Помоги проекту - поделись книгой:
В изотопе 235U баланс между отталкивающей силой протонов в ядре атома и силой поверхностного натяжения, удерживающей ядро от распада, гораздо более хрупкий, чем в изотопе 238U. Три дополнительных нейтрона урана-238 стабилизируют ядро и увеличивают энергетический барьер, который необходимо преодолеть, чтобы запустить реакцию распада. Следовательно, для расщепления такого ядра необходимы более быстрые нейтроны с большей энергией.
Вторым из упомянутых факторов стал непосредственно сложный состав ядра. Для него более благоприятно равное число протонов и нейтронов, что объясняется квантовой природой их субатомных составляющих. Приняв дополнительный нейтрон, 235U превращается в 236U, в ядре которого 92 протона и 144 нейтрона, то есть четное число обоих нуклонов. Когда 238U принимает добавочный нейтрон, то образуется изотоп 239U с нечетным числом нейтронов в ядре. Уран-235 «ассимилирует» дополнительный нейтрон и вступает с ним в реакцию намного проще, чем уран-238.
Совокупность двух вышеописанных факторов в достаточной степени объясняет существенное различие в поведении двух изотопов урана. Для расщепления устойчивого ядра 238U требуются быстрые нейтроны, а гораздо менее стабильное ядро 235U разделить можно медленными. Таким образом, если изготовить бомбу, состоящую из смеси 235U и 238U, действие которой будет основано на расщеплении урана-235 под воздействием медленных нейтронов, то и цепная реакция в ней будет происходить медленно. Затем она затухнет, а бомба так и не взорвется.
Теперь шансы на создание бомбы в ближайшем будущем хотя и не исчезли совсем, но значительно снизились. Конечно, нельзя забывать и о словах Бора, неоднократно повторяемых им в ходе дискуссий с коллегами в апреле 1939 года: тогда он заявил, что изготовить бомбу можно при условии, что она будет сделана на основе чистого урана-235. Однако 235U — редкий изотоп и его доля по отношению к природному урану составляет 1:140, то есть ничтожные 0,7 %. К тому же 235U и 238U по химическим свойствам идентичны, и поэтому с помощью химической реакции их разделить нельзя. Это возможно только с применением специальных физических методов, позволяющих отделить изотопы друг от друга, используя практически незаметную разницу в их массе. При этом подобные работы в масштабах, необходимых для создания атомной бомбы, требовали неоправданно больших усилий — на тогдашнем уровне разработок для нее требовалось несколько тонн урана-235.
«Да, бомбу создать мы, конечно, сможем, — сказал тогда Бор, — но нам потребуется помощь всей страны».
Венгерский заговор
Новый источник энергии — атом — и невероятную силу, которую можно высвободить при его расщеплении, окончательно признали. При любых обстоятельствах интерес к подобному открытию начали бы проявлять не только ученые, но еще и военные, а также представители деловых кругов. В нашем случае обстоятельства были весьма серьезными. Прошло всего несколько месяцев с того дня, когда Фриш и Мейтнер, сидя на бревне в лесу около Кунгэльва и записывая на клочке бумаги свои поспешные вычисления, сделали прославившее их открытие. Однако этого времени было достаточно для появления новой отрасли физики, которая развивалась одновременно с подготовкой к началу войны в Европе, становившейся все более очевидной.
19 марта французские исследователи Фредерик Жолио- Кюри, Ханс фон Хальбан и Лев Коварски[11] опубликовали в журнале Nature обобщающую статью, в которой привели все материалы, доказывающие возможность цепной реакции ядер урана. В том же издании 22 апреля они опубликовали свой следующий материал, в котором сообщалось о точном числе свободных нейтронов, выделяемых на каждом этапе цепной реакции[12]. Эти две публикации вызвали множество отзывов в массовой прессе, испуганно заголосившей о «супербомбе», которая будет вот-вот создана. В правительственных кругах также начала прослеживаться лихорадочная активность.
На созванной в спешном порядке конференции, состоявшейся 29 апреля 1939 года, Абрахам Эзау, глава Имперского бюро стандартов и руководитель Специального отдела физики Имперского исследовательского совета, выступил с рекомендацией создать под его началом исследовательскую организацию, которая будет заниматься накоплением знаний об использовании урана. Он собрал группу из ведущих немецких специалистов-ядерщиков, назвав ее Uranverein (с немецкого — «Урановое общество»). Главной целью ее создания Эзау объявил раскрытие всего потенциала энергии атома и потребовал передать в распоряжение группы все имеющиеся на территории Германии запасы урана, а также категорически запретить его вывоз из страны.
24 апреля, за несколько дней до начала конференции, молодой физик из Гамбурга Пауль Гартек и его ассистент Вильгельм Грот обратились с письмом в Имперское военное министерство, призывая его руководство обратить внимание на последние открытия в области ядерной физики. В письме говорилось следующее:
Мы хотели бы привлечь ваше внимание к недавним событиям в ядерной физике, которые, по нашему мнению, делают возможным создание нового взрывчатого вещества, многократно превосходящего обычную взрывчатку по своим разрушительным свойствам… Страна, первой поставившая себе
на службу могучую энергию атома, обретет невероятное превосходство над любым соперником.
Письмо было передано в Управление армейского вооружения, которое немедленно инициировало собственный альтернативный проект по изучению свойств урана под руководством физика Курта Дибнера.
Член британской Палаты общин Уинстон Черчилль не мог скрывать свою обеспокоенность недавними известиями о возможном появлении «супербомбы», которыми запестрили летом заголовки газет. Наибольшую тревогу вызывала у него отнюдь не вероятность того, что ученые рейха могут первыми создать атомное оружие, а скорее угроза его использования против Англии, с помощью которой Гитлер легко мог заставить премьер-министра Невилла Чемберлена пойти на любые уступки.
