Войти в систему
Войти с помощью соц. сетей:
Фейнман снова попытался починить радиоприемник — в самый разгар величайшего события столетия. Кто-то раздал всем сварочные стекла, чтобы защитить глаза. Эдвард Теллер намазался солнцезащитным кремом и надел перчатки. Всем создателям бомбы приказали лечь лицом вниз, ногами — к эпицентру взрыва, находящемуся в тридцати двух километрах, где на тридцатиметровой стальной вышке установили разработанное ими устройство. В воздухе повисло напряжение. По дороге сюда три автобуса с учеными притормозили, чтобы подождать, пока один из них выходил: он чувствовал тошноту. Грозовой ливень обрушился на пустыню Нью-Мексико потоками влаги. Фейнман, самый молодой из членов группы, отчаянно пытался настроить сложный радиоприемник, установленный в военном грузовике. Радио было единственным средством связи с самолетом-корректировщиком, и оно не работало.
Его бросило в жар, руки дрожали. Он еще раз повернул ручки настройки приемника. Он знал нужную волну, но все равно переспрашивал снова и снова. Фейнман едва не опоздал на автобус, прилетев из Нью-Йорка после получения срочной зашифрованной телеграммы, поэтому не хватило времени, чтобы разобраться, как работали все эти переключатели. Растерянный, он попытался переустановить антенну, но ничего не изменилось: по-прежнему тишина. И вдруг — музыка, мрачный, сентиментальный вальс Чайковского, так некстати вырвавшийся из эфира. Коротковолновая передача на соседней частоте — прямиком из Сан-Франциско. Несомненно, радиоприемник работал, заключил Фейнман и снова принялся накручивать переключатели, пока не убедился, что всё в порядке. Последний раз настроился на частоту самолета. Снова тишина. Ричард решил довериться интуиции, оставил всё как есть, и в этот момент сквозь темноту прорвался хриплый голос. Радиоприемник работал все это время — просто самолет не посылал сигналов. «Тридцать минут до начала операции», — раздалось из приемника.
Вдалеке лучи от прожекторов, разрезая небо, метались между облаками и тем местом, где, как предполагал Ричард, установлена вышка. Фейнман пытался разглядеть сигнальные огни через сварочное стекло, но потом послал все к черту: оно было слишком мутным. Люди, разбросанные по холму, напоминали зрителей, смотревших фильм в 3D-очках. «Сборище сумасшедших оптимистов, — подумал Фейнман. — Откуда им вообще знать о вспышке?» Он направился к транспортеру для перевозки оружия и сел на переднее сиденье, решив, что ветровое стекло этой машины послужит хорошей защитой от опасного ультрафиолетового излучения. В командном пункте, находящемся на расстоянии сорока километров от них, Роберт Оппенгеймер, худой, словно тень, в потертой шляпе прислонился к деревянному столбу и произнес вслух: «Господи, как тяжело подобные события отражаются на сердце». Как будто что-то подобное когда-либо случалось раньше.
В 5:29:45 утра 16 июля 1945 года местечко, которое по-испански называлось Хорнадо-дель-Муэрто — Долина Смерти, незадолго до рассвета озарилось вспышкой атомной бомбы. В следующее мгновение Фейнман поймал себя на том, что смотрит на фиолетовое пятно на полу транспортера. Ум ученого приказал уму гражданина поднять глаза. Земля была белой, и всё вокруг казалось безликим и плоским. Небо стало тускнеть, его цвет поменялся с серебристого на желтый и оранжевый. Свет отражался от вновь образующихся облаков в области ударной волны. «Откуда-то взялись облака!» — подумал Ричард. Эксперимент продолжался. Неожиданно Фейнман увидел, как светится ионизированный воздух, молекулы которого потеряли электроны при невообразимо высокой температуре. Каждый из присутствовавших запомнит это событие на всю жизнь. «И потом — ни звука, и засияло солнце. По крайней мере, так мне показалось», — вспоминал позже Отто Фриш. Это не тот свет, специфику которого органы чувств человека способны были бы как-то оценить, а научная аппаратура — измерить. Описывая события того дня, Исидор Раби и помыслить не мог о единицах освещенности: «Взрыв, обрушение. Этот свет словно проникал внутрь тебя. Это было нечто, что мы воспринимали не только глазами». Свет нарастал и угасал над погруженной в молчание долиной. Не раздавалось ни звука до тех пор, пока разрастающийся купол взрывной волны не достиг наблюдателей через сто секунд после детонации.
Треск, похожий на выстрел из винтовки, испугал корреспондента The New York Times, стоявшего слева от Фейнмана. «Что это?» — воскликнул он, чем невероятно развеселил ученых, которые его услышали.
«То самое!» — прокричал в ответ Фейнман. В свои двадцать семь он выглядел мальчишкой: долговязый, с широкой улыбкой. Раскат грома пронесся над холмами. Он был осязаем. Внезапно, благодаря звуку, событие стало восприниматься Фейнманом более реальным: он ощущал его по звуку. Энрико Ферми, находившийся ближе всех к взрыву, едва слышал его: он разорвал бумажный лист и пытался рассчитать давление взрывной волны, наблюдая за тем, как клочки бумаги разносит внезапно возникший ветер.
Ликование, радостные возгласы, танцы — всё, что происходило в тот торжественный день, тщательно запротоколировали. На обратном пути один из физиков подумал, что Фейнман буквально выпрыгивает через крышу автобуса. Создатели бомбы праздновали и напивались. Они отмечали рождение «того самого» устройства, их гаджета. Они умны. Они смогли сделать это. После двух лет, проведенных в терракотовой пустыне, они наконец преобразовали материю в энергию. Особенно радовались теоретики, ведь им удалось провести абстрактные знания от их записи на грифельных досках до воплощения в абсолютное оружие — от идеи до огня. Это была настоящая алхимия. Алхимия, которая превратила металл, более редкий, чем золото, в элементы, более смертоносные, чем свинец.
Теоретики, привыкшие заниматься в основном умственным трудом, теперь корпели над решением задач не на бумаге, а в реальной осязаемой физически обстановке. Почти всем им пришлось работать в новых для них областях, например разрабатывать теорию взрывов или теорию изменения свойств материи при экстремально высоких температурах. Практичность развития этих направлений отрезвляла и будоражила умы ученых. Даже чистым математикам пришлось спуститься с небес на землю. Станислав Улам сетовал, что если раньше ему приходилось иметь дело исключительно с символами, то теперь он опустился настолько, что начал использовать в расчетах реальные цифры, и, что совсем унизительно, это могут быть дробные числа. У них не было возможности выбирать проблемы, решение которых выглядело бы элегантно и просто, как они привыкли. Здесь стояли определенные задачи, и касались они в основном требующих осторожного обращения материалов и взрывоопасных труб. Даже Фейнману приходилось прерывать расчеты диффузионных процессов, чтобы починить печатные машинки, а потом, отремонтировав их, проверять безопасность скапливающегося урана. Он придумал новый способ вычислений, совмещавший частично использование вычислительных устройств, а частично непосредственное участие человека в решении уравнений, которые теоретически не могли быть решены. Дух прагматизма захватил Лос-Аламос. Неудивительно, что теоретики ощущали такой подъем.
Позже они вспоминали терзавшие их сомнения. Оппенгеймер, вежливый и самокритичный поклонник мистики Востока, говорил, что, когда огненный шар распростерся на несколько километров, закрывая небо (Фейнман тогда подумал, что это облака), у него в голове всплыл отрывок из «Бхагавад-Гиты»: «И вот стал я смертью, разрушителем миров». Руководитель испытаний Кеннет Байнбридж якобы ответил ему: «Мы все теперь подонки». Когда горячие облака рассеялись, Раби рассказал, что ощущал «холодок, но не тот, который чувствуешь по утрам, а тот, что пробегает по коже, когда думаешь, например, о родном деревянном домике в Кембридже…» Возбуждение и облегчение, последовавшие непосредственно за событием, заглушали такие мысли. Фейнман вспоминал, что лишь один человек был подавлен — тот, кто привлек его к участию в Манхэттенском проекте, Роберт Уилсон. Его слова тогда удивили Ричарда. Уилсон сказал: «Мы сотворили нечто ужасное». Большинство переосмыслило случившееся позднее. На месте события ученые, казавшиеся военным не поддающейся никаким регламентам многоязычной группой, в полной мере могли разделить их патриотические чувства, которые вскоре угасли. Три недели спустя после испытаний, через три дня после Хиросимы, в день, когда это же произошло в Нагасаки, Фейнман выстукивал на печатной машинке письмо матери.
«Мы прыгали от радости, ликовали и хлопали друг друга по плечам, жали руки, поздравляли… Все было прекрасно, но цель — следующая взорвется уже не в Нью-Мексико, а в Японии… Все, кто работал со мной, собрались в холле и с открытыми ртами слушали меня. Они все так чертовски гордились тем, что сделали. Может быть, скоро война закончится».
