Книга Создание атомной бомбы - Ричард Роудс

мысли более формальным образом:

Но как из урана мог получиться барий? До сих пор от ядра не удавалось отделить более крупные фрагменты, чем протоны или ядра гелия (альфа-частицы), и мысль о возможности одновременного отделения большого числа таких фрагментов можно было отбросить; для этого не имелось достаточной энергии. Невозможно было и расколоть ядро урана на две части. Ядро не было подобно хрупкому твердому телу, которое можно было бы расколоть или разбить; Бор подчеркивал, что ядро гораздо более похоже на каплю жидкости[1150].

Возможно, разделение ядра можно было представить себе в модели жидкой капли. Они присели на бревно. Мейтнер нашла в своей сумочке клочок бумаги и карандаш. Она стала рисовать круги. «Не может ли это быть чем-то в таком роде?»[1151]

Фриш говорит: «Надо сказать, что она всегда страдала отсутствием трехмерного воображения, а у меня эта способность была развита довольно хорошо. По-видимому, мне в голову в конце концов пришла та же самая идея, и я нарисовал нечто похожее на круг, сдавленный в двух противоположных точках»[1152].

«Ну да, – сказала Мейтнер, – это я и имела в виду»[1153]. Она хотела нарисовать то же, что нарисовал Фриш, жидкую каплю, вытянутую наподобие гантели, но нарисовала ее с торца, обозначив перемычку гантели пунктирным кружком меньшего размера внутри большего сплошного круга.

Фриш говорит: «Я помню, как в тот же момент немедленно подумал о том, что электрический заряд уменьшает поверхностное натяжение». Капля жидкости удерживается от распада поверхностным натяжением, а ядро – аналогичным сильным взаимодействием. Однако электрическое отталкивание протонов, содержащихся в ядре, действует против сильного взаимодействия, причем чем тяжелее элемент, тем сильнее становится это отталкивание. Фриш продолжает:

Я тут же принялся вычислять, насколько именно уменьшается поверхностное натяжение ядра. Не знаю, откуда мы взяли все эти цифры, но мне кажется, что у меня должно было быть некое ощущение величины энергий связи, и я мог оценить силу поверхностного натяжения. Разумеется, заряд и размеры ядра мы знали достаточно хорошо. В результате по оценке порядка величины получилось, что в ядре с зарядом [т. е. атомным номером] около 100 поверхностное натяжение должно исчезать; следовательно, уран, имеющий заряд 92, должен находиться в состоянии, весьма близком к такой неустойчивости[1154].

Они открыли причину, по которой в мире не существует природных элементов тяжелее урана: две силы, действующие в ядре друг против друга, в конечном счете взаимно обнуляются.

Они представили себе ядро урана в виде капли жидкости, рыхлой в своей непрочной оболочке, и вообразили, как в нее попадает медленный нейтрон, даже почти не имеющий энергии. Энергия нейтрона добавляется к энергии всей системы. Ядро начинает колебаться. В одной из многочисленных случайных мод колебаний оно может вытянуться. Поскольку сильное взаимодействие работает только на чрезвычайно малых расстояниях, электрическая сила, расталкивающая два утолщения вытянутой капли, оказывается сильнее. Два утолщения расходятся на еще большее расстояние. Между ними образуется тонкая перемычка. В каждом из двух утолщений снова начинает превалировать сильное взаимодействие. Подобно поверхностному натяжению, оно стремится превратить каждое из утолщений в сферу. В то же самое время электрическое отталкивание стремится развести две разделяющиеся сферы еще дальше друг от друга.

В конце концов перемычка разрывается. Там, где было одно крупное ядро, появляются два ядра меньшего размера, например бария и криптона:

«Тогда, – вспоминает Фриш, – Лиза Мейтнер сказала, что, если два таких фрагмента действительно образуются, они должны разлетаться в разные стороны с огромной энергией»[1155]. Взаимное отталкивание всех содержащихся в них протонов должно привести к их разлету со скоростью в одну тридцатую скорости света. По расчетам Мейтнер или Фриша выходило, что вызывающая этот разлет энергия должна быть порядка 200 МэВ – 200 миллионов электрон-вольт. Один электрон-вольт – это энергия, необходимая для ускорения электрона при пролете через разницу потенциалов в один вольт. Двести миллионов электрон-вольт – энергия небольшая, но для энергии, получаемой из одного атома, эта величина огромна. В самых высокоэнергетических химических реакциях высвобождается около 5 эВ на атом. Эрнест Лоуренс строил в том же году циклотрон с 200-тонным магнитом, в котором он надеялся разгонять частицы до целых 25 МэВ. Впоследствии Фриш подсчитал, что энергии, получающейся при делении каждого ядра урана, должно хватить, чтобы подбросить видимую невооруженным глазом песчинку на заметную высоту. В каждом грамме урана содержится невообразимо большое число атомов, около 2,5 × 1021, то есть 25 с двадцатью нулями: 2 500 000 000 000 000 000 000.

Они задались вопросом о возможном источнике всей этой энергии. К нему сводилась основная трудность этого предположения, из-за которой до этого никто не считал такую возможность правдоподобной. Наблюдавшиеся до сих пор процессы захвата нейтронов сопровождались высвобождением гораздо меньшей энергии.

В 1909 году, когда Мейтнер был тридцать один год, она впервые увидела на научной конференции в Зальцбурге Эйнштейна. Он «читал лекцию о развитии наших взглядов на природу радиации. В то время я совершенно не понимала всех следствий его теории относительности». Она жадно слушала. В ходе лекции Эйнштейн вывел из теории относительности свое уравнение E = mc2, о котором Мейтнер тогда еще не знала. Тем самым Эйнштейн показал, как вычислять преобразование массы в энергию. «Эти два факта, – вспоминала она в 1964 году, – были настолько поразительно новы и неожиданны, что я до сих пор очень хорошо помню эту лекцию»[1156].

Она вспомнила ее и накануне Рождества 1938 года. Кроме того, как говорит Фриш, «у нее в голове были упаковочные коэффициенты»[1157] – она помнила наизусть полученные Фрэнсисом Астоном численные значения дефектов масс разных ядер. Если расщепить большое ядро урана на два меньших ядра, то сумма масс меньших ядер окажется меньше, чем масса исходного ядра. Насколько меньше? Эту величину она легко могла вычислить: приблизительно на одну пятую массы протона. Осталось подставить одну пятую массы протона в уравнение E = mc2. «Одна пятая массы протона, – восклицает Фриш, – была как раз эквивалентна 200 МэВ. Вот где был источник этой энергии, все сошлось!»[1158]

На самом деле они обратились в новую веру не настолько мгновенно. Хотя они и пришли в сильное возбуждение, по крайней мере Мейтнер еще сохраняла глубокое недоверие. Эта новая работа ставила под сомнение результаты четырех лет ее работы с Ганом и Штрассманом; если она была права в отношении первой, значит, она ошибалась в отношении последней, причем в то самое