"Вирусный флигель" - читать интересную книгу автора (Ирвинг Дэвид)

Зимнее солнцестояние

Пожалуй, историю немецких ядерных исследований лучше всего начать с конца. Ибо исследования эти носили на себе яркий отпечаток личностей ее основных действующих лиц, а их характеры никогда не проявлялись столь ярко и отчетливо, как в часы, последовавшие сразу же за событиями 6 августа 1945 года.

Вечером этого дня в первых строках последних известий, зачитанных бесстрастным голосом диктора Би-би-си, сообщалось, что примерно часом ранее на Хиросиму была сброшена атомная бомба. Бюллетень новостей, переданный в 18 часов, давал кое-какие подробности: взрывная сила бомбы была эквивалентна силе двух тысяч десятитонных бомб — самых больших бомб, сбрасывавшихся королевской авиацией на Германию; кроме того, указывалось, что президент Трумэн впервые открыто сказал о лихорадочных, но безуспешных попытках немцев разработать методы использования энергии атома.

В те дни в Англии, в Фарм-Холе, сельском доме под Хантингтоном, томился человек, чьи работы открыли путь к созданию атомной бомбы. Это был Отто Ган — первооткрыватель расщепления ядер урана. Вместе с ним в том же доме пребывали девять других его соотечественников. Первым услышал новость страж немецких ученых майор британской армии Риттнер. Он немедленно вызвал к себе Гана и буквально сразил ученого, рассказав о слышанном. Ган, пожилой и уважаемый всеми человек, был потрясен, он почувствовал себя лично ответственным в смерти тысяч человек. Он сказал Риттнеру, что шестью годами ранее, когда впервые понял, какие возможности таятся в сделанном открытии, им овладели страшные предчувствия, но в глубине души он все-таки надеялся на лучшее. Ган очень волновался, и, чтобы успокоить и поддержать Гана, Риттнер дал ему выпить почти неразведенного виски. И оба они стали с нетерпением ожидать повторения новостей в 19 часов. Остальные пленники уже собрались к ужину. Ничего не подозревая, они дожидались Гана. Он, однако, запаздывал. В конце концов доктор Карл Виртц отправился за Ганом. Он подоспел в кабинет Риттнера как раз к началу вечерней передачи. Прослушав новости вместе с Ганом и Риттнером, Виртц бросился в столовую и буквально огорошил собравшихся. За столом воцарилось тяжелое молчание.

А потом заговорили все сразу. Надо сказать, что все разговоры немецких физиков подслушивались с помощью потайных микрофонов офицерами британской разведки. В этот раз они с удовлетворением отметили: даже самые видные немецкие физики не догадывались о существовании атомной бомбы и, более того, были уверены, что такой бомбы не существует. Профессор Вернер Гейзенберг — нобелевский лауреат, один из самых прославленных физиков-теоретиков — не поверил ни единому слову сообщения и называл его блефом. Он страстно оспаривал самое возможность создания атомной бомбы. По его мнению, американцы поступили так же, как поступали и наци, присвоив столь претенциозное название новоизобретенному взрывчатому веществу обычного типа. Даже факт работы над бомбой казался Гейзенбергу весьма сомнительным. Ведь сам доктор Гоудсмит — коллега и хороший знакомый — уверял, что американцы не вели атомных разработок. Гейзенберг хорошо помнил свой разговор с Гоудсмитом. Да и как забыть его, если он состоялся в мае, когда Гоудсмит взял Гейзенберга в плен. В тот же день Гейзенберг несколько раз довольно прозрачно намекал о своей готовности оказать помощь американским физикам, но Гоудсмит ни словом, ни жестом не показал, насколько смешно и неуместно такое предложение. А разве не о том же говорил и другой факт? В апреле, когда американцы разыскивали последнюю еще не захваченную лабораторию с урановым котлом, они уверяли Вайцзеккера, Виртца и других ученых, что запасы урана и тяжелой воды будут немедленно возвращены, как только немецкие физики сумеют вновь приступить к своим исследованиям. Разве стали бы они давать такое обещание, если бы знали хоть что-нибудь о самой возможности создания бомбы? (Разумеется, в августе 1945 года Гейзенберг не мог знать об истинном намерении американцев: перехватить запасы урана, тяжелой воды и самое лабораторию, находившуюся во французской зоне оккупации, с тем чтобы ничего не попало в руки профессора Жолио.)

Вот почему даже первое сообщение о взрыве атомной бомбы не поколебало уверенности Гейзенберга в правдивости слов Гоудсмита. Вот почему он считал сообщение блефом.

Ган, к этому времени уже возвратившийся от Риттнера, внимательно слушал Гейзенберга.

Хотелось бы быть уверенным в правоте Гейзенберга, — сказал он.— Ведь если бы они сделали бомбу, это означало бы, что атомный котел у них работает уже в течение долгого времени.

Гану хотелось хоть как-то скрыть свое потрясение, свою растерянность, и он не без злого удовлетворения сказал Гейзенбергу:

Но если все-таки американцы создали урановую бомбу, вам придется признать себя вторым! Бедный старина Гейзенберг!

Гейзенберг резко спросил:

Разве, сообщая об этой «атомной» бомбе, они употребили слово уран?

Нет, — ответил Ган.

Тогда она никакого отношения не имеет к атомам! — сказал Гейзенберг.

Как бы то ни было, вы все равно второй, Гейзенберг, и вам остается лишь укладывать ваши чемоданы, — не сдавался Ган.

Но Гейзенберг продолжал настаивать, что в бомбе было применено новое взрывчатое вещество химического типа, содержащее, быть может, атомарный кислород или водород. Казалось, он был готов поверить чему угодно, но только не тому, что Гоудсмит намеренно обманул его. И он, наверное, продолжал бы спорить с Ганом, но профессор Пауль Хартек, гамбургский физико-химик, всегда отличавшийся реалистическим взглядом на вещи, мягко напомнил спорившим о сообщении, совершенно ясно говорившем о бомбе, взрывная сила которой равна взрывной силе двадцати тысяч тонн тринитротолуола.

