Роберт Оппенгеймер — разрушитель миров [Veritasium]
[музыка] Джулию с Роберта Оппенгеймера был возможно важнейшим физиком в истории человечества. Нобелевские премии ему не присуждали. Однако он повлиял на мир сильнее, чем большинство её лауретов. Под началом Оппенгеймера лучшие физики 20 века сконструировали атомную бомбу и необратимо изменили ход истории. Может, погибнуть он повлиял на каждую войну и каждый мирный договор после Второй Мировой. Он изобрел то, чем человечество может себя уничтожить.
Это видео об устройстве атомной бомбы, о жизни Оппенгеймера и о том, почему учёные боялись, что ядерный взрыв может поджечь атмосферу и покончить жизнь на Земле. Когда ему было 21 год, Роберт Оппенгеймер положил яблоко, накачанное ядовитыми веществами, на стол своего преподавателя по физике Патрика Блэкета. Он был экспериментатором и заставлял Оппенгеймера оттачивать навыки в том, что Роберту не давалось в экспериментальной работе.
Роберт и так проводил целые дни в подвальной лаборатории Джей Томсона, пытаясь изготовить тонкие пленки из бериллия для изучения электронов. Оппенгеймер был неуклюж, так что выходило у него неважно. Вскоре он начал избегать работы в лаборатории, всё больше слушал лекции и читал научные журналы. В 1925 году Оппенгеймер увлекся новым разделом физики - квантовой механики. Он был окружен блестящими физиками, среди них - Резерфорд и Чедвик, но не мог побороть уныние.
Он писал: "Дела идут довольно скверно, работать в лаборатории невыносимо скучно. У меня плохо получается, кажется, я ничему тут не учусь." Однажды, зайдя в спальню, которую Оппенгеймер называл "скорбной берлогой", его друг увидел, как тот катается по полу и стонет от душевных страданий. Именно в таком настроении Оппенгеймер и решился отравить Блэкита. Детали этого события затерялись, что было в яблоке, до конца не понятно.
Летом 1926 года Роберт отправился в Гёттингский университет. Факультет в то время возглавлял Макс Борн, который всего за два года до этого вел термин "квантовая механика". Проборно говорили как о вдумчивом и тактичном преподавателе, он был наставником Вернера Гейзенберга, Вольфганга Паули, Энрико Ферми и Юджина Викнера. Это по сути главные имена в квантовой механике. Сам Оппенгеймер попал в группу не менее заметных ученых, среди которых были Пользе Рак и Джон фон Нейман.
Исследователи в Кембридже тяготели к экспериментам, а вот в Гёттинге не больше внимания уделялось теории. Под началом Макса Борна талант Оппенгеймера расцвёл. Улучшилось его психологическое здоровье. Нашлось сообщество, в котором все, как и он, были невероятно увлечены физикой. 14 ноября 1926 Роберт писал своему младшему брату: "Мне кажется, сложные слова Бога и почти приятно его способности."
В 23 Оппенгеймер защитил диссертацию по физике. Она была написана на немецком и касалась квантовой теории непрерывных спектров. За два года в Гёттинге Оппенгеймер опубликовал больше десятка работ. Многие он писал, опираясь на работы Вернера Гейзенберга, который был всего на три года старше. Лично они познакомились в 1927, тогда же вышла революционная статья Гейзенберга о принципе квантовой неопределенности.
По имеющимся свидетельствам, эти двое подружились. Ничего не предвещало, что всего лишь через 15 лет они наперегонки будут изобретать первую ядерную бомбу: Оппенгеймер для США, Гейзенберг для нацистской Германии. В те времена считалось, что невозможно получить хоть сколько-то значительное количество энергии из радиоактивных атомов. В 1933 Эрнест Резерфорд, под началом которого Оппенгеймер работал в Кембридже, писал: "Любой, кто ожидает найти источник энергии в трансформации атомов, несёт вздор."
