Дэвид Боданис - E=mc2. Биография самого знаменитого уравнения мира

• Название: E=mc2. Биография самого знаменитого уравнения мира
• Автор: Дэвид Боданис
• Издательство: КоЛибри
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-389-00499-3

В 1905 году, выведя свое знаменитое уравнение Е=mc², Альберт Эйнштейн подарил миру мощный источник энергии и открыл новые пути к познанию Вселенной. И теперь, более ста лет спустя, блестящий популяризатор науки Дэвид Боданис увлекательно и просто рассказывает об этом великом открытии. Герои его захватывающей, как детектив, книги — выдающиеся физики, среди которых Фарадей, Резерфорд, Ферми, Оппенгеймер, Гейзенберг и конечно же гениальный Эйнштейн.

---

Когда уравнение E = mc2 и связанные с ним технологии открыли целый спектр новых возможностей, многие из неуживчивых молодых учеников Лоуренса стали одними из главных «кранов», через которые этих новые возможности втекали в наш мир. Они поставляли де Хевеши и его коллегам новые усовершенствованные радиоизотопные индикаторы для их использования в медицине, разрабатывали усовершенствованные устройства фокусировки рентгеновских лучей для радиотерапии раковых заболеваний и многое иное. Когда же по окончании войны проект по созданию атомной бомбы обратился в бурлящий источник грантов, контактов, технических знаний, люди Лоуренса просто оказались самыми опытными в том, чтобы пробиваться к этому источнику первыми. О возникавших при этом столкновениях нравственных и практических начал можно написать целую книгу.

С. 80 …сообщество физиков Америки было слабо настолько…: Впрочем, положение это быстро менялось. О том как возвращавшиеся после получения докторской степени ученые сеяли семена нового в лучших университетах США см. Daniel J. Kevles, «The Physicists: The History of a Scientific Community in Modern America»[104] (Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 1995); в особенности глава 14.

С. 80 «В июле 1939-го Лоуренс…»: Emilio Segre, «A Mind Allways in Motion»[105] (Berkeley: University of California Press, 1994), pp. 147-48.

С. 80 …помещения длиной в тысячи футов, что позволило бы отфильтровывать токсичную урановую пыль…: Именно здесь, а не на предприятиях космической программы началось коммерческое использование тефлона. Насосам, контролировавшим работу теннессийских фабричных фильтров, требовались уплотнители, не подвластные воздействию чрезвычайно реакционноспособных испарений. Идеальными оказались атомы фтора, образующие защитные оболочки углеродных цепочек, — полученный в итоге политетрафторэтилен стал впоследствии известен под сокращенным названием «тефлон». В конце концов, выяснилось, что вещество, к которому не пристают токсичные ураниевые пары, позволяет легко избавляться и от остатков сгорания, липнущих к обычным кухонным сковородкам. Когда из того же самого политетрафторэтилена были изготовлены мембраны, появилась водонепроницаемая «дышащая» ткань «Гортекс».

С. 81 «Он сказал, что в конечный успех проекта не верит…»: Peter Goodchild, «J. Robert Oppenheimer: Shatterer of Worlds»[106] (New York: From, 1985), p. 80.

С. 81 «Это совсем просто…»: Интервью, взятое в 1976 Элис Кимбалл Смит у Неделски, в книге «Robert Oppenheimer: Letters and Recollections»[107], ред. A. K. Smith и Charles Weiner, (Palo Alto: Stanford University Press, 1995), p. 149.

С. 82 Одна из групп занималась тем, что просто пыталась выделить из естественного урана наиболее взрывчатые компоненты: Это был знаменитый U235, составляющий немого меньше 1 процента обычного урана, основные ископаемые запасы которого содержат более «спокойный» U238. Один из способов запомнить разницу между ними состоит в том, что, если вы подержите в чашке ладоней 24 кг U238, то почувствуете лишь легкое тепло, если же вы найдете два комка U235,весом в 12 кг каждый и попробуете соединить их, самые лучшие подробности того, что произойдет в дальнейшем, ваш ближайший родственник получит, скорее всего, от операторов «Си-Эн-Эн», сидевших в вертолете и использовавших телеобъективы высочайшего разрешения, чтобы получить изображения взрыва и образовавшегося на его месте кратера.

Куда более скучный способ, позволяющий запомнить разницу между этими типами урана, состоит в том, чтобы сосредоточиться на природе четных и нечетных чисел. Поскольку ядро U238 содержит 238 частиц, в нем все «ходят парами» — влетающему снаружи нейтрону оказывается трудно найти оставшегося не у дела партнера. Но, поскольку в ядре урана U235 содержится нечетное число частиц — 235, — это означает наличие в нем 46 пар протонов, 71 пары нейтронов и еще одного дополнительного нейтрона. Вот он-то самым уязвимым и оказывается. Когда из внешнего мира является новый нейтрон, он легко вступает в реакцию с этим непарным нейтроном — в результате получается 46 пар накрепко связанных протонов и 72 пары накрепко связанных нейтронов. А такому ядру с его «крепкими» связями оказывается куда проще делиться и извергать из себя фрагменты деления. То, как это происходит, и как происходящее порождает низкоэнергетический барьер, и составляет основу практической атомной инженерии.