Один из молодых физиков, работавших у Гейзенберга, стараясь не обидеть своего наставника, спросил, как понимает он слова «двадцать тысяч тонн тринитротолуола». Гейзенберг сбавил тон, но все еще не мог поверить, что союзники действительно создали атомную бомбу. Профессор Герлах и легендарный Макс Лауэ предложили самое естественное: подождать до девяти вечера, когда будет передан основной выпуск последних известий.

И все же дискуссия продолжалась, но теперь ее участники обсуждали возможные технические решения. Доктор Коршинг и доктор Виртц, работавшие над выделением урана-235 методом диффузии, доказывали, что именно этот метод и был использован американцами при создании бомбы. С ними соглашался и доктор Багге, еще один специалист в области разделения изотопов, содержавшийся в Фарм-Холе.

Доктор Виртц внезапно сказал:

— Я рад, что у нас не оказалось бомбы. Вайцзеккер согласился с ним:

Теперь, когда она есть у американцев, мне кажется, над ними нависла смертельная угроза. Я думаю, это было безумием.

Гейзенберг, сидевший напротив Виртца, возразил:

Вряд ли стоит утверждать такое. С равным основанием можно считать, что это самый короткий путь к окончанию войны…

Только это меня и утешает…— сказал Ган и, немного помолчав, добавил: — И все-таки, хотелось бы верить Гейзенбергу. Как было бы хорошо, если бы все и вправду оказалось блефом!

Ровно в девять все собрались в гостиной у радиоприемника.

Передаем новости, — начал диктор. — Их главной темой является потрясающее достижение союзных ученых — изготовление атомной бомбы. Одна из них была сброшена на японскую военную базу…— Затем последовали подробности: — Наблюдатели на разведывательных самолетах, пролетевших над целью через несколько часов после взрыва, не смогли ничего увидеть. Город, в котором насчитывалось более трехсот тысяч жителей, закрыт гигантским облаком дыма и пыли… Союзники израсходовали на работы более пятисот миллионов фунтов; на строительстве заводов в Америке было занято более ста двадцати пяти тысяч человек, шестьдесят пять тысяч рабочих трудится на них сейчас. Лишь очень немногие знали, что производят эти заводы. Людям приходилось видеть огромные количества поступающих материалов, но никто и никогда не замечал, чтобы с заводов что-нибудь вывозилось, так как объем взрывчатого вещества очень мал…

И вот последовало самое важное для тех, кто сидел у приемника в Фарм-Холе: военный министр США заявил — при изготовлении бомбы использовался уран.

«Отношения в нашем узком кругу стали очень напряженными», — писал в своем дневнике Герлах, пытаясь передать впечатление о тяжелой и нервной обстановке вечером 6 августа 1945 года. И действительно, немецкие ученые испытывали смешанные чувства ужаса, разочарования, досады, взаимного недоверия. Они не могли свыкнуться с мыслью, что командэр Уэлш из Интеллидженс сервис, простоватый любитель всевозможных золотых нашивок и шевронов — «золотой павлин», как они в шутку звали его, и Гоудсмит намеренно обманули их. Эрих Багге возмущенно воскликнул: «Гоудсмит водил всех нас за нос!» Но это не было его единственным чувством, в дневнике он записал: «…они сбросили бомбу на Японию. Они говорят, что и через несколько часов ничего нельзя было разглядеть сквозь тучу пыли и дыма. Толкуют о трехстах тысячах убитых. Бедный старый профессор Ган!»

И хотя все они работали над одним и тем же, последние слова были написаны не случайно. Ган уже рассказывал коллегам о чувствах, испытанных им, когда он впервые представил себе все устрашающие последствия расщепления урана. В течение некоторого времени он носился с планом, по которому весь уран надлежало сбросить в море и тем самым предотвратить катастрофу. Но в то же время он понимал всю нелепость такого плана. Разве кто-нибудь, и в первую очередь он сам, взял бы на себя право лишить человечество огромных выгод, которые сулило расщепление атома? Однако случилось именно то, чего больше всего опасался Ган, — над миром нависла смертельная атомная угроза; американцы и англичане — Чедвик, Симон, Линдеман (впоследствии лорд Черуэлл) и многие другие — создали в Америке гигантские заводы и без тени сомнений начали производство чистого урана-235.

Теперь, после сообщения Би-би-си, немецким ученым стало совершенно понятно, почему с первых дней крушения Германии их держат взаперти. Но это не остановило споров. В тот день они продолжались допоздна.

Коршинг, рассуждая о проведенной американцами работе, сказал, что им, должно быть, удалось в невиданных до того масштабах осуществить взаимное сотрудничество. И сравнив с тем, как это происходило в Германии, он высказал мысль, задевшую почти всех:

Такое сотрудничество было бы немыслимо в Германии. Каждый из нас старался бы доказать, что работа другого не имеет никакого значения.

С Коршингом немедленно заспорил Вайцзеккер:

Дело вовсе не в том! По-моему, главная причина совершенно иная: ни один физик не хотел делать бомбу по принципиальным соображениям, если бы все мы желали Германии победы, мы бы справились.

Эти слова возмутили Багге:

Фон Вайцзеккер говорит абсурд! Я не верю ему, когда он утверждает, что не желал добиться успеха. Но даже если он и сказал правду, она касается только его одного, но не остальных!

Итак, в первые же часы после взрыва атомной бомбы немецкие ученые назвали три различные причины, объясняющие, по их мнению, почему в Германии не были созданы ни атомная бомба, ни атомный реактор. Какая из этих причин верна, или, может быть, все они сыграли свою роль? История, рассказанная в этой книге, в конечном итоге позволит читателю сделать выводы, а сейчас стоит привести еще два небольших факта и рассказать, чем закончился вечер в Фарм-Холе.

Вот дневниковая запись, сделанная одним из немецких физиков через несколько дней после спора.

