Цепная реакция. Неизвестная история создания атомной бомбы - Олег Фейгин

Гораздо проблематичнее выглядит роль Гейзенберга в германской программе разработки ядерного оружия в годы Второй мировой войны. В то время, когда большинство его коллег эмигрировали или вынуждены были бежать из страны под давлением гитлеровского режима, Гейзенберг возглавил германскую национальную ядерную программу. Под его руководством она всецело сконцентрировалась на постройке ядерного реактора, однако у Нильса Бора при его знаменитой встрече с Гейзенбергом в 1941 г. сложилось впечатление, что это лишь прикрытие, а на самом деле в рамках этой программы разрабатывается ядерное оружие.

Так что же произошло на самом деле? Действительно ли Гейзенберг умышленно и по велению совести завел германскую программу разработки атомной бомбы в тупик и направил ее на мирные рельсы, как он впоследствии утверждал? Или просто ученый допустил какие-то просчеты в своем понимании процессов ядерного распада? Как бы то ни было, Германия атомного оружия создать не успела. Как показывает блестящая пьеса Майкла Фрэйна «Копенгаген», эта историческая загадка, вероятно, даст достаточно материалов еще не для одного поколения беллетристов.

Поль Адриен Мориc Дирак (1902–1984)

Выдающийся британский физик родился в Бристоле. В 1921 г. с отличием окончил электротехнический факультет Бристольского университета и поступил в аспирантуру Кембриджского университета. Там он ознакомился с работами Гейзенберга по матричной механике и предложил свой оригинальный подход к квантовой проблематике, опубликовав серию статей в «Трудах Лондонского королевского общества». В 1926 г. защитил диссертацию на степень доктора философии и прошел годичную стажировку в копенгагенском Институте Нильса Бора и в Геттингене у Макса Борна.

В 1929 г., после ряда лет преподавания в Кембридже, Дирак прочитал в Висконсинском и Мичиганском университетах США свои знаменитые лекции по квантовой механике, послужившие основой для дальнейшего «дираковского курса основ квантовой физики». По возвращении в Англию был избран действительным членом Королевского общества (академиком), и в 1932 г. занял «ньютоновскую» кафедру физики Кембриджского университета. В 1933 г. вместе со Шредингером был удостоен Нобелевской премии по физике за создание квантовой механики. После отставки в 1968 г. преподавал в ряде университетов США.

Дирак разработал многие важные разделы математического аппарата квантовой механики: квантовую электродинамику, теорию поля, теорию элементарных частиц, статистическую физику. В конце 20-х гг. он применил принципы квантовой механики к электромагнитному полю, построив модель квантованного поля, чем заложил основы квантовой электродинамики. В этот же период вместе с Гейзенбергом Дирак выдвинул идею обменного взаимодействия. Ему удалось решить проблему релятивистского уравнения для электрона, введя понятие спина и объяснив тонкую структуру спектров атома водорода, вместе с эффектом Зеемана.

В начале 1930-х гг. Дирак выдвинул гипотезу о существовании элементарного унитарного магнитного заряда – монополя и антивещества как «зеркальной» материи, состоящей из античастиц. Дирак внес большой вклад в разработку квантовой статистики, получившей название «статистика Ферми – Дирака». В 1937 г. он высказал гипотезу об изменении гравитации во времени, а в 1960-х гг. разработал теорию мюона как колебательного состояния электрона и занимался проблемой квантования гравитационного поля.

Среди основных его трудов: «Принципы квантовой механики», «Развитие квантовой теории», «Спиноры в гильбертовом пространстве», «Общая теория относительности».

Джон фон Нейман (1903–1957)

Выдающийся американский физик-теоретик и кибернетик австро-венгерского происхождения. Родился в Будапеште в семье состоятельного банкира, учился в Австрии, Швейцарии и Германии. В 1930 г. эмигрировал в США и через три года приступил к научной работе в Принстонском институте перспективных исследований, предоставляющем ученым полную свободу выбора тематики научной деятельности. В институте фон Нейман встретился с Альбертом Эйнштейном и многими другими выдающимися теоретиками.