Эксперимент с кодовым названием «Тринити» стал эпохальным событием, изменившим психологию людей. Прелюдией стало торжественное и необратимое превосходство науки над природой. Последствием — жестокость и смерть в чудовищных масштабах. В момент, когда небывалый ранее свет озарил небо, человечество стало фантастически могущественным и фантастически уязвимым. История, рассказанная множество раз, становится легендой. Легенда «Тринити» высветила беспокойство послевоенного мира о том, что может ожидать человечество в будущем, и безответственное отношение человека к своей скоротечной жизни. Символы «Тринити» — длинная и тонкая тридцатиметровая вышка, которая вот-вот испарится; разорванные туши зайцев, разбросанные в радиусе двух с половиной километров от взрыва; песок, сияющий нефритово-зеленым, — ознаменуют собой самое ужасное событие своего времени. Мы знаем, к чему это привело. Мы знаем, что было после. Кровоточащие души ученых. Утрата чистоты и наивности — Хиросима. Доктор Стренджлав. Полезная нагрузка, радиоактивные отходы, взаимное гарантированное уничтожение. Горькая ирония. Но с самого начала «нулевая отметка» была не чем иным, как отражающей поверхностью, слегка радиоактивной в том месте, где раньше стояла вышка из стали. Ричард Фейнман, все еще слишком молодой, писал: «Как прекрасно выглядит зеленый кратер посреди коричневой пустыни».
Два с половиной года прошло с тех пор, как закрыли проект по разработке изотрона в Принстоне. Фейнман и вся команда Уилсона находились в подвешенном состоянии и полном неведении. Уилсон считал, что они солдаты, ожидающие приказа. «Полагаю, мы тогда оказались в самой плохой из возможных ситуаций, — позже вспоминал он. — Исследовательская группа, которой не поставили задачу, ученые, обладающие стойкостью и знаниями и не имеющие возможности где-либо их применить». Чтобы скоротать время, Уилсон решил поработать над созданием прибора для измерения нейтронов, в котором уже давно назревала необходимость. В то же время он ощущал, что ему не хватает объективной информации из Чикаго, где располагался временный центр, в котором работали Энрико Ферми и его «кучка» ученых-атомщиков. (Физик из Рима, носивший кожаный пиджак, использовал незадолго до этого приобретенный им англосаксонский словарь, чтобы придумать новый грубоватый ядерный жаргон.) В реакторе — смонтированном из графитовых стержней и урановых блоков, расположенном на университетском поле для игры в сквош и огороженном решеткой — могла возникнуть цепная реакция. Уилсон послал Фейнмана в Чикаго в качестве своего эмиссара.
Сначала, разумеется, состоялось краткое обучение искусству сбора информации. Уилсон велел Фейнману по очереди посетить все кафедры и предложить экспертную оценку.
— Пусть они детально опишут тебе проблему, настолько подробно, чтобы можно было сесть и работать над ней, не задавая больше вопросов.
— Но это нечестно! — возразил Ричард.
— Это нормально, и это то, что мы собираемся сделать, потому что только так мы сможем узнать все, что нам надо.
В начале 1943 года Фейнман отправился на поезде в Чикаго. Последний раз он путешествовал на Запад десять лет назад, после посещения выставки «Век прогресса». И ему действительно, как заправскому шпиону, удалось собрать нужные сведения. Он познакомился с Теллером, и они часто беседовали. Он ходил из кабинета в кабинет, изучая нейтронные эффективные сечения и выход нейтронов. Он произвел впечатление на группу теоретиков, на одной из встреч показав им способ вычисления сложных интегралов, взять которые им долго не удавалось. «Мы все пришли посмотреть на этого дерзкого чемпиона по анализу, — вспоминал потом Филипп Моррисон. — И он нас не разочаровал. Он с ходу объяснил, как быстро получить результат, которого в течение месяца добивался один из наших умных специалистов, занимающийся расчетами». Фейнман предложил разбить задачу на две части, а затем для решения одной из них воспользоваться таблицами функций Бесселя, а для другой прибегнуть к дифференцированию под знаком интегрирования. Ричард использовал этот способ еще в подростковом возрасте. Только теперь аудитория была больше и ставки выше.
Однако он не последний из тех одаренных ученых, благодаря которым металлургическая лаборатория стала легендой. Пять месяцев спустя из Колумбийского университета прибыл Джулиан Швингер, до этого успевший поработать в Радиационной лаборатории МТИ и с Оппенгеймером в Беркли. Швингер был ровесником Фейнмана, но контраст между этими двумя ньюйоркцами был поразительный. Их пути еще не пересекались. Швингер произвел на чикагских ученых огромное впечатление своим шикарным черным «кадиллаком» и щепетильным отношением к одежде. Тем жарким летом его галстук всегда был туго затянут. Один из коллег Швингера, конспектирующий то, что тот писал на доске, был буквально заворожен этим процессом. Джулиан, одинаково хорошо владевший и правой, и левой руками, казалось, изобретал новый стиль, позволявший ему одновременно решать два уравнения.
Это было странное время для физиков, стремящихся к тому, что и так составляло главную цель их карьеры. Впрочем, война отразилась на жизни молодых ученых невероятно мягко. Ее влияние на них несравнимо с потрясениями, которые испытывали молодые люди призывного возраста. Фейнман тем не менее с нетерпением ждал, когда же под давлением войны изменится и направление, в котором развивалась наука. Почти как шутку он воспринял предложение от Университета Висконсина поработать преподавателем на время отпуска без содержания. Это сулило хоть какую-то определенность, хотя на большее он и не рассчитывал. Теперь, находясь в Чикаго, Ричард решил отправиться в Мэдисон и побродить по студенческому городку инкогнито. В конце концов он представился секретарю кафедры и познакомился с некоторыми потенциальными коллегами, прежде чем уехать.
Он вернулся в Принстон с небольшим портфелем, набитым разными сведениями. Собрал Уилсона и остальных и рассказал им, как выглядела бомба зимой 1943 года, сколько потребуется урана и какова величина высвобождаемой энергии. Ему было тогда двадцать четыре года. Он стоял в рубашке с короткими рукавами в одной из аудиторий. Из коридора доносились шутки и смешки. Фейнман не думал тогда об истории, а вот Пол Олум подумал. «Когда-нибудь снимут фильм об этом судьбоносном моменте, — говорил он Фейнману. — О том, как в Принстоне узнали о бомбе от только что прибывшего из Чикаго коллеги. Обстановка очень серьезная, все собравшиеся пришли в костюмах, и вот входит человек с портфелем. Насколько же реальная жизнь отличается от воображаемой».
Выбор гражданского руководителя проекта был весьма странным. Еврей, эстет, манерный и саркастичный человек, не упускавший возможности пофлиртовать, откровенно склонный к саморазрушению ученый, чей административный опыт ограничивался руководством калифорнийской группой физиков, Роберт Оппенгеймер, или Оппи, как его еще звали, заслужил уважение коллег скорее благодаря своему живому уму, чем глубиной выполненных им исследований. Он не испытывал интереса к экспериментам, а его стиль работы казался нетипичным для физика. И если он и ошибался, то это были явно глупые ошибки. Один из теоретиков как-то язвительно заметил, что «формула Оппенгеймера всегда выглядит верной для него самого, ведь если в них что и неправильно, так это множители». Позднее выражение «коэффициент Оппенгеймера» войдет в жаргон физиков для обозначения пропущенных в формулах символов π, i или знака минус. Его физический подход, по словам историка науки Ричарда Родса, напоминал «броски мяча с отскоками». «Он словно обстреливал мишень <…> но не стремился попасть в цель». Никто не понимал проблем квантовой электродинамики и физики элементарных частиц лучше, чем Оппенгеймер, но его личные интересы лежали скорее в области эзотерики. Отчасти именно поэтому, несмотря на то что он стал одним из самых влиятельных ученых, участвующих в выборе лауреатов Нобелевской премии по физике, сам он так и не получил ее. В науке, как и во всем остальном, его вкус был, что называется, утонченным. Оппенгеймер носил костюмы с преувеличенно большими плечами и широкими лацканами. Он трепетно относился к своему мартини, черному кофе и курительной трубке. Председательствуя на званом ужине комитета, проходившем в стейк-хаусе, он ожидал, что коллеги последуют его примеру и закажут стейк с кровью. Когда же кто-то попытался заказать хорошо прожаренный кусок мяса, Оппенгеймер повернулся к нему и произнес серьезным тоном: «Почему бы вам не взять рыбу?» Его нью-йоркский бэкграунд был именно таким, к какому стремилась и от которого неумолимо отдалялась мать Ричарда Фейнмана. Как и Люсиль, Оппенгеймер вырос на Манхэттене в достатке и посещал культурно-религиозную школу (Ethical Culture Fieldston School). Позже, когда Ричард еще только проникался новым, прагматичным американским духом в физике, Оппенгеймер уехал учиться в Кембридж и Геттинген и полностью впитал в себя стиль интеллектуальной Европы. Он не довольствовался знанием только современных языков. И если для физиков его поручения на санскрите казались забавными, то генерал Гровс считал их еще одним подтверждением гениальности, а именно гения он и искал. Гровс считался прекрасным администратором и не придавал особого значения администраторским способностям руководителей проектных работ. И, к удивлению большинства, интуиция не подвела его. Талант Оппенгеймера проявлялся прежде всего в его лидерских качествах. Он завоевал уважение Фейнмана, как и многих других, постоянно интересуясь их личной жизнью. Он позвонил из Чикаго, чтобы сообщить, что нашел для Арлин санаторий в Альбукерке. До этого Фейнману еще ни разу не приходилось отвечать на междугородные звонки.
