Манхэттенский проект

Чикаго, Беркли, Ок-Ридж, Хэнфорд — первые форпосты Манхэттенского проекта — внезапно стали постоянными национальными ядерными центрами. Для получения очищенного урана и плутония в нужном количестве требовалось в кратчайшие сроки создать крупнейшее в истории промышленное предприятие единого назначения. General Electric, Westinghouse, Du Pont, Allis-Chalmers, Chrysler, Union Carbide и десятки более мелких компаний объединились с целью образования новых градообразующих предприятий. В первые месяцы после атаки на Перл-Харбор исследования в области ядерной физики находились на столь низком уровне, что ничего даже отдаленно не предвещало трансформацию, которая в скором времени произошла в стране в сфере военных разработок. Мастерские переоборудовали в соответствии с нуждами и задачами. Принстон смог выделить Уилсону на исследования не более нескольких тысяч долларов. Чтобы получить электронное оборудование, Уилсон разразился настоящей истерикой прямо в кабинете Исидора Раби в лаборатории МТИ. В его команде к тому времени, включая рабочих цеха и технических специалистов, насчитывалось уже тридцать человек. Экспериментальное оборудование состояло из одной нескладной трубы длиной примерно с автомобиль, к которой подсоединялись трубки поменьше и электропровода. Теоретическое подразделение команды состояло из двух задиристых аспирантов, сидевших рядом за столами в маленьком офисе.

Они полагали, что смогут выдержать напряжение, связанное с работой над важнейшим национальным секретным проектом. Старший теоретик как-то взял лист бумаги со стола, скомкал его и, передав ассистенту, сказал, чтобы тот выкинул в корзину для мусора.

— Почему не ты?.. — спросил ассистент.

— Потому что мое время ценится больше, чем твое, — ответил Фейнман. — И мне больше платят.

Они измерили расстояние от ученого до корзины для мусора, умножили его на величину заработной платы, продолжая добродушно подшучивать над своей ценностью для ядерной физики. Теоретик номер два Пол Олум взял этот лист бумаги и выкинул его. Он считал себя лучшим студентом-математиком в Гарварде, а в Принстон приехал в 1940 году в качестве второго ассистента Уилера. Уилер познакомил Пола с Ричардом, и уже спустя несколько недель Олум почувствовал себя обескураженным. Он никак не мог понять, что происходит. Неужели физики бывают такими, а он просто упустил это? В Гарварде таких точно не было. Фейнман, жизнерадостный, рассекающий на велосипеде по студгородку, словно мальчишка, презирающий формализм современной продвинутой математики, был на голову выше Пола. И не потому, что Ричард прекрасно считал в уме и вычислял. Олум тоже владел этой техникой. Просто Фейнман был словно с другой планеты, и Олум никак не мог понять ход его мыслей. Он никогда не встречал человека, способного с такой невероятной интуицией воспринимать природу, даже в самых неочевидных ее проявлениях. Он даже подозревал, что, когда Фейнман хотел узнать, как поведет себя электрон в определенных условиях, он просто спрашивал себя: «Будь я электроном, что бы я сделал?»

Фейнман обнаружил огромную разницу между интуитивным теоретическим знанием о том, как будут вести себя электроны в разреженном пространстве, и предсказанием их поведения в громоздком аппарате, наспех собранном из металлических и стеклянных трубок. Фейнман с Олумом работали впопыхах. С самого начала они понимали, что идея Уилсона находится на грани возможного и безнадежного, но на какой именно стороне? Результаты расчетов казались странными. Частенько им приходилось о чем-то догадываться и использовать приблизительные значения, и понять, на каких конкретно этапах работы можно ими воспользоваться, а на каких необходимы точные вычисления, было трудно. Фейнман осознал, что не вполне доверяет теоретической физике, особенно сейчас, когда нет права на ошибку. Техники тем временем продолжали выполнять свою работу. Они не могли себе позволить дожидаться, когда теоретики закончат все расчеты. Фейнман временами думал, что все это напоминает мультипликационный фильм: каждый раз, когда он оглядывался, аппарат «отращивал» новые щупальца-трубы или обрастал новыми дисками и циферблатами.

