Спасти мир от самого себя
Сто лет назад, в сентябре 1933 года, Лео Силарду пришла в голову идея цепной ядерной реакции. Рассказываем непростую историю одного из создателей атомной бомбы и самых активных борцов за ядерное разоружение.
Ядерная физика зародилась в самом конце XIX века и развивалась с головокружительной скоростью. Перечислим лишь несколько самых важных достижений. В 1896 году Анри Беккерель открыл радиоактивность, а уже через год Джозеф Томсон выделил первую элементарную частицу — электрон. На рубеже веков были обнаружены новые химические элементы — радий, актиний, полоний — и их превращения при радиоактивном распаде. Физики бились над строением атома, предлагая одну модель за другой.
Архитекторы ядра
В 1911 году Эрнест Резерфорд, обобщив результаты многих экспериментов, создал ядерную модель атома. По Резерфорду, атом имеет положительно заряженное ядро, занимающее примерно триллионную долю объема атома. Вокруг него, как планеты вокруг Солнца, кружат электроны. Позже оказалось, что движение электронов намного сложнее, и для его описания потребовалось создать квантовую механику. В 1914 году Резерфорд открыл протон и доказал, что тот является ядром атома водорода.
Измерения показывали, что масса и заряд атомных ядер пропорциональны массе и заряду протона. Например, ядро гелия заряжено как два протона, а весит как четыре. Сам собой напрашивался вывод, что ядро состоит из протонов. Но почему тогда масса и заряд ядра, измеренные «в протонах», не совпадают между собой? Кроме того, положительно заряженные протоны отталкиваются друг от друга. Они должны сразу же разлететься, разорвав ядро на части. Почему же этого не происходит?
Некоторое время ученые полагали, что ядро состоит из протонов и электронов — единственных известных на тот момент элементарных частиц. По этой модели, в ядре гелия четыре протона и два электрона. Масса электрона пренебрежимо мала по сравнению с массой протона, так что неудивительно, что ядро весит как четыре протона. С другой стороны, заряд электрона равен заряду протона, но он не положительный, а отрицательный. Два отрицательных заряда компенсируют два положительных. Остаются еще два — как раз заряд ядра гелия. Наконец, притяжение отрицательно заряженных электронов скрепляет протоны, не давая отталкиванию положительных зарядов разорвать ядро.
Это была красивая модель. Но измерения спина (момента импульса) ядра не оставили от нее камня на камне. Вопрос о составе ядра на десятилетия повис в воздухе.
Между тем открытия продолжались. В 1919 году все тот же Резерфорд открыл, что при столкновении ядра азота (заряд 7 протонов) с ядром гелия (заряд 2) образуется протон (заряд 1). Электрический заряд не исчезает в никуда, так что физик заключил, что азот при этом превращается в кислород (заряд 8). Это была первая искусственная ядерная реакция.
Теперь ученые могли не только пассивно наблюдать поведение ядер, но и экспериментировать над ними. Разумеется, они сполна воспользовались этой возможностью. Среди многих важных открытий выделим эксперимент Джеймса Чедвика. В 1932 году он открыл нейтрон — частицу, практически равную по массе протону, но не имеющую электрического заряда.
В том же году Дмитрий Дмитриевич Иваненко и независимо от него Вернер Гейзенберг предположили, что ядро состоит из протонов и нейтронов, а электронов в нем нет. Нейтроны притягиваются к протонам особыми ядерными силами, скрепляя их между собой. Заряд ядра равен числу протонов, а масса — суммарному числу протонов и нейтронов. Так, в упомянутом выше ядре гелия два протона и два нейтрона. Сегодня это уже не остроумная модель, а неоспоримый факт.
Мало кто тогда мог предполагать, как изменит историю это блестящее открытие. Но нашелся человек, который понял это почти сразу. Его звали Лео Силард.
Ученик Эйнштейна
Лео Силард (в другом написании Сцилард) родился в Будапеште в 1898 году. В 1922-м он окончил Берлинский технический университет и влился в плеяду блестящих немецких физиков. Уже через несколько лет, работая под руководством Эйнштейна, молодой ученый стал одним из основоположников статистической термодинамики. В начале 1930-х годов исследователь переключился на бурно развивавшуюся ядерную физику.