Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана - Джеймс Глик

Дожидаясь, пока военная полиция одобрит его пропуск, Фейнман провел в уме некоторые расчеты для гипотетического промежуточного реактора, который можно было назвать водяным бойлером. Вместо урановых и графитовых стержней в нем можно было бы использовать растворенный в воде уран с большим содержанием изотопа 235. Водород, присутствующий в воде, позволял увеличить эффективность во много раз. Ричард попытался сообразить, сколько понадобится урана. На протяжении нескольких недель он продолжал обдумывать эту задачу, то откладывая идею, то снова возвращаясь к ней. Он детально продумывал геометрию столкновений нейтронов с водородом и наконец пришел к неожиданной мысли. Возможно, в идеальном варианте потребуется меньше урана, чем предполагалось ранее. Ричард преобразовал уравнения таким образом, чтобы можно было бы свести решение к использованию минимального принципа, его любимого способа в тот период. Он разработал теорему для пространственного распределения расщепляемого вещества и обнаружил, что его неоднородность распределения не будет иметь принципиального значения при использовании реактора столь небольшого размера. Когда обогащенный уран наконец начал поступать в Лос-Аламос, был изготовлен вариант бойлера в виде тридцатисантиметровой сферы, расположенной внутри изготовленного из черного оксида бериллия куба, размеры граней которого составляли порядка метра. Куб был установлен на столе, огороженном тяжелой бетонной стеной на дне укрытого соснами каньона Омега. И все это сооружение находилось на расстоянии нескольких километров от основного объекта. Это был первый крупномасштабный экспериментальный источник нейтронов, и впервые угроза взрыва была вполне реальна. Для всех теоретиков, принимавших участие в проекте, именно элементы первой проблемы стали лейтмотивом их временной работы: траектории нейтронов, смеси малоизученных металлов, радиация, тепло, вероятность.

Пока тянулся слякотный апрель, ученые продолжали прибывать в Лос-Аламос, и их количество уже достигло тридцати. Они приезжали во временный офис в Санта-Фе, а затем исчезали в пустынной местности, окружающей этот городок. Если бы они посмотрели на место своего назначения с воздуха, то увидели бы, что комплекс, в который они направляются, расположен на плоском выступе, образованном застывшей лавой, извергнутой из кратера спящего вулкана. Но пока они знали лишь номер абонентского ящика для писем — P. O. Box 1663, и в их водительских правах появилась специальная отметка «В». Но не все меры, предпринятые, чтобы обеспечить безопасность, могли сдерживать интерес и развеять подозрения местного населения.

Любой местный полицейский, остановивший Ричарда Фейнмана на дороге к северу от Санта-Фе, увидел бы удостоверение некоего инженера, в котором вместо имени указывался только номер 185, занесенный в специальный список «В», и подпись которого не требовалась. Само название Лос-Аламос едва ли что-то значило. Каньон? Школа для мальчиков? Подъезжая к объекту, ученые чаще всего могли видеть бывшего университетского преподавателя, забрасывающего назойливыми инструкциями бригаду военных строителей. Если Оппенгеймер оказывался рядом и мог поприветствовать вновь прибывших лично, из-под полей его уже тогда знаменитой шляпы раздавалось: «Добро пожаловать в Лос-Аламос, но, черт возьми, кто вы такой?» Первым знакомым человеком, которого встретил Фейнман, был его товарищ по Принстону Пол Олум: тот стоял прямо на дороге с папкой-планшетом и отмечал каждый прибывший грузовик. Первое время Ричарду приходилось спать на одной из составленных рядком кроватей на балконе здания школы. Еду доставляли из Санта-Фе в коробках для ланча.

Вокруг царила суматоха. Стройка была в самом разгаре: цемент застывал на открытом воздухе, отовсюду раздавались звуки циркулярной пилы, и только теоретики имели все необходимое для работы — одну грифельную доску на колесиках. Официальная церемония «закладки первого камня» состоялась 15 апреля. Оппенгеймер пригласил всех теоретиков, а также некоторых физиков-экспериментаторов и химиков, чтобы официально объявить о том, на что раньше только намекали. Им предстояло создать бомбу, оружие, работающее устройство, механизм, способный сконцентрировать потоки нейтронов, необходимых для ядерной реакции, в небольшом объеме пространства в течение малого интервала времени для того, чтобы спровоцировать взрыв. В начале выступления Фейнман осторожно записал в своем блокноте: «Не обязательно говорить о том, что мы должны обсудить, скорее, стоит обсудить то, над чем мы работаем». Командам из Беркли и Чикаго было известно значительно больше. По крайней мере, складывалось такое впечатление. Для расщепления атома обычного урана требовалось, чтобы он столкнулся с быстрым, обладающим большой энергией нейтроном. Каждый атом сам по себе был маленькой бомбой: он распадался с выделением энергии и высвобождением новых нейтронов, которые, в свою очередь, ударяли соседние атомы урана. Нейтроны же, как правило, замедлялись, и их скорость становилась ниже порогового значения, необходимого, чтобы вызвать расщепление других атомных ядер. Цепная реакция в этом случае сама себя не поддерживала. А вот более редкий изотоп урана-235 был способен распадаться при столкновении с медленными нейтронами. Если бы основная масса урана состояла из таких менее стабильных атомов, нейтроны чаще находили бы свои цели, и цепная реакция могла бы поддерживаться более длительное время. При использовании чистого урана-235 взрывную реакцию получить можно, но его на протяжении нескольких месяцев удавалось получать лишь в микроскопических количествах. Другой способ спровоцировать цепную реакцию заключался в том, чтобы поместить радиоактивную массу в металлический купол, от внутренней поверхности которого нейтроны могли бы отражаться по направлению к центру, что привело бы к усилению их воздействия. Перед аудиторией, состоящей из тридцати человек, каждый из которых к этому моменту уже сам излучал почти осязаемую энергию нервозности, с описанием различных свойств куполов выступил худощавый советник Оппенгеймера Роберт Сербер. Фейнман быстро записывал: «…отражает нейтроны поддерживает бомбу на уровне критической массы не поглощающий равномерный фактор 3 в массе хороший взрыв…» Он быстро набросал несколько диаграмм. От обсуждения вопросов ядерной физики перешли к рассмотрению проблем, для решения которых надо было использовать методы гидродинамики, науки отнюдь не молодой, но от этого не ставшей менее понятной. Пока нейтроны выполняли свою работу, бомба нагревалась и расширялась. В ключевые моменты времени возникали ударные волны, перепады давления, краевые эффекты. Их сложно было рассчитать, и долгое время теоретики проводили расчеты вслепую.

Создание бомбы в корне отличалось от разработки теории квантовой электродинамики, где почва уже была подготовлена великими учеными. Здесь задачи были новыми, лежащими на поверхности, и поэтому — что немало удивляло Фейнмана — простыми. Ричард добился успехов, решив ряд вопросов, поднятых в первых лекциях, вознаградив себя за длительный период блуждания во тьме чистой теории. Однако возникали всё новые сложности.

«Многое из того, что необходимо было сделать, предстояло сделать впервые», — писал позже анонимный летописец тех событий, тайно работавший на другое лицо. Этим летописцем был Фейнман, занявшийся столь несвойственным ему делом по просьбе бывшего декана Гэрри Смита. Пытаясь подытожить те проблемы, что встали перед теоретиками в Лос-Аламосе, Ричард добавил: «без соответствующей подготовки». И далее: «материалы, которые долгое время были практически недоступны». Он написал «материалы», потому что не мог заставить себя написать уран или плутоний после нескольких лет эвфемизмов вроде трубосплава и 49. Теоретики ожидали трубосплав с таким же нетерпением, как и экспериментаторы. Могли потребоваться и более обычные материалы, так что по запросу лаборатории из Форта Нокс доставили две полусферы из чистого золота, каждая размером с половину баскетбольного мяча. Однажды, проводя экскурсию для Смита, Фейнман обратил его внимание на то, что он рассеянно пинал одну из них, а теперь она служила ограничителем для двери. На запрос о поставке осмия, плотного нерадиоактивного металла, они получили отказ, когда выяснилось, что требуемое количество превышало все мировые запасы. Ну а для того, чтобы получить требуемое количество урана-235 и плутония, лаборатории пришлось бы ждать, пока мировые запасы увеличатся в миллионы раз.