Черчилль обратился за советом к своему другу, физику из Оксфорда Фредерику Линдеману, мнением которого как ученого он очень дорожил и звал его не иначе как «профессор». В 1931–1934 годах Линдеман часто гостил в поместье Чартуэлл у своего друга-политика, где тот жил со своей семьей. Это был период жизни Черчилля, называемый «годами, проведенными в глуши» («wilderness years»).
Следуя рекомендациям, полученным от Линдема- на, 5 августа 1939 года Черчилль обратился с письмом к Кингсли Вуду, министру военно-воздушных сил Великобритании, уведомив его, что в течение нескольких ближайших лет создание атомного оружия будет оставаться невозможным.
В Советском Союзе исследования в области ядерной физики проводились главным образом на базе созданного в начале 1930-х Ленинградского физико-технического института, или попросту физтеха (хотя часть научных разработок велась и в других учреждениях). Отдел, работавший над изучением атомных ядер, возглавлял физик Игорь Курчатов, энергичный и эмоциональный человек.
В стране всегда было немало очень талантливых ученых, однако в то время любые исследования, которые напрямую не были связаны с курсом на быструю индустриализацию, становились все более затруднительными. И в частности в ядерной физике верхи на тот момент не видели никакой существенной практической пользы. Кроме того, ситуация в данной отрасли вскоре еще ухудшилась: сначала проведенная Сталиным в 1937–1938 годах «великая чистка» оторвала от исследований около сотни советских физиков, репрессированных вместе с остальными семью или восемью миллионами жителей страны, затем, в ходе все большей изоляции политического режима, практически все контакты с западными учеными- ядерщиками были запрещены.
Советским физикам оставалось только следить за работой своих зарубежных коллег по журнальным статьям, которые те публиковали в европейских и американских изданиях. Когда в СССР стало известно (из тех же журналов) об открытии деления ядра, все исследования, проведенные на Западе, тут же были подробно воспроизведены и даже расширены. Курчатов поручил своим коллегам Георгию Флерову и Льву Русинову заняться подсчетом числа свободных нейтронов, выделяемых при расщеплении ядра урана. К 10 апреля они подтвердили, что количество нейтронов составляет от двух до четырех, тем самым самостоятельно доказав возможность цепной реакции с участием атомных ядер. К июню Флеров и Русинов дали косвенное подтверждение теории Бора о прямой взаимосвязи между расщеплением ядра атома урана и изотопом 235 U. На данном этапе исследований советские физики пока еще не успели понять необходимости информировать о своих последних открытиях военных и верховные органы власти и предупредить их о возможной атомной угрозе с Запада.
Когда в январе 1930 года было объявлено о назначении Гитлера рейхсканцлером Германии, Лео Сцилард[13], физик, приехавший из Венгрии, немедленно упаковал свои вещи в два чемодана и приготовился покинуть Берлин сразу, как только «станет совсем уж туго». «Совсем туго» стало через несколько месяцев. Сцилард уехал сначала в Вену, а затем перебрался в Лондон, где помогал Линдеману основать специальный фонд, целью которого было предоставление ученым-эмигрантам убежища на территории Великобритании. Несколько лет он провел в Лондоне и Оксфорде и еще до переезда в США, состоявшегося в начале 1938 года, успел предвосхитить открытие расщепления ядра, теорию цепной реакции и последующее создание атомного оружия[14]. Узнав в январе 1939 года о первых успешных опытах по расщеплению ядра урана, Сцилард взял в долг у одного преуспевающего американца две тысячи долларов и убедил декана факультета физики Колумбийского университета предоставить в его распоряжение необходимую лабораторную базу. К этому времени работать в университете начал уже и Ферми.
В ходе исследований, проведенных им совместно с Ферми, Сцилард автономно обнаружил образование свободных нейтронов и возможность цепной реакции, подтвердив тем самым и свои наихудшие опасения. На протяжении уже многих лет он размышлял о возможностях применения освобожденной энергии атома и теперь испытал настоящий ужас при мысли о том, что фашистская Германия может первой создать ядерное оружие. Сцилард попытался убедить коллег не размещать открыто результаты своих исследований в научной литературе. Жолио-Кюри отказался.
Сцилард озвучил свои опасения двум землякам- эмигрантам — венграм Юджину Вигнеру и Эдварду Теллеру. Вигнер переехал из Берлина в Принстон в октябре 1930 года и сначала был приглашенным лектором, а в 1935 году получил и постоянное место преподавателя. Затем он несколько лет провел в университете штата Висконсин и вернулся в Принстон в июне 1938 года. Теллер из германского Геттингена перебрался сперва в Копенгаген, затем в Университетский колледж Лондона, а оттуда со своей недавно обретенной супругой Мици в августе 1935 года он переехал в столицу США, где начал работать в университете Джорджа Вашингтона.
Участники «венгерского заговора» успели ощутить на себе все «прелести» фашистского режима и составить четкое представление обо всем, что можно от него ожидать. Последние новости из Европы не оставляли сомнений: жертвой германского экспансионизма вполне может стать Бельгия — ведь на территории ее африканской колонии находились богатые урановые рудники. Вигнер предложил поставить в известность бельгийское правительство.
Сцилард вспомнил, что Альберт Эйнштейн, с которым ему раньше приходилось работать, лично знал Елизавету, мать короля Бельгии, и мог поговорить с ней от их имени. Прошло совсем немного времени, и 16 июля Сцилард и Вигнер навестили Эйнштейна в его загородном доме в Лонг-Айленде. Знаменитый ученый тогда впервые услышал о том, что цепная ядерная реакция вполне осуществима, поэтому с готовностью согласился помочь коллегам и продиктовал им письмо на немецком.
