Эйнштейн: Жизнь, смерть, бессмертие

С самого начала цивилизации вплоть до середины нашего века энергетической основой производства были процессы перегруппировки атомов химические реакции горения, освобождающие количества энергии, несопоставимо малые по сравнению с внутренней энергией тел. Начиная с первых атомных установок используются процессы, в которых выделяются количества энергии, сопоставимые с массами тел, умноженными на квадрат скорости света. Речь идет об установках мирного значения. Когда был сконструирован тепловой двигатель, в котором поршень уже с первым тактом навсегда покидал цилиндр, т.е. когда было изготовлено огнестрельное оружие, - новая эра в энергетике не началась. Она началась с первых тепловых двигателей, в которых расширение газа или пара приводило к вращению валов рабочих машин. Соответственно и атомная эра открылась не первой атомной бомбой, а первой атомной электростанцией.

Освобождение атомной энергии основано на закономерностях, открытых благодаря применению теории относительности в физике атомного ядра. В последней экспериментальные исследования показали, что масса ядра атома меньше суммы масс всех входящих в это ядро

267

частиц - протонов и нейтронов. Такая недостаточность массы ядра по сравнению с суммой масс ядерных частиц получила объяснение в атомной физике на основе найденного Эйнштейном соотношения массы и энергии. В различных ядрах частицы как бы упакованы с различной компактностью; для отрыва частицы от остальных требуется различная энергия. Энергия связи частиц в ядре меняется при переходе от одного элемента периодической системы к другому. Согласно соотношению Эйнштейна, различиям в энергии соответствуют различия в массе; масса ядра отступает в той или иной мере от точного значения суммы масс частиц, образующих ядро.

Превращения одних ядер в другие - деление тяжелых ядер или соединение легких ядер в более тяжелые - приводят к изменению "компактности" упаковки. При подобных реакциях масса получившихся ядер может быть меньше, чем масса исходных. Это уменьшение массы соответствует освобождению энергии: освободившаяся энергия равна уменьшению массы, помноженному на квадрат скорости света.

Расчеты, основанные на указанных выводах теории относительности, позволяют утверждать, что освобождение энергии происходит при ядерных реакциях в наиболее тяжелых ядрах, а также при реакциях, в которых участвуют самые легкие ядра.

Ядра наиболее тяжелых элементов (элементов с наибольшими атомными весами), стоящих в конце периодической системы Менделеева, обладают меньшей "компактностью", чем ядра средних элементов. Поэтому при переходе от тяжелых ядер к средним, иначе говоря, при делении тяжелых ядер, состоящих из большого числа протонов и нейтронов, на меньшие, энергия освобождается. Эти соотношения и описаны во взятых в качестве эпиграфа к этой главе строках Эйнштейна, посвященных скупому богачу, делящему свое состояние между сыновьями.

Напротив, у легких ядер, стоящих в самом начале системы Менделеева, выигрыш в "компактности" происходит при слиянии ядер в несколько большие. Когда ядра водорода соединяются в ядра гелия, освобождается большое количество энергии.

Таким образом, теория относительности, примененная в ядерной физике, позволила предвидеть два типа реакций: деление тяжелых ядер и соединение самых легких

268

ядер. Эти реакции выделяют энергию; ядра, получившиеся в результате таких реакций, обладают меньшей массой, чем исходные. Энергия, равная уменьшению массы, помноженному на квадрат скорости света, должна выделиться при таких реакциях в гигантских количествах. Из грамма вещества получится в сотни тысяч раз больше энергии, чем при сгорании вещества.

В конце тридцатых годов была открыта реакция деления ядер урана. Эти тяжелые ядра, когда их бомбардируют нейтронами, раскалываются каждое на две части - ядра средних элементов. При этом должна выделиться энергия, равная уменьшению массы, умноженному на квадрат скорости света.

Вскоре выяснилось, что при делении ядра урана возникают нейтроны, которые способны вызвать деление соседних ядер, - таким образом, процесс приобретает характер цепной реакции, и, раз начавшись, деление охватывает всю массу урана, в которой началось деление. К таким результатам пришел Фредерик Жолио-Кюри во Франции, а также Энрико Ферми, начавший работать над делением урана в Италии и вскоре бежавший из-под власти Муссолини и поселившийся в США. Здесь над проблемой урана работали Лео Сцилард и другие.

Заря атомной эры занималась, когда политический горизонт был омрачен тучами. Гитлеровская Германия быстро наращивала свой военный потенциал. Больше, чем когда-либо, Эйнштейн задумывался о том, в чьи руки попадут результаты физических исследований. Он предвидел близкое начало мировой войны. Инфельд рассказывает, что Эйнштейн хорошо понимал значение событий в Испании - нападения на республику - как репетиции тотальной фашистской агрессии. Он надеялся на успешное отражение нападения.