«Работы по разделению изотопов нам неизменно и изо всех сил приходилось отстаивать от насмешек и даже от прямого противодействия. Сколько помех делу создавала внутренняя оппозиция лучших ученых! Даже такие люди, как М…, Е…, П… и В…, либо не понимали существа, либо не желали пошевелить и мизинцем, чтобы помочь развитию работ по выделению чистого урана-235. И этого оказалось вполне достаточно!»

А вот еще один факт: профессор Герлах, которого в начале 1944 года рейхсмаршал Геринг сделал своим полномочным представителем по ядерной физике, чрезвычайно болезненно переживал поражение Германии.

Споры прекратились лишь во втором часу ночи. Отправляясь спать, профессор Лауэ задумчиво сказал Багге:

Когда я был мальчиком, я мечтал совершить что-либо в физике и стать свидетелем исторических событий. И вот я делал физику и видел, как мир делает историю. И я смогу повторить это в свой смертный час.

А ночью он постучался к Багге:

Надо что-то сделать. Я ужасно беспокоюсь за Отто, известия сразили его, и я опасаюсь худшего…

Они открыли дверь в спальню Гана, чтобы присмотреть за ним. И только после того, как Ган уснул, разошлись по своим комнатам.

Как известно, процесс получения атомной энергии возможен благодаря существованию в природе тяжелых и неустойчивых ядер, подобных ядрам урана и тория. Однако, по меткому замечанию сэра Джорджа Томсона, возможность эта существует лишь благодаря одному удивительному свойству, одной странности, на которые так щедра природа. И в самом деле, хотя атомы урана и тория неустойчивы принципиально, им тем не менее суждено было сохраниться с момента зарождения солнечной системы, то есть в течение пяти миллиардов лет. Будь они чуточку менее устойчивыми, Ферми, Гану, Штрассману и самому Томсону не с чем было бы работать. Будь они чуточку более устойчивыми, расщепление ядра оказалось бы вообще невозможным.

Явления природы часто носят парадоксальный характер, а потому и история их открытий обычно являет собой причудливую вязь совпадений и случайностей. Именно такова история исследований расщепления урана — протянувшаяся на целых четыре года цепь ошибок, заблуждений и неверных гипотез, первым звеном в которой явились римские работы Ферми, еще в начале тридцатых годов предложившего получать искусственные радиоактивные изотопы наиболее тяжелых элементов, бомбардируя эти элементы нейтронами, открытыми незадолго до того Чедвиком.

Нейтроны — массивные ядерные частицы. Они электрически нейтральны и проникают в атом, несущий электрические заряды, с гораздо большей легкостью, чем альфа-частицы, с помощью которых Фредерик Жолио и Ирен Кюри проводили сходные эксперименты в Париже. Поскольку альфа-частицы, то есть ядра гелия, заряжены положительно, им действительно трудно подходить к ядрам бомбардируемого вещества, так как последние тоже заряжены положительно и отталкивают альфа-частицы. Что же касается нейтронов, то они способны проникать в атом, когда их скорость очень мала.

Ферми установил это почти случайно. По его наблюдениям, эффект бомбардировки нейтронами вещества мишени значительно усиливался, когда источник нейтронов бывал окружен слоем вещества, например парафина, содержащего большое количество атомов водорода. Ферми объяснил это тем, что испускаемые источником быстрые нейтроны замедляются вследствие столкновений с легкими атомами водорода в парафине и что медленные нейтроны гораздо легче захватываются ядрами атомов мишени.

Уран — самый тяжелый из существующих в природе естественных химических элементов. Он представляет собой очень твердый серый металл, ковкий и пластичный; температура его плавления ниже, чем у металлов со сходными химическими свойствами, — вольфрама, хрома, молибдена. Атомный номер урана 92, а массовое число самого распространенного изотопа урана равно 238; эти два числа указывают, что в ядре урана-238 имеется 92 протона и 146 нейтронов. Более легкий изотоп с массовым числом 235 встречается значительно реже: в каждой тысяче весовых частей природного урана его содержится всего семь частей. Химические свойства обоих изотопов абсолютно одинаковы, но физические — различны. Если бы таких различий не существовало, разделять изотопы оказалось бы невозможным, да и ненужным.

Бомбардируя ядра природного урана нейтронами, Ферми и его сотрудники выяснили, что уран как бы активируется. Это наталкивало на мысль, что некоторые ядра урана-238 захватывают нейтроны и превращаются в неустойчивые ядра урана-239. Затем каждый атом нового изотопа испускает один электрон и, теряя свое урановое первородство, превращается в элемент с атомным номером 93. Иными словами, дело представлялось так, будто уран после бомбардировки «трансмутировался» в неизвестный прежде элемент, выходивший за урановый предел периодической системы элементов.

Чтобы подтвердить сотворение трансуранового элемента, Ферми приготовил раствор из облученной нейтронами мишени, сделанной из химических соединений урана. Затем, добавляя в раствор реактивы, он постепенно перевел в осадок получившиеся химические соединения. Среди осажденных веществ по меньшей мере одно оказалось химически отличным от всех элементов, точнее от всех элементов тяжелее свинца. Вряд ли нужно говорить, как обрадовался Ферми, получив столь замечательный результат. Открытие совершенно нового элемента казалось ему несомненным. Ему, физику, и в голову не пришло сравнить неизвестное вещество с элементами, занимающими в таблице Менделеева место более раннее, чем свинец. Оно обязательно должно быть тяжелее самого тяжелого элемента — урана. В этом Ферми был убежден, ибо он не мог себе представить существование такого процесса радиоактивного распада, в ходе которого атом урана превратился бы в элемент легче свинца. Правда, фрау Ида Ноддак, немецкий химик, поставила под сомнение выводы Ферми и попыталась объяснить его открытие иначе. По ее предположению, облученный нейтронами уран не претерпевал обычного радиоактивного распада, вместо распада должно было происходить расщепление ядер урана. Однако она не сделала ничего для практической проверки своего предположения, прочие же физики не придали ему значения.

Зато утверждение Ферми о существовании ряда трансурановых элементов не прошло незамеченным.