При выборе местности для работы над проектом атомной бомбы мнение Фейнмана и мнение военных совпали. Каким бы невероятным это ни казалось потом, безопасность и недосягаемость такого места для вражеских атак были так же важны, как и изоляция общительных и непредсказуемых ученых. Оппенгеймер же давно влюбился в невероятно красивые пейзажи Нью-Мексико, где воздух прозрачен, как стекло, а корявые сосны прорубают себе путь в стенах каньона. Оппенгеймер стал носить ковбойские рабочие рубашки и пряжки на ремне, популярные на западе. Он провел генерала Гровса по извилистой дороге через рощу к плато, на которой в предгорье Сангре-де-Кристо располагалась Лос-Аламосская школа для мальчиков. Не все, однако, разделяли такую любовь к местным пейзажам. Лео Силард, физик из Будапешта, первым объяснивший процесс выделения энергии в цепной реакции и одно время так настаивавший на проекте создания бомбы, заявил: «В таком месте невозможно сосредоточиться. Любой, кто попадет сюда, обречен на безумие».
Нетерпеливые участники Принстонской группы подписались все скопом. Уилсон, вначале так спешивший увидеть это место, позже с не меньшим рвением жаловался на грязь и неразбериху, на то, что вместо лаборатории возвели какой-то балаган и даже водопровод не удосужились проложить как следует. Гровс и Оппенгеймер постоянно спорили о том, как обеспечить секретность. И Фейнман об этом знал. Из Принстона по железной дороге доставляли в деревянных ящиках детали циклотрона и оборудование для подсчета нейтронов. Принстон поставлял и основное оборудование для новой лаборатории, вслед за которым прибыл из Гарварда тщательно демонтированный циклотрон, а также другие генераторы и ускорители. Вскоре Лос-Аламос стал самым оснащенным физическим центром в мире. Вслед за деревянными ящиками из Принстона стали прибывать и ученые. Ричард и Арлин приехали с первой партией в воскресенье, 28 марта. По инструкции всем следовало купить билеты в любом направлении, кроме Нью-Мексико. После непродолжительных колебаний противоречивая натура Фейнмана одержала верх над здравым смыслом. Он рассудил, что если никто больше не ехал в Нью-Мексико, то, приобретая билеты туда, он не вызовет подозрений. Продавец в кассе тут же оживился и спросил: «Оу, так все эти ящики для вас?»
Железная дорога обеспечила Арлин креслом на колесах и предоставила отдельное купе. Арлин слезно упрашивала Ричарда заплатить за удобства, намекая, что заслуживает, по крайней мере, шанс испытать все то, что полагалось испытывать любимой жене. Переезд на запад сулил им бескрайнее небо и неизвестное будущее, окончательно вырвав их из детства. Арлин плакала ночами, беспокоясь о будущем, и рассказывала Ричарду о своих мечтах: занавески на окнах в их доме, чаепития с его студентами, игра в шахматы у камина, чтение комиксов в постели по воскресеньям, вылазки на природу с палатками и сын по имени Дональд.
У Ферми в брикете урана и графита, выпиленном и собранном профессиональными краснодеревщиками на корте Чикагского университета 2 декабря 1942 года, находилась первая в мире критическая масса радиоактивного вещества. Между его черными графитовыми стержнями первая в мире искусственно вызванная цепная реакция длилась около получаса. Но это была медленная реакция, для бомбы же требовалась быстрая, протекающая менее чем за миллисекунды. Естественный эволюционный переход от чикагского, высотой в два этажа, эллипсоида к сферической урановой бомбе размером с бейсбольный мяч, которая была взорвана на проекте «Тринити», был невозможен. Для подобного перехода от большого реактора с медленно протекающей реакцией к бомбе, где реакция протекает быстро, необходим заметный скачок. Могло быть несколько различных промежуточных этапов.
И все же еще одно из возможных решений пришло в голову Фейнмана в апреле 1943 года, когда он находился в машине у ворот пропускного пункта Лос-Аламоса. Атомы водорода замедляли нейтроны. Это открытие Ферми сделал много лет назад. Вода же была дешевым веществом, в состав которого входил водород. Раствор урана в воде мог бы стать мощным компактным реактором. Фейнман ждал, пока охранник устранит ошибку, вкравшуюся в его пропуск. Справа и слева от ворот было протянуто ограждение из колючей проволоки. За ним находились не лаборатории, там располагалось лишь несколько одноэтажных зданий и незавершенных построек, поднявшихся словно из грязи в конце этой зимы. Строго говоря, такие постройки, которые в армии называли мобилизационными, представляли собой наспех возведенные на бетонном фундаменте деревянные каркасные дома, обитые простым сайдингом, с битумными крышами. Возвращаясь из Санта-Фе, расположенного более чем в пятидесяти километрах отсюда, надо было проезжать по укатанной грунтовой дороге, врезавшейся прямиком в отвесные скалы. Фейнман был не единственным из физиков, никогда не уезжавшим западнее Чикаго. Ученых предупредили, что на время работы, по требованию армейских руководителей проекта, потребуется полная изоляция, но никто до конца не осознавал, что именно имеется в виду. Поначалу единственным средством связи с внешним миром была телефонная линия, проложенная лесничеством. Чтобы позвонить куда-то, приходилось крутить ручку, расположенную сбоку.
Дожидаясь, пока военная полиция одобрит его пропуск, Фейнман провел в уме некоторые расчеты для гипотетического промежуточного реактора, который можно было назвать водяным бойлером. Вместо урановых и графитовых стержней в нем можно было бы использовать растворенный в воде уран с большим содержанием изотопа 235. Водород, присутствующий в воде, позволял увеличить эффективность во много раз. Ричард попытался сообразить, сколько понадобится урана. На протяжении нескольких недель он продолжал обдумывать эту задачу, то откладывая идею, то снова возвращаясь к ней. Он детально продумывал геометрию столкновений нейтронов с водородом и наконец пришел к неожиданной мысли. Возможно, в идеальном варианте потребуется меньше урана, чем предполагалось ранее. Ричард преобразовал уравнения таким образом, чтобы можно было бы свести решение к использованию минимального принципа, его любимого способа в тот период. Он разработал теорему для пространственного распределения расщепляемого вещества и обнаружил, что его неоднородность распределения не будет иметь принципиального значения при использовании реактора столь небольшого размера. Когда обогащенный уран наконец начал поступать в Лос-Аламос, был изготовлен вариант бойлера в виде тридцатисантиметровой сферы, расположенной внутри изготовленного из черного оксида бериллия куба, размеры граней которого составляли порядка метра. Куб был установлен на столе, огороженном тяжелой бетонной стеной на дне укрытого соснами каньона Омега. И все это сооружение находилось на расстоянии нескольких километров от основного объекта. Это был первый крупномасштабный экспериментальный источник нейтронов, и впервые угроза взрыва была вполне реальна. Для всех теоретиков, принимавших участие в проекте, именно элементы первой проблемы стали лейтмотивом их временной работы: траектории нейтронов, смеси малоизученных металлов, радиация, тепло, вероятность.
Пока тянулся слякотный апрель, ученые продолжали прибывать в Лос-Аламос, и их количество уже достигло тридцати. Они приезжали во временный офис в Санта-Фе, а затем исчезали в пустынной местности, окружающей этот городок. Если бы они посмотрели на место своего назначения с воздуха, то увидели бы, что комплекс, в который они направляются, расположен на плоском выступе, образованном застывшей лавой, извергнутой из кратера спящего вулкана. Но пока они знали лишь номер абонентского ящика для писем — P. O. Box 1663, и в их водительских правах появилась специальная отметка «В». Но не все меры, предпринятые, чтобы обеспечить безопасность, могли сдерживать интерес и развеять подозрения местного населения.
Любой местный полицейский, остановивший Ричарда Фейнмана на дороге к северу от Санта-Фе, увидел бы удостоверение некоего инженера, в котором вместо имени указывался только номер 185, занесенный в специальный список «В», и подпись которого не требовалась. Само название Лос-Аламос едва ли что-то значило. Каньон? Школа для мальчиков? Подъезжая к объекту, ученые чаще всего могли видеть бывшего университетского преподавателя, забрасывающего назойливыми инструкциями бригаду военных строителей. Если Оппенгеймер оказывался рядом и мог поприветствовать вновь прибывших лично, из-под полей его уже тогда знаменитой шляпы раздавалось: «Добро пожаловать в Лос-Аламос, но, черт возьми, кто вы такой?» Первым знакомым человеком, которого встретил Фейнман, был его товарищ по Принстону Пол Олум: тот стоял прямо на дороге с папкой-планшетом и отмечал каждый прибывший грузовик. Первое время Ричарду приходилось спать на одной из составленных рядком кроватей на балконе здания школы. Еду доставляли из Санта-Фе в коробках для ланча.
