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

По счастью, [моя тетушка] помнила, как вычисляется масса ядра… и смогла подсчитать, что два ядра, получающиеся в результате деления урана, должны быть легче него примерно на одну пятую массы протона. Но ведь, когда исчезает масса, создается, согласно Эйнштейновской формуле E=mc 2, энергия…

Хорошо, но какова же величина этой энергии? Одна пятая протона есть частица вещества до нелепого малая. В точке, стоящей над буквой i,протонов содержится больше, чем звезд в нашей галактике. И тем не менее, «исчезновения» одно пятой протона — частицы, которую и увидеть-то никто не способен, — должно хватать на создание 200 МэВ энергии. В Беркли, штат Калифорния, как раз планировали построить электромагнит величиною с дом, способный, когда его зарядят количеством электричества, большим того, что потребляет обычно весь город Беркли, сообщать частице энергию до 100 МэВ. А тут какая-то кроха должна была создать энергию вдвое большую.

Это могло показаться неосуществимым, — если бы не колоссальная величина c 2. Мир массы и мир энергии связаны неистово расширяющимся мостом. Для наблюдателя из нашего мира, фрагмент протона, пролетающий мимо дорожного знака «=», трансформируется — растет.

Растет.

Тетя с племянником по пути из Кунгэльва перешли замерзшую реку. Деревня была уже слишком далеко, чтобы они могли слышать шум ее рынка. Майтнер произвела расчет. Впоследствии Фриш вспоминал: «одна пятая массы протона оказалась точным эквивалентом 200 МэВ. Мы получили источник этой энергии, все сошлось одно к одному!».

Атом был вскрыт. До этого времени все ошибались. Путь внутрь атома состоял не в том, чтобы со все большей и большей силой вколачивать в него частицы. Теперь двое людей, пожилая женщина и ее племянник, находившиеся среди безмолвия полуденных снегов, отчетливо поняли это. Для того, чтобы взорвать атом урана, вовсе не нужно было накачивать его энергией. Довольно было нескольких медленных нейтронов, а дальше процесс шел сам собой. Ядро начинало содрогаться, все сильнее и сильнее, пока удерживающее его в целости сильное взаимодействие не подавалось и электрическое поле, крывшееся внутри ядра, не заставляло фрагменты его разлетаться. Взрыв этот питался собственной энергией ядра.

Майтнер и ее племянник считали науку политически нейтральной и потому подготовили свое открытие для публикации. Следовало присвоить ему какое-то название, и Фриш вспомнил о том, как делятся бактерии. Еще находясь в Копенгагене, он как-то спросил американского биолога, приехавшего с визитом в институт Бора, каким английским словом описывается этот процесс. В результате, в их статье появилось слово «деление», описывающее то, что происходит с ядром атома. Тем временем, Ган уже опубликовал полученные им в Берлине результаты — практически не упомянув о Майтнер, — и вскоре начал продлившуюся почти четверть века кампанию, цель которой состояла в том, чтобы доказать: вся честь сделанного открытия принадлежит только ему одному.

Тридцатилетние поиски завершились. За десятилетия, прошедшие после 1905 года, в котором появилось уравнение Эйнштейна, физики показали, как можно взломать атом и извлечь из него сконденсированную, замороженную энергию, о которой говорит формула E=mc 2. Они обнаружили ядро, открыли частицу, названную нейтроном и способную легко проникать в ядро и покидать его (особенно если посылать в него нейтроны замедленные), выяснили, что дополнительные нейтроны, внедренные в такие сверхплотные атомы, как атом урана, заставляют их ядра дрожать, ходить ходуном и взрываться.

Майтнер установила: происходит это потому, что существующее внутри ядра мощное электрическое поле, сдерживается подобием пружин или клея, именуемым сильным ядерным взаимодействием. Когда дополнительный нейтрон начинает расшатывать ядро, эти пружины подаются, и внутренние части ядра разлетаются, приобретая огромную энергию. Если взвесить все до и после, оказывается, что разлетающиеся части ядра «весят» меньше, чем бывшее прежде целым ядро. И что именно «исчезнувшая» масса дает энергию, которая обеспечивает высокую скорость их разлета. Ибо на самом деле, никуда эта масса не исчезает. Уравнение Эйнштейна показывает, что она просто проявляет себя в форме энергии, которую c 2увеличивает, в сравнении с массой, почти в 1166400000000000000 раз (в единицах км/час).

Открытие это оказалось зловещим, поскольку теоретически кто угодно мог начать взламывать ядра, эти сердцевины атомов, и получать выбросы огромной энергии. В любую другую эпоху последующие шаги совершались бы медленно и первая атомная бомба появилась бы лишь в 1960-х или 1970-х годах. Но в 1939-м началась самая большая в истории война.

Ас нею началась и гонка, в которой должна была финишировать страна, сумевшая первой получить предсказанную уравнением Эйнштейна энергию.

Часть 4. Совершеннолетие

Глава 10. На сцену выходит Германия

К 1939 году Эйнштейн уже не был никому не известным молодым человеком, отцу которого приходилось выпрашивать для него работу у лейпцигского профессора. Труды по теории относительности обратили его в самого прославленного из ученых мира. Он стал ведущим профессором Берлина, а когда еврейские погромы и антиеврейская политика сделали пребывание в Германии невозможным, уехал — в 1933 году — в Америку, приняв пост в новом Институте перспективных исследований, который был создан в Принстоне, штат Нью-Джерси.

Когда Эйнштейн узнал о результатах Майтнер и о том, какое развитие получают эти результаты в других исследовательских группах, он направил личное письмо президенту, а коллеги Эйнштейна организовали доставку этого письма непосредственно в Белый дом одним из президентских доверенных лиц.

Ф. Д. Рузвельту,

Президенту Соединенных Штатов,

Белый дом,

Вашингтон, округ Колумбия.

Сэр!

Некоторые недавние работы… которые были сообщены мне в рукописи, заставляют меня ожидать, что уран может быть в ближайшем будущем превращен в новый важный источник энергии. Определенные аспекты возникшей ситуации, по-видимому, требуют особого внимания и, при необходимости, быстрых действий со стороны правительства…

Это новое явление способно привести… к созданию бомб, возможно, — хотя и менее достоверно, — исключительно мощных бомб нового типа. Одна бомба такого типа, доставленная на корабле и взорванная в порту, способна полностью разрушить весь порт и часть прилегающей к нему территории…

Искренне Ваш,

Альберт Эйнштейн

Увы, ответ был таким:

БЕЛЫЙ ДОМ,

ВАШИНГТОН

19 октября 1939

Дорогой профессор!

Я хочу поблагодарить Вас за Ваше недавнее письмо и чрезвычайно интересное и важное приложение к нему.

Я счел эту информацию настолько существенной, что провел посвященное ей совещание… Прошу Вас принять мою искреннюю благодарность.

Искреннейше Ваш,

Франклин Рузвельт.

Даже человек, проведший в Америке, подобно Эйнштейну, лишь несколько лет, понял бы, что «чрезвычайно интересное» это эквивалент резкой отповеди. Президентов постоянно осыпают идеями, никакого практического значения не имеющими. Если присылающий такую идею человек обладает известностью, с ним приходится обходиться повежливее, однако ни ФДР [6], ни его сотрудники не поверили в бомбу, способную уничтожить целый порт.

Покинув рабочий стол Рузвельта, письмо покочевало по другим столам и, в конце концов, попало в руки Лаймана Дж. Бриггса, благодушного любителя курительных трубок, возглавлявшего в федеральном правительстве «Бюро стандартов». Именно Бриггсу предстояло бы взять на себя всю полноту ответственности за разработку в США атомной бомбы.