Во время Второй мировой войны ученый активно участвовал в осуществлении секретного американского атомного проекта «Манхэттен», целью которого было создание ядерного оружия, примененного впоследствии при бомбардировке японских городов Хиросима и Нагасаки. В тот же период фон Нейман принял участие еще в одном секретном военном проекте, включавшем создание электронно-вычислительного комплекса ЭНИАК. В ходе выполнения данного исследования и анализа конструкционных просчетов комплекса фон Нейман разработал логическую схему и архитектуру нового типа компьютерных систем. Впоследствии при его непосредственном участии был создан весьма успешный вариант компьютера, названный в его честь «ДЖОНИАК». Эта электронно-вычислительная система сыграла большую роль в успешном проектировании и сопутствующей обработке информации при реализации атомного проекта следующего поколения – во время создания водородной бомбы.

В послевоенный период фон Нейман завершил свои теоретические работы по построению основ теории автоматических устройств статьей «Вероятностная логика и синтез надежных организмов из ненадежных элементов», что явилось крупнейшим достижением в данной области кибернетики и указало дальнейший путь для создания компьютеров второго и даже третьего поколения.

В середине 1950-х гг. фон Нейман переехал из Принстона в Вашингтон, чтобы занять очень престижную должность члена сенатской Федеральной комиссии по атомной энергетике США. Однако вскоре у него была диагностирована редкая форма костного рака, и в феврале 1957 г. Джон фон Нейман безвременно завершил свой жизненный путь, так и не закончив книгу всей своей жизни – «Вычислительная машина и мозг».

Ричард Филлипс Фейнман (1918–1988)

Выдающийся американский физик родился в Нью-Йорке в семье заведующего отделом сбыта фабрики по изготовлению форменной одежды. С детства питал большой интерес к естественным наукам и проведению экспериментов в домашней лаборатории, демонстрируя членам семьи и соседям нехитрые химические фокусы. Еще школьником, зарабатывая на карманные расходы починкой радиоприемников, Фейнман решал головоломные математические задачи, изобретая новые способы рассматривать их в целом и избегая громоздких вычислений.

По окончании средней школы в 1935 г. он успешно поступил в Массачусетский технологический институт (МТИ) и в 1939 г. окончил его с дипломом бакалавра по физике. В МТИ, как говорил впоследствии Фейнман в своей Нобелевской речи, он впервые осознал, что наиболее важной проблемой того времени было неудовлетворительное состояние квантовой теории электричества и магнетизма – квантовой электродинамики, занимавшейся изучением взаимодействий между элементарными частицами и между частицами и электромагнитным полем.

В 1942 г. Фейнман защитился в Принстонском университете, получив степень доктора философии, и продолжил там работать свободным исследователем. В 1940-х гг. принял самое непосредственное участие в создании ядерного оружия, проведя много уникальных исследований в Лос-Аламосской лаборатории. В 1950-е гг. профессорствовал на кафедрах физики Корнелльского университета и Калифорнийского технологического института в Пасадене. Основные работы Фейнмана связаны со специальными вопросами квантовой электродинамики, квантовой механики и статистической физики. С помощью созданной Фейнманом современной версии квантовой электродинамики ученым удалось успешно преодолеть многие трудности, связанные с применением квантовой механики в теории взаимодействия электронов и других заряженных элементарных частиц с электромагнитным полем.

В конце 1940-х гг. ученому удалось разработать оригинальные схемы, иллюстрирующие возможные превращения элементарных частиц. Они были названы «диаграммы Фейнмана». В 1958 г. совместно с М. Гелл-Манном Фейнман предложил новую количественную теорию слабых взаимодействий, а в 1969 г. – новую модель нуклона. В 1972 г. он создал полуфеноменологическую картину генерации новых частиц при их столкновениях и разработал метод интегрирования по траекториям квантовых объектов. В последние годы Фейнман занимался разработкой теории квантованных вихрей в сверхтекучем гелии и настойчиво делал попытки применить методы теории возмущений в задаче квантования гравитационных полей. Кроме всего прочего, он был замечательным педагогом и одним из создателей знаменитого университетского курса лекций по физике.

Фейнман – Нобелевский лауреат 1965 г. по физике «за фундаментальный вклад в развитие квантовой электродинамики, имевший глубокие последствия для физики элементарных частиц».

Мюррей Гелл-Манн (р. 1929)

Выдающийся американский физик-теоретик родился в Нью-Йорке, в семье иммигрантов из Черновцов. После окончания средней школы в возрасте 15 лет успешно поступил в Йельский университет, а затем в аспирантуру Массачусетского технологического института, где и защитил докторскую диссертацию по физике. В 1952 г. перешел в Чикагский университет, где работал с Энрико Ферми. В возрасте 23 лет положил начало «кварковой» революции в физике элементарных частиц, опубликовав основополагающую работу по новым характеристикам микрочастиц – «странностям» и «очарованиям».