Заручившись поддержкой Эйнштейна, Сцилард вскоре отыскал еще один способ достучаться до власть имущих с известием о надвигающейся угрозе. Он связался с советником американского президента Франклина Рузвельта по вопросам экономики Александром Саксом. Тот внимательно выслушал все опасения ученого, решая, стоит ли сообщать о них президенту лично, и в итоге пообещал это сделать.
Теллер и Сцилард еще раз встретились с Эйнштейном 30 июля. Теллер позже скажет, что «вошел в историю как шофер Сциларда» (тот не умел водить и никогда в жизни не имел автомобиля). Эйнштейн согласился внести изменения в их первоначальный план, и физики-заговорщики вместе набросали черновик письма. Его окончательный ва
риант, датированный 2 августа 1939 года, был передан Саксу 15 августа, однако он смог сообщить о нем Рузвельту лишь в октябре.
Авторы письма предупреждали о появлении «бомб нового типа, обладающих невероятной разрушительной силой». Они также ставили президента в известность о том, что Германия запретила экспорт урана, добываемого в шахтах на территории недавно присоединенной Чехословакии, и в данный момент усиленно работает над освоением результатов исследований по расщеплению ядра атома урана, проведенных в Америке.
Начало войны
1 сентября 1939 года в 4 часа 40 минут утра самолеты люфтваффе совершили налет на польский город Велюнь и практически уничтожили его. Число жертв составило 1200 человек, большая часть из них — мирное население. Это было первое из серии событий, ставших репетицией будущего вторжения Германии в Европу.
3 сентября Германии объявили войну союзные Польше Великобритания и Франция.
Немецкое Управление армейского вооружения в спешном порядке объединило обе группы, занимавшиеся исследованиями свойств урана, и призвало на военную службу физиков-ядерщиков. 16 сентября ученых, в числе которых были Дибнер, Гартек и Ган, собрали на секретную конференцию для ознакомления с новым, общим для всех проектом и обсуждения возможных, с их точки зрения, сложностей в его реализации.
Статья Бора и Уилера, посвященная теории деления ядра и роли урана-235 в этом процессе, была недавно опубликована в американском журнале Physical Review. Немецкие ученые проявили к ней живой интерес, изучив подробнейшим образом. Один из них, Эрих Багге, предложил включить в число участников «Уранового общества» своего преподавателя из Лейпцигского университета, который смог бы помочь с дальнейшей разработкой теории цепной реакции в ядре атома урана. Этим преподавателем был нобелевский лауреат Вернер Гейзенберг, ведущий немецкий специалист в области физической теории, хорошо известный своим открытием принципа неопределенности. 25 сентября Багге лично сообщил своему бывшему учителю о том, что теперь тот является военнослужащим и работает на армию.
Так начиналась первая война между физиками.
Глава 1 «Урановое общество»
Вернер Гейзенберг очень любил свою страну. Он был несомненным патриотом и, по собственным меркам, «приличным» немцем. Белокурый, хрупкого телосложения, с теплой и добродушной улыбкой, по мнению некоторых, он являл собой образчик истинного арийца. Студентом, не достигшим и двадцати лет, вместе со своими товарищами из молодежной организации, состоявшей из юношей, принадлежавших к верхушке среднего класса, он грезил образами сказочного Третьего Рейха. По их представлениям, новая империя должна родиться через возрождение духа единства и того умения вести людей за собой, которым обладали средневековые рыцари-крестоносцы. Они хотели полностью истребить коррупцию и ханжество, поразившие немецкое общество, и взрастить на их месте моральную чистоту, благородство и прочие рыцарские качества. В то же время подобные идеи не носили политической направленности.
Став постарше, Гейзенберг с болью осознал, что гитлеровский национал-социализм жестоко исковеркал его собственные юношеские идеалы. Но все же он смог убедить себя, что победа Германии в только что начавшейся войне обернется однозначной выгодой для Европы. Вернер был рад прити к мысли, что гитлеровский режим — явление временное и в конечном итоге его сменит гораздо более толерантное и в целом более достойное правительство.
Тем временем многие коллеги Гейзенберга, имевшие еврейские корни, уже бежали из страны в страхе за свои жизни и за жизни членов своих семей. Сам он предпочел эмиграцию «внутреннюю» (конформизм и крайнюю сдержанность по отношению ко всему, что связано с политикой) реальному выезду за пределы страны, хотя для этого были вполне благоприятные основания: Вернер имел немало предложений от зарубежных университетов. Такую позицию помог ему занять Макс Планк — «прадед» квантовой физики, занимавший тогда пост президента Общества кайзера Вильгельма по развитию науки. Он смог убедить Гейзенберга, что выезд из страны — пустая бравада и ничего более и гораздо больше пользы Вернер принесет, поддержав грядущее поколение отечественных физиков — ведь потребность в ученых будет ощущаться в стране еще долгое время после ухода фашистов.
Занять такую позицию фактически означало поставить себя в непростое положение. Взять под свою опеку физиков, а также физику как науку, при этом никоим образом не оскорбив нацистскую идеологию, — чтобы решить подобную задачу, двигаться необходимо было по строго заранее обозначенной линии и выверенными до миллиметра шагами. При этом предстоящий путь таил в себе немалую угрозу для того, кто его выбрал, к тому же изобиловал множеством позорных компромиссов, на которые предстояло пойти.
