Лев Бобров - В поисках чуда (с илл.)

• Название: В поисках чуда (с илл.)
• Автор: Лев Бобров
• Издательство: Издательство ЦК ВЛКСМ «Молодая гвардия»
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1968

Это книга о разведчиках, имена которых отсутствуют в известных «шпионских» хрониках. О следопытах незнаемого, которые повседневно, чаще всего буднично, незаметно, без претензий на «бронзы многопудье» ведут свой многотрудный поиск, совершая нередко настоящие подвиги во имя истины, во имя человека, во имя мира на всей планете. Да, подвиги, ибо их деятельность требует не только ума, не только трудолюбия, но и мужества. Еще Маркс говорил, что у входа в храм науки, как и в преддверии ада, должно быть выставлено требование: «Здесь нужно, чтоб душа была тверда, здесь страх не должен подавать совета». И еще говорил Маркс: «В науке нет широкой столбовой дороги, и только тот может достигнуть ее сияющих вершин, кто, не страшась усталости, карабкается по ее каменистым тропам».

Неторными, тернистыми тропами шла советская наука к ее нынешним высотам. Какое наследство оставила ей царская Россия? Малограмотное население. Острая нужда в специалистах, учебных заведениях, научных учреждениях А тут еще разруха, голод, саботаж «старой интеллигенции»… Потом была война, унесшая миллионы жизней, истощившая экономику, отвлекшая науку от ее мирных дел… И все же, несмотря на все невзгоды и суровые испытания, наш народ за короткий период — всего за полвека! — достиг сияющих вершин в науке и технике и заставил весь мир говорить о «русском чуде».

Здесь упомянуты не все, увы, далеко не все, кого хотелось бы, кого нужно назвать, — история еще воздаст им должное.

---

Как ускорился научный прогресс, сколько экономится усилий и средств с приходом доброго атома!

Как же и когда он пожаловал в нашу страну? Чьи открытия и изобретения подготовили почву для грандиозных завоеваний советской атомной техники?

Ревизия после катастрофы

«Наука интернациональна, — писал в 1961 году английский ученый Джордж Томсон, широко известный у нас как автор книги „Предвидимое будущее“. — Это очевидно из простого перечня имен: англичанин Чадвик первый открыл нейтроны; итальянец Ферми установил, что они производят определенный эффект в уране, хотя и не смог правильно его объяснить; немец Ган объяснил ошибку Ферми, но сам не сделал последнего шага: не сумел разглядеть процесс ядерного деления. Это выпало на долю его австрийской сотрудницы Лизы Мейтнер, ее племянника Фриша, бежавших от Гитлера, француза Жолио и коллектива американцев, которые почти одновременно открыли явление, обеспечивающее возможность цепной реакции. Здесь названы представители шести национальностей».

Здесь не названы представили русской нации.

Что ж, это вполне простительно: в своей мимолетной иллюстрации сэр Джордж Томсон не задавался целью исчерпывающим образом изложить «этнографический аспект» ядерной проблемы. Иначе ему пришлось бы объяснять, что, например, атомники шестой названной им «национальности» — американцы — на добрую половину состояли из европейцев, «импортированных» Соединенными Штатами. В частности, в США работали Лео Сциллард, Юджин Вигнер, Эдвард Теллер (все из Венгрии); из Италии — Энрико Ферми, Эмилио Сегре; из Германии — Альберт Эйнштейн, причем здесь названы далеко не все выходцы из Старого Света, не говоря уж о том, что сами «аборигены» Нового Света имели тоже довольно пестрый состав (канадец Вальтер Цинн, латиноамериканец Луис Альварес и т. д. и т. п.).

Томсон, бесспорно, не преминул бы назвать датчанина Бора, который стал общепризнанным преемником «патриарха» ядерной физики — неистового новозеландца Резерфорда, скончавшегося в 1937 году. Возможно, он помянул бы польского физика Ротблата, о котором говорилось раньше. А также югославского химика Савича, который вместе с полуполькой-полуфранцуженкой Ирен Кюри в Париже повторил берлинские опыты Гана — Мейтнер — Штрассмана и опроверг первоначальные выводы знаменитого австро-германского трио (возражения парижан побудили Гана и Штрассмана перепроверить свои результаты — именно так было экспериментально обнаружено деление уранового ядра, теоретически объясненное вскоре Мейтнер и Фришем. Это эпохальное открытие увенчано Нобелевской премией).

Ну, а советские ученые? Разве не достойны они занять подобающее место в созвездии столь блистательных имен?

…1932 год. На авансцену физики выходит главный герой ядерной драмы — нейтрон. Коротенькая, в полстранички, весточка о его открытии Чадвиком появляется в английском журнале «Нэйчур» 27 февраля.

Это сообщение будто молнией пронзает умы физиков.

Его ждали. Еще в 1920 году Резерфорд высказал догадку: возможно, существует элементарная частица с такой же массой, как у протона, но в отличие от него не имеющая электрического заряда.

Молодой ленинградский теоретик Дхмитрий Иваненко давно уже размышляет над структурой ядра.

Верно ли, что оно представляет собой смесь электронов и протонов? Если так, то, к примеру, у азота оно должно состоять из 14 элементарных положительных зарядов и 7 отрицательных. В итоге получается плюс 7. Если говорить о конечном результате, то он вполне соответствует действительности. Далее. Ядро азотного атома имеет массу, равную 14 единицам.

Так оно и есть: ведь основной вклад в нее вносят 14 протонов; ничтожным же довеском из семи электронов, который в тысячи раз легче, можно пренебречь.

