Создание атомной бомбы

Хотя он был замкнут до чопорности, в экспериментальной работе он был неутомим. Иногда он работал по пятнадцать часов подряд, до глубокой ночи, пока не доходил до полного изнеможения; тогда, где-то перед рассветом, он подкреплялся скудной трапезой из сыра и ложился спать на несколько часов, а в полдень завтракал фруктовым салатом. Он был человеком подтянутым, аккуратным в одежде и консервативным и любил своих сестер и овдовевшую мать, которой он регулярно писал непринужденные и теплые, полные любви письма. Когда он заканчивал Оксфорд, приступ сенной лихорадки не позволил ему сдать выпускные экзамены по дополнительным курсам; он терпеть не мог преподавать манчестерским студентам, среди которых было много иностранцев – «индусов, бирманцев, япошек, египтян и прочих индийских подонков»; он испытывал отвращение к их «надушенной нечистоплотности»[357]. Но осенью 1912 года Гарри наконец нашел себе великую тему для работы.

10 октября он писал матери: «Некоторые немцы получают чудесные результаты, пропуская икс-лучи сквозь кристаллы, а затем фотографируя их»[358]. Немцы эти работали в Мюнхене под руководством Макса фон Лауэ. Фон Лауэ обнаружил, что упорядоченная, повторяющаяся структура кристалла позволяет получить из рентгеновских лучей монохроматическую интерференционную картину подобно тому, как зеркальные, разнесенные на малое расстояние внутренняя и внешняя поверхности мыльного пузыря создают цветовую интерференционную картину из белого света. Открытие рентгеновской кристаллографии принесло фон Лауэ Нобелевскую премию. Мозли и Ч. Г. Дарвин приступили к исследованию этой новой области. Они достали необходимое оборудование и проработали всю зиму. К маю 1913 года они научились использовать кристаллы в качестве спектроскопов и заканчивали первую основательную работу. Рентгеновские лучи представляют собой высокоэнергетический свет с чрезвычайно малыми длинами волн. Атомная решетка кристалла разлагает их в спектр приблизительно так же, как призма разлагает видимый свет. «Мы выяснили, – писал Мозли своей матери 18 мая, – что источник икс-лучей с платиновой мишенью создает спектр с четкими линиями пяти длин волн… Завтра мы будем искать спектры других элементов. Речь идет о совершенно новой отрасли спектроскопии, которая непременно должна рассказать нам многое о природе атома»[359].

Затем приехал Бор, и они стали обсуждать старую идею Бора о том, что порядок расположения элементов в периодической системе должен соответствовать росту атомного номера, а не атомного веса, как считали химики. Например, атомный номер урана равен 92; атомный вес самого распространенного из изотопов урана равен 238; более редкий изотоп урана с атомным весом 235 имеет тот же атомный номер. Гарри мог заняться поисками регулярных смещений длин волн в линейчатых рентгеновских спектрах и доказать тем самым справедливость предположения Бора. Атомный номер должен был дать место для размещения в периодической системе всех уже открытых разнообразных физических разновидностей атомов, которые вскоре после этого получили название «изотопы»; атомный номер, определяющий заряд ядра и, следовательно, число электронов в атоме, от которого зависят химические свойства элемента, стал бы веским аргументом в пользу модели атома Резерфорда; линии рентгеновского спектра стали бы дополнительным подтверждением предложенных Бором квантовых электронных орбит. Эту работу Мозли предстояло выполнить в одиночку: Дарвин занялся к тому времени другими вопросами.

Бор вместе с терпеливой Маргрете уехал в Кембридж, чтобы отдохнуть и окончательно довести до блеска свою статью. В конце июля Резерфорд и Мэри отправились в поход по идиллическим горам Тироля. Мозли остался в «невыносимо жарком и душном» Манчестере и продолжал работать в стеклодувной мастерской. «Даже сейчас, около полуночи, – писал он матери через два дня после отъезда Резерфорда, – я снимаю пиджак и жилет и работаю, открыв окна и двери, чтобы впустить хоть немного воздуха. Я приеду к тебе, как только доведу свой аппарат до рабочего состояния, еще до начала измерений»[360]. 13 августа он все еще работал над ним. Он объяснил, чего именно он хочет добиться, в письме к своей сестре Марджери:

Так я хочу найти длины волн рентгеновских спектров как можно большего числа элементов, так как я считаю, что они окажутся гораздо более важными и фундаментальными, чем обычные световые спектры. Чтобы найти длины волн, нужно отражать икс-лучи, идущие от мишени из исследуемого элемента [при обстреле такой мишени катодными лучами]… После этого мне нужно всего лишь определить углы, под которыми они отражаются, и это дает мне длины волн. Я хочу добиться точности порядка по меньшей мере одной тысячной[361].

Боры вернулись в Копенгаген, Резерфорды вернулись из Тироля, а потом наступил сентябрь, время ежегодного собрания Британской ассоциации, которое проходило в том году в Бирмингеме. Бор не собирался там быть, особенно после того, как слишком задержался в Кембридже, но Резерфорд считал, что приехать ему все же следует: вся конференция наверняка только и будет говорить, что о его квантовом атоме и поразительных спектральных предсказаниях. Бор уступил и поспешил приехать. Гостиницы Бирмингема были переполнены. Первую ночь он спал на бильярдном столе[362]. Затем предприимчивый де Хевеши нашел ему койку в общежитии женского колледжа. «И это было очень, очень удобно и удачно», – вспоминал впоследствии Бор, тут же добавляя, что «девушки были в отъезде»[363].

Президент Британской ассоциации сэр Оливер Лодж упомянул работу Бора в своем вступительном слове. Резерфорд рекламировал ее на заседаниях. Джеймс Джинс, специалист по математической физике из Кембриджа, шутливо отметил, что «единственным выдвинутым до сих пор обоснованием этих предположений является веский аргумент их успешности»[364]. Физик из Кавендишской лаборатории Фрэнсис У. Астон сообщил, что ему удалось разделить две разные по весу формы неона путем кропотливого рассеяния большой порции этого газа в трубочной глине, повторенного несколько тысяч раз, – «несомненное доказательство, – отметил де Хевеши, – того, что элементы с разными атомными весами могут обладать одними и теми же химическими свойствами»[365]. Из Франции приехала Мария Кюри, «державшаяся скромно, – говорит А. С. Ив, – замкнуто, хладнокровно и благородно»[366]. Она отбилась от вцепившихся в нее британских журналистов похвалами Резерфорду: она предсказывала, что его работа «вероятно, будет иметь важнейшие последствия». Она назвала его «единственным ныне живущим человеком, от которого человечество может ожидать неоценимых благ»[367].

Осенью этого же года Харальд Бор сообщал брату, что молодые ученые в Гёттингене «не решаются поверить, что в [твоей статье] может излагаться объективная истина; они находят эти предположения слишком “дерзкими” и “фантастическими”»[368]. На фоне все еще существующего скептицизма многих европейских физиков Бор узнал от де Хевеши, что на самого Эйнштейна, которого тот встретил на конференции в Вене, его работа произвела сильное впечатление. Сходную историю де Хевеши рассказал и Резерфорду:

Когда мы с Эйнштейном говорили на разные темы, мы коснулись и теории Бора, и он сказал мне, что у него когда-то были похожие идеи, но он не осмелился их опубликовать. «Если теория Бора верна, она имеет огромное значение». Когда я рассказал ему о [недавнем обнаружении спектральных линий, находящихся именно там, где предсказывала их появление теория Бора], большие глаза Эйнштейна стали еще больше, и он сказал мне: «В таком случае это одно из величайших открытий».

Я был очень рад услышать от Эйнштейна эти слова[369].

Рад был и Бор.

Мозли продолжал трудиться. Сначала ему не удавалось получить четкие фотографии рентгеновских спектров, но, когда он наконец овладел этой техникой, результаты оказались поразительными. Характеристические спектральные линии сдвигались по мере продвижения по периодической системе, каждый раз на один шаг, с абсолютной регулярностью. Совмещая одинаковые линии, Мозли составил маленькую лестницу из полосок фотопленки. 16 ноября он писал Бору: «В течение последних двух недель или около того я получал результаты, которые должны вас заинтересовать… До сих пор я работал с серией К [спектральных линий] от кальция до цинка… Результаты получились чрезвычайно простыми и в основном соответствуют вашим ожиданиям… K = N – 1 с высокой точностью, где N – атомный номер».

Для кальция значение было равно 20, для скандия – 21, для титана – 22, для ванадия – 23, и так далее вплоть до цинка, для которого оно составляло 30. В заключение Мозли пишет, что его результаты «убедительно подтверждают те общие принципы, которые Вы используете, что чрезвычайно меня радует, так как Ваша теория влияет на физику великолепным образом»[370]. Безупречная работа Гарри Мозли дала экспериментальное подтверждение концепции атома Бора – Резерфорда, гораздо более убедительное и приемлемое, чем опыты Марсдена и Гейгера по рассеянию альфа-частиц. «Потому что, видите ли, – сказал Бор в своем последнем интервью, – работу Резерфорда на самом деле не принимали всерьез. Сейчас это невозможно понять, но ее вовсе не принимали всерьез… Великий переворот произвел Мозли»[371].

Отто Гана в очередной раз пригласили продемонстрировать его радиоактивные препараты. В начале весны 1914 года химическая компания Bayer, находившаяся в городе Леверкузене в Рейнской области близ Кёльна, давала прием по случаю открытия большого лекционного зала. Германская химическая промышленность лидировала в мире, а Bayer была крупнейшей химической компанией Германии: в ней работало более десяти тысяч сотрудников. Она выпускала около двух тысяч видов красок, многие тонны неорганических химикатов и широкий ассортимент медикаментов. Управляющий директор компании Карл Дуйсберг, химик, предпочитавший американский стиль управления промышленными предприятиями, пригласил на этот прием оберпрезидента Рейнской области; затем, чтобы придать мероприятию еще больше блеска, он позвал Гана[372].

Ган прочитал собравшимся сановникам лекцию о радиоактивности. В начале лекции он написал имя Дуйсберга на запечатанной фотопластинке маленькой стеклянной трубкой, наполненной концентрированным мезоторием. Пока он говорил, лаборанты проявили пластинку; в конце лекции Ган спроецировал радиографическую подпись на экран, чем вызвал восторженные аплодисменты.

Кульминация этого праздника в огромном химическом комплексе площадью под 400 гектаров наступила вечером. «Вечером был устроен банкет, – с ностальгией вспоминал потом Ган, – и всё на нем было превосходным. На каждом из маленьких столиков стояло по великолепной орхидее, которые доставили из Голландии по воздуху». Орхидеи, доставленные на скоростном биплане, вполне могли служить символом процветания и мощи Германии в 1914 году, но управляющий директор хотел продемонстрировать еще и германское техническое превосходство и нашел весьма экзотические средства его выражения: «На многих столах, – говорит Ган, рисуя картину невообразимо футуристического прошлого, – вино охлаждалось при помощи сжиженного воздуха, залитого в теплоизолированные сосуды»[373].

Когда началась война, Нильс и Харальд Боры были в походе в Австрийских Альпах, проходя в день до тридцати пяти километров. «Невозможно описать то поразительное и прекрасное ощущение, – писал Нильс Маргрете из этого путешествия, – которое возникает, когда со всех горных вершин внезапно начинает опускаться туман, сперва совсем маленькими облачками, а в конце концов заполняя всю долину»[374]. Братья планировали вернуться домой 6 августа; война накатила так же внезапно, как горный туман, и они поспешили вернуться через Германию, чтобы успеть до закрытия границ. В октябре Бор с женой отплыли из нейтральной Дании в Англию: Бору предстояли два года преподавания в Манчестере. Мальчики Резерфорда уходили на войну, и ему требовалась помощь.

Гарри Мозли был в начале августа вместе с матерью в Австралии, на собрании Британской ассоциации 1914 года; в свободное время он разыскивал утконосов и живописные серебряные рудники. Патриотизм австралийцев, которые немедленно начали мобилизацию, пробудил в нем итонский дух верности королю и отечеству. Он отплыл в Англию, как только нашел место на корабле. К концу октября он наконец заставил сопротивлявшегося офицера призывной комиссии вне очереди утвердить его в звании лейтенанта Королевского инженерного корпуса.

Хаим Вейцман, высокий, крепко сложенный биохимик из российских евреев, тесно друживший с Эрнестом Резерфордом в Манчестере, был пылким сионистом в то время, когда многие – в том числе и многие из влиятельных британских евреев – считали сионизм движением по меньшей мере идеалистическим и наивным, если не безумным, фанатическим и даже опасным. Но Вейцман, хотя и был сионистом, также искренне восхищался британской демократией и почти сразу же после начала войны отмежевался от Международной сионистской организации, так как она предлагала сохранять нейтралитет. Ее европейские лидеры ненавидели царскую Россию, бывшую союзницей Англии; Вейцман тоже ее ненавидел, но, в отличие от них, не верил, что Германия с ее культурным и техническим превосходством выиграет эту войну. Он верил в победу западных демократий и считал, что судьба еврейства должна быть связана с ними.

В момент начала войны он ехал в отпуск в Швейцарию в сопровождении жены и маленького сына. Им удалось вернуться в Париж, где он посетил престарелого барона Эдмонда де Ротшильда, бывшего финансовой опорой передовых сельскохозяйственных еврейских поселений в Палестине. К удивлению Вейцмана, Ротшильд разделял его оптимизм относительно исхода войны и тех возможностей, которые это открывало для евреев. Хотя Вейцман не занимал никакого официального положения в сионистском движении, Ротшильд посоветовал ему найти лидеров британских сионистов и поговорить с ними.

Это совпадало с его собственными намерениями. Его надежды на британское влияние имели глубокие корни. Он был третьим ребенком из пятнадцати в семье лесоторговца, который сгонял бревна в плоты и сплавлял их вниз по Висле в город Данциг на распил и на экспорт. Вейцманы жили в разрешенной для проживания евреев бедной западной области России, так называемой черте оседлости. Когда Хаиму было всего одиннадцать лет, он написал письмо, которое предсказывало его деятельность во время войны. «Этот одиннадцатилетний мальчик, – сообщает его биограф Исайя Берлин, – говорит, что цари и народы мира явно стремятся уничтожить еврейский народ; евреи должны не допустить своего уничтожения; только Англия может помочь им вернуться в принадлежавшую им в древности землю, Палестину, и вновь достичь величия»[375].

Убеждения юного Вейцмана неуклонно вели его на запад. В восемнадцать он доплыл на одном из отцовских плотов до Западной Пруссии, добрался, работая по пути, до Берлина и поступил там в Высшую техническую школу. В 1899 году он защитил диссертацию в Университете Фрибура в Швейцарии, а затем продал компании Bayer патент, что значительно улучшило его финансовое положение. В 1904-м он переехал в Англию; этот переезд был, по его мнению, «шагом обдуманным и отчаянным… Мне грозила опасность превратиться в Luftmensch [буквально “человека из воздуха”], одного из этаких благонамеренных, расхлябанных и разочарованных “вечных студентов”»[376]. Химические исследования должны были спасти его от этой участи; он устроился в Манчестере под покровительством Уильяма Генри Перкина – младшего, главы тамошнего химического факультета, отец которого синтезировал мовеин, сиреневый краситель, давший название «сиреневому десятилетию»[377]. Это положило начало производству в Британии анилиновых красителей.

Вернувшись в августе 1914 года из Франции в Манчестер, Вейцман нашел на своем столе циркуляр британского Военного министерства, предлагающий «всем ученым, в распоряжении которых имеются какие-либо открытия, представляющие военную ценность, сообщить о них». У него имелось такое открытие, и он сразу же предложил его Военному министерству, «не требуя никакого вознаграждения»[378]. Военное министерство не удостоило его ответом. Вейцман продолжил свои исследования. Одновременно с этим он начал искать связей с британскими лидерами, о которых они говорили с Ротшильдом, и эти попытки вылились приблизительно в две тысячи встреч, прошедших до конца войны.

Открытие Вейцмана касалось бактерии и химического процесса. Бактерия называлась Clostridium acetobutylicum Weizmann, а неформально – B-Y (или организмом Вейцмана) и была анаэробным организмом, разлагающим крахмал. Вейцман нашел ее в початках кукурузы, когда пытался разработать процесс для производства синтетического каучука. Он думал, что сможет получить синтетический каучук из изоамилового спирта, одного из побочных продуктов спиртового брожения. Он искал бациллу – один из миллионов видов и подвидов, живущих в почве и на растениях, – которая преобразовывала бы крахмал в изоамиловый спирт более эффективно, чем уже известные штаммы. «В ходе этих исследований я нашел бактерию, которая производила значительное количество жидкости, пахнущей очень похоже на изоамиловый спирт. Но, когда я очистил эту жидкость, она оказалась смесью ацетона и высокочистого бутилового спирта. Профессор Перкин посоветовал мне просто вылить ее в раковину, но я ответил, что никакое чистое химическое вещество не бывает бесполезным и выбрасывать его не стоит»[379].

Это существо, найденное по счастливой случайности, и было бактерией B-Y. В смеси с вареной и измельченной кукурузой бактерия сбраживала кукурузу в водный раствор трех растворителей: на одну часть этилового спирта в нем приходилось три части ацетона и шесть частей бутилового спирта (бутанола). Затем эти три растворителя можно было разделить обычной дистилляцией. Вейцман попытался разработать процесс получения синтетического каучука из бутанола, и это ему удалось. Тем временем, уже перед самой войной, цены на природный каучук упали, и каучук синтетический потерял свою привлекательность.

Не оставляя усилий, направленных на образование собственной страны для евреев, Вейцман приобрел в Манчестере верного и влиятельного друга в лице Ч. П. Скотта, высокого, пожилого, либерально настроенного редактора газеты Manchester Guardian. Скотт имел множество связей и, в частности, был самым доверенным политическим советником Дэвида Ллойд Джорджа. В результате одним пятничным утром в январе 1915 года Вейцман встретился за завтраком с энергичным низкорослым валлийцем, который был тогда канцлером Казначейства, а в середине войны стал премьер-министром[380]. Ллойд Джордж был воспитан на Библии. Он отнесся к идее возвращения евреев в Палестину сочувственно, особенно когда Вейцман сравнил каменистую, гористую, тесную Палестину с каменистым, гористым, тесным Уэльсом. Помимо Ллойд Джорджа Вейцман, к удивлению своему, обнаружил интерес к сионизму у таких людей, как Артур Бальфур, бывший премьер-министр, ставший в правительстве Ллойд Джорджа министром иностранных дел, и Ян Христиан Смэтс, пользующийся большим уважением бур, который присоединился к британскому военному кабинету в 1917 году, а до этого участвовал в его работе в неофициальной роли. «Нас ожидают поистине мессианские времена»[381], – писал Вейцман жене в этот период ранних надежд.

Вейцман выводил B-Y в первую очередь для получения бутанола. Однажды ему случилось рассказать о своих работах по исследованию брожения главному химику-исследователю шотландского филиала динамитной компании Нобеля. Его собеседник был впечатлен. «Знаете, – сказал он Вейцману, – возможно, у вас в руках оказался ключ к разрешению одной очень важной ситуации»[382]. Крупный взрыв на производстве помешал компании Нобеля заняться разработкой этого процесса, но компания известила о нем британское правительство.

«Так и случилось, – пишет Вейцман, – что как-то в марте [1915 года], вернувшись из Парижа, я нашел ожидавший меня вызов в британское Адмиралтейство»[383]. Адмиралтейство, первым лордом которого был Уинстон Черчилль – ему был сорок один год, в точности столько же, сколько и Вейцману, – столкнулось с острой нехваткой ацетона. Этот едкий растворитель был важнейшим ингредиентом производства кордита, бездымного пороха для тяжелой артиллерии, в том числе судовой. Название кордита происходит от шнуровидной формы, в которой его обычно изготавливают[384]. Это взрывчатое вещество, которое обеспечивает полет снарядов крупнокалиберных орудий судов британского военно-морского флота, преодолевающих многие километры водного пространства, к их морским или наземным целям, представляет собой смесь 64 % нитроцеллюлозы и 30,2 % нитроглицерина, стабилизированную 5 %-м вазелином и смягченную – желатинизированную – 0,8 %-м ацетоном. Без ацетона невозможно производить кордит, а без кордита потребовалась бы радикальная переделка орудий, которая позволила бы использовать в них другие взрывчатые вещества – иначе они быстро разъели бы их стволы. Вейцман согласился обдумать эту проблему. Вскоре после этого он и был вызван к первому лорду Адмиралтейства. Вот как Вейцман вспоминает свою встречу с «бодрым, обаятельным, очаровательным и энергичным» Уинстоном Черчиллем:

Чуть ли не с первых слов он сказал: «Итак, доктор Вейцман, нам нужно тридцать тысяч тонн ацетона. Сможете ли вы его произвести?» Эта властная просьба так меня перепугала, что я чуть было не пошел на попятную. Я ответил: «Пока что мне удавалось получать из процесса брожения по нескольку сот кубических сантиметров ацетона за раз. Я работаю в лаборатории. Я не техник, а всего лишь химик-исследователь. Но, если бы мне каким-то образом удалось произвести тонну ацетона, тогда я смог бы умножить это количество в какое угодно число раз…» Черчилль и его ведомство дали мне карт-бланш, и я взялся за дело, которое в течение следующих двух лет отнимало все мои силы[385].

Это была лишь первая часть ацетоновой истории Вейцмана. Часть вторая началась в начале июня. В мае в британском военном кабинете произошли перестановки, вызванные расширяющимися поражениями в Дарданелльской операции при Галлиполи; премьер-министр Герберт Асквит потребовал отставки Черчилля с поста первого лорда Адмиралтейства и заменил его Артуром Бальфуром; Ллойд Джордж ушел с должности канцлера Казначейства и возглавил Министерство вооружений. Таким образом, Ллойд Джордж моментально унаследовал ацетоновую проблему в еще большем масштабе – ему нужно было удовлетворить потребности в ацетоне не только флота, но и армии. Скотт из Manchester Guardian рассказал ему о работе Вейцмана, и 7 июня они встретились. Вейцман сказал Ллойд Джорджу то же, что ранее Черчиллю. Ллойд Джордж был впечатлен и предоставил ему еще более широкую свободу действий для увеличения масштабов процесса брожения.

В результате шести месяцев опытов на фабрике по производству джина Nicholson в лондонском районе Боу Вейцман вывел производство на уровень полутонны. Процесс оказался достаточно производительным. Он позволял получить 37 тонн растворителей – около 11 тонн ацетона – из 100 тонн зерна. Вейцман начал обучать промышленных химиков, а правительство тем временем реквизировало шесть английских, шотландских и ирландских винокуренных заводов, на которых они должны были работать. Затем все предприятие оказалось под угрозой остановки из-за нехватки американского зерна: немецкие подводные лодки так же душили британские морские перевозки во время Первой мировой войны, как и во время Второй. «Осенью этого года был большой урожай конских каштанов, – отмечает Ллойд Джордж в своих «Военных мемуарах». – Была организована общенациональная кампания сбора этих каштанов, чтобы использовать их крахмал вместо кукурузы»[386][387]. В конце концов производство ацетона было переведено в Канаду и Соединенные Штаты и вновь перешло на использование зерновых.

«Когда наши затруднения были разрешены таким образом благодаря гениальным способностям д-ра Вейцмана, – продолжает Ллойд Джордж, – я заявил ему: “Вы оказали большую услугу правительству, и я хотел бы просить премьера рекомендовать его величеству дать вам орден или титул”. Он отвечал: “Я ничего не хочу для себя”. “Но нет ли чего-либо, что мы можем сделать в качестве признания ценной услуги, которую вы оказали стране”, – спросил я. Он отвечал: “Да, я хотел бы просить вас сделать кое-что для моего народа”. Он затем изложил свои пожелания в области возвращения евреев в Землю обетованную, которую они столь прославили. Таково было происхождение знаменитой декларации о создании национального очага для евреев в Палестине»[388]

Примечания