Гейзенберг прекрасно понимал всю возможную опасность такого пути. Еще два года назад он получил публичное порицание за свои связи с теми, кого фашистские блюстители идеалов называли представителями «еврейского направления» в физике. В качестве критерия для отбора в эту группу они использовали отказ от слепого поклонения перед научными традициями, а также тот факт, что среди его родоначальников и активных деятелей преобладали ученые с еврейскими корнями. Идеальным примером «еврейского» физика был Эйнштейн, а его теории относительности[15] являли собой квинтэссенцию идей «еврейской» физики.
В то время Гейзенберг как раз ожидал известий о своем назначении на профессорскую должность в Мюнхенском университете. Это место пустовало уже несколько лет после ухода Арнольда Зоммерфельда — бывшего научного руководителя Вернера. Казалось, должность была почти у Гейзенберга в кармане, но тут в эсэсовской газете Das Schwarze
Korps («Черный корпус») от 15 июля 1937 года вышла статья физика Йоханнеса Штарка, ярого сторонника нацистов. «Мы прекрасно видим, насколько уверенно чувствуют себя на своих местах “белые евреи”, — писал он, — на примере хотя бы профессора из Лейпцигского университета Вернера Гейзенберга, работающего в области теоретической физики. Он… заявил, что эйнштейновская теория относительности “несомненно, хороший базис для дальнейшей работы в данной области”…». Далее по тексту Штарк обвинял Гейзенберга в оппозиционных взглядах, называя его «любителем евреев» и «еврейской пешкой».
Этой негодующей статьи оказалось достаточно для того, чтобы должность в Мюнхене стала для Вернера недосягаемой. Теперь перед ним стоял мрачный выбор. Молчание в ответ на обвинения фактически значило то же самое, что и открытое признание своей связи с «еврейским направлением». Этим Гейзенберг ставил под прямую угрозу себя и свою беременную супругу Элизабет, с которой прожил вместе еще совсем мало. Выход в этом случае был один — бежать из страны и забыть об идее поддержки немецкой науки, поскольку фашистские цепные псы все равно рано или поздно с позором прогнали бы Гейзенберга за пределы обожаемой им родины. При выборе другой линии поведения ему предстояло защищать то, что он подразумевал под понятием «честь», а для этого требовалось доказать свой патриотизм, а значит, и лояльность к нацистскому режиму. В письме к Зоммер- фельду Гейзенберг написал: «Теперь, если и здесь [в Лейпцигском университете] мне не предоставят возможности восстановить свою поруганную честь, ничего не останется, кроме как подать прошение об отставке».
Тут же, в июле, Вернер написал напрямую самому Генриху Гиммлеру. В письме он просил одобрить или осудить агрессивное поведение Штарка. В случае, если Гиммлер поддерживал обвинения против ученого, он покидал свою должность. Осуждение штарковской критики позволило бы Гейзенбергу считать, что его честь восстановлена и в будущем он не подвергнется подобным нападкам.
Чрезвычайная важность письма не позволяла отправить по обычным каналам: адресат мог получить его слишком поздно или не получить вовсе. Поэтому мать Гейзенберга предложила передать письмо матери Гиммлера, которую знала лично. Они встретились в конце июля или в начале августа 1937 года. Фрау Гейзенберг решила воззвать к материнскому инстинкту своей знакомой: «… мы, матери, обе ничего не смыслим в политике своих сыновей, — сказала она откровенно. — Но уж наверняка-то мы знаем, что должны заботиться о своих мальчиках. Именно поэтому я и хотела встретиться».
По всей видимости, уже совсем скоро, в августе, Гиммлер получил письмо и инициировал предварительную служебную проверку. Она перешла в более детальное расследование, проведенное СС и продолжавшееся более восьми месяцев. За это время Гейзенберг успел научиться бояться по-настоящему. Гестапо установило тайное наблюдение за его домом и наполнило шпионами университетские аудитории. Очевидная склонность проводить время в компании молодых людей, а также необъяснимая спешка, с которой 35-летний Гейзенберг выбрал себе в жены 20-летнюю Элизабет Шумахер, способствовали возникновению гомосексуального подтекста — а подобное поведение каралось немедленной отправкой в концентрационный лагерь. СС часто фабриковали обвинения такого рода, чтобы вырвать у людей признания в менее серьезных проступках.
У многих читателей может возникнуть вопрос: что именно говорили Гейзенбергу во время допросов в печально известном подвале штаб-квартиры СС в Берлине, на Принц- Альбрехтштрассе, в котором на стене висела табличка с напоминанием для всех, кто попадал туда не по своей воле — «Дышите глубоко и ровно»? Физического вреда Вернеру не причиняли, однако домой после каждого вызова в штаб-квартиру он возвращался совершенно расстроенным и измотанным.
Несколько членов следственной группы СС занимались изучением физики. Более того, один из них защищал диссертацию в Лейпциге, а Гейзенберг входил в состав ученого совета. Расследование в итоге закончилось с положительным для него исходом, и все выдвинутые Штарком обвинения были признаны необоснованными. На Гиммлера снова удалось оказать мягкое дипломатическое давление, придя с ним к компромиссу, и спустя год с момента появления в печати обвиняющей статьи Штарка дело, наконец, подошло к завершению. Рейхсфюрер СС публично осудил все нападки на ученого. Его мнение было следующим: «… Гейзенберг — честный человек, и мы не можем позволить себе потерять или обречь на молчание еще вполне молодого специалиста, который может дать знания целому поколению». Гиммлер отдал также распоряжение Рейнхарду Гейдриху, главе СД — нацистской службы безопасности — оберегать Гейзенберга от любой враждебной критики.
