Читать книгу "Нильс Бор. Квантовая модель атома - Хайме Наварро"

ЛИНЕЙНЫЕ И ЦИКЛИЧЕСКИЕ УСКОРИТЕЛИ

Гонка строительства все более мощных ускорителей частиц в 1930-е годы имела конкретную цель: контролировать в лаборатории явления высокой энергии, которые на тот момент были возможны только в непредсказуемых процессах космических лучей. Чтобы ускорить частицы при высокой энергии, нужно чтобы они были электрически заряженными. Нейтральные частицы, такие как нейтроны или сами атомы в обычном состоянии, могут быть ускорены, только если что-то предварительно ускоренное столкнется с ними. Есть два вида ускорения частиц с электрическим зарядом: линейное и циклическое. В первом случае частицы ускоряются электрическим полем: создается разница потенциалов между концами трубки, образуется электрическая энергия, ускоряющая заряженную частицу. Существенный недостаток этой техники: сложно создать большие разницы потенциалов без произведения электрического разряда, который бы их аннулировал. В циклических ускорителях используются одновременно электрическое и магнитное поля. Первое служит для небольшого ускорения частицы, а второе — для искривления ее траектории, чтобы частица вновь прошла через электрическое поле и вновь была ускорена. Так достигают того, чтобы одно и то же электрическое поле давало много импульсов заряженным частицам, чем увеличивало бы их скорость.

Циклотрон Калифорнийского университета, 1939 год.

Радиоактивность всегда рассматривали как форму проникающей энергии, с помощью которой можно сжигать и разрушать недоступные ткани. Так, вскоре радиоактивность более или менее успешно была направлена на борьбу с раком. Хевеши рассуждал иначе и занялся производством радиоактивных материалов, химические и биологические свойства которых были хорошо известны. Энергия излучения этих веществ должна быть очень низкой, но достаточной для обнаружения с помощью очень чувствительных приборов. Получив эти изотопы, их вводили в тело живого существа и прослеживали маршрут благодаря радиоактивности. С помощью этого метода можно было обнаружить, например, препятствия, вероятные признаки аномалии, порока развития или опухоли.

РАСЩЕПЛЕНИЕ ЯДРА

Из всех частиц, которые были обнаружены в 1930-е годы, нейтрон стал «звездой» физики. Ввиду его нейтрального заряда было относительно легко использовать нейтроны для исследования внутреннего строения ядра, поскольку они им не притягивались и не отталкивались. Многие физические лаборатории в Европе и некоторые в США и Японии занимались ядерным исследованием с помощью нейтронов. Вскоре было замечено, что иногда при бомбардировке атомов нейтронами последние поглощаются ядром, в связи с чем оно превращалось в другой изотоп этого же самого элемента. Но новые ядра были нестабильны, поэтому быстро распадались, испуская радиоактивность. Так перешли к изготовлению новых радиоактивных элементов. Особенно завораживающими были трансурановые элементы — те, что шли за ураном в периодической таблице.

Проект, который навсегда изменил ядерную физику, реализовали Лиза Мейтнер, Отто Ган (1879-1968) и молодой химик Фриц Штрассман (1902-1980). Было ясно, что если физическая часть заключается в бомбардировке атомов нейтронами, то для анализа полученных атомов нужны химики. Но в 1938 году Мейтнер, имевшая еврейские корни, была вынуждена покинуть Берлин, и проект остался в руках Гана и Штрассмана. У Мейтнер возрастало ощущение, что какая-то из их гипотез неверна, поскольку поведение трансурановых элементов не совпадало с ожидаемым.

Говорят, что на встрече в Институте Бора в Копенгагене Мейтнер посоветовала Гану снова проанализировать эти элементы в надежде, что на самом деле они не трансурановые, а что это барий, элемент 56 периодической таблицы. Если бы все обстояло так, то результатом бомбардировки ядер нейтронами был бы не элемент с большим атомным номером, а расщепление ядра. По возвращении в Берлин Ган и Штрассман провели анализ, который предложила Мейтнер, и убедились в ее правоте. Ядро разделилось посередине.

Казалось, что у манипуляций с атомными ядрами нет предела. Можно было расщеплять ядра, используя нейтроны в качестве снарядов. Идея была не нова. С тех пор как Эйнштейн вывел уравнение Е=mc2, научная фантастика увлеклась возможностью трансформации материи в энергию, чтобы получить ее неограниченный источник. Но на пороге Второй мировой войны фантастика стала ужасающей реальностью. Когда были заложены научные методы деления ядра, использование такой энергии в целях разрушения стало вопросом времени.

ГЛАВА 5

Мир во время войны

Две мировые войны XX века изменили облик науки. Прежде считалось, что наука — это чистое знание, не имеющее коммерческого или милитаристского применения. Но это оказалось не так, и две войны окончательно опровергли миф о безгрешности науки. Бора и его школу тогда постигло жесточайшее разочарование: нацистские преследования, изготовление и испытание атомной бомбы в Японии.

С начала войны Нильс Бор умело добывал финансирование для своих проектов. Фонд «Карлсберг» и датское правительство были основными его покровителями, пока он учился в Копенгагене, затем в Кембридже и Манчестере, а также в первые годы существования Института теоретической физики. Но этих источников вскоре оказалось недостаточно для реализации плана по расширенйю, который был на уме у Бора.

В ходе первой поездки в США в 1923 году физик лично связался с фондом «Рокфеллер». Нобелевский лауреат прошлого года, он воспользовался своим международным авторитетом, чтобы убедить руководителей фонда поучаствовать в расширении института и принять на себя часть расходов ряда исследователей, желавших поработать в институте некоторое время. Этот визит помог Бору установить постоянные отношения с различными филантропическими организациями, связанными с фондом «Рокфеллер».

На самом деле Бор был первым получателем средств от International Education Board (IEB) — агентства, зависевшего от фонда «Рокфеллер» и основанного в том же самом 1923 году. Его целью было поощрять научные исследования в мире. Именно это агентство больше других способствовало тому, чтобы будущие американские ученые получили образование в лучших университетах и исследовательских центрах Европы. Таким образом, предполагалось, что в США постепенно будет сформирована научная база, пусть даже этот процесс затянется. Но в 1930-е годы ход истории ускорился.

РОКФЕЛЛЕР И НАУКА

Джон Рокфеллер (1839-1937) был, пожалуй, самым богатым человеком в новой и новейшей истории. Он родился в штате Нью-Йорк и сделал состояние на нефтяной монополии, которой он добился во второй половине XIX века. Говорят, что с самого первого своего жалованья Рокфеллер передавал часть денег на образовательные и санитарные нужды в местную церковь. И в этом были основные цели всей его благотворительности, например создание Чикагского университета и нескольких лучших медицинских центров в мире. После Первой мировой войны значительные средства фонда «Рокфеллер» были направлены на развитие науки. Следуя популярной в то время идее, Рокфеллер был убежден, что прогресс позволит избежать новых войн. Идея основывалась на несколько наивной вере в то, что наука морально и идеологически нейтральна.