Цепная реакция. Неизвестная история создания атомной бомбы - Олег Фейгин

В 1922 г. Бор стал лауреатом Нобелевской премии по физике «за создание теории строения атома». В 30-е гг. он расширил тематику своего института за счет изучения новой области – ядерной физики, а также занялся теоретическим моделированием процессов ядерного распада урана и разработкой ядерного реактора и атомной бомбы. Вскоре после начала Второй мировой войны ученый нелегально эмигрировал из оккупированной Дании в Британию, а затем – в США, где участвовал в «Манхэттенском атомном проекте» по разработке ядерного оружия.

В 1939 г. началась Вторая мировая война, а в 1940 г. Дания была оккупирована гитлеровцами. К этому времени уже началась работа по осуществлению цепной реакции деления. В 1942 г. в США под руководством Ферми был построен первый реактор и развернулась работа по созданию атомной бомбы. Пребывание Бора в оккупированной гитлеровцами Дании стало опасным, и осенью 1943 г. он выехал в Швецию, а 6 октября 1943 г. его на самолете вывезли в Англию. Затем Бор уехал в США, где принял участие в работе над проектом атомной бомбы в Лос-Анджелесе, где он жил под именем Николса Бейкера.

По окончании войны в августе 1945 г. Бор вернулся в Данию. Мир уже знал об атомной бомбе, разрушившей Хиросиму и Нагасаки. С этого момента и до конца жизни проблема предотвращения атомной войны волновала Бора. Он принял участие в работе первой Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии. В 1957 г. ему была присвоена первая премия «Атом для мира».

В 1961 г. Бор приехал в Советский Союз, где посетил Объединенный институт ядерных исследований в Дубне, Физический институт Академии наук в Москве, Московский и Тбилисский университеты. 18 ноября 1962 г. он скоропостижно скончался.

Эрвин Шредингер (1887–1961)

Австрийский физик-теоретик, один из создателей квантовой физики. Родился в Вене, в семье богатого промышленника, получил хорошее домашнее образование, позволившее ему легко поступить в Венский университет. Еще на младших курсах Шредингер посещал лекции по теоретической физике, защитив по окончании университета докторскую диссертацию именно по данной специальности.

После Первой мировой войны Шредингер обосновался в Цюрихе, где и разработал теорию волновой механики, поныне остающуюся фундаментальной основой современной квантовой теории. В 1927 г. принял кафедру теоретической физики Берлинского университета, заменив ушедшего на покой Макса Планка. В 1933 г. эмигрировал в Великобританию, получив место профессора Оксфордского университета, и в том же году стал лауреатом Нобелевской премии по физике вместе с Полем Дираком за разработки новых перспективных форм атомной теории[48].

В 1936 г. вернулся в австрийский Грац, заняв профессорское место в университете. После аншлюса Австрии в марте 1938 г. был уволен и поспешно вернулся в Оксфорд, где летом 1939 г. принял приглашение прочитать курс лекций в Бельгии. В 1939 г., после начала Второй мировой войны и неожиданной оккупации Бельгии, ему с трудом удалось выехать в Ирландию. Тогдашний премьер-министр этой страны, Имон де Валера, в 20-х гг. был профессором математики в Оксфорде и, желая привлечь выдающегося теоретика к себе на родину, распорядился о создании специально под него Дублинского института фундаментальных исследований. В Дублине он оставался до 1956 г., после чего вернулся в Вену на специально созданную для него университетскую кафедру.

В 1944 г. Шредингер опубликовал книгу «Что такое жизнь с точки зрения физики?», которая сформировала мировоззрение целого поколения ученых, вдохновив их видением физики будущего как науки, незапятнанной военным применением ее достижений. В этой же книге ученый предсказал существование генетического кода, скрытого в молекулах жизни.

Луи-Виктор Пьер Раймон де Бройль (1892–1987)

Луи де Бройль родился в 1892 г. во Франции. Первоначально, следуя семейным традициям, намеревался стать дипломатом, но под влиянием брата, Мориса де Бройля, занялся физикой. В 1913 г. Бройль был призван на военную службу, где служил в радиотехнических войсках. В 1925 г. представил в Сорбонну докторскую диссертацию «Исследования по теории квантов». К тому времени он успел опубликовать несколько важных работ о свойствах электронов, атомов и рентгеновского излучения, а также о квантах света.

В 1924 г. Луи де Бройль предпринял атаку на устоявшиеся представления о частицах и волнах. Он считал, что если свет ведет себя в одних случаях как волна, а в других – как частица, квант излучения, то почему те объекты, которые все привыкли считать материальными частицами, например электроны, не могут проявлять свойства волны? Аналогия со световыми квантами привела де Бройля к формуле для длины волны, связанной с любой частицей (такую волну стали называть волной де Бройля или волной вероятности).

Следует заметить, что волновыми свойствами, согласно квантовой механике, обладают все материальные тела. Например, пуля массой m = 9 г, имеющая скорость v = 900 м/с, обладает длиной волны 8 × 10–35 м, определить которую из опыта практически невозможно. Именно из-за малой массы элементарных частиц их волновые свойства играют существенную роль в их поведении. Гипотеза де Бройля позволяет сделать далеко идущие выводы. В частности, у электронов с энергиями от 1 до 10 000 эВ длины волны де Бройля те же, что и у рентгеновских лучей! Но тогда облучение кристаллической решетки пучком электронов должно давать на фотопленке примерно такую же дифракционную картину, какая наблюдается на рентгенограмме.

В 1927 г. Клинтон Джозеф Дэвиссон, Лестер Джермер и независимо от них Джон Паджет Томсон поставили эксперименты, полностью подтвердившие гипотезу де Бройля! Годом раньше Эрвин Шредингер вывел уравнение для волн де Бройля. Защитив диссертацию, французский ученый читал лекции в Сорбонне, а с 1928 г. – и во вновь организованном Институте Анри Пуанкаре. Тогда же он стал профессором теоретической физики в Сорбонне. В 1929 г. «за открытие волновой природы электронов» де Бройль был удостоен Нобелевской премии по физике.

Вольфганг Паули (1900–1958)

Швейцарский физик-теоретик, родился в Вене, в 1921 г. закончил Мюнхенский университет.

Первая научная работа была посвящена математическим вопросам единой теории гравитации и электромагнетизма и вышла в свет в 1918 г., а в 1921 г. Паули защитил докторскую диссертацию в Мюнхенском университете под руководством А. Зоммерфельда. В 1921–1922 гг. он был ассистентом М. Борна на кафедре теоретической физики в Геттингенском университете. Познакомился с Н. Бором и в 1922–1923 гг. работал в Институте теоретической физики в Копенгагене, помогал в издании работ Бора на немецком языке. В 1923 г. – доцент университета в Гамбурге; с 1928 г. – профессор Высшего технического училища в Цюрихе, в 1935–1936 и 1940–1946 гг. работал в Институте фундаментальных исследований в Принстоне.

Когда Паули работал в Геттингене, Бор занимался поисками закономерностей заполнения электронных оболочек атома, в частности, пытался объяснить, почему у атома, находящегося в основном энергетическом состоянии, не все электроны находятся на нижней орбите. Принимая участие в решении этой проблемы, Паули ввел понятие спина и в 1925 г. сформулировал один из важнейших принципов современной теоретической физики, согласно которому две тождественные частицы с полуцелыми спинами не могут находиться в одном состоянии, т. е. не могут обладать одинаковыми значениями всех четырех квантовых чисел (главного, орбитального, магнитного и спинового).