Эйнштейн в том же году сказал: "Нет ни единого указания на то, что мы когда-нибудь сможем завладеть энергией атома. Для этого нужно расщепить атом." Так как же разбить ядро атома? Можно взять протон, разогнать его в сильном электромагнитном поле и врезаться им в ядро. Именно так поступили в 1932 году Джон Кокрофт и Тернер. Они разбили ядра лития потоком протонов. За это достижение позже их наградили Нобелевской премией.
Но протоны имеют положительный заряд, а значит, отталкиваются от ядер, у тех заряд с таким же. Чтобы преодолеть силу отталкивания, пришлось разогнать протоны. В 1932 году был открыт нейтрон - субатомная частица, на десятую часть процента тяжелее протона. У неё заряда нет, и ядро её не отталкивает. В 1933 Лео Сила задумался о том, как разбить ядро атома с помощью нейтрона. "Я вдруг осознал, что если в достаточном количестве взять вещество, атом которого можно разбить нейтранами и которые выделит два нейтрона, поглотив до этого только один, то можно добиться ядерной цепной реакции."
Вот только никто не знал, существует ли вещество с подходящими свойствами. 29 января 1939 года перспективный молодой физик сидел в парикмахерском кресле. Внезапно он вскочил на ноги прямо посреди стрижки и бегом бросился к Оппенгеймеру. Успешно расщепили с помощью нейтронов, после чего стал математически доказывать, почему именно это невозможно. На следующий день Альварес повторил эксперимент и предложил Оппенгеймеру стать свидетелем. Позже он писал: "Не прошло и 15 минут, как он не только признал, что реакции действительно происходят, но и предположил, что выделяющиеся в процессе нейтроны можно пустить на разделение других атомов, что позволит вырабатывать энергию или создавать бомбы."
Когда расщепляется атом урана 235, он теряет часть массы. Она выделяется в виде энергии. Согласно уравнению Эйнштейна, этой энергии очень мало, примерно в 20 раз меньше, чем нужно, чтобы поднять песчинку на высоту толщины листа бумаги. Урана их около триллиона триллионов. Так что не так уж мало.
В августе 1939 подписал письмо, адресованное президенту. В 1941 неформальная группа по урану стала комитетом С-1, который был обязан докладывать напрямую в Белый дом. Была конкретная цель - разработать атомную бомбу. В мае 1942 комитету присоединился Оппенгеймер, его назначили координатором быстрого разрыва. Почему выбрали именно его? [музыка] Защитив диссертацию, Оппенгеймер стал преподавать физику сначала в Беркли, потом в Политехе. Успехи, которые он продемонстрировал под началом Макса Борна, не померкли, напротив, его ум теперь сиял ещё ярче.
Но вёл по странному карьерному пути. За 15 лет после получения степени, Оппенгеймер сказал свое слово в ядерной физике, квантовой теории поля и даже астрофизики. Мари Гелман, на вопрос о том, почему Оппенгеймеру не дали Нобелевку, отвечал: "Он не обладал 'зиц фляйш' - вольный перевод с немецкого 'железной же усидчивостью', которая позволяла бы ему долго и кропотливо работать над сложными задачами. Он не писал больших статей, не делал долгих вычислений. Ему не хватало терпения."
Вольфганг Паули говорил: "У него отличные идеи, но расчеты всегда неверны." Западный физик отлично умел общаться с людьми, это был харизматичный, прирождённый лидер. Сочетание харизмы и живого ума, которые генерируют интересные идеи, сослужило ему отличную службу на следующем этапе жизни. 18 сентября 1942 он возглавил проект "Манхэттен". В первый день он заказал 1200 тонн урановой руды, на следующий распорядился о том, необходимом для обогащения.
Главе лаборатории, которая в скором времени будет открыта, Геймеру по сути назначили главным конструктором. У военных были свои опасения: Оппенгеймер не был Нобелевским лауреатом. Вдруг остальные ученые откажутся подчиняться его распоряжениям и не признают его руководителем. К тому же он не имел опыта управления такими масштабными проектами. Кроме того, Оппенгеймер был физиком-теоретиком, по словам Исидора Рабби, совсем не отличался практичностью и ничего не знал об оборудовании. Ещё мешал вопрос о политических взглядах Оппенгеймера.
Он был связан с Коммунистической партией, а его супруга Кэтрин и вовсе в ней состояла. Но Оппенгеймер сумел произвести впечатление на Гросса. Генерал оценил его невероятное честолюбие и считал незаменимым качество способности ученого вникать в вопросы не только физики, но и химии, технологий, металлургий. Гросс считал Оппенгеймера настоящим гением. Он говорил, что этот человек разбирается во всем, с ним можно обсуждать любые темы. Хотя они совсем не похожи: Оппенгеймер весил вдвое меньше, чем Гросс, хотя в обоих было около метра 80. Оппенгеймер во взглядах склонялся к коммунизму, Гросс был убежденным консерватором.
Но всё равно он был уверен, что под руководством Оппенгеймера США успеет разработать атомную бомбу раньше Германии, а остальное не важно. Было по-настоящему гениальным шагом - нужно было где-то разместить так, чтобы он оставался в тайне и вне досягаемости. Оппенгеймер предложил Лос-Аламос в штате Нью-Мексико. Побывав там в молодости, он влюбился в суровую пустыню, искал. В 1929 году в письме другу Оппенгеймер признавался: "две мои возлюбленные - физика и Нью-Мексико. Жаль, что их нельзя объединить."
Однако, предлагая Лос-Аламос, он недооценил масштаб логистических сложностей. В 1943 Оппенгеймер думал, что для разработки бомбы ему нужны шесть учёных и несколько инженеров и технических специалистов. Оказалось, он ошибся на два порядка! В итоге 764 учёных в Лос-Аламосе, 302 из них всего в разработке атомной бомбы так или иначе принимали участие. 600 тысяч человек к этому моменту, она перестала казаться чем-то невероятным и считалась вполне возможной.
2 декабря 1942 года в университете Чикаго под руководством Энрика Ферми собрали первый в мире искусственный ядерный реактор - чикагскую поленницу. 1,45 тонн урана и оксида урана и 330 тонн графитовых блоков поместили реактор, что довольно жутко - под трибунами футбольного поля. Генератор вырабатывал примерно пол-ватта энергии. Однако если получился ядерный генератор, то ничего не мешает сделать атомную бомбу. Единственное их существенное различие в том, сколько нейтронов врезаются в атомы, заставляя их выпускать новые нейтроны при распаде.
Если среднее число один, мы получим стабильную цепную реакцию с постоянной интенсивностью. Если меньше одного, реакция затухнет, а если больше одного, реакция начнет нарастать. Это так называемый коэффициент размножения. В этом смысле ядерная реакция похожа на пандемию. Самый простой способ сделать атомную бомбу - это собрать в одном месте достаточно делящегося материала, чтобы началась неуправляемая ядерная цепная реакция. Нужное количество материала называют критической массой.
Для урана 235, например, это около 52 кг, из которых получится сфера диаметром 17 см, а для плутония 239 - значительно меньше - 10 кг и сфера диаметром 10 см. Первые несколько лет учёные строили бомбу по так называемой пушечной схеме. Работала она примерно так: внутри два бруска урана 235, масса каждого ниже критической. При помощи обычной взрывчатки, например, один брусок выстреливается в направлении другого. Их общая масса уже выше критической: когда между урановым снарядом и мишенью остается около 25 см, начинается цепная реакция.
А дальше происходит атомный взрыв. Это довольно простая конструкция, но не очень эффективная: расщепляется только небольшая часть ядер урана, что снижает мощность взрыва. К тому же есть ряд неожиданных проблем: например, чтобы урановые снаряды проходили по стволу гладко, поверхность надо смазать маслом. Но все синтетические масла, которые испытывали учёные, высыхали. Выяснилось, что для этих целей годится только спермацитовое масло - особый жир кашалотов.
Уран-235, который подходит для бомб, в природе составляет всего около 70 процентов от всех запасов урана. Когда уран-235 поглощает нейтрон, ненадолго превращается в уран-236, а потом разделяется на две примерно равные части, высвобождая в среднем 2,4 нейтрона. Но большая часть добываемого урана 238 с которым такого не происходит. Однако был другой вариант: в начале 1941 открыли новый элемент, точнее сказать, синтезировали. При поглощении нейтрона уран-238 становится ураном 239. Уран-239 нестабилен и превращается в Нептун, а он, в свою очередь, в плутоний.
В этой истории важны три вещи: первое, плутоний 239 - отличное топливо для атомной бомбы. Его критическая масса всего около 10 кг. Второе, получить плутоний легче, чем заниматься обогащением урана. И третье, он не подходит для пушечной схемы - реагирует слишком рано, до плотного контакта снаряда и мишени, и полноценного взрывания происходит. Но бомба на основе плутония всё-таки возможна: критическая масса зависит от плотности вещества.
При нормальном давлении 6 кг плутония 239 не взорвутся. Но если увеличить давление, сжаты ближе друг к другу и вырастет шанс, что случайный нейтрон врежется. Чем выше плотность, тем ниже критическая масса. С помощью контролируемого взрыва вокруг сферы из плутония материал можно сжать так, чтобы начать цепную реакцию. Таков был замысел так называемой имплозивной схемы. Есть пара способов сделать критическую массу еще меньше: можно обернуть сферу материалом, который отражает нейтрон, что снизит количество необходимого атомного топлива.
А ещё можно добавить некий источник нейтронов, чтобы запустить реакцию. Первые бомбы такого типа использовали инициатор нейтронов, который называли ёжик - маленький шарик весом всего 7 граммов. Его поместили в самый центр бомбы. Инициаторы изготовили из бериллия, полония, разделённых перегородкой из никеля и золота. Замысел такой: ударная волна взрывчатки. Ведь до этого атомных бомб никто не делал. Оппенгеймеру и его команде надо было действовать быстро.
Уже наступил 1945 год. Труман хотел провести первое испытание до Потсдамской конференции, той самой, на которой Труман, Черчилль и Сталин собирались обсуждать послевоенную программу мира. Конференция начиналась 17 июля, самая ранняя дата, когда можно было проводить испытания, выпадала на 16. На этот день их и назначили. Кодовое название — накануне испытаний. Оппенгеймеру было не спокойно: столько всего могло пойти не по плану.
Последние тесты взрывчатых частей без ядерного заряда провалились. Он попытался успокоить себя, повторяя строки из древнеиндийской поэзии. К слову, среди яростной битвы сильнее того, что бомба не сработает. Он боялся, что она сработает слишком хорошо. Примерно в 1942 году Оппенгеймер обсуждал с Артуром Комптоном жуткий сценарий. Могут ли испытания ядерной бомбы привести к концу света?
Опасения сводились к тому, что из-за взрыва температура поднимется настолько, что начнется реакция синтеза. В атмосфере содержится немного газообразного водорода - одна часть на два миллиона. Оппенгеймер боялся, что при достаточно высоких температурах и давлении этот водород начнет соединяться. А от высвободившейся энергии тоже будет происходить с другими атомами водорода, еще больше водорода высвободится из пара. Синтез вступит еще, и он это выпустит еще больше энергии. Реакция будет нарастать и нарастать, пока вся атмосфера Земли не окажется ядерным огнём.
В 1959 году большинство ученых быстро поняли, насколько это маловероятно, и продолжили работать над проектом. Опасения Оппенгеймера никто не воспринял всерьез. Но вот мысль о том, что ядерный взрыв может запустить реакцию синтеза, после войны станет очень важной. Испытание Тринити запланировали на 4 утра, но задержали из-за сильного ветра. В 5 часов 29 минут 21 секунду первая в мире атомная бомба сдетонировала. Направленный взрыв сжал плутоний, и заряд от ударной волны смешались, высвободив нейтрон. Инициатор сработал, он запустил ядерную реакцию, и теперь её нельзя было остановить.
Всего от 6 кг плутония прогремел взрыв мощностью почти 25 тысяч тонн тротила. Ощущалась более чем за 160 км от эпицентра. Вытянулось 6 августа 45 Boeing B29 - летающая крепость сбросил на Хиросиму атомную бомбу пушечной схемы - малыш. В ней было 64 кг обогащенного урана. Нитроцеллюлоза загорелась, урановый снаряд столкнулся с мишенью, что привело к превышению критической массы. Взрыв мощностью 15 тысяч тонн тротилового эквивалента оборвал жизни почти 70.000 человек.
Еще столько же погибли за следующие месяцы от ожогов и лучевой болезни. Прошло три дня, и плутониевую бомбу имплозивной схемы сбросили на Нагасаки, что привело к смерти еще 80 тысяч человек. Больше 95 процентов из 225 тысяч погибших в результате бомбардировки были мирными жителями: большинство - женщины и дети. В 1965, рассказывая об ощущениях, некоторые смеялись, некоторые плакали, с большинство молчали.
Мне на ум пришла строчка из индуистского писания - из "Бхагавадгиты". Вишну, пытаясь убедить принца выполнить свой долг, чтобы произвести впечатление, принимает свою многорукую форму и говорит: "Я смерть, Разрушитель миров." Полагаю, мы все тогда так или иначе думали об одном и том же. После войны Оппенгеймера назвали национальным героем. Его портрет появился на обложке "Тайм". Его имя стало повсеместно известным. В 1947 он возглавил институт перспективных исследований и занял место председателя в консультативном комитете, где отвечал за вопросы, связанные с ядерным оружием. Над таким оружием в августе 1949 свою первую атомную бомбу испытал Советский Союз.
[музыка] Армия США определилась с курсом и решила разрабатывать еще более мощное оружие - водородную бомбу под названием "супер". Оппенгеймер выступил против поэтическим причинам и из опасений, что начнется гонка вооружений. Но администрация Трумана его не послушала, и спустя три года на островах Маршала прошло испытание первой американской водородной бомбы. Мощность взрыва почти 10,5 мегатонн тротила: это в 400 раз больше, чем испытание Тринити.
Водородная бомба - это три бомбы в одной: обычная, ядерная и термоядерная. Обычный взрыв запускает реакцию распада, от этого температура и давление возрастают до значений, при которых начинают соединяться ядра дейтерия, высвобождая огромное количество энергии. В 1961 году самую мощную за всю историю человечества. Это именно то, чего опасался Роберт Оппенгеймер. Отчасти его противление водородной бомбе и призывы прекратить гонку ядерных вооружений привели к слушаниям о лишении его допуска к гос.достигнутым. Во время его работы над Манхэттенским проектом за Оппенгеймером следили. Но после его ухода наблюдения не отменили. На жучки и прослушку не было незаконных оснований, не ордеров. Его допрашивали о связи с коммунистами и об отношении жены - текла участницы Компартии.
Во время работы Оппенгеймера в Лос-Аламосе по сути его обвинили в госизмене и шпионаже. В декабре 1953 Оппенгеймера лишили доступа к гос. тайне. Его лицо снова появилось на обложке "Тайм". Теперь угрюмое, в черно-белых тонах. В 1964 показалась ему финальная сцена, в которой главный герой осознает, что его работа, а я думаю, все так и считали, волосала. Мы себе определенно, что если бы война не закончилась, если бы её не привели к финальной точке дипломатическими средствами, это оружие сыграло бы свою роль. В то время альтернативные наступательные действия представлялись гораздо более губительными для всех участников, думаю, чем было необходимо, чтобы это стало решительным шагом.
В 1965 Оппенгеймера спросили, что он думает о планирующихся переговорах с Советским Союзом. "Они распространение ядерного оружия" он ответил: "Нужно было это делать на следующий день после Тринити." Чуть позже в том же году Оппенгеймера диагностировали.