Цепная реакция. Неизвестная история создания атомной бомбы - Олег Фейгин

В большом доме, называемом Хоумфилд, с восхитительным видом на залив Канала под новый 1925 год под грудой старого тряпья замерзал голодный, глухой старик. Газовое отопление давным-давно было отключено за долги, денег на уголь не стало еще раньше, а сейчас иссохшее тело покидали последнее силы, которых не хватало даже на то, чтобы разбить на дрова какую-нибудь мебель. Дом был давно заложен и перезаложен, нищенской пенсии хватало только на жизнь впроголодь, а книги, автором которых был хозяин дома, не продавались. Чтобы хоть как-то согреться, старик укрылся большим ворохом всяческих одеял, покрывал и пальто, но предательская дрожь, как и застарелый ревматизм, не отпускали скрюченное тело. В эти последние дни бренного существования его разум продолжал бороться, оставаясь ясным и острым аналитическим инструментом анализа окружающей действительности. Когда немного утихала зябкая дрожь и подагра отступала, из груды тряпья появлялась иссохшая старческая рука, обтянутая пергаментной кожей, и начинала на ощупь перебирать кипу бумаг на странном сооружении у изголовья. Несколько кирпичей поддерживали осколок мраморной плиты от туалетного столика. Впрочем, в комнате подобные конструкции встречались часто, ведь все, что могло гореть, сгорело, поддерживая в старике последнюю искру жизни.

Выбрав из пачки писем листок, рука подносила его к изголовью, и из-под покрывал появлялась растрепанная седая шевелюра. Поднеся страницу к самым выцветшим глазам, старик начинал читать, беззвучно перебирая синеватыми тонкими губами. Письмо было давнее, от безвременно ушедшего друга и единомышленника Германа Герца.

Календарные даты редко совпадают с реальными историческими событиями, поэтому и начало «атомного» XX века историки науки связывают с самыми разными открытиями, преимущественно произошедшими в XIX столетии – «веке пара и электричества». В чем-то исследователи становления атомной науки, безусловно, правы, и первые проблески будущей теории элементарных частиц и сил можно найти еще у гениального Максвелла в его «Трактате об электричестве и магнетизме»[7]. Именно там впервые появились два десятка уравнений с 12 переменными, которые впоследствии Оливер Хевисайд свел к четырем с векторами электрического и магнитного полей. Независимо от него это проделал и выдающийся немецкий физик Герман Рудольф Герц.

…Со времен Юнга и Френеля мы знаем, что свет – это волновое движение… Сомневаться в этих фактах больше невозможно; опровергать эти взгляды непостижимо для физика. С точки зрения рода человеческого волновая теория является очевидностью…

Г. Герц. Исследования о распространении электрической силы

В течение ряда лет уравнения электродинамики в новой форме назывались уравнениями Герца – Хевисайда, однако позже А. Эйнштейн по каким-то своим соображениям переименовал их в своих работах в уравнения Максвелла – Герца. Сегодня они присутствуют во всех школьных учебниках просто как «уравнения Максвелла», что, конечно же, не совсем справедливо по отношению к Хевисайду и Герцу. Итак, именно на системе этих поистине великих уравнений Максвелла – Хевисайда – Герца и построен весь мир окружающих нас электромагнитных явлений, на основе которых работает вся электротехника: от динамо-машин переменного тока до телефона и беспроводного телеграфа, включая и самосветящиеся газовые лампы Теслы.

…Некоторое время старик внимательно вглядывался в выцветшие чернильные строчки и ряды формул. Казалось, далекие воспоминания о выигранной интеллектуальной гонке чем-то подбодрили его и даже немного согрели стынущую в жилах кровь. Поправив гору подушек, он откинулся на них и разразился приступом хриплого кашля. Вытерев бисеринки выступившего пота, старик кряхтя дотянулся до стоявшего у изголовья странного сооружения из покрытых старыми газетами нескольких кирпичей, которое заменяло ему изрубленные на дрова журнальный столик и тумбочки. Зажав в ослабевших руках большую кружку с холодным чаем, еще третьего дня заваренным в помятом медном чайнике, который старик вскипятил на щепках от разбитого ящика, он сделал несколько жадных глотков и опять откинулся на подушки. Все же в сотый раз прочитанное изменило настроение старика и, поджав в неком подобии саркастической улыбки бескровные губы, он порывистым движением достал еще одно письмо, на этот раз пришедшее из-за океана от великого изобретателя… Бережно разгладив листок, испещренный какими-то схемами и чертежами, старик начал внимательно вглядываться слезящимися глазами в дрожащие строчки, одновременно вспоминая такие яркие события из мира науки… канувшие в Лету.

Конец XIX века ознаменовался для исследователей, вооруженных теорией электромагнетизма Максвелла, горячим интересом к процессам прохождения электричества через газы. Большое значение тут имело лекционное турне Теслы по Европе. В ходе этого первого выхода в свет на заседаниях ведущих физических обществ, в том числе Британского королевского, изобретатель демонстрировал самые различные конструкции вакуумированных и газонаполненных баллонов с электродами. Его прообразы последующих «электронных ламп» намного опередили свое время, хотя еще Фарадей серьезно изучал подобные явления. Так, выдающийся экспериментатор сумел выделить самые разнообразные формы разряда, открыв при этом «фарадеево темное пространство», отделяющее синеватое, катодное свечение от розоватого, анодного. Природа катодного свечения очень занимала Фарадея, но он был вынужден ограничиться самыми общими рассуждениями «о яростном столкновении мельчайших частичек материи, возможно, связанных с неделимыми атомами в древнегреческой традиции деления вещества».

Дальнейшие опыты с высокоразреженными газами показали, что давление внутри колб существенно влияет на характер свечения. Этому предшествовали исследования немецкого экспериментатора Генриха Гейсслера, который сумел получить довольно высоковакуумированные колбы, названные «гейслеровыми трубками». Немецкий физик Юлиус Плюккер, экспериментируя с такими трубками, снабженными электродами, заметил, что при определенном напряжении вокруг катода возникает некое зеленоватое свечение. Плюккер также выяснил, что если к колбе поднести достаточно сильный магнит, то свечение начинает отталкиваться от одного полюса, соответственно притягиваясь к другому. Все это прямо указывало на электрическую природу явления. Вскоре стало очевидным, что нечто связанное со свечением перемещается в пространстве между анодом и катодом. Этим феноменом занялись ученик Плюккера, немецкий физик и химик Иоганн Вильгельм Гитторф, и английский физик Уильям Крукс, независимо друг от друга продемонстрировавшие, что при помещении в гейсслерову трубку некого предмета на стекле тут же появляется его тень. В 1876 году в обиход физиков вошел термин «катодные лучи», упомянутый в публикациях германского ученого Эугена Гольдштейна, посвятившего долгие годы тщательному изучению этого таинственного явления.

Через три года Крукс подтвердил материальную природу катодных лучей, посчитав их некой разновидностью «лучистой материи» как вещества, находящегося в особом, четвертом состоянии. Для подтверждения он на основе гейсслеровых трубок создал специальный электровакуумный прибор, названный «трубкой Крукса» и представляющий собой герметичную колбу, заполненную разреженным газом. С двух сторон в трубку Крукса было впаяно по электроду: с одной стороны – катод, подключавшийся к отрицательному полюсу электрической батареи, а с другой – анод, подключавшийся к положительному полюсу. При подаче на электроды высокого напряжения разреженный газ в трубке начинал светиться под воздействием катодных лучей.