Уилсон назвал свой аппарат изотрон — довольно бессмысленное слово, образованное по аналогии со словом калитрон (Калифорния + трон), придуманным когда-то его учителем Эрнестом Лоуренсом. Из всех возможных разделительных аппаратов изотрон Уилсона менее всего предназначался для физических объектов. В его контексте атомы рассматривались скорее как «натурализованные обитатели» волнового электромагнитного мира, нежели как миниатюрные шары, которые под действием приложенной силы должны были пройти через отверстия. Сначала в изотроне происходило испарение урана, а затем ионизация атомов, которые при нагреве теряли по электрону и становились электрически заряженными (дырками). Затем магнитное поле приводило их в движение, атомы проходили через отверстия, образуя плотный луч. А потом наступало волшебство, которое и отличало изотрон от всех остальных аппаратов. Волшебство, которое Фейнман отчаянно пытался понять.

В магнитном поле устанавливались пилообразные колебания. Напряжение резко падало и возрастало на радиоволновых частотах. Некоторые атомы урана оказывались в поле, когда напряжение падало до нуля. Другие — чуть позже, когда напряжение возрастало: они ускорялись настолько, что могли догнать атомы, оказавшиеся в поле раньше. Затем энергия снова падала, чтобы вторая группа атомов могла двигаться медленнее. Цель состояла в том, чтобы заставить луч распадаться на пучки, подобно тому, как машины разъезжаются на развязках шоссе. Уилсон прикинул, что длина пучков будет чуть меньше метра. Основная идея заключалась в том, что из-за того, что атомы урана-235 и урана-238 обладают разной массой, их ускорение в магнитном поле тоже будет различаться, и поэтому они будут скапливаться в различных точках аппарата. Уилсон полагал, что если правильно рассчитать время, то пучки каждого из изотопов должны получиться четкими и отличимыми. По мере того как они достигали конца трубы, на них начинало воздействовать другое переменное поле, колебания которого были синхронизированы так, чтобы пучки атомов отклонялись вправо или влево, и изотопы попадали в соответствующие контейнеры.

Однако возникли проблемы. В то время как под действием собственного импульса ионы должны были группироваться вместе, они начинали отталкиваться друг от друга. Кроме того, некоторые атомы теряли не по одному, а по два и более электронов при ионизации, удваивая или утраивая свой положительный заряд, и это вносило погрешности в вычисления Фейнмана. Когда экспериментаторы попробовали приложить более высокое напряжение, чем то, которое рассчитал Фейнман, они обнаружили, что пучки атомов стали отталкиваться назад, а волны отражались, и образовывались вторичные волны. Фейнман испытал что-то вроде шока, когда осознал, что подобные вторичные эффекты появлялись и в его уравнениях. Если бы только он мог убедить себя доверять им! С изотроном тоже все было непросто. Физикам предстояло придумать способ подачи в аппарат уранового порошка, а не стержней, так как стержень мог сплавляться с электродами, разрушая их. Один из экспериментаторов обнаружил, что, устанавливая пламя ближе к концу уранового стержня, он получал искрящийся фейерверк — эдакий невероятно дорогой бенгальский огонь.

Тем временем Лоуренс, выступавший против этой разработки, оказался основным конкурентом Фейнмана. Он работал в Беркли и хотел, чтобы работы по изотрону включили в его собственный проект, оборудование передали ему, принстонскую команду распустили, а все, кто в нее входил, занялись доработкой калитрона, в котором также для создания пучка ионов урана использовались новые технологии ускорения. Ускорение ионов осуществлялось в треке размером примерно один метр: более тяжелые атомы продолжали двигаться дальше, а более легкие попадали прямиком в коллектор. По крайней мере, теоретически все должно было происходить именно так.

Когда генерал Лесли Гровс, новый руководитель Манхэттенского проекта, впервые поднялся на холмы Беркли по извилистой дороге, пролегающей от залива Сан-Франциско, его потрясло, что весь материал, полученный в лаборатории Лоуренса, можно было разглядеть разве что под большой лупой. Хуже того, микроскопический образец не был даже очищенным. Но и при таком раскладе его количество превышало то, что удалось получить принстонской команде. Маленький образец вещества, полученный в изотроне, Фейнман в конце 1942 года на поезде привез в Колумбийский университет. В Принстоне не было оборудования, позволяющего измерить, в каком соотношении находятся изотопы в крошечном кусочке урана. Одетый в потрепанный тулуп, Ричард не смог найти никого, кто бы отнесся к нему серьезно. Он бродил со своим радиоактивным куском урана, пока, наконец, не встретил знакомого физика Гарольда Юри[103], который выслушал Фейнмана. Юри был знаменитым физиком и первым, чьи научные лекции слушал Ричард в Бруклине. Тогда темой доклада была тяжелая вода, и Юри вел семинар вместе с женой бельгийского воздухоплавателя Огюста Пиккара. Незадолго до этого Фейнман познакомился с Юри на встрече, посвященной Манхэттенскому проекту, где присутствовали члены его координационного комитета. Подобным образом он впервые встретился и с Исидором Раби, и с Ричардом Толманом, и с так похожим него, но в то же время так от него отличающимся Робертом Оппенгеймером, который в последующие три года будет оказывать огромное влияние на его жизнь.

