Цепная реакция. Неизвестная история создания атомной бомбы - Олег Фейгин

Во время Второй мировой войны ученый активно участвовал в осуществлении секретного американского атомного проекта «Манхэттен», целью которого было создание ядерного оружия, примененного впоследствии при бомбардировке японских городов Хиросима и Нагасаки. В тот же период фон Нейман принял участие еще в одном секретном военном проекте, включавшем создание электронно-вычислительного комплекса ЭНИАК. В ходе выполнения данного исследования и анализа конструкционных просчетов комплекса фон Нейман разработал логическую схему и архитектуру нового типа компьютерных систем. Впоследствии при его непосредственном участии был создан весьма успешный вариант компьютера, названный в его честь «ДЖОНИАК». Эта электронно-вычислительная система сыграла большую роль в успешном проектировании и сопутствующей обработке информации при реализации атомного проекта следующего поколения – во время создания водородной бомбы.

В послевоенный период фон Нейман завершил свои теоретические работы по построению основ теории автоматических устройств статьей «Вероятностная логика и синтез надежных организмов из ненадежных элементов», что явилось крупнейшим достижением в данной области кибернетики и указало дальнейший путь для создания компьютеров второго и даже третьего поколения.

В середине 1950-х гг. фон Нейман переехал из Принстона в Вашингтон, чтобы занять очень престижную должность члена сенатской Федеральной комиссии по атомной энергетике США. Однако вскоре у него была диагностирована редкая форма костного рака, и в феврале 1957 г. Джон фон Нейман безвременно завершил свой жизненный путь, так и не закончив книгу всей своей жизни – «Вычислительная машина и мозг».

Ричард Филлипс Фейнман (1918–1988)

Выдающийся американский физик родился в Нью-Йорке в семье заведующего отделом сбыта фабрики по изготовлению форменной одежды. С детства питал большой интерес к естественным наукам и проведению экспериментов в домашней лаборатории, демонстрируя членам семьи и соседям нехитрые химические фокусы. Еще школьником, зарабатывая на карманные расходы починкой радиоприемников, Фейнман решал головоломные математические задачи, изобретая новые способы рассматривать их в целом и избегая громоздких вычислений.

По окончании средней школы в 1935 г. он успешно поступил в Массачусетский технологический институт (МТИ) и в 1939 г. окончил его с дипломом бакалавра по физике. В МТИ, как говорил впоследствии Фейнман в своей Нобелевской речи, он впервые осознал, что наиболее важной проблемой того времени было неудовлетворительное состояние квантовой теории электричества и магнетизма – квантовой электродинамики, занимавшейся изучением взаимодействий между элементарными частицами и между частицами и электромагнитным полем.

В 1942 г. Фейнман защитился в Принстонском университете, получив степень доктора философии, и продолжил там работать свободным исследователем. В 1940-х гг. принял самое непосредственное участие в создании ядерного оружия, проведя много уникальных исследований в Лос-Аламосской лаборатории. В 1950-е гг. профессорствовал на кафедрах физики Корнелльского университета и Калифорнийского технологического института в Пасадене. Основные работы Фейнмана связаны со специальными вопросами квантовой электродинамики, квантовой механики и статистической физики. С помощью созданной Фейнманом современной версии квантовой электродинамики ученым удалось успешно преодолеть многие трудности, связанные с применением квантовой механики в теории взаимодействия электронов и других заряженных элементарных частиц с электромагнитным полем.

В конце 1940-х гг. ученому удалось разработать оригинальные схемы, иллюстрирующие возможные превращения элементарных частиц. Они были названы «диаграммы Фейнмана». В 1958 г. совместно с М. Гелл-Манном Фейнман предложил новую количественную теорию слабых взаимодействий, а в 1969 г. – новую модель нуклона. В 1972 г. он создал полуфеноменологическую картину генерации новых частиц при их столкновениях и разработал метод интегрирования по траекториям квантовых объектов. В последние годы Фейнман занимался разработкой теории квантованных вихрей в сверхтекучем гелии и настойчиво делал попытки применить методы теории возмущений в задаче квантования гравитационных полей. Кроме всего прочего, он был замечательным педагогом и одним из создателей знаменитого университетского курса лекций по физике.

Фейнман – Нобелевский лауреат 1965 г. по физике «за фундаментальный вклад в развитие квантовой электродинамики, имевший глубокие последствия для физики элементарных частиц».

Мюррей Гелл-Манн (р. 1929)

Выдающийся американский физик-теоретик родился в Нью-Йорке, в семье иммигрантов из Черновцов. После окончания средней школы в возрасте 15 лет успешно поступил в Йельский университет, а затем в аспирантуру Массачусетского технологического института, где и защитил докторскую диссертацию по физике. В 1952 г. перешел в Чикагский университет, где работал с Энрико Ферми. В возрасте 23 лет положил начало «кварковой» революции в физике элементарных частиц, опубликовав основополагающую работу по новым характеристикам микрочастиц – «странностям» и «очарованиям».

Классифицируя новые частицы, Гелл-Манн в 1964 г. предложил особую группировку элементарных частиц, из которой выросли кварковые модели. В них вводились кварки – очень необычные субэлементарные частицы, из которых состоят адроны. Название «кварк» Гелл-Манн взял из романа известного мистика Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану», где в одном из эпизодов есть фраза «Три кварка для мистера Марка!» Кварки вскоре были признаны основополагающими составляющими элементарных частиц и прочно вошли в современную теорию кваркового взаимодействия, которая называется квантовой хромодинамикой (КХД) и во многом основывается на работах Гелл-Манна. Кроме того, в сотрудничестве с Ричардом Фейнманом ему удалось впервые прояснить природу электрослабого внутриядерного взаимодействия. В 1990-х гг. прошлого века Гелл-Манн занялся новой проблемой сложных систем и по результатам своих исследований написал популярную книгу «Кварки и ягуар: приключения в простом и сложном». Название книги взято из абстрактно-мистической поэмы Артура Шжэ, где повторяется рефрен: «Мир кварка непосредственно связан с ягуаром, мечущимся в ночи».

Словарь терминов

Абсолютно черное тело (АЧТ) – физическая абстракция, введенная Густавом Кирхгофом в 1862 г. и широко применяемая в термодинамике как идеализированное тело, поглощающее все падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Спектр излучения АЧТ определяется только его температурой. В классической теории излучения анализ спектра АЧТ привел к парадоксу «ультрафиолетовой катастрофы», решенной с помощью гипотезы квантов действия Макса Планка.

Адроны — микрочастицы, включающие барионы с полуцелым спином, состоящие из трех кварков, и мезоны обменного вида, участвующие в сильных ядерных взаимодействиях.

Альфа-распад – радиационный распад атомных ядер с испусканием альфа-частиц – ядер атомов гелия, состоящих из двух протонов и двух нейтронов.