История атомной бомбы - Хуберт Мания

Насколько красноречивым и многословным бывает Оппенгеймер, если речь заходит о литературе, философии или о его частной коллекции картин, настолько же лаконично и компактно он пишет свои работы по специальности. К концу его девятимесячного пребывания в Гёттингене у него опубликовано семь статей. Для их общей с Борном статьи Оппенгеймер отсылает пять страниц, что на вкус соавтора все же маловато. В статье речь идет о применении квантовой механики на молекулярном уровне — тема, вдохновленная подсказкой Гейзенберга. Макс Борн, обозначенный как первый автор, дополняет трактат, впоследствии ставший известным как «Приближение Борна — Оппенгеймера», собственными замечаниями и теоремой так, что из него получается тридцать страниц. Оппенгеймер втайне считает это декоративными излишествами и разжижением его, оппенгеймерского, концентрата. На разработку диссертации о фотоэлектрическом эффекте в водороде и в рентгеновских лучах у него уходит ровно три недели. На одиннадцатое мая 1927 года назначен экзамен на степень доктора, который он выдерживает с высшей оценкой. Один из экзаменаторов — свежеиспеченный лауреат Нобелевской премии Джеймс Франк, сухо замечает: «Хорошо, что я вовремя вышел. А то он уже начал экзаменовать меня».

В конце 1927 года Вернер Гейзенберг обустраивает себе скромную служебную квартиру в Институте теоретической физики Лейпцигского университета. Адрес — Линнештрассе 5, «на полдороге между кладбищем и психушкой». Наконец-то он принял профессуру, после того как его пытались заманить к себе Колумбийский университет в Нью-Йорке и Государственная высшая техническая школа в Цюрихе. Однако возможность работать в Германии была для него приоритетной. Первым же его «служебным актом» стал сквозняк: он распахивает настежь все двери и окна затхлых помещений института, покупает постельное белье и распоряжается основательно отремонтировать свое будущее жилище. Для полного счастья ему недостает фортепьяно и стола для настольного тенниса, но то и другое можно организовать.

Позади у него остался очень бурный год. На двух важных физических конгрессах — в итальянском Комо и в Брюсселе — верх одержала копенгагенская трактовка квантовой механики. Она зиждется на соотношении неопределённостей Гейзенберга и на принципе дополнительности Бора. Бор утверждает, что при всяком атомарном эксперименте следует рассматривать электрон одновременно и как частицу, и как волновую функцию. В процессе измерения экспериментатор сам делает выбор либо в пользу волны, либо в пользу частицы. При этом, по его мнению, «необходимое решение экспериментатора в пользу одного или другого представления вызывает нарушение, которое и приводит затем к неопределённостям». И они устанавливаются между двумя парами измеренных величин: местоположение—скорость и энергия—время. Ненаблюдаемый сам по себе электрон остается по этому принципу неопределенным.

Но тревожные последствия этой неопределенности механических величин в атомарном мире простираются глубже. Ведь ею серьезно поколеблен священный принцип причинно-следственной связи, который считается необходимым условием научного подхода. Тем самым «закон причинности становится некоторым образом недействительным», — делает вывод Гейзенберг. Если до сих пор можно было, зная настоящее, вычислить будущее — например, рассчитать следующее солнечное затмение, зная траектории движения Земли и Луны вокруг Солнца, — то теперь закон причинности разбивается о границу точности в квантовой механике. Ибо, если недостаточно точно знаешь начальные условия, то и будущие процессы атомарной системы уже непредсказуемы.

Наблюдающий физик неотвратимо вмешивается в атомарные события и изменяет их своими измерениями. Это революционное представление об активной роли наблюдателя и принципиальной невозможности безупречного измерения ставит с ног на голову прежнюю философию физики. С этим соглашаются, конечно, далеко не все исследователи. Противники копенгагенской школы настаивают на физике, которая может предсказать результат эксперимента — независимо от ученого, проводящего эксперимент. Оттого на шестидневном Сольвеевском конгрессе в Брюсселе в октябре 1927 года дело и выливается в дискуссионный марафон между копенгагенцами и Альбертом Эйнштейном. По коридорам отеля, в котором поселились участники конгресса, курсируют разные версии эйнштейновской мантры «Бог не играет в кости». Он просто не хочет признать, что на уровне атома можно исследовать лишь возможности и вероятности. Уже за завтраком он преподносит Бору и Гейзенбергу мысленный эксперимент, который однозначно должен довести соотношение неопределённостей до абсурда. В течение дня его доводы анализируются, и уже во время совместного ужина Бор может опровергнуть аргументы Эйнштейна. Гейзенберг вспоминает: «Тогда Эйнштейн становился несколько обеспокоенным, однако уже к следующему утру у него был готов новый мысленный эксперимент, сложнее предыдущего, и уж этот точно должен был опровергнуть соотношение неопределённостей. С этой попыткой, конечно, вечером было то же, что и с предыдущей».

Профессор Вернер Гейзенберг в Институте физики Лейпцигского университета пользуется между тем мировой славой. Его принцип неопределенности одержал верх в физическом сообществе как копенгагенская трактовка квантовой механики, тогда как запутанный принцип дополнительности Бора большинство коллег предпочло бы оставить для философских семинаров. На курс Гейзенберга и на его лекции стремятся попасть многие студенты. Как шахматист он в своем институте непобедим. Кроме того, он стремится стать превосходным игроком в настольный теннис. А пока что проигрывает то один, то другой матч, и это, конечно, не дает ему покоя. Ведь и на зеленом столе он должен быть лучшим. В марте 1929 года он отправляется в мировое турне на восемь месяцев, чтобы читать доклады в США, Японии и Индии. Из-за этого ему впервые приходится отказаться от совместного отпуска с его «бойскаутами» в Баварских Альпах. Несмотря на сжатую программу докладов, которая ведет его из Чикаго в Калифорнию и обратно, он находит время, чтобы плавать, ходить под парусом и играть в настольный теннис. Вершиной его спортивных достижений становится альпинистская вылазка в Скалистых горах, о которой он еще долго с восторгом вспоминал.

В середине августа он встречается с Полем Дираком в Сан-Франциско, чтобы вместе с ним сесть на корабль до Иокогамы. Английский физик слывет неразговорчивым и замкнутым даже с коллегами. Тот, кто не разбирается в физике, вообще не имеет шансов с ним познакомиться. Лишь с детьми до десяти лет он легко находит общий язык. В зимний семестр 1926—1927 годов он живет в Гёттингене, на той же самой вилле, что и Оппенгеймер. Чье увлечение Достоевским и Данте ему совсем не по душе. А когда он видит, что Оппенгеймер и сам пишет по-настоящему изысканные стихи, это выводит его из себя. Он не понимает, как можно изучать физику и вместе с тем скользить по тонкому льду поэзии, и брюзжит на Оппенгеймера: «В физике мы стараемся донести до людей неведомое так, чтобы им стало понятно. В поэзии же все как раз наоборот». Когда Оппенгеймер позднее рекомендует своему соседу по вилле несколько книг для прочтения, тот отклоняет их вежливо, но со всей определенностью. Чтение книг, по его словам, разжижает мозги.

В Японии Гейзенберг и Дирак должны вместе ввести новую поросль физиков в курс современного состояния квантовой механики. По пути в Иокогаму через океан, как вспоминает впоследствии Дирак, его спутник, будучи фанатом подвижности, постоянно сдвигал столы к стенкам каюты, чтобы тренироваться в настольный теннис, а вечерами еще предавался танцам на палубе — времяпрепровождение, которое закоренелый затворник и чудак Дирак не мог понять и потому спросил коллегу о его мотивах. «Танцы доставляют огромное удовольствие, если девушки хороши», — отвечает Гейзенберг. После короткого молчания Дирак спрашивает: «Как вы можете знать заранее, что они хороши?». Когда в Японии они проходят однажды мимо впечатляющей пагоды, Поль Дирак становится свидетелем акробатических способностей Гейзенберга. Ему пришлось, замерев, наблюдать, как альпинист, «не проронив ни слова, осторожно взбирался к верхушке пагоды и в триумфальном пренебрежении опасностью разбиться насмерть балансировал на одной ноге на самом острие здания при сильном, порывистом ветре». По возвращении в Лейпциг Гейзенберг уже непобедим и в настольном теннисе.

Тогда как в 1920-е годы одно путеводное открытие квантовой механики следует за другим, а мнимый антагонизм волны и частицы переплавляется под руководством Бора в единство, требующее всего лишь привычки, в лабораториях ядерных физиков-экспериментаторов царит гнетущий застой. Эрнест Резерфорд, первооткрыватель атомного ядра и со времени этого светоносного деяния неутомимый исследователь атомарной пустоты, летом 1920 года вводит в игру новое умозрительное рассуждение о строении атома. За несколько месяцев до того ему удалось первое в истории науки превращение элементов. Целенаправленной атакой на атомное ядро он превратил азот в кислород и при этом открыл протон как универсальный кирпичик ядра. Теперь он уже не склонен рассматривать электрически положительно заряженный протон и отрицательно заряженный электрон, которые взаимно притягиваются, как единственные кирпичики, а предполагает существование третьей частицы, не имеющей электрического заряда и потому способной двигаться сквозь материю более свободно.