Цена, которую Вернеру пришлось заплатить за такое покровительство, была очень велика. Компромисс, достигнутый с властью, означал, что теорию относительности, которую подрастающее поколение немецких физиков должно продолжать изучать, теперь нельзя было никоим образом связывать с именем Эйнштейна. Доказывалось, что основу теории относительности, вне всякого сомнения, заложили работы гениальных физиков арийского происхождения, а еврей Эйнштейн просто паразитировал на их идеях. Принимая во внимание всю ту жестокость, что нацисты обрушили на евреев с момента своего прихода к власти, отрицание их вклада в развитие современной физики не должно было стать для Гейзенберга такой уж мучительной сделкой с совестью. Однако ситуация все же до боли напоминала события, некогда произошедшие с Фаустом.
Предотвратить катастрофу
Коллеги Гейзенберга из Америки, а также нашедшие там прибежище европейцы никак не могли понять его решение остаться в Германии.
Вернер был в Америке летом 1939 года и считал, что это, вероятно, его последняя возможность посетить Соединенные Штаты. Сначала он прочел лекции в Чикаго и в университете Пердью, расположенном в штате Индиана, а затем поехал в Энн-Арбор, чтобы посетить летние курсы для студентов, организованные голландским физиком Сэмюэлом Гаудсми- том, а заодно и Мичиганский университет.
С ним успел встретиться Ферми, и вдвоем физики обсудили возможность создания нового оружия огромной разрушительной силы, механизм действия которого был бы основан на ядерной цепной реакции. Гейзенберг разделял мнение большинства, считая, что такое оружие может быть разработано лишь в весьма отдаленной перспективе. Ферми же настаивал на том, что если война все же начнется, то физики-ядерщики стран — ее участниц непременно бросят все свои силы на создание подобного оружия нового типа. Гейзенберг, хотя и не стал оспаривать его точку зрения, все же не принял безропотно прогнозы коллеги. «Думаю, война закончится намного раньше, чем появится первая атомная бомба», — заявил он.
В Энн-Арборе Гейзенберг снова попал на «допрос», который, хотя и проходил в более дружественной атмосфере, по интенсивности не уступал тем, что проводили СС. Каковы его планы на будущее? Почему он не покинул фашистскую Германию? Как вообще он может заниматься физикой, получая поддержку этого зверского режима? Почему он так спешит обратно в Германию? Гаудсмит продолжал бомбардировать Вернера вопросами. Лаура Ферми заявила, что оставаться в данный момент в Германии может только сумасшедший. Гейзенберг уже не мог больше сдерживаться и ответил в подобном же духе. «Люди должны учиться предотвращать катастрофы, — с жаром ответил он, — а не бежать от них».
Перед тем как вернуться в Германию, Гейзенберг посетил Нью-Йорк, где ему снова предложили занять профессорскую должность в Колумбийском университете. До этого сюда его приглашали в 1937-м — в наиболее тяжелое для него время. Но, как и в тот раз, Вернер снова отверг предложение.
По всей видимости, в Америке Гейзенберг получил гораздо более прохладный прием, чем ожидал. Игнорировать его не помогло даже безразличие к реакции друзей и коллег на многие вскользь брошенные им фразы — например, о том, что нужно вернуться в свое подразделение армейского резерва, потому что у него занятия по стрельбе из пулемета. Вернер покинул США в начале августа на пароходе «Европа». Пассажиров на борту практически не было. По пути в Германию времени на то, чтобы поразмыслить о будущем, у Гейзенберга было с избытком.
Физики на военной службе
Война началась 1 сентября 1939 года. День за днем Гейзенберг проводил в ожидании повестки. Точно так же он нервничал, желая вместе со своей резервной пехотной бригадой поскорее вступить в бой еще год назад, когда разразился Судетский кризис — но в тот раз союзники Чехословакии решили ограничиться политикой умиротворения по отношению к агрессивному экспансионизму Гитлера, обменяв ее на «мир в ближайшее время»[16]. Неудивительно, что Гейзенберг испытал огромное чувство облегчения и очень обрадовался, когда встретился 25 сентября в Лейпциге с Эрихом Багге, сообщившим, что новым местом его службы будет не пехотное подразделение, а «Урановое общество», на очередном сборе которого Вернер обязан будет появиться. Теперь ученый мог служить своей державе, делая как раз то, что больше всего любил, — занимаясь исследованиями.
Для себя Гейзенберг уже давно решил, что атомное супероружие в ближайшей перспективе создать невозможно. Однако военное руководство Германии по-прежнему настойчиво пыталось изучить возможность использования силы атома для своих нужд, поставив с этой целью себе на службу физиков-ядерщиков и предоставив им необходимые средства и материальную базу для исследований. Перед
учеными возникла весьма привлекательная перспектива — совместить работу для нужд фронта с проведением фундаментальных исследований. Нацистское правительство провозгласило лозунг: «Заставим физику послужить и для военных нужд!» Мысленно Гейзенберг вывернул это предложение наизнанку. «Заставим войну послужить и нуждам физики!» — так годы спустя он описывал свою реакцию на заявление правительства.
За многие века жертвами такой вроде бы непогрешимой, но в тоже время ужасно самонадеянной логики пали многие физики. Когда цель кажется несущественной или практически недостижимой, на первый план выходят средства. Однако ученые, пришедшие к такому выводу, часто проявляли непростительную слепоту, не видя всех возможных вариантов развития событий. Вот и нобелевский лауреат Вернер Гейзенберг, автор принципа неопределенности и квантовой механики, один из самых талантливых физиков-теоретиков своего времени, решил взяться за разработку атомного оружия для гитлеровской Германии, надеясь приспособить это поручение для своих собственных целей. Сделка, которую он заключил, была гораздо чернее и в перспективе таила в себе опасность неизмеримо большую, чем та, на которую пошел Фауст.