С. 82 Существовали, конечно, и сомневающиеся…: Инженеры компании «Дюпон», строившие сердцевину хэнфордского реактора, об атомной физике ничего толком не знали, зато хорошо знали основной инженерный принцип, согласно которому что-нибудь всегда получается не так, и потому необходимо оставлять дополнительное архитектурное пространство для ремонтных работ. Когда при первом испытании реактора оказалось, что ксенон, возникающий как побочный продукт реакции, замедляет его работу, выяснилось, что инженеры-строители оставили достаточное дополнительное пространство — следуя раннему предположению Уилера о том, что хорошо бы иметь возможность увеличивать количество урана, не разбирая и не перестраивая реактор заново. И добавление урана более чем скомпенсировало воздействие ксенона. См. John Archibald Wheeler, «Geons, Black Holes, and Quantum Foam»[108] (New York: Norton, 1998), pp. 55–59/

С. 83 …шара, имеющего довольно низкую плотность…: Выражение «низкая плотность» имеет, разумеется, характер относительный — она все-таки намного больше, чем плотность свинца. Важно здесь то, что она остается недостаточной для «самовозгорания».

С. 83 «Полный бред!»: Nuel Phar Davis, «Lawrence and Oppennheimer» (London: Jonathan Cape, 1969), p. 216.

С. 84 Теллер был достаточно тщеславен…: Персональным проектом Теллера была водородная бомба — куда более мощная, чем та, которую можно создать, используя уран. То обстоятельство, что Оппенгеймер усомнился впоследствии в ее необходимости, было одной из причин, по которой раздражительный Теллер дал во время послевоенных разбирательств по поводу лояльности Оппенгеймера показания против него.

С. 84 «Весь тот день Сербер забавлялась…»: Serber, «The Los Alamos Primer»[109] (Berkeley: University of California Press, 1992), p. 32. И на той же странице: «Помню, кто-то в Лос-Аламосе сказал, что может заказать ведро алмазов и этот заказ пройдет через отдел закупок без всяких вопросов, а вот чтобы получить от этого отдела пишущую машинку… требуется номер приоритета и документ, удостоверяющий необходимость ее приобретения».

С. 84 «Существует возможность того…»: Richard Rhodes, «The Making of the Atomic Bomb»[110] (New York: Simon amp; Schuster, 1986), pp. 511-12. Я лишь добавил адресата и дату.

С. 84 Даже несколько килограммов… на многие годы сделать часть этого города непригодной для обитания: Чего, собственно, могла добиться Германия, — если говорить о разумных пределах? Возможно, настоящей бомбы она и не получила бы, однако Пауль Хартек, физико-химик, работавший в Гамбурге, усиленно проталкивал идею реактора, в котором вместо тяжелой воды использовалась в качестве модератора двуокись углерода. Создать его, используя имевшиеся в Германии запасы урана и мастерство ее инженеров, было бы достаточно просто, а производимым им в больших количествах радиоактивным веществом было бы легко оснастить «Фау-1» или «Фау-2». Отметим, что по некоторым сведениям Отто Скорцени предлагал оснастить подводную лодку радиоактивным оружием, которое затем взорвалось бы в Нью-Йорке. Если бы это предложение исходило от обычных штабных плановиков, от него можно было бы и отмахнуться, однако Скорцени был человеком, который организовал и возглавил рейд планеристов, вытащивших в 1943 году Муссолини из «неприступной» горной тюрьмы. Немецким подводным лодкам не составляло большого труда подобраться к восточному побережью Соединенных Штатов, а некоторые из них позволяли доставлять и запускать маленькие самолеты.

Впрочем, причину наибольших опасений составляло необычайно квалифицированное сообщество инженеров и ученых, которым даже в разгар войны все еще обладала Германия. Американцы с энтузиазмом использовали химиков, хорошо знакомых с разработанным Клузиусом процессом разделения изотопов, однако у Германии имелся сам профессор Клузиус — не говоря уже о профессоре Гейзенберге, профессоре Гейгере и прочих. У нее имелась также огромная прослойка инженеров-производственников, которые оказались способными творить чудеса на заводах, выпускавших как реактивные и ракетные летательные снаряды, так и обладавшие чрезвычайно большим радиусом действия подводные лодки, — все это начало производиться еще до окончания войны. Многие из таких выпускавшихся в больших количествах аппаратов обладали серьезными недостатками, однако реактор или даже пригодную для применения бомбу, которую мог создать Гейзенберг, довольно было использовать всего один или два раза, и это изменило бы как позиции целых государств, так и принимаемые ими решения.

Насколько близко подошла к решению этой проблемы Германия? В начале 1940-х Хартек считал, что для проверки его идеи относительно двуокиси углерода ему необходимо 300 кг урана. Он договорился с компанией «ИГ Фарбен» о поставке замороженной двуокиси углерода (сухого льда), выделенный армейской службой технического снабжения поезд должен был ускоренным порядком доставить ее в Гамбург, а Гейзенберг и компания «Ауэр» готовы были выделить необходимый уран. Однако в последний момент «Фарбен» объявила, что раньше первых чисел июня поставить сухой лед не сможет, поскольку он потребуется для поддержания свежести продуктов в жаркие летние месяцы.