Вроде бы все концы с концами сводятся хорошо, но…

В соответствии с квантовомеханическими воззрениями каждая частица наделяется особой характеристикой — спином. Эта величина и для протона и для электрона равна 1∕2. Число частиц в азотном ядре нечетное — 21. Стало быть, их суммарный спин всегда будет, как выражаются специалисты, «полуцелым».

Между тем вопреки теоретическим предсказаниям он именно целый. Похоже, что ядерный коллектив скомпонован из четного количества сочленов.

И это далеко не единственная неувязка из тех, что давно уже мозолят глаза ученым. Протонно-электронная модель расползается по швам. К сожалению, ничего лучшего пока не предложено.

А есть ли вообще электроны внутри ядер? Такое недоверие к общепризнанной концепции еще в 1928 году высказали Виктор Амазаспович Амбарцумян, ныне академик, астроном с мировой известностью, и Дмитрий Дмитриевич Иваненко, ныне профессор МГУ, доктор физико-математических наук. Это звучало как ересь. Ведь налицо был неоспоримый факт: бета-излучение. Откуда тогда берутся электроны, выстреливаемые ядром, ежели их там нет? Появляются на свет в момент бегства из ядра, не сдавались теоретики — «еретики», а отнюдь не запасены там загодя — подобно тому как, по метафорической аналогии доктора физико-математических наук С. Ю. Лукьянова, звуки «Лунной сонаты» Бетховена не спрятаны под деревянной крышкой рояля, а зарождаются при ударах о клавиши. Идея советских ученых тогда не встретила поддержки.

Наконец пробил час: открыт нейтрон! Буквально через два-три месяца в знаменитом «Нэйчур» вслед за чадвиковокой заметкой появляется столь же лаконичная и не менее сенсационная весть: ядра состоят не из электронов и протонов, как думали до сих пор, а из нейтронов и протонов! У автора гипотезы не столь привычное для англосаксонского и романского слуха имя, как Эрнест Резерфорд, Вернер Гейзенберг, Поль Адриен Морис Дирак, Франсис Перрэн. Его зовут Dmitri Iwanenko…

Гипотеза подвергается атакам. Среди оппонентов не кто иной, как проницательный Дирак, математически предвосхитивший в 1928 году открытие позитрона — положительного электрона (1932 год). Тот самый Дирак, на идеи которого опирались Амбарцумян и Иваненко, подвергая сомнению присутствие электронов в ядрах. Но на сей раз могучая интуиция словно отказывает кембриджскому корифею новой физики.

Со скрипом, не без сопротивления рушится протонно-электронная конструкция. Делаются попытки восстановить ее на новой основе. Так, в июле 1933 года супруги Жолио-Кюри предполагают, что ядра состоят из своеобразной «смеси» нейтронов с позитронами, где нейтрон является не элементарной частицей, а комплексом — протон плюс электрон.

В сентябре 1933 года докладом Фредерика Жолио-Кюри «Нейтроны» в Ленинградском физико-техническом институте открывается I Всесоюзная конференция по атомному ядру. На ней выступает и другой именитый гость — Франсис Перрэн (впоследствии он получит патент на расчет критической массы, а после войны станет верховным комиссаром Франции по атомной энергии). Он считает весьма правдоподобным представление Гейзенберга об облаках, окружающих нуклоны в ядре: электронном, охватывающем протон, и позитронном, в которое одет нейтрон.

На кафедре — Иваненко. В заочной полемике с Гейзенбергом он отстаивает элементарность ядерного нейтрона, как, впрочем, и протона. Он не убежден, что адвокатура Перрэна спасет гейзенберговские электронные и позитронные облака в ядре: подобное состояние маловероятно.

Слушателям и невдомек, что через несколько недель, в конце того же 1933 года, Гейзенберг сойдет с этих шатких позиций. В октябре на VII Сольвеевском физическом конгрессе в Брюсселе он заявит: попытки истолковывать бета-распад как сосуществование внутриядерных электронов с нуклонами не выдерживают критики.

Изгнание электронов из ядра и воцарение там нейтронов положило конец «азотной катастрофе».

Спин нейтрона равен 1∕2, как и у протона. Общее число нуклонов в ядре азота четное — 14. Потому-то у него суммарный спин целый. Но бывают ядра и с полуцелым спином. Значит, общее количество нейтронов и протонов в них нечетно.

Новая модель дала возможность точно рассчитывать энергию, высвобождающуюся при радиоактивном распаде.

Дважды два — четыре. Эта арифметическая истина в странном мире ядерных частиц терпит неожиданное фиаско. Оказывается, любое ядро всегда легче простой суммы несвязанных нуклонов, из которых оно возникло. «Недостача», — сказал бы ревизор.

«Дефект массы», — говорят физики. Правда, «материальный ущерб», нанесенный нуклонам при их коллективизации, полностью и тотчас возмещается в драгоценнейшей «валюте» — энергетической, причем такая компенсация в точности равна дефекту массы, умноженному на скорость света в квадрате.

Вся ядерная энергетика зиждется на этой закономерности, о чем бы ни шла речь — о синтезе легких ядер или же о делении тяжелых. У нейтрона масса не точно такая же, как у протона, хотя и близка к ней по своей величине. Эта разница играет существенную роль при вычислениях дефектов масс и энергетических эффектов, когда учитываются ничтожнейшие доли нуклонной плоти. Понятно, к каким грубым ошибкам приводили бы расчеты на основе протонно-электронной модели, если они вообще были бы возможны. Прочность ядра, его способность делиться, другие кардинальные его свойства зависят от соотношения между количествами нейтральных и заряженных частиц, составляющих сердцевину атома.