В 1934 году, немедленно вслед за опубликованием сообщений Ферми, помещенных журналами «Нуово чи-менто» и «Нейчур», Отто Ган, уже прославленный к тому времени радиохимик, обратился к Лизе Мейтнер, жившей в Вене. Еще до 1922 года они хорошо поработали вместе, и их сотрудничество увенчалось открытием мезотория и протактиния. Теперь Ган предлагал возобновить его и провести исследование трансурановых элементов, о которых столь уверенно говорил Ферми.

Третьим в этой работе суждено было стать молодому доктору Штрассману. Блестящий неорганик и аналитик, он очень быстро освоил методы радиохимии и как нельзя более пришелся ко двору в лаборатории Гана.

Здесь, у Гана, в Химическом институте кайзера Вильгельма, и была проведена вся работа, завершившаяся драматическими событиями последних недель 1938 года. Начиная ее, ни Ган, ни его сотрудники не могли предвидеть итогов.

Дело, за которое они взялись, оказалось слишком трудным, и потребовалось почти четыре года, чтобы до конца распутать цепь случайных совпадений, неверных выводов и ложных открытий.

Поначалу все складывалось довольно гладко. Ган, Штрассман и Мейтнер провели проверку открытия Ферми и на ее основе дали теоретическое построение весьма сложной системы трансурановых элементов. Эта система стала сенсацией в среде физиков. Но не только теория явилась результатом проверки работ Ферми, были открыты и описаны четыре новых химических элемента; «экарений», «экаосмий», «экаиридий» и «экаплатина». Эти названия новым элементам присвоили лишь временно, только потому, что в периодической таблице клеточки для новых элементов оказались соседями с клеточками рения, осмия, иридия и платины, и, следовательно, химические свойства новооткрытых элементов должны были походить на свойства соответствующих соседей по таблице[4].

Правда, исследователи столкнулись с кое-какими странными и необъяснимыми отклонениями от того, что предписывалось теорией, но особого значения им не придавали. С чувством, почти мистическим, они уверяли себя, что в конце концов придет и объяснение непонятных явлений.

Выстроенная с огромным трудом и все-таки небезупречная система трансурановых элементов продержалась без изменений до 1938 года. Первые трещины появились в ней после опытов Ирен Кюри и Павла Савича, которые, повторив шаг за шагом эксперименты Ферми, получили и описали новое радиоактивное вещество с периодом полураспада три с половиной часа. По мнению Кюри и Савича, этим веществом был изотоп тория. Это следовало из теории радиоактивного распада урана: в соответствии с ней ядро урана, захватившее нейтрон, должно стать неустойчивым и, испустив альфа-частицу, превратиться в торий.

Но… наблюдать испускание альфа-частиц ураном, подвергнутым нейтронной бомбардировке, не удавалось никому.

И все же в лаборатории Гана не могли отнестись равнодушно к результатам Кюри и Савича. Тем более, что еще в 1934 году Лиза Мейтнер увлекалась идеей поисков тория, но Штрассман, взявшийся провести химический анализ раствора облученного урана, не обнаружил и следов тория. Разумеется, Ган и его сотрудники могли бы поместить в журнале сообщение о безуспешных поисках тория и упрекнуть парижскую группу в опубликовании вводящих в заблуждение результатов. Однако они выбрали более тактичный способ. Ган и Мейтнер написали французским ученым письмо, в котором сообщали о безуспешных поисках тория и просили с большей осторожностью и тщанием проверить работу. Ирен Кюри не ответила на письмо, но она вряд ли могла отмахнуться от предостережения Гана, имевшего тридцатилетний опыт работы в радиохимии и завоевавшего своими работами всеобщее признание. Вскоре она опубликовала статью, где признавала, что торий не обнаружен.

В этой же статье она высказала одну далеко идущую идею, подсказанную ей новыми химическими исследованиями неизвестного вещества. В ходе исследований им удалось перевести вещество из раствора в осадок, применяя в качестве носителя лантан. А это натолкнуло французскую группу на мысль, что «окончательный анализ вещества с периодом полураспада 3,5 часа указывает на сходство его свойств со свойствами лантана, и отделение этого вещества от лантана в настоящее время представляется возможным, по-видимому, только фракционным методом».

Разумеется, французы и не думали отождествлять неизвестное вещество с лантаном; по их представлениям, никакой процесс радиоактивного распада не мог бы привести к превращению урана в столь далеко отстоящий лантан. Их уверенность в существовании некоего трансуранового элемента, содержащегося в этом веществе, оставалась непоколебленной. Но никто не мог сказать, куда, в какое место периодической таблицы поместить трансурановый элемент со свойствами редкоземельного лантана. И физикам, и химикам эта задача казалась неразрешимой. И все-таки вещество отнесли к трансуранам, то есть к тем элементам, которые сами собой подпадали под «юрисдикцию» Гана и его сотрудников. И им, желали они того или нет, пришлось серьезно заняться свойствами удивительного незнакомца.

Но получить какие-либо существенные результаты не удавалось. К тому же Ган лишился своей замечательной сотрудницы Лизы Мейтнер. После аншлюса австрийский паспорт уже не мог защитить ее от преследований наци, в июле 1938 года она была вынуждена покинуть Германию. Группа лишилась своего единственного физика. Химики Ган и Штрассман остались без помощи физика Мейтнер как раз в то время, когда ее советы были особенно необходимы, — осенью 1938 года парижане опубликовали итоговую статью, где впервые подробно описали методику своих экспериментов.

Получив эту статью, Ган поначалу не особенно ею заинтересовался. Он передал ее своему помощнику. Зато Штрассман изучал статью с неослабным интересом, и чем дальше он вчитывался в текст, тем яснее становилось ему: французы допустили ошибку. Да, они провели замечательную работу, они отличные физики-экспериментаторы, но в радиохимии разбирались куда меньше его и Гана. В этом-то, по-видимому, и было все дело: они были убеждены, что в растворе облученного урана содержится лишь одно неизвестное вещество, и только ему приписывали все свойства. Но на самом деле неизвестных веществ могло быть не одно, а два! Ган рассмеялся, услышав об этом, но вскоре признал: «Возможно, в этом что-то и есть».