Вокруг царила суматоха. Стройка была в самом разгаре: цемент застывал на открытом воздухе, отовсюду раздавались звуки циркулярной пилы, и только теоретики имели все необходимое для работы — одну грифельную доску на колесиках. Официальная церемония «закладки первого камня» состоялась 15 апреля. Оппенгеймер пригласил всех теоретиков, а также некоторых физиков-экспериментаторов и химиков, чтобы официально объявить о том, на что раньше только намекали. Им предстояло создать бомбу, оружие, работающее устройство, механизм, способный сконцентрировать потоки нейтронов, необходимых для ядерной реакции, в небольшом объеме пространства в течение малого интервала времени для того, чтобы спровоцировать взрыв. В начале выступления Фейнман осторожно записал в своем блокноте: «Не обязательно говорить о том, что мы должны обсудить, скорее, стоит обсудить то, над чем мы работаем». Командам из Беркли и Чикаго было известно значительно больше. По крайней мере, складывалось такое впечатление. Для расщепления атома обычного урана требовалось, чтобы он столкнулся с быстрым, обладающим большой энергией нейтроном. Каждый атом сам по себе был маленькой бомбой: он распадался с выделением энергии и высвобождением новых нейтронов, которые, в свою очередь, ударяли соседние атомы урана. Нейтроны же, как правило, замедлялись, и их скорость становилась ниже порогового значения, необходимого, чтобы вызвать расщепление других атомных ядер. Цепная реакция в этом случае сама себя не поддерживала. А вот более редкий изотоп урана-235 был способен распадаться при столкновении с медленными нейтронами. Если бы основная масса урана состояла из таких менее стабильных атомов, нейтроны чаще находили бы свои цели, и цепная реакция могла бы поддерживаться более длительное время. При использовании чистого урана-235 взрывную реакцию получить можно, но его на протяжении нескольких месяцев удавалось получать лишь в микроскопических количествах. Другой способ спровоцировать цепную реакцию заключался в том, чтобы поместить радиоактивную массу в металлический купол, от внутренней поверхности которого нейтроны могли бы отражаться по направлению к центру, что привело бы к усилению их воздействия. Перед аудиторией, состоящей из тридцати человек, каждый из которых к этому моменту уже сам излучал почти осязаемую энергию нервозности, с описанием различных свойств куполов выступил худощавый советник Оппенгеймера Роберт Сербер. Фейнман быстро записывал: «…отражает нейтроны <…> поддерживает бомбу на уровне <…> критической массы <…> не поглощающий равномерный фактор 3 в массе <…> хороший взрыв…» Он быстро набросал несколько диаграмм. От обсуждения вопросов ядерной физики перешли к рассмотрению проблем, для решения которых надо было использовать методы гидродинамики, науки отнюдь не молодой, но от этого не ставшей менее понятной. Пока нейтроны выполняли свою работу, бомба нагревалась и расширялась. В ключевые моменты времени возникали ударные волны, перепады давления, краевые эффекты. Их сложно было рассчитать, и долгое время теоретики проводили расчеты вслепую.
Создание бомбы в корне отличалось от разработки теории квантовой электродинамики, где почва уже была подготовлена великими учеными. Здесь задачи были новыми, лежащими на поверхности, и поэтому — что немало удивляло Фейнмана — простыми. Ричард добился успехов, решив ряд вопросов, поднятых в первых лекциях, вознаградив себя за длительный период блуждания во тьме чистой теории. Однако возникали всё новые сложности.
«Многое из того, что необходимо было сделать, предстояло сделать впервые», — писал позже анонимный летописец тех событий, тайно работавший на другое лицо. Этим летописцем был Фейнман, занявшийся столь несвойственным ему делом по просьбе бывшего декана Гэрри Смита. Пытаясь подытожить те проблемы, что встали перед теоретиками в Лос-Аламосе, Ричард добавил: «без соответствующей подготовки». И далее: «материалы, которые долгое время были практически недоступны». Он написал «материалы», потому что не мог заставить себя написать уран или плутоний после нескольких лет эвфемизмов вроде трубосплава и 49. Теоретики ожидали трубосплав с таким же нетерпением, как и экспериментаторы. Могли потребоваться и более обычные материалы, так что по запросу лаборатории из Форта Нокс доставили две полусферы из чистого золота, каждая размером с половину баскетбольного мяча. Однажды, проводя экскурсию для Смита, Фейнман обратил его внимание на то, что он рассеянно пинал одну из них, а теперь она служила ограничителем для двери. На запрос о поставке осмия, плотного нерадиоактивного металла, они получили отказ, когда выяснилось, что требуемое количество превышало все мировые запасы. Ну а для того, чтобы получить требуемое количество урана-235 и плутония, лаборатории пришлось бы ждать, пока мировые запасы увеличатся в миллионы раз.
Все, что было известно об этих материалах на тот момент, было получено в результате экспериментов, проведенных с крошечными, буквально невидимыми образцами. Эксперименты эти были сложными и дорогостоящими. Даже измерение плотности плутония стало трудной задачей для чикагской команды. Первая песчинка плутония была доставлена в Лос-Аламос только в октябре 1943 года. Чтобы получить более крупные поставки, требовалось время, но и в этом случае фактически можно было провести лишь один полноценный эксперимент. На большинство вопросов по-прежнему приходилось отвечать только с помощью карандаша и бумаги. Вскоре стало ясно, что процесс разработки теории в Лос-Аламосе будет похож на хождение по канату без страховки.
Команда теоретиков была небольшой — всего тридцать пять физиков и группа расчетчиков, в задачи которой входило предоставление результатов анализа и прогнозов во все значительно более крупные подразделения практиков: экспериментальное, артиллерийское, оружейное, химическое и металлургическое. Анализ и прогнозы. Другими словами, что произойдет, если?.. Теоретики Лос-Аламоса не могли позволить себе роскошь раздумывать о том, как раскрыть простые тайны, такие как излучение света атомами водорода или распространение идеальной волны в идеальном газе. Материалы, находящиеся под рукой, были далеко не идеальны, и теоретики так же, как и экспериментаторы, двигались на ощупь, разгребая завалы на территории под названием нелинейная математика. Важные решения необходимо было принимать до того, как станет возможным провести эксперименты. В своем анонимном дневнике Фейнман обозначил основные вопросы, которые стояли перед ними:
Двухэтажное здание, в котором базировались ученые, было выкрашено в зеленый цвет и называлось «корпус Т», то есть теоретический. Оппенгеймер превратил его в штаб-квартиру и интеллектуальный центр лаборатории. Ответственным он назначил Ханса Бете, знаменитого физика-ядерщика из Корнеллского университета. Коридоры в здании были узкие, а стены тонкие, и во время работы ученые периодически слышали рокочущий смех Бете и предполагали, что где-то поблизости должен был находиться и Фейнман.
Бете и Фейнман. Многие считали эту парочку весьма странной. Педантичный немецкий профессор и молодой шустрый гений. Кто-то даже придумал для них прозвища: Линкор и Торпедный катер. Их совместный метод работы заключался в том, что Бете прокладывал путь, как тяжеловесный гигант, в то время как Фейнман сновал туда-сюда, жестикулируя и выкрикивая со своим шероховатым нью-йоркским акцентом что-то вроде «Ты с ума сошел!» или «Это бред какой-то!». Бете отвечал ему всегда спокойно, как и подобает профессору, выискивал способ решить задачу аналитически и объяснял, что это не он, а Фейнман сошел с ума. Ричард выслушивал, начинал расхаживать из стороны в сторону, а потом сквозь стены до остальных вновь доносился его крик: «Нет, нет, ты неправ!». Проявлявший беспечность там, где Бете был аккуратен, он был именно таким, какого искал Бете, — бескомпромиссным, способным на творческую критику, и, что очень важно, он мог заметить нестыковки задолго до того, как идея перерастет в нечто большее. Свежие мысли и нестандартные решения — в этом был весь Фейнман. Он никогда, в отличие от Бете, лишний раз не проверял каждое интуитивное предположение. Они не всегда работали, поэтому более осторожные коллеги даже вывели эмпирическое правило: если Фейнман сказал что-то три раза, значит, это верно.