Очередное собрание «Уранового общества» наметили как раз на завтра, 26 сентября. Местом сбора был Берлин, куда Гейзенберг и отправился ночью в канун этой даты.
Какими будут реактор и бомба?
Второе совещание «Уранового общества», само существование которого теперь было переведено в ранг военной тайны, проходило в научно-исследовательском отделе Управления армейского вооружения в Берлине. Это подразделение возглавлял Эрих Шуман18, вырвавший контроль над «Урановым обществом» у Эзау, руководившего им под эгидой
18 Внук композитора Роберта Шумана.
Имперского исследовательского совета, который, в свою очередь, подчинялся Имперскому министерству народного просвещения и пропаганды. Во главе проекта, по распоряжению Шумана, стал Дибнер. Помогать ему должен был Багге. Дибнер изучал физику в Инсбруке и Галле; в 1934-м сотрудничал с Имперским бюро стандартов и Управлением армейского вооружения. Багге учился в Мюнхене и Берлине, а в 1938 году защитился у Гейзенберга в Лейпциге. И Дибнер, и Багге были верны нацистскому режиму.
Прибыв на место, Гейзенберг присоединился к Гартеку, Гану, Дибнеру, Багге и другим участникам «Уранового общества», в числе которых был и Карл Фридрих фон Вайц- зеккер, бывший студент Вернера и близкий его друг. Вайц- зеккер учился в Берлине и Копенгагене, а затем защитился в Лейпциге у Гейзенберга в 1933 году. Отцом этого талантливого ученого, занимавшегося теоретической физикой и философией, был Эрнст фон Вайцзеккер, статс-секретарь министра иностранных дел Иоахима фон Риббентропа. За 24 дня до описываемой встречи «Уранового общества», на второй день после начала войны, младший брат Карла, Генрих, погиб в сражении с Девятым пехотным полком у Данцига.
За несколько дней до собрания «Уранового общества» Дибнер вместе с Багге составили примерный план исследовательских работ и назначили конкретные задания каждому из участников программы. Понимание принципов цепной ядерной реакции деления урана было пока неполным, ощущалась нехватка материалов для исследования, однако основа для начала работы над проектом все-таки существовала.
Бор и Уилер настаивали на том, что расщепление ядра урана возможно благодаря существованию изотопа 235U. Для разделения его ядра достаточно бомбардировки медленными нейтронами. Чтобы сделать то же с гораздо более распространенным изотопом 238U, нужно использовать нейтроны, обладающие намного большей скоростью и энергией. Однако если придать нейтронам строго определенную энергию, называемую резонансной, то ядро урана-238 не распадется, а примет еще один нейтрон, в результате чего образуется нестабильный изотоп 239U. В этом случае частицы, обладающие большой энергией, не смогут вызывать цепной реакции, поскольку в качестве ловушки для них выступит ядро 239U. Нейтронов, которые могли бы вызвать расщепление урана-235, просто не останется.
Опираясь на эти выводы, можно было вывести принцип создания самоподдерживающейся цепной реакции в ядерном реакторе на природном уране. Свободные нейтроны, испускаемые при расщеплении ядра урана-235, должны, очевидно, иметь разную энергию и разную скорость. Если, исходя из их среднего арифметического числа, один или более свободных нейтронов смогут долететь до ядра еще одного атома 235U, то существует вероятность того, что они вызовут его разделение и цепная реакция будет продолжена. С другой стороны, практически все нейтроны могут быть удержаны атомами урана-238, которых статистически гораздо больше, и тогда среднее число оставшихся свободных нейтронов будет менее единицы. В этом случае поддержание цепной реакции станет невозможным и она затухнет.
Решение этой проблемы было абсолютно очевидным. Чтобы максимально увеличить вероятность столкновения свободного нейтрона с ядром урана-235, а значит, и общее количество расщепляемых ядер, в конструкцию реактора необходимо добавить замедлитель. В качестве такового можно использовать материал, атомы которого обладают весом, достаточно малым для того, чтобы замедлить нейтроны, не поглощая их. Если резонансная энергия свободных нейтронов будет меньше той, что необходима для вступления в реакцию с 238U, то они и не будут поглощены его ядром. Отличным замедлителем могли стать так называемая тяжелая вода (в отличие от обычной воды, составной частью ее молекул был не водород, а его более тяжелый изотоп дейтерий[17]) или же чистый углерод в таком легкодоступном виде, как графит. У Гартека уже имелись определенные наработки по созданию реактора, в котором планировалось чередовать слои урана и тяжелой воды.
Даже на том раннем этапе, на котором пока находились исследования, было совершенно ясно, что создаваемые реактор или бомба не смогут иметь компактные размеры до тех пор, пока ученым не удастся отделить уран-235 от урана-238. В крайнем случае предстояло весьма значительно обогатить используемый уран атомами с массовым числом 235. Способов сделать это было немного, так что перспектива получения большого количества 235U виделась весьма туманной. Еще несколькими месяцами ранее то же самое заявил и Бор своим коллегам в Принстоне. Наилучший результат пока мог дать только метод термодиффузии[18], в основу которого легло открытие немецких химиков Клауса Клузиуса и Герхарда Дикеля, сделанное ими в 1938 году. Данный процесс был возможен в силу совсем незначительных различий в рассеивающей способности изотопов, переведенных в газообразное состояние. Различия выявлялись при температурных перепадах. Однако для перевода урана в газообразное состояние необходимо было работать с его гексафторидом, а эта субстанция обладает весьма неприятными свойствами: она вызывает коррозию практически любого материала, с которым соприкасается.