Это и послужило началом серии блестящих опытов, занявших всего лишь неделю, но позволивших твердо установить: в растворе наверняка нет ни трансуранов, ни урана, ни протактиния, ни тория, ни актиния. Подтвердилась и правота Штрассмана; после облучения мишени в растворе действительно удалось обнаружить смесь нескольких веществ. В качестве «носителя» химики выбрали барий, с его помощью удалось перевести из раствора в осадок группу из трех радиоактивных веществ. А затем, приготовив из полученных трех веществ новый раствор, они с помощью лантана перевели в осадок три других, «дочерних» вещества.

Что это были за вещества? Существовавшая в то время теория допускала одно-единственное толкование опытов: первые три вещества являются изотопами радия, а три дочерних — изотопами актиния. Правда, с точки зрения чисто химической, исходя из проведенных реакций, ничто не мешало сделать и другой вывод: в первом осадке содержались изотопы бария, во втором — лантана. Но о таком выводе они скорее всего не смели даже и подумать. В ту пору он представлялся бы совершенно невероятным, ибо барий и лантан занимают в периодической таблице значительно более ранние места, и никакой мыслимый процесс радиоактивного распада не позволял объяснить возникновение этих элементов.

О существовании в облученном растворе урана новых веществ, объявленных ими изотопами радия и актиния, образующимися в результате последовательного процесса радиоактивного распада урана, Ган и Штрассман сообщили в печати на исходе 1938 года. Но и это весьма осторожное сообщение многие физики встретили с недоверием. Ведь если бы оно оказалось правдой, пришлось бы признать существование некоего совершенно удивительного процесса радиоактивного распада; чтобы превратиться в атом радия, атому урана приходилось бы очень быстро лишаться двух альфа-частиц. И это казалось тем более сомнительным, что такой энергичный процесс должен был возникать всего-навсего после бомбардировки уранового раствора медленными нейтронами, то есть нейтронами очень малой энергии.

Случилось так, что вскоре после опубликования сообщения Ган встретился с Бором в Копенгагене. Прославленный датчанин откровенно усомнился в истинности объяснения, данного Ганом и Штрассманом. По мнению Бора, последовательное испускание атомом урана двух альфа-частиц было бы «противоестественным», и, следовательно, новые вещества скорее всего были трансуранами. Подоспело и сердитое письмо из Стокгольма. Лиза Мейтнер упрекала Гана в том, что он начал делать глупости. И ему нетрудно было представить себе ее недовольное лицо, когда она писала эти слова; подумать только: химики позволили себе повольничать с самими законами физики!

Осмеянные и раздраженные, Ган и Штрассман твердо решили доказать свою правоту. Началась новая серия опытов[5]. Их экспериментальное мастерство никогда не было столь утонченным, столь виртуозным, как в этот раз; Штрассман предложил новый, исключительно изящный метод выделения «родственного» радиоактивного вещества из облученного раствора с помощью хлористого бария. Последний выпадает в осадок в виде идеальных кристаллов, а это давало полную гарантию того, что появляющиеся в растворе при облучении трансурановые элементы не будут содержаться в кристаллах. Аппарат, изготовленный для опытов, был очень прост. Вместо циклотронов, применявшихся для подобных целей в других странах, в распоряжении берлинцев имелся значительно менее мощный источник — один грамм радия, смешанного с бериллием, — помещенный для замедления нейтронов в парафиновый блок. Нейтронами облучали трубку, в которой содержалось химическое соединение урана. В раствор облученного уранового соединения, где присутствовали таинственное вещество с периодом полураспада 3,5 часа и множество других элементов, возникающих под воздействием нейтронной бомбардировки, добавлялся хлористый барий. В образовавшихся кристаллах содержалось ничтожно малое количество того вещества, которое Ган и Штрассман считали изотопами радия. Его присутствие в кристаллах подтверждалось счетчиком Гейгера — Мюллера, он стоял тут же на деревянной скамье, и через регулярные промежутки времени Ган, Штрассман или кто-нибудь из лаборанток записывал показания, чтобы получить данные о периодах полураспада.

Это был труднейший опыт. Невообразимо малые количества получившихся веществ оказались буквально погребенными в массах кристаллов нерадиоактивного хлористого бария. Но именно эти ничтожные количества того, что считалось изотопами радия, и требовалось выделить из кристаллов и как можно точнее и надежнее измерить их радиоактивность. Выделение радия следовало проводить методом фракционной кристаллизации, который разработала еще Мария Кюри и которым Ган и Штрассман неоднократно пользовались.

Но, как ни странно, фракционная кристаллизация на этот раз не дала ожидаемого результата.

Быть может, они допустили ошибку? Ученые проверили все самым тщательным образом. Ошибки как будто не было.

На третьей неделе декабря Ган решил поставить контрольный опыт. Он заново провел фракционную кристаллизацию специально приготовленного раствора, введя в него заведомо известный изотоп радия ThX. Все шло как положено: из кристаллов хлористого бария удавалось выделить даже ничтожные количества атомов истинного изотопа радия. Значит, метод работал, и ошибку следовало искать в чем-то другом.

В субботу 17 декабря Ган и Штрассман все ещё не пришли в себя после столь неожиданного поворота событий. Но первые проблески истины уже забрезжили перед ними: в тот день они сдвоили опыт. В общем растворе содержались неопознанные «изотопы радия» и подлинный изотоп радия — MsTh1. Последний был намеренно введен в раствор в качестве индикатора. Из уранового раствора оба вещества выводились с помощью все того же бариевого носителя. Их перевели в осадок, а затем начали фракционную кристаллизацию. Опыт был тончайший. На любом его этапе Гана и Щтрассмана могли сбить с толку множество продуктов радиоактивного распада почти всех участвовавших в опыте веществ. Они учитывали эту опасность. На каждом этапе кристаллизации они проверяли радиоактивность кристаллов хлористого бария. И счетчик показывал, что от этапа к этапу концентрация мезотория — истинного изотопа радия — повышалась так, как и следовало. Но то удивительное вещество, которое они уже привыкли считать изотопом радия, вело себя совершенно иначе: на каком бы этапе ни проверялись кристаллы, его концентрация оставалась неизменной, так же как и концентрация самого бария. Это странное вещество распределялось в барии равномерно. Такая равномерность казалась странной, но многозначительной.