Представить лучшего лидера команды теоретиков, чем Бете, вряд ли было возможно. Благодаря опубликованным в 1930-х годах трем потрясающим обзорным статьям, в которых рассматривалось общее состояние ядерной физики, он стал признанным авторитетом в этой области. Оппенгеймеру было известно, что Бете не просто систематизировал имеющиеся знания, он собственноручно вычислил и проверил все, что было написано в каждой строке. Он работал над теорией вероятности и теорией ударных взрывных волн, изучал пробивную способность брони артиллерийскими снарядами (эта работа, которую он выполнил, желая внести вклад в подготовку к маячащей на горизонте войне, была немедленно засекречена министерством обороны, так что даже сам Бете, не говоря уже об обычных американских гражданах, больше никогда о ней не слышал). За объяснение термоядерных реакций, происходящих на Солнце, он получит Нобелевскую премию, а за время своей работы в Корнелле, куда он приехал в 1935 году, он смог превратить этот университет в один из новых мировых центров в области физики, так же как Оппенгеймер и Эрнест Лоуренс преобразовали Беркли.
Оппенгеймер очень хотел заполучить Бете в свою команду, и ему пришлось приложить усилия, чтобы убедить его в реалистичности проекта атомной бомбы и уговорить оставить Радиационную лабораторию МТИ, где тот работал с 1942 года. (Когда Бете согласился, Оппенгеймеру отправили телеграмму с заранее приготовленным шифрованным сообщением на детском бланке «Вестерн Юнион».) На участии Бете настаивал и его друг Эдвард Теллер, который, впрочем, немало удивился, узнав, что Оппенгеймер назначил Бете, очень прагматичного человека, руководителем теоретического подразделения — команды, состоящей из очень самолюбивых, невероятно эксцентричных, темпераментных, ранимых и непостоянных теоретиков и специалистов-расчетчиков.
Чтобы изучить физику, Бете пересек всю Европу. Сначала он учился в Мюнхене у Арнольда Зоммерфельда, пророчески предсказывавшего будущих лауреатов Нобелевской премии, а затем в Кембридже и Риме. В Кембридже его интересовали лекции Дирака по квантовой механике, однако Бете перестал посещать их, когда обнаружил, что Дирак, чьи формулировки были безупречны, просто читал вслух свою книгу. В Риме, где он стал первым иностранным студентом-физиком за всю историю университета, его внимание привлек Ферми. Они даже работали вместе, хотя и недолго. Именно от него Бете перенял стиль, который называл легкостью подхода. Его первый великий учитель Зоммерфельд всегда начинал решение задач с того, что педантично отбирал соответствующее снаряжение из математического арсенала. Он предпочитал решать уравнения и только потом, получив результат, находил им соответствующее физическое обоснование. Ферми же, напротив, сначала начинал прокручивать задачу в уме, обдумывал, какие силы в ней задействованы, и только потом записывал необходимые уравнения. В век абстрактной, не визуализируемой квантовой механики придерживаться «легкого» подхода было непросто. Ханс Бете смог совместить подход Ферми с почти неудержимой страстью к вычислению реальных чисел, содержавшихся в уравнениях, что было далеко не типично. Большинство физиков с удовольствием растягивали уравнения на целую страницу, погружаясь в алгебраические преобразования, и не задумывались о реальных значениях или диапазонах изменения тех реальных величин, которые обозначены в этом уравнении символами. Для Бете же теория обретала смысл только в тех случаях, когда позволяла рассчитать реальные значения физических параметров.
Из Рима Бете вернулся в Германию, где научная элита оказалась практически на краю пропасти. В древних стенах Тюбингенского университета, где Бете работал ассистентом профессора, он стал встречать студентов со свастикой на наручных повязках. Была осень 1932 года. А наступившей вслед за ней зимой власть перешла к Гитлеру. В феврале горел Рейхстаг, а к весне четвертая часть всех физиков страны, работавших в университетах, была уволена. В соответствии с первыми антисемитскими законами немедленному увольнению подлежали все государственные служащие, не принадлежавшие к арийской расе. Сам Бете, чей отец был прусским протестантом, не считал себя евреем, но так как его мать была еврейкой, стало ясно, что может ожидать его в нацистской Германии. Последовало немедленное отчисление с работы на факультете, куда он незадолго до этого устроился. В Европе поднималась самая большая волна интеллектуальной миграции, и у Бете был только один выбор — присоединиться к ней. Сообщество ученых было многоязычным, опыт международных исследований и чтение лекций за рубежом несколько смягчали переход к обретению статуса эмигранта. Бете прибыл в Новый Свет в 1935 году.
Фейнман знал имя Ханса Бете со студенческой скамьи. Библия Бете, три его знаменитые статьи по ядерной физике, составляли основу курса в МТИ. Однажды Ричард видел Бете издалека на одном научном собрании. На первый взгляд он показался ему довольно некрасивым: нескладный, крепко сложенный, с размытыми чертами лица, со светло-каштановыми волосами, поднимавшимися дыбом над широким лбом. Первое впечатление Фейнмана развеялось, когда они встретились в Санта-Фе, откуда готовились отправиться в Лос-Аламос. У тридцатисемилетнего Бете было тело скалолаза, и он много времени проводил в походах по каньонам или поднимался на вершины гор, расположенных неподалеку от лаборатории. Он излучал уверенность и энергию. Вскоре после прибытия в Лос-Аламос из-за того, что теоретики постоянно то приезжали, то уезжали, рядом с Бете не осталось тех, с кем он мог бы посоветоваться. Виктор Вайскопф, его заместитель, отсутствовал. Не было и Теллера, который, впрочем, сразу же предпочел отстраниться, нежели содействовать. Не только Оппенгеймер предпочел ему Бете, но и Бете обошел его вниманием, назначив своим заместителем Вайскопфа. Однажды Бете завернул в кабинет Фейнмана, и вскоре по коридору разнесся его раскатистый смех.
Бете перестал проводить ознакомительные беседы и занялся разработкой метода расчета мощности ядерного взрыва. Сербер вывел формулу для простого случая, когда масса урана или плутония чуть превышала критическую. Однако рассчитать мощность бомбы, масса которой существенно превышала критическое значение, было значительно сложнее. Вместе с Ричардом они разработали классически точный метод, который стал известен как формула Бете — Фейнмана. Рискованные практические аспекты ядерной физики порождали и другие вопросы. Существовала вероятность, что в небольшом куске урана или плутония массой даже меньшей, чем критическая, может возникнуть неуправляемая цепная реакция — предетонация. Химические взрывчатые вещества были более стабильными. В первые же месяцы работы Бете поручил Фейнману заняться решением этой проблемы. Всегда имеется вероятность, пусть и достаточно невысокая, присутствия рассеянных (блуждающих) нейтронов: они могут образоваться при спонтанном расщеплении отдельных атомов, во время ядерной реакции, спровоцированной примесями, или попадать на Землю с космическими лучами. Сами по себе космические лучи на высоте Лос-Аламоса были способны привести к нагреву урана-235 гораздо сильнее, чем в лабораториях на уровне моря. Не разобравшись в причинах предетонации, ученые не могли понять, как будет происходить детонация, потому что они не знали, какие процессы будут протекать в бомбе в момент перехода массы от подкритического состояния к надкритическому. Фейнман долгое время размышлял о том, какими могут быть свойства вещества в своеобразных условиях — в подкритическом состоянии, с которым науке не приходилось сталкиваться раньше. Он пришел к выводу, что искать решение проблемы следует, основываясь не на «усредненном поведении» атомов, а рассматривая флуктуации: вспышки нейтронной активности в разных местах могут возникать спонтанно и далее распространяться по цепочке, пока не угаснут. Математический аппарат, в данном случае — теория вероятностей, едва ли мог предоставить инструменты для решения столь сложных задач. Фейнман обсудил эту проблему с польским математиком Станиславом Уламом. Подход, предложенный им, способствовал появлению нового направления в теории вероятностей, названного теорией ветвящихся процессов. Фейнман разработал теорию флуктуаций, в основе которой — простые для расчета вычисления вероятностей короткой цепной реакции: нейтрон расщепляет атом, выделяющиеся при этом нейтроны находят другие цели, но потом цепь прерывается. Некоторые флуктуации, которые можно было отследить по сигналам счетчика Гейгера, приводили к единичному акту расщепления. Другие возникали в результате цепной реакции. Как и в большинстве случаев, Фейнман подошел к решению этой задачи, используя геометрический подход, допуская, что взрыв в определенном единичном объеме повлечет за собой взрыв в другом единичном объеме через известный интервал времени. Он нашел практичный способ расчета вероятности любой преждевременной реакции. Этот метод можно было использовать даже для фрагментов урана неправильной формы, которые потом будут взрывать друг друга в бомбе, сброшенной на Хиросиму.
В Фейнмане Бете нашел свою идеальную противоположность. Этот молодой человек был сообразительным, смелым и амбициозным. Искать способ решения одной задачи, разобравшись с проблемой, переходить к другой — это был не его метод: он хотел работать над всем сразу. Бете назначил его руководителем группы, хотя на эту должность претендовали такие известные физики, как Теллер, Вайскопф, Сербер и руководитель британской группы в Лос-Аламосе знаменитый Рудольф Пайерл. Со своей стороны Фейнман, который за двадцать пять лет жизни и весь срок обучения никогда не был наставником, стал проникаться симпатией к Бете.
