Физиците разкриха силата на атома — но с каква цел?

От лабораторни експерименти до оръжия с разрушителна мощ

В края на XIX век учените не подозираха, че техните любопитни експерименти ще доведат до създаването на най-мощните оръжия в човешката история. Новата книга на физика Франк Клоуз разказва завладяващата история за това как поредица от научни открития постепенно разкриват тайните на атома и енергията, която той съдържа.

Всичко започна в Германия през 1890-те години, когато Вилхелм Рентген прави необичайно откритие. Той забеляза електрически токове, които нарича рентгенови лъчи, способни да проникват през почти всичко – включително човешките ръце. Това странно явление предизвика любопитството на учените по целия свят.

Във Франция Анри Бекерел се запитва дали рентгеновите лъчи са свързани с фосфоресциращи минерали като урана. Той оставя уранови кристали и меден кръст върху фотографска плака в тъмно чекмедже за няколко дни. При проявяването на плаката той открива ясни очертания на кръста, сякаш в тъмнината уранът се е държал като слънце.

В Канада Ърнест Ръдърфорд измерва енергията, освободена от урана чрез процес, който вече се нарича „радиоактивност„. Той стигна до заключението, че атомите на радиоактивните елементи съдържат достатъчно енергия, за да отделят топлина хиляди години.

В началото на двадесети век множество учени се опитаха да проучат начина, по който атомите съхраняват и освобождават енергия. Мария и Пиер Кюри, Ален и Фредерик Жолио-Кюри, Алберт Айнщайн, Ото Хан, Лизе Майтнер и много други показаха, че атомите на радиоактивните елементи се разпадат естествено и в този процес се трансформират от един елемент в друг.

Този разпад показва съществуването на частици по-малки от атома. Чрез внимателни експерименти изследователите се открили електрона и атомното ядро. След това разбиха самото ядро и откриха протона, а по-късно неутроните, които го придружават.

Ядрените частици се държаха здраво заедно, затова учените създадоха машини, които можеха да ги разделят и да проследят какво се случва. Те откриха, че неутрон, изстрелян в литиево ядро, го разделя на хелиево ядро, тритиево ядро и допълнителен неутрон.

По същество машините изкуствено предизвикваха радиоактивност, първо в леки елементи, а след това в тежки. Учените знаеха, че радиоактивните тежки елементи естествено се разпадат на елементи една или две стъпки по-долу в периодичната таблица. Но когато изстреляха неутрони в уран, той се превърна в барий – ядрото се разцепи почти наполовина.

Изследователите осъзнаха, че това се случва чрез процес, който нарекоха делене. Входящите неутрони добавят достатъчно енергия към урановото ядро, за да го разделят. По време на този процес уранът освобождава неутрони, които могат да разцепят други уранови ядра, освобождавайки още неутрони в експоненциално нарастваща верижна реакция.

Енергията, освободена от това, че ядрото вече не трябва да се държи заедно, беше ядрената маса, умножена по квадрата на скоростта на светлината – изключително голямо число. Делението изненада учените и всички заговориха за него на конференции, в писма и публикации.

Идеята за бомба беше очевидна. Нилс Бор публикува основната физика на 1 септември 1939 година – в деня, когато Германия нападна Полша и започна Втората световна война. Шест месеца по-късно Ферми и Пайерлс пишат писмо до британското правителство, очертавайки граничните условия, при които все още живеем: взаимно гарантирано унищожение.

Може би, ако светът не е бил във война, следващата стъпка щеше да бъде проектирането на ядрени електроцентрали за производство на евтина, широко достъпна енергия. Но Германия имаше собствени ядрени физици, работещи върху бомби.

Учените откриха, че най-делимите елементи са изотопът уран-235 и изотопът плутоний-239. Те разработват начини за концентриране на първия и създаване на втория, както и определят необходимите количества за производство на бомби. Построиха се реактори, в които верижните реакции можеха да бъдат контролирани.

Задачата да се превърнат уран и плутоний в бомби се оказа извън възможностите на Великобритания, затова изпраща учени към най-секретният научен проект за всички времена – Проектът „Манхатън“. Той е включвал не само британски и американски учени, но и техните докторанти, постдокторанти, еврейски учени, бягащи от континентална Европа – общо 100 000 души със средна възраст 24 години са взели участие в мащабния експеримент.