В ночь с субботы на воскресенье Ган записал в дневнике: «Волнующий опыт фракционного разделения радия /бария/ мезотория».

Сам он уже отбросил сомнения: вещество, которое они до сих пор принимали за радиоактивный изотоп радия, никакими химическими способами не могло быть отделено от бария, потому что само оно было не что иное, как радиоактивный изотоп бария!

Медленные нейтроны, бомбардируя самый тяжелый из естественных элементов — уран, порождали барий — элемент, почти вдвое более легкий! Атомы урана рвались на части!

Конец недели и начало следующей ознаменовались для Гана не только эпохальным открытием, в эти же дни на его долю выпало пережить немало неприятностей и унижений. Он взялся устроить дела уехавшей Лизы Мейтнер, и для этого понадобилось побывать в налоговом управлении в Берлине, а в понедельник утром обратиться к Карлу Бошу, президенту Института кайзера Вильгельма, с просьбой помочь передать квартиру Лизы профессору Маттауху, ведущему венскому физику, которого Отто Ган пригласил заменить Лизу Мейтнер.

Да… время было тяжелым. Как раз тогда берлинские власти открыли выставку «Бродячий еврей», и Гану стало известно, что и ему там выделили место: кто-то постарался напакостить. Расчет был верный — начальство перепугалось. Удивляться, однако, не приходилось: и выставка, и перепуганное начальство были знамениями времени.

Закончив в конце концов хлопоты и переговорив с Бошем, Ган отправился в Берлин-Далем, в лабораторию, где его с нетерпением ждал Штрассман. В тот же день они поставили еще один опыт. Такой же, как и предыдущий, но на сей раз для выяснения сущности второй группы неопознанных изотопов, которые выделялись из первичного раствора лантаном.

А когда вещества были выделены и началось измерение периодов полураспада, Ган в промежутках между записью показаний счетчика Гейгера писал подробное послание Лизе Мейтнер, с которой бок о бок проработал более тридцати лет и которой пришлось оставить дело всего лишь за несколько месяцев до величайшего успеха.

Письмо было датировано так: «Понедельник, 19-го, вечер, лаборатория».

Человек обязательный, Ган начал отчетом о своих попытках урегулировать дела Лизы и лишь затем перешел к тому, что более всего интересовало их обоих:

«И в это же время мы со Штрассманом неустанно трудились — со всем напряжением, на какое способны, — над урановыми веществами. Нам помогали фрейлейн Либер и фрейлейн Боне. Сейчас, когда я пишу эти строки, уже одиннадцать часов. В четверть двенадцатого возвратится Штрассман, и, вероятно, я смогу отправиться домой. Суть заключается в том, что мы узнали о «радиевых изотопах» столь странные вещи, что пока решаемся рассказать их только Вам. Мы с абсолютной точностью измерили периоды полураспада трех изотопов. Мы узнали, что они могут быть отделены от всех элементов, за исключением бария; все процессы идут как полагается, но есть одно поистине странное совпадение — метод фракционной кристаллизации не работает. Наш «радиевый изотоп» ведет себя точно так же, как и сам барий».

Затем Ган подробно перечислил все проведенные опыты, включая и опыты с намеренным введением индикатора, и перешел к рассказу о том, как они безуспешно пытались повысить концентрацию искусственных радиевых изотопов, несмотря на то, что концентрация индикатора — истинного изотопа радия — неуклонно повышалась от фракции к фракции. «В этом многозначительном совпадении, — Ган снова написал о нем, — вероятно, и кроется вся суть. Но мы стараемся удержаться от ужасающего вывода, что наши «радиевые изотопы» ведут себя не как радий, а ведут себя как барий». Штрассман был согласен с Ганом, он тоже считал возможным сообщить об открытии только Мейтнер, и они оба надеялись, что, быть может, именно ей, физику, удастся найти всему этому «какое-нибудь хитроумное объяснение», не противоречащее теории. «Мы оба отлично знаем, что уран в действительности не может расщепляться до бария. Но теперь мы собираемся выяснить, ведут ли себя «активные изотопы», как актиний, или же они подобны лантану. Это очень тонкий эксперимент. Но мы должны узнать истину!»

Заканчивая письмо, Ган еще раз попросил Мейтнер подумать, есть ли вообще хоть какая-нибудь возможность объяснить их результаты на основании известных законов физики, и со свойственными ему широтой и благородством на случай ее согласия предлагал опубликовать работу за подписями всех троих. «А теперь мне пора к моим счетчикам», — закончил он письмо. Он опустил его в почтовый ящик той же ночью.

Подоспело время рождественских каникул. Во вторник в Институте кайзера Вильгельма должен был состояться ежегодный рождественский вечер. Настроение у Гана было безрадостным, он вспоминал лучшие времена, когда даже в кошмарном сне не могла бы примерещиться выставка «Бродячий еврей» и ничто не мешало Лизе жить безбоязненно в Берлине, работать и посещать рождественские вечера. Думал Ган и о работе, об «интереснейших кривых», которые они со Штрассманом получили на основании опытов, и о том, что им следует как можно скорее написать о своих открытиях, успеть сделать это еще до закрытия Института на рождественские каникулы.

В течение следующих двух дней им удалось закончить вторую часть опытов. Мнимый актиний оказался изотопом лантана — элемента, который, подобно барию, был почти вдвое легче урана.

А 22 декабря 1938 года Ган и Штрассман с лихорадочной поспешностью писали отчет об опознании ими изотопов, выделенных в первой части опытов.