Фейнману пришлось заняться подбором кадров. Он пригласил одного из своих товарищей по студенческому братству. Пытался даже нанять собственного отца. Но Мелвилл сильно сдал, высокое давление все больше подрывало его здоровье, и Люсиль хотела, чтобы он вел более оседлую жизнь. Тем не менее Ричард написал матери о появившейся вакансии снабженца. Ему хотелось, чтобы отец сам увидел тот интеллектуальный мир, о котором он мечтал для сына. «Тут ему будет спокойнее, и вообще, он отвлечется от своего бизнеса. К тому же здесь собралась компания ученых самого высокого уровня, поэтому, уверен, ему понравится… — писал Ричард. — Закупки сейчас дело непростое, да и происходит всё так поспешно <…> это чертовски важная позиция и в проекте, и в нашем научном рискованном предприятии».
Из этой идеи ничего не вышло, но весной 1944 года Фейнман увидел знакомую фамилию в списке физиков, ищущих работу: Ти Эй Велтон. Ричард заполнил заявку. Его друг работал преподавателем в Иллинойском университете и, оставаясь человеком гражданским, преподавал на военных курсах, с грустью наблюдая, как более известные сотрудники кафедры исчезали из поля зрения, отправляясь в таинственные места. Своим предложением Фейнман буквально спас его. Как у многих физиков того времени, объем знаний Велтона был значительно больше, чем могли представить офицеры национальной безопасности. Когда ему назначили встречу в номере отеля в Чикаго, а потом предложили бросить всё и переехать в Нью-Мексико, Велтон понял, что это было именно то предложение, от которого невозможно отказаться. В день приезда Фейнман отправился с ним в длительную прогулку в ущелье, которое с некоторых пор стали называть каньоном Омега. Велтону удалось даже сильно удивить Ричарда уверенным ответом на первый же вопрос.
— Ты знаешь, чем мы тут занимаемся?
— Да, — сказал Велтон. — Вы делаете атомную бомбу.
Фейнман быстро пришел в себя от такого поворота в разговоре.
— А ты знал, — протянул он, — что мы собираемся использовать новые элементы?
Ти Эй признался, что новости о плутонии до Иллинойса не дошли. Во время прогулки легкие Велтона лихорадочно пытались наполниться, вдыхая разреженный воздух на высоте двух тысяч метров над уровнем моря. Фейнман же буквально опьянил его своим рассказом. Они говорили о бомбе. Теперь существовало два проекта. Урановая бомба, работающая по пушечной схеме с урановой пулей, поражающей цель из урана для создания критической массы. Принцип действия плутониевой бомбы будет иным. Взрыв должен происходить внутри полой сферы в результате воздействия взрывов других взрывчатых веществ, окружающих сферу. Поэтому сжатие горячих атомов плутония будет происходить не в одном направлении, как в пушечной схеме, а в трех. Имплозивный метод, как его точно назвали, казался все более привлекательным, отчасти потому что с урановой бомбой возникала масса проблем. (Фейнман не упомянул о своей первой реакции на заявление изобретателя имплозивного метода Сета Неддермайера, когда тот впервые сообщил об экспериментах, проводимых со взрывчатыми веществами, расположенными вокруг стальных труб. Тогда Ричард, сидевший на последнем ряду, поднял руку и сказал: «Это плохо пахнет».)
Стараясь держаться поближе к отвесным скалам каньона и слушая Фейнмана, Велтон начал осознавать, как много пришлось Ричарду потрудиться, чтобы зарекомендовать себя надежным и умным специалистом, какое впечатление он как молодой ученый должен был произвести на руководителей проекта, чтобы они поняли, какую пользу он может принести. И надо признать, Фейнман весьма преуспел в этом. Они немного поговорили об Арлин. Та чувствовала себя неважно и большую часть времени проводила лежа на деревянной кровати в маленьком пресвитерианском санатории, расположенном чуть в стороне от шоссе, близ Альбукерке. Фейнман навещал ее почти каждые выходные. В пятницу или субботу он, на попутках или одалживая у кого-нибудь машину, отправлялся по асфальтированной дороге в сторону Санта-Фе. Вне лабораторных стен Ричард снова устремлялся мыслями к чистым теориям квантовой механики. Время, когда он ехал в машине или когда Арлин спала, он использовал для того, чтобы продолжать разрабатывать идеи, изложенные в диссертации. Велтон помнил, как отчаянно его друг противился использованию способа упрощения динамических задач методом Лагранжа, когда они еще были неоперившимися второкурсниками МТИ. Его не переставало удивлять и восхищать, насколько далеко Фейнман продвинулся в переформулировании основ квантовой механики, используя метод Лагранжа. Ричард в общих чертах обрисовал идею о том, чтобы выразить квантовое поведение через сумму всех возможных пространственно-временных траекторий частицы, и признался Велтону, что понятия не имеет, как и где это применить. У него был замечательный рецепт желе, которое пока не загустело.
Велтон стал четвертым физиком в группе, которую возглавил Фейнман. Она теперь называлась Т-4, «Проблемы диффузии». Фейнман был очень энергичным и весьма оригинальным руководителем. Он упорно подталкивал членов своей группы к тому, чтобы они следовали его оригинальным идеям. Порой кто-то из них возражал, заявляя, что предложение Фейнмана было слишком странным или слишком сложным. Тогда Ричард настаивал, чтобы они провели расчеты с помощью механических калькуляторов. Неоднократно его предложения оказывались успешными, и он заслужил их доверие и лояльное отношение к проведению широкого спектра экспериментов. Следуя его примеру, остальные тоже пытались предлагать что-то новое. Никакая идея не считалась слишком невероятной. В то же время Фейнман бывал довольно резким, если работа не соответствовала его высоким стандартам. Даже Велтону не удалось избежать его унизительных упреков и его «определенно грубого юмора», на который «только дурак захотел бы нарваться дважды». И все же Фейнману удалось создать в группе атмосферу, не чуждую остроумию. Он научился одним движением подбрасывать карандаш со стола и ловить его и научил этому всех членов своей группы. Однажды, в разгар разлетающихся повсюду слухов о том, что ученым, работающим в технической сфере, будет выдана военная форма, в кабинет вошел Бете, чтобы обсудить результаты расчетов. Фейнман сказал, что придется производить вычисления вручную, и Бете согласился. Тогда Ричард повернулся и скомандовал: «Карандаши, вычислять!»
Тут же все карандаши одновременно взлетели в воздух. «Есть карандаши! — прокричал Фейнман. — Вычисляйте!» Бете засмеялся.
Диффузия, это почти неуловимое, ускользающее напоминание о физике, изучаемой на первом курсе, оказалась в центре всех проблем, над которыми работали все группы. Откройте флакон с духами в помещении. Сколько времени потребуется, чтобы их аромат достиг носа человека, который стоит на расстоянии в два, два с половиной, три метра от него? Имеет ли значение температура воздуха? Его плотность? Масса молекул, разносивших аромат? Форма комнаты? Обычная теория молекулярной диффузии позволяла ответить на большинство из этих вопросов. Для этого надо было просто воспользоваться стандартным дифференциальным уравнением (но не на последний вопрос, где необходимость учитывать геометрию стен приводила к его усложнению). Продвижение молекул зависит от того, как часто и в какой последовательности они будут сталкиваться на своем пути с другими молекулами. Их движение будет происходить рывками, а траектория каждой молекулы будет складываться из суммы траекторий разной длины, по которым молекула могла двигаться в любом направлении. Аналогичная проблема возникала в той или иной форме и в случае, когда надо было учесть, как распространяется тепло в металле. Таким образом, главный вопрос Лос-Аламоса также был связан с диффузией, только в новом обличье. Расчеты критической массы быстро переросли в не что иное, как расчеты диффузии — диффузии нейтронов в странном радиоактивном минном поле, где их столкновения приводили к последствиям более значимым, чем мгновенные изменения направления движения, как у бильярдных шаров. Нейтрон может быть поглощен, что может привести к расщеплению атома и появлению новых нейтронов. По определению, когда достигается критическая масса вещества, то появление новых нейтронов должно компенсировать их потерю в результате поглощения или утечки за пределы контейнера. Это уже была не арифметическая задача. Тут требовалось понимание принципа распространения нейтронов на макроскопическом уровне исходя из их микроскопических (индивидуальных) свободных перемещений.
