Книга История атомной бомбы - Хуберт Мания

Родившийся в Ульме, выросший в Мюнхене и в семнадцать лет добровольно отрекшийся от немецкого подданства, чтобы избежать солдатской службы, этот не имеющий гражданства выпускник Цюрихского политехникума с дипломом преподавателя физики и математики колесит по Швейцарии в поисках работы. Даже и по окончании учебы он по-настоящему старается держаться в курсе последних разработок в области теоретической физики. Несколько недель в качестве подменяющего учителя в Винтертуре, потом ничтожная работа частного учителя в Шафхаузене, чтобы подготовить абитуриента к экзаменам, скандал с семейством ученика и изгнание с треском, потому что он находит нестерпимыми разговоры за обедом и с обезоруживающей самонадеянностью требует, чтобы по этой причине его еду, оплаченную, разумеется, работодателем, он мог забирать с собой в гостиницу. На все его заявления о должности ассистента «у всех профессоров от Северного моря до самой южной точки Италии» он получает иногда уведомления о получении письма, но никогда не получает личного ответа. Да, несколько иначе представлял себе начало своей научной карьеры двадцатитрехлетний Альберт Эйнштейн. К тому же его подруга сербского происхождения беременна. И обе родительские пары против этого союза.

Но позднее, летом 1902 года, фортуна, похоже, повернулась к нему лицом. Отец друга способствует злосчастному выпускнику в получении должности технического эксперта III класса в Швейцарской государственной службе интеллектуальной собственности в Берне. Швейцарское гражданство, необходимое для работы в патентном бюро, ему уже предоставлено. Сорокавосьмичасовая рабочая неделя в качестве «батрака патентов», как он сам называл себя, не удерживает его от того, чтобы давать еще и частные уроки и регулярно писать статьи для «Анналов физики», самого значительного в мире специального журнала. Весной 1905 года он формулирует свою «квантовую гипотезу света». Она идет еще на шаг дальше революции Планка. Альберт Эйнштейн размышляет о так называемом фотоэлектрическом эффекте. Там все дело во взаимодействии света и материи. Когда луч коротковолнового света попадает на поверхность металла, энергия света выбивает электроны из атома металла. Доступная при этом энергия не зависит ни от интенсивности, ни от яркости света, как того требует классическая теория, а лишь от его частоты. Ибо экспериментальные данные однозначно показывают: чем выше частота, тем больше энергии свет передает электронам. И тут вдруг извлекается на свет божий формула Планка, в которой энергия как раз и определяется частотой света.

Чтобы лучше понять эти обстоятельства, Эйнштейн предлагает пересмотреть классическую концепцию исключительно волновой природы света. Если свет отражается от зеркала или преломляется поверхностью воды, его можно рассматривать как волну. Но если свет обменивается энергией с атомами металла, его нужно понимать как частицы. И эти частицы света вроде как идентичны квантам Планка, этим четко ограниченным долям энергии, они якобы являются «квантами света», которые — пусть и вопреки собственным представлениям Планка — на самом деле обладают физической реальностью. Они носятся в пространстве как невообразимо маленькие ракеты и обладают силой выбивать электроны из атомов металла. В итоге квантовая гипотеза света пошатнула теоретическое здание классической физики. То, что Планк лишь робко надпилил — с глубоким сожалением и с надеждой на будущее выздоровление, — служащий Бернского патентного бюро, доросший до технического эксперта II класса, теперь обрушивает прямо-таки с наслаждением и с большим шумом. Его необычайное утверждение гласит: свет может быть как волной, так и частицей.

Из математической уловки Планка, из его всего лишь вспомогательного коэффициента h становится атомарной реальностью. Хоть на нее поначалу и дивились лишь как на блестящую идею в обширном заповеднике синапсов импульсивного Эйнштейна. Ибо мало у кого хватило храбрости поддержать отчаянную точку зрения, сформулированную этим независимым умником из Берна. Даже сам изобретатель кванта Макс Планк поначалу воздерживается бросать в воздух шляпу. Это кажется парадоксальным, ведь как-никак в эйнштейновском толковании фотоэлектрического эффекта совершенно недвусмысленно всплывает планковская формула энергии E=hν. Значок ν, греческая буква «ню», здесь обозначает частоту света.

Эрнест Резерфорд, представляя себе структуру мельчайшей единицы материи, воспользовался аналогией из необъятных просторов Солнечной системы. Подобно тому как кружатся кольца вокруг планеты Сатурн, так видится ему вращение отрицательно заряженных электронов вокруг положительно заряженного ядра. Его теза хоть и подстрахована достаточным количеством экспериментальных данных, но она опять-таки не согласуется с классической физикой. Ибо по законам Максвелла электроны, вращаясь вокруг ядра, в мгновение ока излучили бы всю свою энергию и упали на ядро. Но и это убежище не могло бы стать надежным для потухших электронов, потому что положительно заряженные частицы ядра, оставшись без своих отрицательных визави, взаимно оттолкнулись бы друг от друга — и само ядро распалось бы. А ведь атомы как раз и отличаются удивительной стабильностью. Резерфорд осознает теоретическую дилемму. Его представление о крошечном атомном ядре, электронной оболочке и обширном пустом пространстве между ними в принципе должно быть верно. Но сам он не отваживается сделать из этого единственно возможный вывод: в атоме не действует классическая электромагнитная теория. Здесь вступают в силу другие законы.

Кембриджский университет, Тринити-колледж — мечта любого молодого физика. Здесь работали Ньютон, Максвелл и лорд Рейли, изменившие мир. В 1911 году заведующего кафедрой и руководителя Кавендишской лаборатории зовут Джозеф Джон Томсон. Он принадлежит к числу виднейших современных физиков. В 1897 году он подтвердил существование электронов в составе атома и разработал собственную теорию атома. Она стала известна как модель «пудинга с изюмом». Томсон убежден, что масса равномерно распределена по всему атому и электроны вкраплены туда, как изюминки в тесто.

Нильс Бор, двадцатисемилетний доктор физики из Копенгагена, явился сюда с большим самомнением и с наивным намерением подискутировать с Томсоном о слабых местах его теории электронов. Однако руководитель института, судя по всему, не принял всерьез многообещающего ученого младшего поколения. Диссертация Бора, с трудом переведенная на английский, так и остается месяцами лежать на письменном столе Томсона. Обмен мыслями не состоялся.

Однако потом Бор видит в Тринити-колледже на ежегодном торжественном ужине в память об открытии электрона почетного гостя вечера: Эрнеста Резерфорда. Находясь в приподнятом настроении от еще свежего опыта выдвижения новой модели атома, тот на своем бывшем рабочем месте с родительской гордостью рассуждает об «атоме-Сатурне». В разгар вечера он побуждает гостей своим громовым голосом встать на стулья, взяться за руки и спеть старую студенческую песню, включая непристойный тайный куплет. Своим авторитетом жизнерадостного ученого он провоцирует молодых докторантов и почтенных профессоров произносить лимерики и тосты. Нильса Бора впечатляет непринужденность и своевольный шарм крестьянского сына из Новой Зеландии, и с этого вечера он проникается к Резерфорду лучшими чувствами. Отныне он человек Резерфорда. В марте 1912 года он покидает Кембридж и отправляется в Манчестер.