«Не подлежит сомнению, что все элементы, за исключением радия и бария, отпадают. Как химики, мы обязаны заявить, что новые изотопы не являются радием, они являются изотопами бария».

Однако их приговор «противоречил всем известным законам физики», и два радиохимика, вынесшие его, все еще страшились признать его безоговорочную справедливость. Но тем не менее они отчаянно торопились. Они сделали все возможное для скорейшей публикации своего отчета. Ган позвонил своему старому приятелю Паулю Розбауду, редактору научного журнала «Натур-виссеншафтен». Он примчался в институт в тот же вечер, и это было совершенно кстати — еще просыхали последние строки статьи, в которой по существу была доказана возможность расщепления ядер урана.

Надо отдать справедливость Розбауду: он мгновенно оценил всю важность статьи. И хотя номер журнала уже был подготовлен к печати, Розбауд приказал снять одну из статей и вместо нее поместить работу Гана и Штрассмана, указав дату получения — 22 декабря 1938 года. Это был самый короткий день в году, день зимнего солнцестояния. В Европе, во всем северном полушарии царила глубокая зима. Когда в Швецию к Лизе Мейтнер пришло взбудораженное письмо Гана, уже наступили рождественские каникулы и у нее гостил племянник — доктор Отто Фриш, работавший в знаменитой Копенгагенской лаборатории Нильса Бора.

Мейтнер читала письмо со смешанным чувством захватывающего интереса и сомнения. Неужели химики такого калибра, как Ган и Штрассман, допустили ошибку? Вряд ли это было возможно. И хотя письмо было доверительным, она все же не удержалась и пересказала его содержание племяннику. Но он не сразу воспринял, что пыталась втолковать ему Мейтнер. Он был слишком увлечен собственными планами постройки огромного магнита для предстоящих исследований.

Ответ Лизы Мейтнер был очень осторожным, но в то же время она поздравляла Гана:

«Ваши результаты действительно обескураживают — процесс, в котором медленные нейтроны приводят к образованию бария?!… Сейчас мне представляется весьма затруднительным принять существование столь радикального распада, но нам уже приходилось переживать столько неожиданностей в ядерной физике, что никто не вправе исключать новые, просто сказав: этого не может быть!»

Все же Фриш вскоре понял всю важность сообщенного ему Лизой. И они совместно пересмотрели капельную модель атомного ядра, предложенную Бором двумя годами ранее. По воззрениям Бора, ядро под воздействием слабых сил сохраняет свою устойчивость благодаря поверхностному натяжению. Однако этому вовсе не противоречило, что ядро атома урана вследствие большого положительного заряда может уже само по себе находиться на пределе устойчивости. В таком случае захват лишнего нейтрона, даже с очень малой энергией, приводил бы к тому, что ядро атома урана должно стать совсем нестабильным, принять форму растянутой капли и в конце концов разорваться на две меньшие «капельки», то есть на два меньших ядра примерно равных размеров. При этом заряды новых ядер естественно останутся положительными, и ядра начнут с силой отталкиваться друг от друга. Расчеты показывали, что в единичном акте расщепления атома должна высвобождаться огромная энергия — около 200 миллионов электронвольт, то есть столько, сколько потребуется, чтобы подбросить песчинку на заметную высоту.

6 января 1939 года журнал со статьей Гана и Штрассмана вышел в свет. И наверное, среди физиков, прочитавших ее, нашлось немало таких, кто с досадой и огорчением понял, насколько близко находился от того же самого открытия. Вероятно, острее всех это почувствовали Ирен Кюри и ее сотрудники. Ведь именно они не без смущения писали: «свойства вещества с полураспадом 3,5 часа оказались такими же, как у лантана». Примерно то же мог испытывать и берлинец доктор фон Дросте. Исходя из существовавшей в то время теории, он предположил, что облученные нейтронами уран и торий должны испускать альфа-частицы высоких энергий. Требовалось доказать это. И Дросте поставил эксперимент. Однако в эксперименте следовало учитывать одно немаловажное обстоятельство: уран и торий, сами, без облучения, испускают альфа-частицы, но сравнительно малой энергии. Чтобы устранить влияние этих альфа-частиц на результаты опыта, фон Дросте закрыл облученный образец урана тонкой металлической фольгой. Если бы он хоть раз снял фольгу и провел опыт без нее, он наверняка обнаружил бы мощные ионизационные вспышки, вызываемые осколками расщепившихся ядер.

А через много лет Фрицу Штрассману стала известна история почти трагическая. Она случилась с одним американским физиком. Примерно за год до Гана и Штрассмана он подверг урановый раствор облучению нейтронами одного из самых мощных по тем временам источника, столь мощного, что в Германии о таком и не мечтали. Затем этот физик выделил «трансураны» из раствора и, поместив их в стеклянную мензурку, понес в другое помещение, где собирался исследовать спектр гамма-излучения. Если бы он проделал исследование, он сразу определил бы, что в растворе помимо урана находятся барий и другие элементы с соответствующим периодом полураспада. Как назло, в лаборатории только что натерли полы, физик поскользнулся, и драгоценная мензурка разбилась. Помещение, сильно загрязненное радиоактивными веществами, закрыли на несколько недель, физику же пришлось заняться другой работой, и ему уже было недосуг возвратиться к прежней. Ган и Штрассман никогда не приписывали себе все заслуги; впоследствии они не раз утверждали, что «открытие уже назрело» в то время. И то, что оно было сделано в Берлине, можно даже объяснить прихотью Фортуны.

Но по существу группа Гана была наиболее подготовленной к открытию. В проведенных экспериментах им приходилось иметь дело с фантастически малыми количествами веществ: во всех вместе взятых кристаллах содержалось всего лишь несколько сот атомов радиоактивных изотопов, и обнаружить их можно было только счетчиком Гейгера. Уверенно делать какие-либо научные выводы по результатам подобных экспериментов мог только человек, обладающий тридцатилетним опытом радиохимических исследований. Таким опытом располагал один Ган.