Таким образом, на данном этапе перед физиками из «Уранового общества» стояли две проблемы. Во-первых, необходимо было оценить пригодность различных материалов в качестве замедлителя, производя для этого хотя бы базовые расчеты и измерения. После предстояло продумать оптимальную конструкцию ядерного реактора. Во-вторых, требовалось найти способ получить большое количество урана-235.
Багге было поручено выяснить, является ли тяжелая вода оптимальным замедлителем. Гартек должен был продолжить подготовительные работы по разделению изотопов урана посредством термодиффузии, а также сравнить эффективность выделения свободных нейтронов в реакторах различной конфигурации. Задачей Гейзенберга стало изучение возможности осуществить самоподдерживающуюся цепную реакцию ядер урана с учетом известных физических свойств материалов, которые могут использоваться в реакторе.
Шуман сообщил всем, что военное министерство обратилось к Физическому институту Общества кайзера Вильгельма в Берлине с официальным требованием разместить «урановый проект» на своей базе. В связи с этим всех иногородних участников «Уранового общества» просили переехать в Берлин. Однако практически все они отказались, поскольку им гораздо удобнее было оставаться у себя и приезжать в столицу только раз или два в неделю. Каждый ученый горел желанием внести свой вклад в новое дело, однако для них «Урановое общество» оставалось лишь одним из многих проектов, которыми они занимались параллельно с преподаванием. Ни у кого пока не было даже мысли о том, что в недалеком будущем придется спешно отказаться от такой привычной жизни университетского работника.
Тяжелая вода
Гейзенберг погрузился в изучение необходимой литературы и в декабре 1939 года предоставил военному министерству первую часть детального отчета под названием «Возможность производства технической энергии делением ядра урана». Данная работа Гейзенберга и легла в основу будущей ядерной программы Германии.
Ученый изначально все свои усилия направил на изучение физических процессов, происходящих в ядерном реакторе или, как его еще называли, «урановом котле». Он не видел необходимости отделять эти процессы от тех, которые будут происходить в урановой бомбе, считая их просто противоположными концами сплошного спектра. Одним концом должен был стать реактор, построенный на природном уране с использованием подходящего замедлителя. На другом конце спектра, таким образом, находилось взрывное устройство, состав которого должен быть максимально приближен к «чистому» урану-235.
По расчетам Гейзенберга, для создания реактора, в котором возможна самоподдерживающаяся цепная реакция, требуется свыше тонны урана и приблизительно тонна тяжелой воды. Реактор должен иметь сферическую форму и стабильно работать при температуре около 800 °C. Габариты реактора можно несколько уменьшить, используя послойное расположение его элементов, что настойчиво предлагал сделать Гартек. Гейзенберг дополнил его отчет, отметив в качестве заключения, что, по всей видимости, дальнейшее уменьшение размеров реактора возможно за счет обогащения используемого урана изотопами 235U. Обогащение урана, по его словам, было «единственным способом получения взрывчатого вещества, сила которого на несколько порядков превышает все, чем до этой поры располагало человечество». На данном этапе исследований Гейзенберг пока еще не выяснил, что станет лучшим замедлителем — тяжелая вода или графит.
Военное министерство предложило контракт на производство и поставку большого количества обогащенной окиси урана компании Auer, руководство которой находилось в Берлине. Auer могла поставлять уран из окрестностей чехословацкого Йоахимсталя[19]. Радиологической лабораторией компании в то время руководил Николай Риль, русский химик. Когда-то он изучал ядерную химию и физику у Гана и Мейтнер и теперь немедленно разместил производственное оборудование в Ораниенбурге, всего в 32 километрах севернее Берлина. Первая тонна окиси урана была поставлена уже в начале 1940 года.
Получить нужное количество тяжелой воды было сложнее. Единственным предприятием, производящим ее в промышленных масштабах, был завод норвежской компании Norsk Hydro. Тяжелая вода вырабатывалась там как побочный продукт при производстве удобрений. Первую ее партию получили в 1934 году. Завод, действовавший в поселке Веморк неподалеку от города Рьюкан в губернии Телемарк, находился на возвышенности среди фьордов. Это был дальний уголок Норвегии, удаленный от Осло на 240 километров к западу.
Таким образом, более подходящим кандидатом на роль замедлителя казался графит: он был легко доступен в чистом виде и в больших количествах. Однако предварительные результаты, полученные командой исследователей из Гейдельберга, которую возглавлял химик Вальтер Боте, уже позволяли сделать вывод о непригодности графита в подобном качестве, поскольку он слишком быстро поглощал свободные нейтроны. То же предсказывал и Вайцзеккер, проведя в Берлине теоретические изыскания вместе со своей группой.
Во втором отчете Гейзенберга, предоставленном в военное министерство в феврале 1942 года, было четко видно, что он все больше склоняется к тяжелой воде как замедлителю в реакторе. Конечно, такой вариант считался менее удобным: получить то количество субстанции, которое требовалось для нужд проекта, было весьма непросто. Дибнер думал о необходимости сооружения завода по производству тяжелой воды в самой Германии. Но, по мнению Гейзенберга, для начала достаточно найти всего несколько литров тяжелой воды и опытным путем проверить ее пригодность в качестве замедлителя. Дибнер пообещал доставить ему десять литров с завода Norsk Hydro.
Однако норвежцы не были расположены к сотрудничеству. С Norsk Hydro связался представитель гигантского германского химического синдиката IG Farben, владевшего пакетом акций этой норвежской компании. Он предложил выкупить все имевшиеся в наличии запасы тяжелой воды. В то время завод в Веморке производил около десяти литров в год, что полностью удовлетворяло не совсем понятные нужды исследовательских лабораторий — основных клиентов предприятия. На вопрос о том, зачем ему нужно такое большое количество тяжелой воды, представитель IG Farben вразумительного ответа дать не смог. Норвежцы принесли свои извинения и ответили на его просьбу отказом, заявив, что не могут дать немцам того, что они хотят.