Математическое описание процесса, происходящего в сферической бомбе, напомнило о еще одной странной и красивой задаче диффузии — о проблеме затемнения солнечного диска. Почему у Солнца резко очерченные края? Не потому, что его поверхность твердая или покрыта жидкостью. Как раз наоборот, газообразный поверхностный слой Солнца постепенно становится более разреженным, и четкой границы между Солнцем и пространством вокруг него не существует. Тем не менее мы видим эту границу. Энергия распространяется наружу от нестабильного солнечного ядра в направлении к поверхности, частицы рассеиваются по разным траекториям, пока, наконец, горячий газ не истощается и вероятность столкновений не исчезает. Различимый контур, который мы видим, скорее является следствием визуального искажения излучаемого света, нежели его физическим свойством. На языке статистической механики это означает, что средняя длина свободного пробега — среднее расстояние, которое проходит частица между столкновениями, — становится сравнимой с радиусом Солнца. И тогда фотоны начинают вести себя, словно прекратившие играть в пинбол и получившие свободу шарики, которые теперь могут лететь по прямой, пока не рассеются в атмосфере Земли или не попадут на чувствительную сетчатку человеческого глаза. Разница в яркости между центром солнечного диска и его краем позволяла косвенно оценить характер внутренней диффузии. Или, по крайней мере, должна была позволить, если бы не сложности, связанные с механическим поведением частиц. Однако Норберт Винер, талантливый математик из МТИ, предложил способ решения этой задачи.
Если вместо Солнца мы представим шар из радиоактивного металла диаметром в несколько сантиметров с мечущимися внутри него нейтронами, мы столкнемся с миниатюрной версией той же задачи. Какое-то время этот подход работал, но только до определенного момента. Слишком много допущений приходилось делать. В настоящей бомбе, собранной в основном из очищенного урана, окруженной оболочкой из отражающего нейтроны металла, реальные нежелательные процессы проверят адекватность самых продвинутых математических методов. Энергии нейтронов, сталкивающихся друг с другом, будут изменяться в широком диапазоне, да и вероятность их рассеивания в разных направлениях может различаться. Бомба может не иметь идеальную сферическую поверхность. Различие между реальностью и традиционными упрощениями стала очевидна, когда перед группой Фейнмана была поставлена первая серьезная задача. Бете попросил оценить предложение Теллера заменить чистый металлический уран его гидридом, соединением урана и водорода. На первый взгляд, гидрид урана имел свои преимущества. С одной стороны, замедляющий нейтроны водород будет «встроен» в материал бомбы, и, следовательно, потребовалось бы меньшее количество урана. Но, с другой стороны, полученное вещество было пирофорным, то есть могло самовоспламеняться. Когда металлурги Лос-Аламоса приступили к получению экспериментальных образцов гидрида урана, им приходилось по несколько раз в неделю гасить небольшие «урановые» пожары. Однако идея с гидридом оказалась весьма полезной. Она показала теоретикам ограничения в их методах расчета критической массы. Чтобы здраво оценить идею Теллера, нужно было изобрести новый способ расчета. Прежде чем рассматривать вопрос об использовании гидрида урана, они воспользовались методом, основанном на аппроксимации (приближении) метода Ферми, предположив, что нейтроны, помимо всего прочего, будут двигаться с одной определенной скоростью. В чистых металлах или при медленных реакциях в бойлере с водой это предположение, казалось, должно было сработать. Но в своеобразной структуре молекулы гидрида, в которой огромные атомы урана связаны с двумя или тремя крошечными атомами водорода, нейтроны могли двигаться с любой скоростью, от очень медленной до невероятно большой. Никому еще не удавалось найти способ вычисления критической массы, когда скорости нейтронов могут настолько сильно различаться. Фейнман решил проблему, воспользовавшись парой приближений, которые сформировали диапазон возможных значений. Его способ позволял оценить допустимые границы: одно получившееся значение было максимально допустимым, другое — минимальным. Реальный опыт вычислений показывал, что этого должно было быть достаточно. Рассчитанные значения были так близки друг к другу, что ответ получался достаточно точным. Пытаясь объяснить членам своей группы, как он по-новому понимает смысл критического состояния (по их мнению, втихаря вторгаясь в чужие владения, так как этим направлением занималась группа Т-2 под руководством Сербера), Фейнман выдал серию новых идей, которые озадачили даже Велтона, а уж он-то лучше всех понимал Ричарда. Он заявил, что проблема будет решена, если они смогут составить таблицу так называемых собственных значений энергии для упрощенной модели, которую использовала группа Т-2. Казалось, что это невозможно, и члены его группы так ему и заявили, однако вскоре убедились, что Ричард снова был прав. Для схемы Теллера новая модель не подходила. Идея с гидридом вела в тупик. Для получения цепной реакции, как оказалось, эффективнее было использовать чистый уран и плутоний.
Таким образом, собравшиеся в Лос-Аламосе ученые подвергли теорию диффузии своего рода проверке, опираясь всего лишь на несколько прецедентов в анналах науки. Элегантные формулировки из учебников были изучены, пересмотрены, усовершенствованы, а затем полностью отвергнуты. Их место заняли практичные методы и хитроумные ухищрения. В учебниках можно было найти точные решения, по крайней мере, для частных случаев, но в условиях Лос-Аламоса от частных случаев не было никакой пользы. Главное, чему надо было научиться Фейнману, — примиряться с неопределенностью. Некоторые ученые на первых страницах своих статей признавали, что им многое неизвестно: «К сожалению, нельзя ожидать большой точности», «К сожалению, цифры, приведенные в этой работе, не могут рассматриваться как достоверные», «Данные методы неточны». Каждому ученому-практику приходится учиться учитывать в расчетах диапазон погрешностей, они очень хорошо усвоили, что если им надо рассчитать, сколько километров в трех морских милях, то 3, умноженное на 1,852 (количество километров в миле) будет равно пяти с половиной километрам, а не 5,556. Стремление к точным значениям величин только отвлекало, как энергия в двигателе, подчиняющаяся второму закону термодинамики. Фейнман часто не просто принимал процесс аппроксимации, он манипулировал им как инструментом, используемым при создании теорем. Он всегда подчеркивал легкость его использования: «Интересная теорема оказалась необыкновенно полезной при вычислении приблизительных выражений <…> во многих случаях это позволяет сделать более простой вывод… и во всех случаях, представляющих для нас интерес, получаемая точность вполне приемлема… метод невероятно прост при вычислениях и, примененный однажды, упрощает подход к решению широкого спектра проблем, связанных с нейтронами». Выводимые ими теоремы трудно было назвать математически красивыми объектами, никогда еще они не выглядели так непривлекательно, как в Лос-Аламосе. В то же время теоремы как инструменты, используемые для решения поставленных задач, никогда еще не ценились так высоко. Снова и снова теоретикам приходилось выводить уравнения, не надеясь, что можно будет найти точное решение, уравнения, которые приговаривали их к долгим часам кропотливых вычислений с весьма приблизительными результатами. Когда они были получены, теоретическое описание диффузии превратилось в своеобразную «смесь всего и вся». Знания были описаны не в одном месте, но при этом они никогда не были настолько практичны.
Для Фейнмана, обдумывающего в свободное время теорию частиц и света, диффузия очень своеобразно сочеталась с квантовой механикой. Традиционное уравнение диффузии имело семейное сходство со стандартным уравнением Шрёдингера. Основное отличие заключалось в единственной экспоненте, которая в квантово-механической версии имела мнимую единицу — i. Не будь этой мнимой единицы i, диффузия осуществлялась бы движением без инерции, движением без импульса. Каждая молекула духов инерцией обладала, но аромат, который они создавали все вместе, их совокупные столкновения с молекулами воздуха, инерцией не обладал. Наличие мнимой единицы i давало возможность квантовой механике учитывать инерцию как память частиц об их прошлой скорости. Мнимая единица в экспоненте позволяла свести вместе скорость и время должным образом. В некотором смысле квантовая механика была диффузией в мнимом времени.
Трудности в решении практических задач, связанных с диффузионными процессами, привели к тому, что теоретики из Лос-Аламоса стали использовать нетрадиционный способ. Вместо того чтобы решать аккуратные дифференциальные уравнения, им пришлось разбить физическую задачу на несколько этапов, находя на каждом из них численные значения для небольших приращений времени. Фокус внимания сместился на микроскопический уровень, на движение отдельных нейтронов по их собственным траекториям. Квантовая механика Фейнмана развивалась на удивление похожим образом. Разработка его собственных теоретических представлений, как и развитие теории диффузии, привели к тому, что пришлось отказаться от использования слишком упрощенного и слишком общего дифференциального подхода и сделать акцент на пошаговом вычислении и суммировании траекторий и вероятностей.