Вероятно, многие физики задумывались над тем, как сложилась бы история атомных исследований, если бы война разразилась не в 1939 году, а летом 1938 года. Ведь это вполне могло случиться. Но тогда открытие Гана почти наверняка осталось бы неизвестным в других странах. И, кто знает, сумели бы Соединенные Штаты довести к 1945 году атомное оружие до степени боевой готовности?

Убедившись в правоте Гана и Штрассмана, Фриш и Мейтнер больше не считали нужным держать в секрете сообщение из Берлина. Сразу после рождественских каникул Мейтнер возвратилась в Стокгольм, а Фриш — в Копенгаген. Но их совместная работа не прервалась. Совещаясь по телефону, они готовили статью, где излагали уже известные нам теоретические соображения и расчеты. В середине января их статья поступила в редакцию лондонского «Нейчур». Но хотя это была первая в мире статья, в которой говорилось о процессе расщепления атомного ядра, ее публикация задержалась на целый месяц.

Между тем сразу по возвращении в Копенгаген, еще до того, как в «Натурвиссеншафтен» была опубликована статья Гана и Штрассмана, Фриш во всех подробностях рассказал Бору о письме Гана и о расчетах количества высвобождающейся энергии, которые были проделаны им с Лизой. Вскоре Бор на несколько месяцев поехал в Америку. А с ним отправились за океан и новости.

В те же дни Иосиф Маттаух возвращался в Берлин после лекционного тура по Скандинавии. Он ехал к себе через Данию. Фриш встретил его на пути в Копенгаген, и всю дорогу до датской столицы физики горячо обсуждали энергетические расчеты, выполненные Фришем и Мейтнер. И, конечно же, Фриш сообщил Маттауху, что ему только-только удалось подтвердить физическими методами открытие берлинцев. Это оказалось совсем несложным делом. Очень простое устройство уверенно зарегистрировало мощные импульсы ионизации, возникающие при каждом акте расщепления. Фришу не терпелось продемонстрировать свои опыты. Немедленно по прибытии в Копенгаген он повел Маттауха в лабораторию и показал ему все. Вторым человеком, которому Фриш не замедлил сообщить новости, был Бор. Фриш отправил ему каблограмму.

Как и следовало ожидать, статья Гана и Штрассмана, появившись в печати, не осталась незамеченной. Рядом с Ганом, в Берлине, ничего не зная ни о работах Фриша, ни о дальнейшем развитии работ самого Гана, физики Зигфрид Флюгге и фон Дросте уже 23 января отправили в «Цайтшрифт фюр физикалише хеми» статью, выводы которой полностью совпадали с выводами Фриша и Мейтнер. Но и этой статье было суждено залежаться в редакции. Об энергетических возможностях открытого Ганом и Штрассманом процесса превращения элементов физики впервые услышали от Бора. Он выступил на Пятой вашингтонской конференции по теоретической физике 26 января и буквально поразил всех, сообщив о работах Фриша и Мейтнер и о том, что ядерные осколки высокой энергии можно обнаружить простейшими приборами. Бор никогда не блистал красноречием, но эффект его последних слов был поразительным. Едва он произнес их, несколько физиков сорвались со своих мест и, как были в вечерних костюмах, помчались в лаборатории, чтобы возможно скорее повторить и проверить результаты, о которых доложил Бор.

А через сутки многие американские газеты уже оповестили читателей об опытах. И когда спустя месяц вышли научные журналы со статьями Мейтнер и Фриша, а также Флюгге и фон Дросте, лавры уже венчали другие головы. В Англии из серьезных газет только одна «Тайме» уделила место этим важнейшим событиям; в маленькой заметке говорилось, что в Колумбийском университете, в Америке, открыли новый процесс — «расщепление» атома урана физик Энрико Ферми, работавший в США, воспользовался циклотроном с магнитом весом около 76 тонн «для самого эффективного из осуществленных на Земле преобразования массы в энергию»; по расчетам Ферми, энергии при этом выделялось в 6 миллиардов раз больше, чем требовалось для того, чтобы вызвать процесс расщепления.

Теперь, по прошествии трех десятков лет, кажется, что и сами события развивались подобно цепной реакции. И действительно, счет шел на дни и недели, хотя никто тогда еще не знал, чем все это кончится. Ган и Штрассман напряженно работали весь январь и 25 числа направили в «Натурвиссеншафтен» новую статью. Она называлась так: «Доказательство образования активных изотопов бария под воздействием нейтронной бомбардировки урана и тория». Сам заголовок явно показывал, что авторы отбросили все сомнения в правильности своих выводов. Но дело этим не ограничивалось. У статьи был еще и подзаголовок: «Дополнительные активные осколки деления урана». Вот именно то содержание, которое он отражал, и всколыхнуло всю физику. Ибо, говоря о природе «дополнительных активных осколков», авторы утверждали, что расщепление происходит вовсе не в соответствии с атомным весом; необходимо учитывать атомный номер — ядро урана (атомный номер 92) расщепляется на ядро бария (атомный номер 56) и ядро криптона (атомный номер 36). А из этого следовало: при расщеплении ядра урана освобождаются нейтроны. И не один, а больше! |

Вот это и потрясло. Ибо было ключом не только к конкретной физической загадке, но и к целому Новому Свету, на пороге которого стояла физика.

Ведь если при распаде одного атома освобождается не один, а больше нейтронов, то это означает, что освободившиеся нейтроны могут вызвать распады уже нескольких атомов, а те, в свою очередь, — еще большего числа атомов и так далее. Следовательно, ничто уже не мешало допустить возможность лавинного нарастания числа расщепляющихся атомов — цепную реакцию, в ходе которой будет выделяться невиданная энергия.

Как ни странно, этот кажущийся теперь очевидным вывод пришел Гану в голову лишь спустя несколько дней после того, как была готова статья. А через шесть с лишним лет ему доведется услышать о взрыве бомбы в Хиросиме, и тогда он признается своим сотоварищам по плену, что когда в 1939 году ему стали ясны грозные последствия открытия, он лишился сна и даже намеревался покончить с собой. Бедный Отто Ган!