Артур Миллер - Империя звезд, или Белые карлики и черные дыры
Сначала Теллер в это не поверил. Но год спустя, когда разработка атомной бомбы была уже в полном разгаре, он вспомнил об идее Ферми. Первоначальные расчеты показали, что атомная бомба может создавать температуру до 10 миллионов градусов, а из данных о физике звезд Теллер знал, что этого достаточно для реакции термоядерного синтеза. По сравнению с атомной бомбой топливо для термоядерной бомбы стоило гроши. Стоимость дейтерия, извлеченного из воды, — несколько пенсов за грамм, в то время как изотоп урана, необходимый для деления ядер, чрезвычайно дорог[61]. Термоядерную бомбу немедленно назвали «супербомбой». «Это страшная вещь», — такова была первая реакция Бете. Для Теллера супербомба стала навязчивой идеей. «Что-то изменилось в нем после того, как он присоединился к Лос-Аламосскому проекту», — вспоминал его старый друг Гамов.
Теллер появился в Лос-Аламосе в апреле 1943 года, и тут же там возникли проблемы. Сначала Теллер был оскорблен тем, что Оппенгеймер назначил руководителем теоретического отдела Бете, а не его. Группа Теллера решала только задачу создания атомной бомбы, в которой расщепляющийся уран сжимался в процессе, называемом имплозией (взрывом, направленным внутрь), и не занималась супербомбой. Толмен предположил, что делящееся вещество с массой чуть ниже критической тоже может взорваться, если его достаточно сильно сжать и вызвать цепную реакцию. Для создания имплозии ученые поместили химическое взрывчатое вещество внутрь полой сферы вокруг содержащегося в центре делящегося вещества и взорвали его. В результате серия концентрических ударных волн, движущихся внутрь, сдавливала делящийся материал, пока он не становился достаточно плотным для начала цепной реакции. Все это было невероятно интересно, но сердце Теллера было по-прежнему отдано водородной бомбе, а не атомной, и потому он постоянно пребывал в дурном настроении. Однако Оппенгеймер не собирался терять такого креативного человека, как Теллер. В 1944 году он все же разрешил ему начать работу над супербомбой.
Создавая атомную бомбу, ученые проделали множество экспериментов, чтобы определить возможности каждой конкретной конструкции. Но для водородной бомбы необходимо было создать особую атомную бомбу, которая подожгла бы ее, — такой эксперимент был невозможен. Математические модели — это все, что Теллер и его группа были в состоянии сделать. По этим моделям можно было рассчитать идеальную конфигурацию атомной бомбы и материалов, которые создадут температуру, необходимую для начала термоядерной реакции. Но эти расчеты оказались слишком сложны для механических счетных машин, предоставляемых IBM во время войны. В 1945 году в Пенсильванском университете была построена ЭНИАК, по тем временам самая быстрая в мире электронно-вычислительная машина, кое-как она справлялась с расчетами. А вскоре и она устарела, а потому в 1949-м была заменена ЭВМ МАНИАК[62]. Еще одну вычислительную машину построили в Институте перспективных исследований в Принстоне, на основе идей физика Джона Арчибальда Уилера. Ветеран Манхэттенского проекта и один из его ведущих ученых, Уилер был недоволен темпом работ над супербомбой в Лос-Аламосе. Он написал главе департамента физики в Принстоне, что «термоядерные исследования включают в себя исследования в областях, являющихся сильной стороной Принстона, — ядерной и атомной физики, астрофизики и гидродинамики». Так Принстон стал вторым центром разработки водородной бомбы.
Несмотря на свои крайне правые антикоммунистические взгляды и высокомерное поведение, Уилер был одним из самых выдающихся физиков того времени. Он провел большую часть войны в Хэнфорде, штат Вашингтон, занимаясь реакторами по производству плутония — расщепляющегося вещества, альтернативного урану-235[63].
В январе 1939 года Бор приехал в Нью-Йорк, встретился с Уилером, работы которого хорошо знал, и сразу же предложил ему заняться исследованиями в новой области — делении ядер, изучить это явление и понять пути его использования.
Уилер, как и Теллер, считал, что крайне важно приступить к следующему этапу развития ядерного вооружения — созданию супербомбы. Главным их оппонентом был Оппенгеймер, который не хотел давать санкцию на разработку бомбы более мощной, чем атомная. Как председатель генерального консультативного комитета Комиссии по атомной энергии США, он обладал огромным влиянием. Его отношения с Теллером становились все более напряженными.
Теллер хотел сразу же начать с мегатонной бомбы, которая затмит все эти атомные карлики, сброшенные на Хиросиму и Нагасаки. Для расчета параметров классической супербомбы Теллера — атомной бомбы, присоединенной к одному концу трубы с жидким дейтерием, была использована вычислительная машина ЭНИАК. Тепло от деления при взрыве бомбы должно двигаться вниз по трубе, вызывая реакцию синтеза дейтерия; расчетная мощность такой бомбы составляла 10 мегатонн. (На Хиросиму была сброшена бомба «Малыш» с эквивалентом 20 тысяч тонн тротила.) Другой конструкцией Теллера была полусферическая бомба с концентрическими оболочками из дейтерия и веществ, способных к ядерному делению. Он назвал ее «Будильник», так как она должна была разбудить весь мир. Но предварительные расчеты Теллера показали, что эта бомба не получится очень мощной, и он оставил этот проект.
29 августа 1949 года Советский Союз провел успешные испытания своей атомной бомбы, известной на Западе под названием «Джо № 1». Это была почти точная копия бомбы «Толстяк», сброшенной на Нагасаки, в которой использовался механизм имплозии, взрыва, направленного внутрь. Русские узнали о конструкции бомбы благодаря Клаусу Фуксу, тридцативосьмилетнему немецкому ученому-эмигранту, который приехал в Лос-Аламос в 1942 году. Там он занимал должность столь важную, что имел доступ к особо секретной информации, которую и передавал в СССР. По иронии судьбы Фукс вошел в состав группы разработки имплозии вместо Теллера. 23 сентября президент Гарри Трумэн сделал краткое публичное заявление: «Мы имеем достоверные сведения, что в течение последних недель в СССР был произведен атомный взрыв». С монополией США на ядерное оружие было покончено — об этом трубили все газеты мира. В США поднялась паника. Какой должна быть реакция американских властей? Официальная дискуссия была проведена в обстановке высокой секретности. Часть научного сообщества согласилась с членами Комиссии по атомной энергии США — было ясно, что Советский Союз будет создавать супербомбы и попытается сделать это раньше всех. Внезапно ситуация резко изменилась. Создание супербомбы стало одной из самых главных задач американских ученых.
Большинство в комитете конгресса под председательством Оппенгеймера выступало против участия в гонке вооружений. Но влиятельные и красноречивые Теллер и Гамов поддержали создание супербомбы. Обсуждение этого вопроса, в котором участвовали известные конгрессмены и сенаторы, длилось целый день. Чашу весов склонило то, что Фукс знал детали теллеровской конструкции супербомбы, в частности «Будильника». 31 января 1950 года Трумэн объявил миру, что Соединенные Штаты приступили к реализации проекта по созданию водородной бомбы. Гонка ядерных вооружений началась. Теллер предложил Оппенгеймеру участвовать в работах по супербомбе, но тот наотрез отказался. Оппенгеймер был уверен, что советские ученые не почерпнут ничего полезного из информации Фукса, поскольку расчеты показали: классическая супербомба Теллера — неудачный вариант. Ее разработчики зашли в тупик, и Оппенгеймер утверждал, что она — миф.
Но в декабре 1950 года математика Станислава Улама посетило вдохновение. Он работал в лос-аламосской группе Теллера над супербомбой с 1943 года. Родившийся в 1909 году в польском городе Лембурге (сейчас это — украинский Львов), Улам был ярким представителем довоенной польской математической школы. Кандидатскую диссертацию он написал под руководством всемирно известного Стефана Банаха. Смуглый, с прекрасными манерами, неизменно элегантный, Улам казался невероятно уверенным в себе человеком. В Лос-Аламосе все вскоре стали называть его Стэном. В 1934 году, чувствуя близость нацистского нападения, Улам начал поиск зарубежных научных контактов. Путешествуя по Европе, он остановился в Кембридже, где знакомство с Эддингтоном и Чандрой произвело на него огромное впечатление. Позднее Улам и Чандра встретились снова, в Лос-Аламосе, когда Чандра был консультантом по теории турбулентности и по другим гидродинамическим проблемам. Однажды Улам вдруг понял, что ключом к решению проблемы супербомбы был бы направленный внутрь взрыв, точно такой, какой предсказывал Чандра для белых карликов, а впоследствии Оппенгеймер и Снайдер. Улам предположил, что при взрыве атомной бомбы возникнет поток нейтронов, который создаст ударную волну. Для ее формирования атомная бомба (первая ступень) должна быть отделена от термоядерного топлива (второй ступени). Улам рассказал Теллеру о своей идее в конце января 1951 года. И тот почти сразу понял, что Улам натолкнулся на нечто совершенно новое. Атомная бомба создаст не только поток нейтронов, но и мощное рентгеновское излучение. Теллер хорошо знал, что очень трудно сфокусировать ударную волну нейтронов для сжатия термоядерного топлива, зато рентгеновское излучение может быть сфокусировано, кроме того, оно достигнет второй ступени раньше нейтронов, потому что электромагнитная волна движется быстрее, чем любая частица, имеющая массу. Теллер и Улам предложили использовать для сжатия второй ступени излучение. Так возникла схема Теллера — Улама — базовая конструкция для всех термоядерных бомб. Детали ее до сих пор засекречены, но общая идея заключается в том, что атомная бомба при взрыве генерирует рентгеновские лучи, которые используются для сжатия термоядерного топлива и начала термоядерной реакции (синтеза водорода). В результате возникает мощный взрыв, как и в случае со звездой, сжатой под действием силы тяжести. Схема казалась вполне реальной, и нужно было действовать быстрее, так как русские наверняка тоже не дремали. Даже Оппенгеймер, который был откровенно против производства водородных бомб, признал, что схема Теллера-Улама — «техническая конфетка».