Вскоре после поездки Фейнмана в Колумбийский университет прозвучало окончательное решение по принстонскому рискованному проекту изотрона. По рекомендации Лоуренса, отвечавшего за все исследования в области электромагнитного разделения, принстонский проект закрыли. Рабочие характеристики калитрона были лучше, и деньги решили вложить в разработку способа, основанного на использовании более общепринятого процесса диффузии. Для него использовались насосы и трубы, а не магниты и поля, в которых атомы перемещались по случайным траекториям с близкими скоростями, преодолевая на своем длинном пути преграды в виде металлических пластин со множеством микроскопических отверстий. Для Уилсона это стало потрясением. Он полагал, что комиссия действовала не просто поспешно, но и довольно эмоционально. Коллеги же расценили это событие как несомненный проигрыш, личный и профессиональный, в соревновании с бывшим учителем Лоуренсом. Смит и Вигнер в частном порядке высказали другую точку зрения: они предполагали, что при должной доработке изотрон мог бы выиграть эту войну. «Калитрон Лоуренса просто использовал грубую силу, чтобы сконцентрировать лучи в пучок, а затем разделить их, — заметил более молодой член команды. — Наш метод был элегантным». В случае массового производства, когда работали бы тысячи гигантских изотронов, выход продукции был бы значительно больше. Фейнман выполнил детальный расчет проекта строительства масштабного производства с использованием изотронов, работающих по каскадной схеме, когда на каждой стадии возрастает степень очистки вещества. Он учел все, вплоть до оседания частичек урана на стенках прибора и на одежде рабочих. Он рассматривал варианты производительности комплексов из нескольких тысяч машин. И все же такой масштаб производства оказался весьма скромным в сравнении с тем, что произойдет позднее.

В наследство от принстонского проекта Фейнману досталась дружба с Олумом. Дружба, как и многие последующие, интеллектуально насыщенная и эмоционально неравная. Встречи с Фейнманом оставили след в памяти многих молодых физиков и математиков, как яркий свет, впервые озаривший жизнь. Они по-разному приспосабливались к его манере общения. Кто-то признавал его интеллектуальное превосходство и принимал его случайные шутки в обмен на удивительное удовольствие, которое приносила похвала. Кто-то лучше начинал понимать самого себя и уходил из физики. Сам Олум в конце концов вернулся в математику, где чувствовал себя более уверенно. Он работал с Фейнманом во время войны, а потом они отдалились друг от друга. В течение следующих сорока лет они встретятся всего несколько раз. Пол часто будет вспоминать своего старого друга. Когда Ричард умер, Олум был ректором Орегонского университета. Олум понял, что молодой гений, с которым они встретились в Принстоне, сыграл огромную роль в его жизни, и отрицать это бессмысленно. «Моя жена умерла три года назад, — сказал Олум, — тоже от рака».

«…Я часто вспоминаю ее. Признаюсь, у меня есть книги Дика и другие вещи. У меня есть все его лекции и работы. И его фотографии. Статьи из Science о расследовании катастрофы “Челленджера”. Даже последние его книги. У меня сердце сжимается каждый раз, когда я смотрю на них. Как может такой человек, как Дик Фейнман, умереть! Такой великий и замечательный ум.

У него было невероятное восприятие всего и способность видеть во всем только суть и ничего более. Это тяжелая утрата, но от нее никуда не деться. Многие, кого я знал, умерли. Мои родители и мой младший брат… Но такое чувство я испытываю только по отношению к двум людям: своей жене и Дику.

Полагаю, хотя это и не было похоже на детство, мы ведь были студентами, но я чувствовал к нему нечто большее… Не знаю, было это чувство романтичным или что-то в этом роде. И мне невероятно тяжело осознавать, что его больше нет. Он был удивительным, самым необыкновенным человеком во всей Вселенной».