Цепная реакция. Неизвестная история создания атомной бомбы - Олег Фейгин

Содди был одним из пионеров исследования радиоактивных превращений и атомной энергии. Так, в книге «Радий и его разгадка» он ставит проблему энергии для нерадиоактивных элементов и предлагает следующее ее решение: «этим внутренним запасом энергии, с которым мы впервые познакомились в связи с радием, в большей или меньшей степени обладают все элементы вообще и он является неотъемлемой особенностью их внутреннего строения, причем при трансмутации (превращении) элементов происходит выделение энергии».

И хотя Содди ясно осознавал огромную сложность освобождения внутриатомной энергии при явной недостаточности тогдашних экспериментальных средств, опыт истории науки внушал ему уверенность в перспективе будущего решения этой задачи: «Мы едва ли можем сомневаться в том, что когда-нибудь мы сможем разрушать и создавать элементы, как теперь мы разрушаем и создаем химические соединения; мировой пульс забьется тогда с новой силой, также неизмеримо превосходящей все силы, как эти последние, в свою очередь, превосходят естественные ресурсы дикаря».

В 1921 г. Содди был удостоен Нобелевской премии по химии «за вклад в изучение химии радиоактивных веществ и исследование процессов образования и природы изотопов».

Альберт Эйнштейн (1879–1955)

Великий физик родился в городе Ульме округа Вюртемберг в Германии в семье мелкого коммерсанта. Учился в католической народной школе в Ульме, а после переезда семьи в Мюнхен – в гимназии. В учебе предпочитал самостоятельные занятия по геометрии и чтение популярных книг по естествознанию, при этом сумел овладеть дифференциальным и интегральным исчислением. В 1895 г., не окончив гимназии, Эйнштейн пытался поступить в Цюрихское федеральное высшее политехническое училище, но не сдал экзаменов по языкам и истории. Доучившись в кантональной школе в Аарау, без экзаменов поступил в Цюрихский политехникум, где много времени проводил в физических лабораториях и библиотеках, читая классические труды Г. Кирхгофа, Дж. Максвелла и Г. Гельмгольца.

После окончания политехникума Эйнштейн долго не мог найти работу, пока в 1902 г. не получил по протекции место технического эксперта в Бернском патентном бюро, где и проработал до 1907 г. В 1905 г. в немецком журнале Annalen der Physik («Анналы физики») вышли три работы Эйнштейна, принесшие ему всемирное признание и славу: «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты», «Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света», «К электродинамике движущихся тел».

С этого момента возник пространственно-временной континуум специальной теории относительности, были с новых позиций объяснены фотоэффект и броуновское движение, а масса превратилась в форму энергии. Вначале Эйнштейн рассмотрел некоторые проблемы молекулярной физики, связанные со статистическим описанием теплового движения атомов и молекул, известного как броуновское. Так, он с помощью статистических методов показал, что между скоростью движения взвешенных частиц, их размерами и коэффициентами вязкости жидкостей существует экспериментально проверяемое количественное соотношение. Последующие его работы по теории света основывались на квантовой гипотезе М. Планка, выдвинутой им в 1900 г., и в них Эйнштейн рассматривал квантование самого потока света в его фотонной интерпретации. Так, он объяснил фотоэффект, состоящий в выбивании электронов из металла световыми лучами и ранее не укладывавшийся в рамки волновой теории света. В том же 1905 г. была опубликована работа Эйнштейна, в которой излагалась специальная теория относительности (СТО), основанная на расширенном постулате относительности Галилея и принципе постоянства скорости света. Из СТО Эйнштейн вывел взаимосвязь массы и энергии, позволившую упростить законы сохранения в единый принцип постоянства массы и энергии в замкнутых системах при любых процессах. Сегодня этот закон составляет основу всей атомной физики.

В 1909 г. Эйнштейн получил место экстраординарного профессора на кафедре теоретической физики Цюрихского университета, а вскоре последовало почетное приглашение на кафедру теоретической физики пражского Немецкого университета. Там в 1911 г., исходя из принципа относительности, Эйнштейн заложил основы релятивистской теории тяготения, высказав мысль, что световые лучи должны отклоняться в поле тяготения, и изложив свои выводы в статье 1911 г. «О влиянии силы тяжести на распространение света». Проверка этих идей была сделана в 1919 г. английской астрофизической экспедицией Эддингтона, в общем подтвердившей выводы Эйнштейна.

Летом 1912 г. он возвратился в Цюрих на новую кафедру математической физики Высшей технической школы, где приступил к дальнейшему развитию математического аппарата теории относительности. Результатом совместных с его соучеником Марселем Гроссманом усилий стал фундаментальный труд «Проект обобщенной теории относительности и теории тяготения» (1913). В том же году Эйнштейн был избран в Берлинскую академию наук и переехал в Берлин для работы в Университете им. Гумбольдта, где в должности директора Физического института провел последующие 19 лет. Здесь он закончил общую теорию относительности (ОТО), показав, что гравитацию можно свести к изменению геометрии пространства-времени вокруг тяготеющих тел. В 1915 г. Эйнштейн попытался распространить ОТО на Вселенную в целом и получил модель замкнутого мира. В 1922 г. космологию Эйнштейна рассмотрел петербургский математик А. А. Фридман, придя к динамической модели, в которой радиус кривизны Вселенной возрастает во времени.

В 1921 г. Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии по физике «за основные работы в области теоретической физики, особенно за создание квантовой теории света».

В 1916–1917 гг. вышли работы Эйнштейна, содержащие квантовую теорию излучения. В них рассматривались вероятности переходов между стационарными состояниями атома Бора – Резерфорда и выдвигалась идея индуцированного излучения. В дальнейшем это стало теоретической основой создания квантовых генераторов.

В конце 1920-х гг. разгорелась дискуссия вокруг «натурфилософских» основ квантовой физики, во время которой Эйнштейн выступил против копенгагенской школы Н. Бора. Дебаты продолжились на Сольвеевских конгрессах 1927 и 1930 гг., где разгорелась полемика между Эйнштейном и Бором, продолжавшаяся долгие годы и так и не убедившая его в вероятностной природе квантовой механики. В конце 1920-х гг. Эйнштейн стал уделять все больше времени разработке единой теории поля, призванной объединить в одной модели электромагнитное и гравитационное поля. Однако на этом пути он так и не достиг решающего результата.

После прихода нацистов к власти в Германии в 1933 г. Эйнштейн заявил о своем выходе из Берлинской академии наук и отказался от немецкого гражданства. С октября 1933 г. он приступил к работе в Принстонском институте перспективных исследований. Основной темой его изысканий стали попытки создания единой теории поля.

Пауль Эренфест (1880–1933)

Видный австрийский физик, родился в Вене 18 января 1880 г. в семье торговцев, выходцев из Моравии. После окончания гимназии поступил в Венский университет, где в 1899–1901 и в 1903–1904 гг. под руководством Л. Больцмана изучал кинетическую теорию и термодинамику. В 1901–1904 гг. Эренфест приступил к занятиям теоретической физикой, одновременно учась в Геттингенском университете. В этом признанном центре математической и теоретической физики встретил свою будущую жену – украинку Т. А. Афанасьеву, изучавшую математику и стажировавшуюся в Геттингене.

Вернувшись в 1903 г. в Вену, Эренфест стал активным участником семинара, которым руководил Людвиг Больцман. На семинаре родилась и тема докторской диссертации Эренфеста «Движение твердых тел в жидкостях и механика Герца». Больцман, который был его оппонентом, с большой похвалой отозвался о диссертации, которую Эренфест защитил в июне 1904 г. Потом он некоторое время преподавал в Венском университете, а затем вернулся в Геттинген. В 1907 г. под влиянием Т. А. Афанасьевой Эренфест переехал в Санкт-Петербург, где познакомился с А. Ф. Иоффе и другими видными физиками, читая лекции в Санкт-Петербургском политехническом институте и ведя на дому теоретический семинар, в котором принимали участие молодые физики Д. С. Рождественский, К. К. Баумгарт, Л. Д. Исаков и студенты-физики Ю. А. Крутков, В. Р. Бурсиан, В. Г. Хлопин, В. М. Чулановский и другие. Это были будущие советские ученые – академики и профессора.

Семинар Эренфеста стал точкой, с которой началось развитие будущей советской теоретической физики. Сам он готовился к магистерским экзаменам, которые держал в 1909–1910 гг., читал курс по проблемам математической физики в политехническом институте и писал статьи по вопросам теоретической физики. Среди этих работ поистине классической стала совместная статья П. С. Эренфеста и Т. А. Афанасьевой-Эренфест «Принципиальные основы статистического понимания в механике», опубликованная в Математической энциклопедии в 1912 г. Столкнувшись с кастовостью и обскурантизмом российской научной системы, Эренфест в 1912 г. вернулся в Европу, где совершил поездку по университетам Германии, Австрии и Швейцарии, встречаясь с М. Планком, А. Зоммерфельдом и А. Эйнштейном.