еще более мощное оружие. Водородную бомбу под названием «Супер». Оппенгеймер выступил против по этическим причинам и из-за опасений, что начнется гонка вооружений. Но администрация Трумана его не послушала, и спустя три года на островах Маршала прошло испытание первой американской водородной бомбы «Ави-Майк». Мощность взрыва — почти 10,5 мегатонн тротила. Это в 400 раз больше, чем испытание «Тринити». Водородная бомба — это три бомбы в одной. Обычная, ядерная и термоядерная. Обычный взрыв запускает реакцию распада. От этого температура и давление возрастают до значений, при которых начинают соединяться ядра Дейтерия и Трития, высвобождая огромное количество энергии. В 1961 году Советский Союз испытал «Царь-бомбу», самую мощную за всю историю человечества. Она была в пять раз мощнее, чем «Ави-Майк», и в две тысячи раз мощнее взрыва «Тринити». Это именно то, чего опасался Роберт Оппенгеймер. Отчасти его противление водородной бомбе и призывы прекратить гонку ядерных вооружений привели к слушаниям о лишении его допуска гостайм. Во время его работы над манхэттенским проектом «За Оппенгеймером» стыдили, но после его ухода наблюдения не отменили. На жучки и прослушку не было ни законных оснований, ни ордеров. Его допрашивали о связях с коммунистами и об отношении с Джин Теклок, участницей Компартии во время работы Оппенгеймера в Лос-Алмесе. По сути, его обвинили в госизмене и в шпионаже. В декабре 1953-го Оппенгеймера лишили доступа к гостайм. Его лицо снова появилось на обложке тайм, теперь угрюмое и в черно-белых тонах. Слушания освещались в международных новостях. В 1964-м немецкий драматург Хайнер Кипхарт написал пьесу о жизни Оппенгеймера. Один экземпляр отправили знаменитому физику, который пришел в такое негодование, что пригрозил автору судом. Особенно возмутительной показалась ему финальная сцена, в которой главный герой осознает, что его работа — это зло. Приведу цитату. «Мы делали за дьявола его работу». Оппенгеймеру все представлялось несколько сложнее. Я думаю, все так и считали. В Лос-Аламосе определенно, что если бы война не закончилась, если бы ее не привели к финальной точке дипломатическими средствами, это оружие сыграло бы свою роль. В то время альтернатива, наступательные действия представлялись гораздо более губительными для всех участников. Думаю, Хиросима заплатила большую цену в жизнях и нечеловеческих страданиях, чем было необходимо, чтобы это стало решительным шагом в прекращении войны. Легко говорить, когда все уже свершилось. В 1965-м Оппенгеймера спросили, что он думает о планирующихся переговорах с Советским Союзом о нераспространении ядерного оружия. Он ответил, нужно было это делать на следующий день после Тринити. Чуть позже, в том же году, Оппенгеймера диагностировали рак горла. Всю жизнь он курил. Роберт Оппенгеймер умер 18 февраля 1967-го. Ему было 62.