Вскоре после этого визита к Norsk Hydro с похожим предложением обратился Жак Аллье — и получил прямо противоположный ответ. Аллье был представителем Banque de Paris et des Pays Bas, владевшего контрольным пакетом акций норвежской компании, и лейтенантом Второго бюро — французской военной разведслужбы. Жолио-Кюри, находившийся в Париже, также пришел к выводу о возможности использования тяжелой воды в качестве замедлителя в реакторе и сообщил министру вооружений о важности этой субстанции для ядерных исследований.
Аллье прибыл в Осло под вымышленным именем. Имея при себе чек на 36 миллионов франков, он попытался начать переговоры о продаже ему всей тяжелой воды, что была в наличии на заводе. Но когда стало ясным ее истинное предназначение, директор Norsk Hydro Аксель Оберт безвозмездно передал французскому правительству всю тяжелую воду, какая имелась на предприятии. «Передайте [им][20], что наша компания не возьмет ни сантима за эту продукцию, если она хоть как-то поможет Франции одержать победу», — сказал он. Из Веморка тяжелую воду сначала тайно перевезли самолетом в Эдинбург, а затем на пароме и по железной дороге переправили в Париж.
Падение Франции
Ситуация драматически изменилась 9 апреля 1940 года, когда германские войска атаковали Данию и Норвегию в рамках операции «Везерские маневры». Датское правительство поспешно капитулировало, опасаясь карательных налетов люфтваффе, и подписало пакт о ненападении, чтобы хотя бы частично сохранить политическую самостоятельность. Нильс Бор, который давно осознавал неизбежность надви
гавшейся катастрофы, находился в тот момент в Копенгагене и уже не мог никуда выехать.
Норвежцы оказали немецкой армии гораздо более упорное сопротивление. Король Хокон VII вместе с другими членами королевской семьи и главными министрами все-таки смог покинуть страну, увезя с собой в Великобританию и золотой запас Норвегии. Они сформировали эмигрантское правительство, а власть в стране захватил симпатизировавший нацистам Видкун Квислинг, который организовал государственный переворот и по радио объявил себя премьером. В районе Рьюкана развернулись ожесточенные бои. Этот город стал последним оплотом защитников Северной Норвегии. Германские войска вошли в него 3 мая. Ни о каких переговорах теперь не могло быть и речи. Немцы выяснили, что все запасы тяжелой воды были тайно переправлены во Францию, однако особых препятствий для увеличения производительности завода не было. Чтобы удовлетворить нужды германского ядерного проекта, было обещано расширить производство до полутора тонн в год.
10 мая армия фашистской Германии вступала на территорию Франции, Бельгии, Нидерландов и Люксембурга. Бронетанковые дивизии шли напролом через леса Арденн, оттесняя войска союзников Франции, которые заняли позиции на территории Бельгии. В состав этих союзных сил входили и британские экспедиционные войска — десять пехотных дивизий, отправленных на франко-бельгийскую границу после аннексии Польши. В воздушном пространстве над Бельгией и Голландией превосходством очень быстро завладели люфтваффе. Голландская армия прекратила сопротивление 14 мая, после того как ковровым бомбардировкам подвергся Роттердам. Окруженные британские экспедиционные силы вместе со множеством французских солдат 26 мая были эвакуированы из Дюнкерка. Удачное спасение такого большого количества живой силы называли потом не иначе как «Дюн- керкским чудом». 28 мая капитулировала Бельгия.
Обезопасив себя с севера, германские силы продолжили захват Франции с юга. Военные действия там начались 5 июня. 10 июня Италия объявила войну Франции и Великобритании. 14 июня пал Париж, а французское правительство бежало в Бордо. Сил на сопротивление почти не осталось, и уже 22 июня французское правительство заключило с Германией перемирие. Это произошло в Компьенском лесу, в том же самом вагончике, в котором в 1918 году было достигнуто другое мирное соглашение.
В августе 1939 года Советский Союз подписал с нацистской Германией пакт о ненападении и в ноябре того же года вторгся на территорию Финляндии. После падения Франции препятствием, отделявшим Германию от захвата всей Европы, были только Великобритания, Греция, Британское содружество наций[21] плюс остатки армий Франции и ее союзников.
Бельгийские рудники компании Union Miniere по германскому заказу поставляли раньше около тонны обогащенной урановой руды в месяц. Теперь, когда Бельгия была захвачена, компания Auer потребовала 60 тонн.
Физики «Уранового общества» в спешном порядке прибыли в лабораторию Жолио-Кюри в захваченном Париже еще до конца июня. Первыми были Боте, Шуман и Дибнер. Лабораторию покинули все, кроме самого Жолио-Кюри. Он помог Дибнеру собрать воедино все результаты работы французских ядерщиков, а также закончить монтаж циклотрона, который начали его бежавшие коллеги.
Жолио-Кюри не смог скрыть, что был причастен к перевозке урановой руды из Бельгии и тяжелой воды с завода в норвежском Веморке. На вопросы немецких физиков о теперешнем местоположении материалов он ответил просто: руда-де исчезла где-то в южном направлении вместе с французским правительством (на самом деле ее перевезли в Алжир), а тяжелую воду погрузили на борт судна, которое утонуло (в действительности корабль — на нем находились также и коллеги Жолио-Кюри Хальбан и Коварски — благополучно доплыл до берегов Великобритании).
Элемент-93
Поделиться книгой: