Страница:
Отто Ган и Макс Планк пытались, обратившись в министерство, воспрепятствовать осуществлению предполагаемых мер против Лизы Мейтнер. В своем письме от 27 августа 1933 года Ган подчеркивал, что исследовательница во время первой мировой войны добровольно ушла на фронт как медсестра-рентгенолог и что она пользуется международной славой как ведущий ученый в области исследований радия: по своему значению она стоит непосредственно рядом с лауреатом Нобелевской премии Марией Кюри. Он добавлял, что все сотрудники Института химии им. кайзера Вильгельма высказались за то, чтобы оставить Лизу Мейтнер в числе преподавателей университета.
Демарш Гана имел столь же малый успех у коричневых узурпаторов, как и попытка, которую предпринял Макс Планк как президент Общества им. кайзера Вильгельма. В своем письме от 30 августа 1933 года Планк подчеркивал, что Лиза Мейтнер является "выдающимся авторитетом" в области атомной физики и что ее вместе с Отто Ганом можно считать "душой Института химии им. кайзера Вильгельма", что этот институт своей славой и своим всемирным признанием обязан этим двум исследователям.
Все это не помогло. Всемирно известная женщина-физик, которую Эйнштейн называл "наша мадам Кюри" и за ее одаренность ставил выше Марии Кюри, не могла продолжать свою преподавательскую деятельность в Берлинском университете. "Охране не подлежит", - записал референт в официальной анкете. "Уволить", - гласило решение "генерального референта". "Лишить права преподавания", - говорится в заключительном "постановлении г-на министра".
Работа Лизы Мейтнер в Институте им. кайзера Вильгельма, который по статусу не был государственным учреждением, вначале не была связана с запретом преподавать в университете. Как австрийская подданная, она могла и дальше продолжать свою исследовательскую работу. Но нацистская политика насилия глубоко проникла и в научную жизнь этого "частного" института. Первым, однако, красноречивым подтверждением этого стало "дело Габера". Бесцеремонное удаление многих достаточно зарекомендовавших себя сотрудников по "расовым" мотивам заставило ученого отказаться от руководства Институтом физической химии.
Когда вскоре после этого Габер умер за границей, Ган произнес речь на собрании, посвященном его памяти и проведенном главным образом благодаря усилиям Планка и вопреки желанию и воле вышестоящих инстанций. Ган прочитал также доклад, составленный учеником Габера, профессором Лейпцигского университета Карлом Фридрихом Бонхоффером, который не смог прочитать его сам, потому что министерство запретило всем работникам университетов участвовать в этом собрании. Гана, который с марта 1934 года не преподавал больше в Берлинском университете, этот запрет не касался.
Таким образом, плодотворное научное сотрудничество Отто Гана и Лизы Мейтнер, одним из результатов которого в 30-х годах была разработка новых радиохимических методов, в 1938 году было прервано из-за расового безумия гитлеровских фашистов.
После насильственного присоединения Австрии к гитлеровской Германии Лиза Мейтнер стала германской подданной; теперь, согласно фашистским законам, она не могла руководить отделением в Институте химии Общества им. кайзера Вильгельма. Попытка нового президента общества, химика Карла Боша, добиться для нее официального разрешения на выезд, не удалась: соответствующие инстанции всюду отказывали.
Заслуженной женщине-физику на 60-м году жизни не оставалось ничего иного, как в июле 1938 года тайно перейти голландскую границу. При содействии Нильса Бора, который дал ей первое пристанище, в Швеции ей были предоставлены возможности для работы. Позднее в течение многих лет Лиза Мейтнер была профессором в Стокгольме. В американских и английских ядерных исследованиях, служивших цели изготовления атомных бомб, она, по ее собственным словам, "принимала не последнее участие". В 1960 году она переехала к родственникам в Кембридж, в Англию, где 27 октября 1968 года умерла.
Через несколько месяцев после бегства Лизы Мейтнер Отто Гану и его сотруднику Фрицу Штрасману удалось открыть расщепление урана.
Оба исследователя после множества опытов в середине декабря 1938 года убедились, что ядро урана-235 при облучении медленными нейтронами расщепляется на два более легких атомных ядра. 22 декабря 1938 года они закончили рукопись своего первого сообщения и отдали ее в печать. Статья появилась в журнале "Натурвиссеншафтен" 6 января 1939 года. Это один из основополагающих документов новейшей истории естествознания.
Немало великих открытий в истории науки, казалось, обязаны своим появлением лишь случайности. И действительно, их причиной нередко было счастливое стечение обстоятельств, хотя в науке, по словам Планка, никогда не существовало счастья без заслуг. Примерами могут служить открытия Эрстеда, Генриха Герца, Рентгена и Беккереля. К числу таких примеров можно отнести и обнаружение радиотория Отто Ганом. Но открытие расщепления урана является примером, подтверждающим, что в естествознании целенаправленная, планомерно ведущаяся в определенном направлении исследовательская работа в конце концов приведет к решающему результату.
Опыты, которые в конце 1938 года привели к расщеплению урана, Отто Ган, Лиза Мейтнер и Фриц Штрасман начали после того, как итальянский физик Энрико Ферми в 1934 году обстрелял медленными нейтронами химические элементы и искусственно получил при этом новые радиоактивные изотопы. Нейтроны оказались настолько подходящими для этой цели, что быстро выдвинулись на первый план как вспомогательное средство в ядерных исследованиях, заменив собой альфа-частицы, с которыми работал главным образом Резерфорд. При помощи нейтронов можно было пробить панцирь ядра атома. С их помощью можно было проникнуть в такие атомные ядра, которые благодаря своим сильным положительным зарядам не давали доступа альфа-частицам, также заряженным положительно.
"Итальянец Ферми, - писал Ган в автобиографии, - первым доказал большое значение нейтронов для возбуждения ядерных реакций, выдвинув предположение, что эти незаряженные частицы смогут проникнуть в ядра атомов, не отталкиваясь их положительным зарядом. Ферми и его сотрудники поэтому облучали нейтронами элементы почти всей периодической системы. Они получали при захвате нейтронов сначала радиоактивные изотопы облучаемого элемента, которые затем при эмиссии бета-лучей распадались и переходили в атомы ближайших более высоких элементов. Итальянские исследователи довели свои опыты до урана, элемента с наибольшим тогда порядковым числом".
При чрезвычайно малых размерах атомного ядра в сравнении со всем атомом - ядро относится к целому атому, как булавочная головка к жилому дому средней величины, - желанные попадания в ядро и связанные с этим изменения в нем происходили очень редко.
Искусственно полученные Ферми изотопы как разновидности уже известных элементов входили в периодическую систему: они занимали то же место, однако имели (по числу нейтронов) различную атомную массу. Только при облучении урана такое расположение не удавалось. Так Ферми пришел к ошибочному выводу, что в данном случае образуются "трансураны": элементы, занимающие в периодической системе места по ту сторону урана. Как выяснилось позднее, это было заблуждение.
Немецкий химик Ида Ноддак усомнилась в предположении Ферми. Она высказала догадку, что здесь, возможно, само собой происходит расщепление тяжелого атомного ядра урана. Однако ее точка зрения не нашла поддержки у физиков-ядерщиков. Распад ядра урана считался совершенно невозможным. Ферми не принимал такого предположения всерьез, а Отто Ган еще в 1936 году называл его абсурдным.
В опытах, которые Отто Ган и Лиза Мейтнер проводили сначала одни, а затем при участии ассистента Гана Фрица Штрасмана, они пыталась решить вопрос: действительно ли Ферми получил трансураны или речь здесь идет только об изотопных разновидностях протактиния, ближайшего к урану элемента с меньшим порядковым номером, как это утверждал один из бывших сотрудников Гана.
Решение повторить опыты Ферми и выяснить природу веществ, возникающих при облучении урана нейтронами, очевидно, было особенно соблазнительно для Отто Гана и Лизы Мейтнер. Как первооткрыватели и исследователи протактиния, они очень хорошо знали все химические свойства этого элемента. Итак, они лучше других могли судить о том, следует ли считать полученные Ферми мнимые трансураны изотопами протактиния или нет.
Результаты своей совместной работы над решением этого вопроса Лиза Мейтнер, Отто Ган и Фриц Штрасман публиковали между 1934 и 1938 годами примерно в двадцати работах. При этом они с безукоризненной точностью установили, что полученное Ферми вещество с периодом полураспада тринадцать минут ни в коем случае не является изотопом протактония. Речь должна была идти, очевидно, о трансурановых элементах.
И в опытах с замедленными, так называемыми тепловыми нейтронами поздней осенью 1938 года Отто Ган и Фриц Штрасман придерживались ошибочного взгляда, что они, как и Ферми, нашли один из новых элементов с более высоким порядковым числом, чем у урана. Они считали, что перед ними изотоп радия. Несмотря на все усилия, им, однако, не удалось отделить предполагаемый изотоп радия от бария с помощью известных методов разделения, так как он проявлял все свойства бария.
Так в конце концов на основе многочисленных опытов Отто Ган и Фриц Штрасман 20 декабря 1938 года пришли к убеждению, что здесь в действительности речь идет о барии. Тяжелое ядро урана с числом ядерных разрядов 92 под действием медленных нейтронов, очевидно, "распадалось" на два более легких ядра: радиоактивное ядро бария с числом ядерных зарядов 56 и, как это вскоре выяснилось, ядро инертного газа криптона с числом ядерных зарядов 36. Ядерные заряды этих элементов, 56 и 36, при сложении давали число 92, ядерный заряд урана. Это было решающим открытием, имевшим далеко идущие последствия.
"Доказательство расщепления урана Отто Ганом и Фрицем Штрасманом, писала Лиза Мейтнер, - открыло новую эру в истории человечества. Научное достижение, лежащее в основе этого открытия, кажется мне потому таким удивительным, что оно было получено без какого-либо теоретического указания, чисто химическим путем".
Сегодня можно сказать, что это открытие, которое проложило дорогу к покорению энергии атомного ядра, превосходило по своему значению и своим последствиям открытие Рентгена. Поначалу оно взволновало только ученых и не вызвало столь же всеобщего внимания, как "сенсационное открытие" 8 ноября 1895 года.
Удивительный результат, полученный Ганом и Штрасманом, противоречил всему прежнему опыту и всем теоретическим ожиданиям. Продукты реакции до сих пор всегда лежали в непосредственной близости от облучаемых элементов. Они или были изотопом исходного элемента, или удалялись от него самое большее на одно или два места в системе элементов. Физики-ядерщики не хотели ничего знать о "скачках" в периодической системе. Это и служило помехой, как говорил позднее Ган, "прыжку в необычное".
Понятно, что в таких условиях Отто Ган и Фриц Штрасман сначала отнеслись к результатам своего опыта с недоверием и сдержанностью.
В статье "О доказательстве получения и поведении земельно-щелочных металлов, возникающих при облучении урана нейтронами", в которой они описали свои опыты, говорится: "Как химики, мы, собственно, должны были бы на основе только что проведенных опытов переименовать вышеприведенную схему и вместо Ra, Ac, Th поставить символы Ba, La, Ce. Как "ядерные химики", в определенной мере близко стоящие к физике, мы еще не можем решиться на этот противоречащий всему прошлому опыту ядерной физики прыжок. Может быть, в наши результаты закрался ряд странных случайностей" (см. факсимиле).
Эта нерешительная и осторожная манера выражения не была следствием строгой самокритичности, свойственной всем великим исследователям-экспериментаторам; она была вызвана тем обстоятельством, что опыты еще продолжались и конечные результаты не были известны. Во всяком случае, создавалось впечатление, что Ган и Штрасман сами неправильно оценили свое открытие. Так думал даже Эйнштейн.
"Я не считаю себя творцом высвобожденной атомной энергии, - сказал он в 1945 году. - Я сыграл при этом лишь второстепенную роль. В действительности я не предвидел, что она будет высвобождена еще при моей жизни. Я верил только в теоретическую возможность этого. Практически пригодной она стала прежде всего из-за случайного открытия цепной реакции, а этого я не мог предвидеть. Она была открыта в Берлине Ганом, который еще неправильно интерпретировал свое открытие. Правильную интерпретацию дала Лиза Мейтнер, которая бежала из Германии и вручила свою информацию Нильсу Бору".
Эти высказывания Эйнштейна, во многом неточные, поддерживают, к сожалению, неумную легенду - она получила распространение после 1945 года, утверждающую, что Лиза Мейтнер при побеге из Германии захватила с собой часть документации о немецких исследованиях атома, "вручила" ее Нильсу Бору, и таким образом за границей узнали тайну расщепления атома. Но об этом не может быть и речи.
По поводу заявлений Эйнштейна Ган в 1955 году в одном из писем замечал: "Однажды случайно среди многочисленных сообщений профессора Эйнштейна я прочитал, что г-н Штрасман и я совершенно не знали, что делали, и даже что главную заслугу следует приписать работе профессора Мейтнер. При всем моем дружеском отношении к моей коллеге картина такого рода была бы неправильной".
Отто Ган указал на действительно безупречное сообщение об истории расщепления урана, которое уже в начале 1940 года опубликовал американский физик Тарнер. В этом сообщении говорится, что Ган и Штрасман "с большой сдержанностью" изложили неожиданные и поразительные результаты, казавшиеся несовместимыми с уже известными свойствами ядер. "Авторы считали возможным, что ряд необычных случайностей в совокупности может привести к ошибочным результатам. Несмотря на это, их сообщение побудило других исследователей к дальнейшей работе, которая вскоре принесла достаточные доказательства правильности выводов Гана и Штрасмана".
Еще до того, как 6 января 1939 года в журнале "Натурвиссеншафтен" появилась первая публикация о расщеплении урана, Ган сообщил в письме своей бывшей сотруднице о поразительных результатах последних опытов. Лиза Мейтнер тотчас же увидела физические связи. Вместе со своим племянником, физиком-атомщиком Отто Робертом Фришем, учеником Нильса Бора, она дала исчерпывающее с точки зрения ядерной физики толкование наблюдения Гана Штрасмана.
Мейтнер и Фриш признали, что расщепление ядра должно само собой происходить при необычайно большом, не наблюдавшемся ранее ни в каком ядерном процессе выделении энергии. Они первыми определили количество энергии, которое высвобождается при расщеплении урана: оно должно быть в миллионы раз больше, чем энергия, выделяющаяся при превращении таких же количеств углерода в углекислый газ в процессе горения или при подобных ему химических процессах. При этом они ввели сегодня уже ставшее привычным выражение "расщепление ядра"; оно получило права гражданства в литературе по ядерной физике: Ган и Штрасман говорили о "разрыве" ядра урана под действием замедленных нейтронов.
В своем втором сообщении, которое было опубликовано в журнале "Натурвиссеншафтен" 10 февраля 1939 года, Ган и Штрасман отметили, что в то время, когда записывались результаты их последних опытов, они получили рукопись двух сообщений, которые должны были быть напечатаны в английском журнале "Нейче": авторы, Лиза Мейтнер и О.Р. Фриш, прислали их еще до публикации. В этих работах Мейтнер и Фриш обсуждали "разрыв" ядра урана и тория на две приблизительно одинаковые части. О.Р. Фриш также приводил экспериментальные доказательства появления очень богатых энергией частиц при облучении урана и тория нейтронами.
Физик-ядерщик Отто Роберт Фриш, который во время второй мировой войны принимал участие в разработке атомных бомб в Англии и в Соединенных Штатах, а позднее стал профессором теоретической физики в Кембриджском университете, так описывал в 1955 году события конца 1938 года: "Когда я на рождество посетил Лизу Мейтнер в Швеции (недалеко от Гётеборга), она показала мне письмо, или корректуру, где излагалось открытие Гана - Штрасмана. После долгой дискуссии мы убедились, что расщепление ядра урана "а две приблизительно одинаковые части совместимо с капельной моделью Бора. Нам удалось показать, что этот процесс должен проходить при выделении огромного количества энергии. После моего возвращения в Копенгаген я рассказал Нильсу Бору об открытии Гана - Штрасмана и о нашем толковании. Через несколько дней после этого Бор поехал в Америку, и когда в конце января туда поступил журнал "Натурвиосеншафтен" с работой Гана - Штрасмана, Бор на заседании Американского физического общества доложил о нашем толковании. Некоторые физики тотчас же покинули заседание и через несколько часов могли экспериментально доказать предсказанное выделение энергии. Только несколько дней спустя Бор узнал, что мне это еще раньше удалось сделать в Копенгагене".
В другом месте Фриш рассказал, как объяснение расщепления ядра, которое они обсуждали в разговорах с Лизой Мейтнер во время рождественских каникул, с большим трудом редактировалось для совместной публикации; "редактирование" велось по телефону, потому что Лиза Мейтнер тем временем уехала в Стокгольм, а Фриш возвратился в Копенгаген.
Статья, законченная Мейтнер и Фришем в середине января, была опубликована 16 февраля 1939 года. Незадолго до этого Жолио-Кюри, который примерно в то же время, что и Фриш, смог экспериментально установить высвобождение энергии атомного ядра, доложил о своих результатах в сообщениях Парижской Академии наук.
Определяющим для дальнейшей разработки вопросов, вставших перед исследователями после открытия расщепления урана, было признание возможности цепной реакции. Таким путем могли быть до бесконечности умножены процессы расщепления и тем самым должна была лавинообразно возрастать высвобождающаяся энергия. В своем первом сообщении о расщеплении урана Ган и Штрасман еще не высказывали такой мысли.
Весной 1939 года Жолио-Кюри и его сотрудники в ходе многочисленных экспериментов получили доказательство того, что при процессах расщепления ядра высвобождаются дополнительные нейтроны, которые в свою очередь могут снова разрушать ядра урана при условии, что программа опыта будет построена с учетом сохранения этих дополнительных нейтронов. Ферми и Герберт Андерсон сообщали о подобных же результатах проведенных ими опытов.
В своем втором сообщении от 10 февраля 1939 года Ган и Штрасман указали на возможность испускания дополнительных нейтронов, но скудное оборудование и слабые источники лучей, которые были в их распоряжении, не позволили им действительно установить возникающий при расщеплении ядра избыток нейтронов. Заслуга доказательства цепной реакции принадлежит другим исследователям. Существование этого явления было доказано через три месяца после открытия расщепления урана.
С открытием расщепления ядра и с пришедшим вслед за этим убеждением в возможности атомной цепной реакции эйнштейновская формула 1905 года E = mc2 - результат чистых фундаментальных исследований - внезапно приобрела неслыханно огромное практико-техническое значение. Не заставили себя ждать и непредвиденные социальные последствия этого открытия. По словам Макса Борна, формула Эйнштейна с открытием расщепления урана и цепной реакции стала "своего рода связующим звеном между физикой и политикой".
Открытия конца 1938 - начала 1939 года были подлинным "прыжком в необычное". Еще за пять лет до этого зачинатель ядерных исследований Эрнст Резерфорд на одном из научных форумов со всей определенностью заявил: "Превращения атома представляют для ученых чрезвычайный интерес, но мы не можем так контролировать атомную энергию, чтобы она имела практическую ценность, и я полагаю, что мы, очевидно, никогда не будем в состоянии сделать это".
Это "никогда" Резерфорда было не единственным ошибочным пророчеством великих естествоиспытателей; множество других предсказаний опровергались дальнейшим развитием естествознания и техники.
Среди немецких физиков первым поставил вопрос об использовании атомной энергии Зигфрид Флюгге, который был в то время техническим советником при Институте химии, руководимом Ганом. В июне 1939 года в журнале "Натурвиссеншафтен" он опубликовал статью под названием "Можно ли технически использовать энергию атомных ядер?". Флюгге высказал также мысль об управляемом использовании ядерной энергии при помощи тормозящего вещества. Величину высвобождаемой энергии он наглядно подтвердил впечатляющим примером.
Одна из главных трудностей технического использования ядерной энергии заключалась в том, что для цепной реакции нужен был редкий изотоп урана с массовым числом 235, отделенный от урана-238, который "улавливает", или захватывает, дополнительные нейтроны прежде, чем они могут расщепить уран-235. Другая возможность получения атомной энергии возникала как раз из этого захвата нейтронов определенной скорости ураном-238, в результате чего образовывался новый, похожий по своим качествам на уран-235 элемент, который в 1940 году был обнаружен в США и назван плутонием.
Для получения в больших количествах урана-235 и вскоре открытого плутония нужны были особые установки, создание которых требовало необычайно больших затрат денежных средств.
С этого момента речь шла уже об общественном влиянии открытия расщепления ядра и ядерной реакции: физика стала политикой. В случае наличия необходимых средств ничто не мешало использовать атомную энергию и для производства оружия, которое намного превосходило по своей разрушительной силе все ранее известные виды оружия. Дальнейшая судьба ядерных исследований определялась ходом политических событий.
Отто Ган писал в конце 1946 года, что гитлеровское правительство оставило его с сотрудниками "в покое". По его мнению, это произошло частично из-за определенного страха, частично из-за тайной мысли, что химики-ядерщики совершат какие-либо открытия, которые помогут установлению немецкого господства во всем мире. Гитлеровцы "злились", как говорил Ган, на него и его сотрудников за то, что он опубликовал в научных журналах все результаты исследований и отверг любые предложения сохранить тайну.
В результате за границей создалось впечатление, что в гитлеровской Германии ведется лихорадочная работа в области ядерных исследований. К тому же зарубежные физики из первых рук получили точные сведения о состоянии немецких ядерных исследований. "Американцы получали также преимущество оттого, - замечал Ган в автобиографии, - что мы в течение всей войны публиковали наши результаты; они же, напротив, ничего не публиковали. Так, они могли в полной мере контролировать и использовать наши результаты, мы же не могли ничего от них перенять".
Действительно, первое сообщение о работах американских, английских и канадских исследователей-атомщиков было опубликовано только в 1946 году, через год после применения атомного оружия.
В тех кругах, которые определяли тогда политику Соединенных Штатов Америки, первоначально так же мало думали о военно-техническом использовании новых достижений атомной физики, как и в гитлеровской Германии. На возможность подобного использования достижений ядерных исследований впервые обратили внимание физики-эмигранты. "Изгнанные физики знали, - писал Макс Борн, - что не будет никакого спасения, если немцам первым удастся создать атомную бомбу. Даже Эйнштейн, который всю свою жизнь был пацифистом, разделял этот страх и дал уговорить себя нескольким молодым венгерским физикам, просившим предупредить президента Рузвельта".
Один из этих венгерских физиков, Евгений Вигнер, который до эмиграции преподавал в Высшей технической школе в Берлин-Шарлоттенбурге, в 1955 году рассказал историю письма Эйнштейна Рузвельту. По его словам, Лео Сцилард, бывший ассистент Макса фон Лауэ, и он в июле 1939 года посетили Эйнштейна на его даче для того, чтобы побудить его написать личное послание Рузвельту и обратить внимание правительства США на возможность военно-технического использования атомной энергии. Эйнштейн понял опасность, которую таило любое промедление, и "экспромтом" продиктовал письмо Рузвельту.
Вигнер так заканчивает свое сообщение: "Во время нашего визита к Эйнштейну мы знали очень мало или почти ничего не знали о работах немцев в связи с расщеплением урана. Нам известен был тот факт, что Вайцзеккер занимает высокий пост в правительстве, а его сын - известный физик. Поэтому мы предполагали, что германское правительство знает о возможностях расщепления урана. Но это было только предположение".
В начале письма Эйнштейна говорится: "Новая работа Энрико Ферми и Лео Сциларда, которая передана мне в рукописи, заставляет меня предполагать, что элемент уран в близком будущем можно будет превратить в новый важный источник энергии. Известные аспекты сложившейся из-за этого ситуации, по-видимому, требуют бдительности и в случае необходимости быстрых действий со стороны правительства".
Демарш Гана имел столь же малый успех у коричневых узурпаторов, как и попытка, которую предпринял Макс Планк как президент Общества им. кайзера Вильгельма. В своем письме от 30 августа 1933 года Планк подчеркивал, что Лиза Мейтнер является "выдающимся авторитетом" в области атомной физики и что ее вместе с Отто Ганом можно считать "душой Института химии им. кайзера Вильгельма", что этот институт своей славой и своим всемирным признанием обязан этим двум исследователям.
Все это не помогло. Всемирно известная женщина-физик, которую Эйнштейн называл "наша мадам Кюри" и за ее одаренность ставил выше Марии Кюри, не могла продолжать свою преподавательскую деятельность в Берлинском университете. "Охране не подлежит", - записал референт в официальной анкете. "Уволить", - гласило решение "генерального референта". "Лишить права преподавания", - говорится в заключительном "постановлении г-на министра".
Работа Лизы Мейтнер в Институте им. кайзера Вильгельма, который по статусу не был государственным учреждением, вначале не была связана с запретом преподавать в университете. Как австрийская подданная, она могла и дальше продолжать свою исследовательскую работу. Но нацистская политика насилия глубоко проникла и в научную жизнь этого "частного" института. Первым, однако, красноречивым подтверждением этого стало "дело Габера". Бесцеремонное удаление многих достаточно зарекомендовавших себя сотрудников по "расовым" мотивам заставило ученого отказаться от руководства Институтом физической химии.
Когда вскоре после этого Габер умер за границей, Ган произнес речь на собрании, посвященном его памяти и проведенном главным образом благодаря усилиям Планка и вопреки желанию и воле вышестоящих инстанций. Ган прочитал также доклад, составленный учеником Габера, профессором Лейпцигского университета Карлом Фридрихом Бонхоффером, который не смог прочитать его сам, потому что министерство запретило всем работникам университетов участвовать в этом собрании. Гана, который с марта 1934 года не преподавал больше в Берлинском университете, этот запрет не касался.
Таким образом, плодотворное научное сотрудничество Отто Гана и Лизы Мейтнер, одним из результатов которого в 30-х годах была разработка новых радиохимических методов, в 1938 году было прервано из-за расового безумия гитлеровских фашистов.
После насильственного присоединения Австрии к гитлеровской Германии Лиза Мейтнер стала германской подданной; теперь, согласно фашистским законам, она не могла руководить отделением в Институте химии Общества им. кайзера Вильгельма. Попытка нового президента общества, химика Карла Боша, добиться для нее официального разрешения на выезд, не удалась: соответствующие инстанции всюду отказывали.
Заслуженной женщине-физику на 60-м году жизни не оставалось ничего иного, как в июле 1938 года тайно перейти голландскую границу. При содействии Нильса Бора, который дал ей первое пристанище, в Швеции ей были предоставлены возможности для работы. Позднее в течение многих лет Лиза Мейтнер была профессором в Стокгольме. В американских и английских ядерных исследованиях, служивших цели изготовления атомных бомб, она, по ее собственным словам, "принимала не последнее участие". В 1960 году она переехала к родственникам в Кембридж, в Англию, где 27 октября 1968 года умерла.
Через несколько месяцев после бегства Лизы Мейтнер Отто Гану и его сотруднику Фрицу Штрасману удалось открыть расщепление урана.
Оба исследователя после множества опытов в середине декабря 1938 года убедились, что ядро урана-235 при облучении медленными нейтронами расщепляется на два более легких атомных ядра. 22 декабря 1938 года они закончили рукопись своего первого сообщения и отдали ее в печать. Статья появилась в журнале "Натурвиссеншафтен" 6 января 1939 года. Это один из основополагающих документов новейшей истории естествознания.
Немало великих открытий в истории науки, казалось, обязаны своим появлением лишь случайности. И действительно, их причиной нередко было счастливое стечение обстоятельств, хотя в науке, по словам Планка, никогда не существовало счастья без заслуг. Примерами могут служить открытия Эрстеда, Генриха Герца, Рентгена и Беккереля. К числу таких примеров можно отнести и обнаружение радиотория Отто Ганом. Но открытие расщепления урана является примером, подтверждающим, что в естествознании целенаправленная, планомерно ведущаяся в определенном направлении исследовательская работа в конце концов приведет к решающему результату.
Опыты, которые в конце 1938 года привели к расщеплению урана, Отто Ган, Лиза Мейтнер и Фриц Штрасман начали после того, как итальянский физик Энрико Ферми в 1934 году обстрелял медленными нейтронами химические элементы и искусственно получил при этом новые радиоактивные изотопы. Нейтроны оказались настолько подходящими для этой цели, что быстро выдвинулись на первый план как вспомогательное средство в ядерных исследованиях, заменив собой альфа-частицы, с которыми работал главным образом Резерфорд. При помощи нейтронов можно было пробить панцирь ядра атома. С их помощью можно было проникнуть в такие атомные ядра, которые благодаря своим сильным положительным зарядам не давали доступа альфа-частицам, также заряженным положительно.
"Итальянец Ферми, - писал Ган в автобиографии, - первым доказал большое значение нейтронов для возбуждения ядерных реакций, выдвинув предположение, что эти незаряженные частицы смогут проникнуть в ядра атомов, не отталкиваясь их положительным зарядом. Ферми и его сотрудники поэтому облучали нейтронами элементы почти всей периодической системы. Они получали при захвате нейтронов сначала радиоактивные изотопы облучаемого элемента, которые затем при эмиссии бета-лучей распадались и переходили в атомы ближайших более высоких элементов. Итальянские исследователи довели свои опыты до урана, элемента с наибольшим тогда порядковым числом".
При чрезвычайно малых размерах атомного ядра в сравнении со всем атомом - ядро относится к целому атому, как булавочная головка к жилому дому средней величины, - желанные попадания в ядро и связанные с этим изменения в нем происходили очень редко.
Искусственно полученные Ферми изотопы как разновидности уже известных элементов входили в периодическую систему: они занимали то же место, однако имели (по числу нейтронов) различную атомную массу. Только при облучении урана такое расположение не удавалось. Так Ферми пришел к ошибочному выводу, что в данном случае образуются "трансураны": элементы, занимающие в периодической системе места по ту сторону урана. Как выяснилось позднее, это было заблуждение.
Немецкий химик Ида Ноддак усомнилась в предположении Ферми. Она высказала догадку, что здесь, возможно, само собой происходит расщепление тяжелого атомного ядра урана. Однако ее точка зрения не нашла поддержки у физиков-ядерщиков. Распад ядра урана считался совершенно невозможным. Ферми не принимал такого предположения всерьез, а Отто Ган еще в 1936 году называл его абсурдным.
В опытах, которые Отто Ган и Лиза Мейтнер проводили сначала одни, а затем при участии ассистента Гана Фрица Штрасмана, они пыталась решить вопрос: действительно ли Ферми получил трансураны или речь здесь идет только об изотопных разновидностях протактиния, ближайшего к урану элемента с меньшим порядковым номером, как это утверждал один из бывших сотрудников Гана.
Решение повторить опыты Ферми и выяснить природу веществ, возникающих при облучении урана нейтронами, очевидно, было особенно соблазнительно для Отто Гана и Лизы Мейтнер. Как первооткрыватели и исследователи протактиния, они очень хорошо знали все химические свойства этого элемента. Итак, они лучше других могли судить о том, следует ли считать полученные Ферми мнимые трансураны изотопами протактиния или нет.
Результаты своей совместной работы над решением этого вопроса Лиза Мейтнер, Отто Ган и Фриц Штрасман публиковали между 1934 и 1938 годами примерно в двадцати работах. При этом они с безукоризненной точностью установили, что полученное Ферми вещество с периодом полураспада тринадцать минут ни в коем случае не является изотопом протактония. Речь должна была идти, очевидно, о трансурановых элементах.
И в опытах с замедленными, так называемыми тепловыми нейтронами поздней осенью 1938 года Отто Ган и Фриц Штрасман придерживались ошибочного взгляда, что они, как и Ферми, нашли один из новых элементов с более высоким порядковым числом, чем у урана. Они считали, что перед ними изотоп радия. Несмотря на все усилия, им, однако, не удалось отделить предполагаемый изотоп радия от бария с помощью известных методов разделения, так как он проявлял все свойства бария.
Так в конце концов на основе многочисленных опытов Отто Ган и Фриц Штрасман 20 декабря 1938 года пришли к убеждению, что здесь в действительности речь идет о барии. Тяжелое ядро урана с числом ядерных разрядов 92 под действием медленных нейтронов, очевидно, "распадалось" на два более легких ядра: радиоактивное ядро бария с числом ядерных зарядов 56 и, как это вскоре выяснилось, ядро инертного газа криптона с числом ядерных зарядов 36. Ядерные заряды этих элементов, 56 и 36, при сложении давали число 92, ядерный заряд урана. Это было решающим открытием, имевшим далеко идущие последствия.
"Доказательство расщепления урана Отто Ганом и Фрицем Штрасманом, писала Лиза Мейтнер, - открыло новую эру в истории человечества. Научное достижение, лежащее в основе этого открытия, кажется мне потому таким удивительным, что оно было получено без какого-либо теоретического указания, чисто химическим путем".
Сегодня можно сказать, что это открытие, которое проложило дорогу к покорению энергии атомного ядра, превосходило по своему значению и своим последствиям открытие Рентгена. Поначалу оно взволновало только ученых и не вызвало столь же всеобщего внимания, как "сенсационное открытие" 8 ноября 1895 года.
Удивительный результат, полученный Ганом и Штрасманом, противоречил всему прежнему опыту и всем теоретическим ожиданиям. Продукты реакции до сих пор всегда лежали в непосредственной близости от облучаемых элементов. Они или были изотопом исходного элемента, или удалялись от него самое большее на одно или два места в системе элементов. Физики-ядерщики не хотели ничего знать о "скачках" в периодической системе. Это и служило помехой, как говорил позднее Ган, "прыжку в необычное".
Понятно, что в таких условиях Отто Ган и Фриц Штрасман сначала отнеслись к результатам своего опыта с недоверием и сдержанностью.
В статье "О доказательстве получения и поведении земельно-щелочных металлов, возникающих при облучении урана нейтронами", в которой они описали свои опыты, говорится: "Как химики, мы, собственно, должны были бы на основе только что проведенных опытов переименовать вышеприведенную схему и вместо Ra, Ac, Th поставить символы Ba, La, Ce. Как "ядерные химики", в определенной мере близко стоящие к физике, мы еще не можем решиться на этот противоречащий всему прошлому опыту ядерной физики прыжок. Может быть, в наши результаты закрался ряд странных случайностей" (см. факсимиле).
Эта нерешительная и осторожная манера выражения не была следствием строгой самокритичности, свойственной всем великим исследователям-экспериментаторам; она была вызвана тем обстоятельством, что опыты еще продолжались и конечные результаты не были известны. Во всяком случае, создавалось впечатление, что Ган и Штрасман сами неправильно оценили свое открытие. Так думал даже Эйнштейн.
"Я не считаю себя творцом высвобожденной атомной энергии, - сказал он в 1945 году. - Я сыграл при этом лишь второстепенную роль. В действительности я не предвидел, что она будет высвобождена еще при моей жизни. Я верил только в теоретическую возможность этого. Практически пригодной она стала прежде всего из-за случайного открытия цепной реакции, а этого я не мог предвидеть. Она была открыта в Берлине Ганом, который еще неправильно интерпретировал свое открытие. Правильную интерпретацию дала Лиза Мейтнер, которая бежала из Германии и вручила свою информацию Нильсу Бору".
Эти высказывания Эйнштейна, во многом неточные, поддерживают, к сожалению, неумную легенду - она получила распространение после 1945 года, утверждающую, что Лиза Мейтнер при побеге из Германии захватила с собой часть документации о немецких исследованиях атома, "вручила" ее Нильсу Бору, и таким образом за границей узнали тайну расщепления атома. Но об этом не может быть и речи.
По поводу заявлений Эйнштейна Ган в 1955 году в одном из писем замечал: "Однажды случайно среди многочисленных сообщений профессора Эйнштейна я прочитал, что г-н Штрасман и я совершенно не знали, что делали, и даже что главную заслугу следует приписать работе профессора Мейтнер. При всем моем дружеском отношении к моей коллеге картина такого рода была бы неправильной".
Отто Ган указал на действительно безупречное сообщение об истории расщепления урана, которое уже в начале 1940 года опубликовал американский физик Тарнер. В этом сообщении говорится, что Ган и Штрасман "с большой сдержанностью" изложили неожиданные и поразительные результаты, казавшиеся несовместимыми с уже известными свойствами ядер. "Авторы считали возможным, что ряд необычных случайностей в совокупности может привести к ошибочным результатам. Несмотря на это, их сообщение побудило других исследователей к дальнейшей работе, которая вскоре принесла достаточные доказательства правильности выводов Гана и Штрасмана".
Еще до того, как 6 января 1939 года в журнале "Натурвиссеншафтен" появилась первая публикация о расщеплении урана, Ган сообщил в письме своей бывшей сотруднице о поразительных результатах последних опытов. Лиза Мейтнер тотчас же увидела физические связи. Вместе со своим племянником, физиком-атомщиком Отто Робертом Фришем, учеником Нильса Бора, она дала исчерпывающее с точки зрения ядерной физики толкование наблюдения Гана Штрасмана.
Мейтнер и Фриш признали, что расщепление ядра должно само собой происходить при необычайно большом, не наблюдавшемся ранее ни в каком ядерном процессе выделении энергии. Они первыми определили количество энергии, которое высвобождается при расщеплении урана: оно должно быть в миллионы раз больше, чем энергия, выделяющаяся при превращении таких же количеств углерода в углекислый газ в процессе горения или при подобных ему химических процессах. При этом они ввели сегодня уже ставшее привычным выражение "расщепление ядра"; оно получило права гражданства в литературе по ядерной физике: Ган и Штрасман говорили о "разрыве" ядра урана под действием замедленных нейтронов.
В своем втором сообщении, которое было опубликовано в журнале "Натурвиссеншафтен" 10 февраля 1939 года, Ган и Штрасман отметили, что в то время, когда записывались результаты их последних опытов, они получили рукопись двух сообщений, которые должны были быть напечатаны в английском журнале "Нейче": авторы, Лиза Мейтнер и О.Р. Фриш, прислали их еще до публикации. В этих работах Мейтнер и Фриш обсуждали "разрыв" ядра урана и тория на две приблизительно одинаковые части. О.Р. Фриш также приводил экспериментальные доказательства появления очень богатых энергией частиц при облучении урана и тория нейтронами.
Физик-ядерщик Отто Роберт Фриш, который во время второй мировой войны принимал участие в разработке атомных бомб в Англии и в Соединенных Штатах, а позднее стал профессором теоретической физики в Кембриджском университете, так описывал в 1955 году события конца 1938 года: "Когда я на рождество посетил Лизу Мейтнер в Швеции (недалеко от Гётеборга), она показала мне письмо, или корректуру, где излагалось открытие Гана - Штрасмана. После долгой дискуссии мы убедились, что расщепление ядра урана "а две приблизительно одинаковые части совместимо с капельной моделью Бора. Нам удалось показать, что этот процесс должен проходить при выделении огромного количества энергии. После моего возвращения в Копенгаген я рассказал Нильсу Бору об открытии Гана - Штрасмана и о нашем толковании. Через несколько дней после этого Бор поехал в Америку, и когда в конце января туда поступил журнал "Натурвиосеншафтен" с работой Гана - Штрасмана, Бор на заседании Американского физического общества доложил о нашем толковании. Некоторые физики тотчас же покинули заседание и через несколько часов могли экспериментально доказать предсказанное выделение энергии. Только несколько дней спустя Бор узнал, что мне это еще раньше удалось сделать в Копенгагене".
В другом месте Фриш рассказал, как объяснение расщепления ядра, которое они обсуждали в разговорах с Лизой Мейтнер во время рождественских каникул, с большим трудом редактировалось для совместной публикации; "редактирование" велось по телефону, потому что Лиза Мейтнер тем временем уехала в Стокгольм, а Фриш возвратился в Копенгаген.
Статья, законченная Мейтнер и Фришем в середине января, была опубликована 16 февраля 1939 года. Незадолго до этого Жолио-Кюри, который примерно в то же время, что и Фриш, смог экспериментально установить высвобождение энергии атомного ядра, доложил о своих результатах в сообщениях Парижской Академии наук.
Определяющим для дальнейшей разработки вопросов, вставших перед исследователями после открытия расщепления урана, было признание возможности цепной реакции. Таким путем могли быть до бесконечности умножены процессы расщепления и тем самым должна была лавинообразно возрастать высвобождающаяся энергия. В своем первом сообщении о расщеплении урана Ган и Штрасман еще не высказывали такой мысли.
Весной 1939 года Жолио-Кюри и его сотрудники в ходе многочисленных экспериментов получили доказательство того, что при процессах расщепления ядра высвобождаются дополнительные нейтроны, которые в свою очередь могут снова разрушать ядра урана при условии, что программа опыта будет построена с учетом сохранения этих дополнительных нейтронов. Ферми и Герберт Андерсон сообщали о подобных же результатах проведенных ими опытов.
В своем втором сообщении от 10 февраля 1939 года Ган и Штрасман указали на возможность испускания дополнительных нейтронов, но скудное оборудование и слабые источники лучей, которые были в их распоряжении, не позволили им действительно установить возникающий при расщеплении ядра избыток нейтронов. Заслуга доказательства цепной реакции принадлежит другим исследователям. Существование этого явления было доказано через три месяца после открытия расщепления урана.
С открытием расщепления ядра и с пришедшим вслед за этим убеждением в возможности атомной цепной реакции эйнштейновская формула 1905 года E = mc2 - результат чистых фундаментальных исследований - внезапно приобрела неслыханно огромное практико-техническое значение. Не заставили себя ждать и непредвиденные социальные последствия этого открытия. По словам Макса Борна, формула Эйнштейна с открытием расщепления урана и цепной реакции стала "своего рода связующим звеном между физикой и политикой".
Открытия конца 1938 - начала 1939 года были подлинным "прыжком в необычное". Еще за пять лет до этого зачинатель ядерных исследований Эрнст Резерфорд на одном из научных форумов со всей определенностью заявил: "Превращения атома представляют для ученых чрезвычайный интерес, но мы не можем так контролировать атомную энергию, чтобы она имела практическую ценность, и я полагаю, что мы, очевидно, никогда не будем в состоянии сделать это".
Это "никогда" Резерфорда было не единственным ошибочным пророчеством великих естествоиспытателей; множество других предсказаний опровергались дальнейшим развитием естествознания и техники.
Среди немецких физиков первым поставил вопрос об использовании атомной энергии Зигфрид Флюгге, который был в то время техническим советником при Институте химии, руководимом Ганом. В июне 1939 года в журнале "Натурвиссеншафтен" он опубликовал статью под названием "Можно ли технически использовать энергию атомных ядер?". Флюгге высказал также мысль об управляемом использовании ядерной энергии при помощи тормозящего вещества. Величину высвобождаемой энергии он наглядно подтвердил впечатляющим примером.
Одна из главных трудностей технического использования ядерной энергии заключалась в том, что для цепной реакции нужен был редкий изотоп урана с массовым числом 235, отделенный от урана-238, который "улавливает", или захватывает, дополнительные нейтроны прежде, чем они могут расщепить уран-235. Другая возможность получения атомной энергии возникала как раз из этого захвата нейтронов определенной скорости ураном-238, в результате чего образовывался новый, похожий по своим качествам на уран-235 элемент, который в 1940 году был обнаружен в США и назван плутонием.
Для получения в больших количествах урана-235 и вскоре открытого плутония нужны были особые установки, создание которых требовало необычайно больших затрат денежных средств.
С этого момента речь шла уже об общественном влиянии открытия расщепления ядра и ядерной реакции: физика стала политикой. В случае наличия необходимых средств ничто не мешало использовать атомную энергию и для производства оружия, которое намного превосходило по своей разрушительной силе все ранее известные виды оружия. Дальнейшая судьба ядерных исследований определялась ходом политических событий.
Отто Ган писал в конце 1946 года, что гитлеровское правительство оставило его с сотрудниками "в покое". По его мнению, это произошло частично из-за определенного страха, частично из-за тайной мысли, что химики-ядерщики совершат какие-либо открытия, которые помогут установлению немецкого господства во всем мире. Гитлеровцы "злились", как говорил Ган, на него и его сотрудников за то, что он опубликовал в научных журналах все результаты исследований и отверг любые предложения сохранить тайну.
В результате за границей создалось впечатление, что в гитлеровской Германии ведется лихорадочная работа в области ядерных исследований. К тому же зарубежные физики из первых рук получили точные сведения о состоянии немецких ядерных исследований. "Американцы получали также преимущество оттого, - замечал Ган в автобиографии, - что мы в течение всей войны публиковали наши результаты; они же, напротив, ничего не публиковали. Так, они могли в полной мере контролировать и использовать наши результаты, мы же не могли ничего от них перенять".
Действительно, первое сообщение о работах американских, английских и канадских исследователей-атомщиков было опубликовано только в 1946 году, через год после применения атомного оружия.
В тех кругах, которые определяли тогда политику Соединенных Штатов Америки, первоначально так же мало думали о военно-техническом использовании новых достижений атомной физики, как и в гитлеровской Германии. На возможность подобного использования достижений ядерных исследований впервые обратили внимание физики-эмигранты. "Изгнанные физики знали, - писал Макс Борн, - что не будет никакого спасения, если немцам первым удастся создать атомную бомбу. Даже Эйнштейн, который всю свою жизнь был пацифистом, разделял этот страх и дал уговорить себя нескольким молодым венгерским физикам, просившим предупредить президента Рузвельта".
Один из этих венгерских физиков, Евгений Вигнер, который до эмиграции преподавал в Высшей технической школе в Берлин-Шарлоттенбурге, в 1955 году рассказал историю письма Эйнштейна Рузвельту. По его словам, Лео Сцилард, бывший ассистент Макса фон Лауэ, и он в июле 1939 года посетили Эйнштейна на его даче для того, чтобы побудить его написать личное послание Рузвельту и обратить внимание правительства США на возможность военно-технического использования атомной энергии. Эйнштейн понял опасность, которую таило любое промедление, и "экспромтом" продиктовал письмо Рузвельту.
Вигнер так заканчивает свое сообщение: "Во время нашего визита к Эйнштейну мы знали очень мало или почти ничего не знали о работах немцев в связи с расщеплением урана. Нам известен был тот факт, что Вайцзеккер занимает высокий пост в правительстве, а его сын - известный физик. Поэтому мы предполагали, что германское правительство знает о возможностях расщепления урана. Но это было только предположение".
В начале письма Эйнштейна говорится: "Новая работа Энрико Ферми и Лео Сциларда, которая передана мне в рукописи, заставляет меня предполагать, что элемент уран в близком будущем можно будет превратить в новый важный источник энергии. Известные аспекты сложившейся из-за этого ситуации, по-видимому, требуют бдительности и в случае необходимости быстрых действий со стороны правительства".