Проходя по наспех построенным деревянным строениям, где в 1943 и 1944 годах оживала душа проекта атомной бомбы, можно было увидеть не один десяток людей, корпящих над расчетами. Все что-то считали. В команду теоретиков входили признанные во всем мире мастера считать в уме, что стало к тому время своеобразным видом боевого искусства, развивающегося по пути джиу-джитсу. По утрам Бете, Ферми и Джон фон Нейман всегда собирались вместе и, вычисляя давление волн, словно в перестрелке, метали друг в друга числа. Заместитель Бете, Виктор Вайскопф, был известен своими пророческими предположениями. Его кабинет даже в шутку прозвали пещерой горячих ветров. В случае необходимости он мог выдать невероятно точное значение поперечного сечения (условное обозначение определенных вероятностей столкновения частиц в различных веществах при различных условиях). Ученые вычисляли все — от формы ударной волны до крепости коктейлей Оппенгеймера. Сначала приблизительно, интуитивно, а потом, если того требовала ситуация, с максимальной точностью, на что могли уйти недели. Они делали приблизительные вычисления, основываясь только на своем опыте, как повар, который для того чтобы получить треть чашки вина, может налить полстакана, а затем часть выплеснуть. Все, кому приходилось вычислять логарифмы в уме, мысленно делали интерполяцию, то есть искали промежуточные значения между данными, приведенными в стандартной таблице. Этот способ вычисления стал забываться тридцать лет спустя, когда появились дешевые электронные калькуляторы, которые невероятно ускорили процесс. Но тогда математики считали в уме, интуитивно прикидывая, как будет выглядеть рассчитываемая кривая. У Фейнмана в голове был целый набор таких готовых кривых, причем предварительно откалиброванных. Его коллеги по Лос-Аламосу иногда забавлялись, слушая, как он, размышляя, издавал звук, похожий на ухающее глиссандо. Это означало экспоненциальный рост. Другой звук означал линейный рост. Возглавив группу, занимающуюся сложными расчетами, он часто подходил к кому-нибудь, заглядывал через плечо и тыкал пальцем в каждую ошибку, приговаривая: «Это неверно». Его сотрудники в недоумении спрашивали, почему он заставляет их производить все эти расчеты, если сам заранее знает ответы. В ответ Фейнман объяснял им, что может увидеть, верен ли полученный результат или нет, даже если не имеет ни малейшего представления о том, каким должен быть правильный ответ, просто он чувствовал гармоничность чисел и соотношений между ними. Однако на самом деле подсознательная оценка не была его стилем работы. Ему нравилось знать, что и как он делает. Он выискивал в своем ментальном наборе инструментов тот, который как хитроумная отмычка поможет ему открыть сложный интеграл. Или использовал различные упрощенные допущения, например: допустим, мы рассматриваем некоторую величину как бесконечно малую. Он позволял прокрасться ошибке, а затем тщательно оценивал ее.
Коллегам казалось, что некоторые его вычисления были лишь чем-то вроде способа создать себе определенную репутацию. Однажды Фейнман, который говорил, что ношение часов — это своего рода манерность, получил в подарок от отца карманные часы. Он носил их с гордостью, и друзья стали подшучивать над ним. Они спрашивали время при каждом удобном случае, пока Ричард не начал отвечать, едва взглянув на циферблат: «Четыре часа двадцать минут назад было без двенадцати полдень» или «Через три часа сорок девять минут будет семнадцать минут третьего». Некоторые попались на это. Никаких подсчетов Фейнман на самом деле не совершал. Это был просто трюк, построенный на калибровке. Каждое утро Ричард переводил свои часы на определенное время: один день — на три часа сорок девять минут вперед, другой — на четыре часа двадцать минут назад. Таким образом, ему нужно было запомнить всего одну цифру, а другую он видел на циферблате. Это был тот же Фейнман, который много лет спустя будет пытаться объяснить непрофессионалу сложные сдвиги во времени и ориентации, от которых зависит теоретическая физика. Он скажет тогда: «Знаете, как это работает при переходе на летнее время? Так вот, в физике множество таких переходов».
Когда приходилось делать вычисления, Бете и Фейнман с особым удовольствием соревновались друг с другом. Зрители часто были удивлены. И не потому, что всегда выделявшийся Фейнман побеждал своего старшего соперника, а как раз наоборот: чаще всего медленно говорящий Бете обыгрывал Фейнмана. Еще в самом начале их совместной деятельности над проектом они вместе работали над одной формулой, для которой необходимо было рассчитать квадрат сорока восьми. Фейнман потянулся за калькулятором Маршана.
— Две тысячи триста, — сказал Бете.
Фейнман принялся тыкать кнопки.
— Хочешь более точно? — продолжил Бете. — Две тысячи триста четыре. Ты что, не умеешь брать квадрат чисел в районе пятидесяти?
Он объяснил суть уловки. Квадрат пятидесяти равен 2500 (тут не надо думать). Для чисел чуть больше или меньше пятидесяти приблизительное значение квадрата будет чуть больше или меньше 2500. 48 на 2 меньше, чем 50, то 482 будет на 200 меньше, чем 2500, то есть 2300. Для получения более точного ответа нужно взять опять эту разницу в 2, возвести ее в квадрат и прибавить к имеющемуся числу. Таким образом, получается 2304.
Фейнман освоил принцип и более сложных вычислений. Но Бете поразил его совершенным владением устным счетом, он продемонстрировал множество простых приемов, способных охватить весь спектр расчета небольших чисел. Знания, лежащие в основе его методов, переплетались между собой причудливым образом. Бете, как и Фейнман, инстинктивно знал, что разница между квадратами двух следующих друг за другом чисел — всегда нечетное число, равное сумме этих чисел. Этот факт и то, что 50 — половина от 100, позволяли провернуть трюк с квадратами чисел в районе пятидесяти. Несколько минут спустя им потребовалось извлечь кубический корень из 2S. Математические калькуляторы не могли выполнять подобные действия, для этого существовали специальные таблицы. Фейнман едва успел открыть ящик стола и взять их, когда услышал голос Бете: «Это 1,35». Как алкоголик, у которого бутылки припрятаны повсюду на расстоянии вытянутой руки, Бете хранил приемы, позволяющие оперировать числами. Он знал таблицы логарифмов и мог безошибочно вычислять промежуточные значения. Фейнман производил расчеты иным способом. Он знал, как вычислять последовательности и выводить тригонометрические функции, и умел отчетливо представить связь между ними.
Он освоил ментальные трюки, которые относились к области более глубокой — алгебраическому анализу. Он любил дифференцировать и интегрировать уравнения, которые, словно драконы, таились на последних страницах учебников. Его умение постоянно подвергалось проверке. Теоретическое подразделение порой напоминало справочную слегка необычной библиотеки. Звонил телефон, и кто-то спрашивал:
— Какова сумма ряда 1 + (S)4 + (1/3)4 + (1/4)4 + …?
— Насколько точное значение вам нужно? — отвечал Фейнман.
— С точностью в 1% устроит.
— Хорошо, — говорил Ричард. — 1,08.
Он просто посчитал в уме сумму четырех первых значений последовательности. Для сотых долей десятичной дроби этого было достаточно.
Теперь голос спрашивал точное число.
— Вам не нужно точное число, — говорил Фейнман.
— Да, но я знаю, что это возможно.
— Ладно, — отвечал он, — это π до четвертой цифры после девяноста.
И он, и Бете видели в своих талантах способ сократить время на расчеты. А когда дело касалось их обоих, между ними происходило нечто вроде рыцарского турнира. Как-то за обедом, пребывая в более приподнятом настроении, чем обычно, Фейнман вызвал на поединок соседний стол. Он утверждал, что сможет решить любую задачу за шестьдесят секунд с погрешностью десять процентов, если она будет сформулирована за десять секунд. Десять процентов — достаточно большой интервал, и придумать подходящую задачу было непросто. Вопреки желанию, друзьям никак не удавалось выбить Ричарда из колеи. Самое сложное из того, что удалось кому-то из них придумать, — это определить десятый биноминальный коэффициент в ряду (1 + x)20. Фейнман нашел решение за секунду до того, как время истекло. И тогда заговорил Пол Олум. Он уже состязался с Ричардом раньше и был готов сделать это еще раз. Он попросил вычислить тангенс десяти с точностью до сотых. Соревнование было окончено. Фейнману пришлось бы делить единицу на π и отбросить первые сто значений после запятой. Для этого нужно было знать сотую цифру после запятой в числе π. Даже Фейнману сделать такое за короткий срок было не под силу.
Он брал интегралы. Он решал уравнения, переводя бесконечное суммирование в более сложные области. Некоторые из этих дерзких, не входящих в учебник нелинейных уравнений можно было решить в уме, просто используя правильную комбинацию ментальных приемов. Другие решению не поддавались. Можно было подставлять числа, производить расчеты, вычислять, потом снова рассчитывать, экстраполировать. Можно было визуализировать многочлен, чтобы приблизительно вывести желаемую кривую, а потом пытаться понять, как учесть ошибку. Однажды, совершая обход, Фейнман увидел, как один из сотрудников мучается с особенно сложным нелинейным уравнением порядка 3,5: необходимо было трижды взять интеграл, а потом вычислить половину производной. В конце концов, Ричард предложил более простой, числовой метод вычисления трех интегралов одновременно и половины интеграла отдельно, который позволял получать даже более точное значение, чем предполагалось раньше. Подобным образом, работая с Бете, он нашел новый общий способ решения дифференциальных уравнений третьего порядка. Решение уравнений второго порядка было доступно уже несколько веков. Открытие Фейнмана было точным и полезным. Но оно было обречено на недолгую жизнь в век машинных вычислений, так же, как и ментальная арифметика, сыгравшая не последнюю роль в превращении Фейнмана в легенду.
Войти с помощью соц. сетей: