Была открыта способность к превращениям и у ядер других атомов, считавшихся ранее устойчивыми. В 1932 г. в Кавендишской лаборатории в Кембридже, директором которой был Резерфорд, результаты отдельных ядерных трансмутаций впервые четко подтвердили правильность эйнштейновской формулы Е = тс2. Это произошло спустя четверть века после того, как Эйнштейн вывел свою формулу в 1907 г. В следующем, 1933 г. было получено еще более четкое ее подтверждение — на этот раз масса уже не частично, а полностью преобразовывалась в энергию[39].
39 Эта удобная формулировка, хотя она и стала привычной, может ввести в заблуждение. Когда говорится, что «масса переходит в энергию», то после этого перехода массы ровно столько же, сколько было до него. Первоначально имеется масса покоя, которая как бы захвачена в плен. Затем часть ее или вся она высвобождается и становится массой в виде энергии движения или излучения. Эксперимент 1933 г. имел особое значение. Он подтвердил, хотя и для частного случая, не столько предположение Эйнштейна, сделанное им в 1905 г., о том, что вся энергия обладает массой, сколько его еще более смелый и гораздо более важный вывод 1907 г. о том, что любая масса эквивалентна энергии.
Итак, не оставалось более сомнений в том, что интуиция не подвела Эйнштейна и что масса представляет собой огромный резервуар энергии. Не так много энергии выделяется при сжигании унции угля. Унцию же песка мы даже не в силах сжечь. И тем не менее в одной-единственной унции угля, или песка, да и вообще чего угодно скрыто такое количество энергии, которое эквивалентно энергии, получаемой при сжигании буквально тонн угля. Нескольких тонн. Фактически сотен тысяч тонн или около того. Можно ли раскупорить этот резервуар, чтобы использовать заключенную в нем энергию для практических целей? Интересно, что и Резерфорд, и Эйнштейн такую возможность отрицали. Извлечение энергии из массы, заключенной в атомных ядрах, было, с их точки зрения, в высшей степени пустой затеей: на это пришлось бы затратить энергии куда больше, чем ее было бы получено.
Как бы то ни было, в том же 1932 г., принесшем первое очевидное подтверждение формулы Е = тс2, исследования ядерных трансмутаций, проводившиеся в Германии и Франции, привели Джеймса Чедвика, работавшего в Кавендишской лаборатории, к открытию нейтрона — электрически нейтральной частицы, имеющей массу, близкую к массе ядра водорода. С открытием нейтрона положение радикально изменилось, хотя в то время никто — за единственным исключением — этого еще не осознавал. Этим исключением был бывший студент Эйнштейна, Силард, эмигрировавший в Англию. Он с поразительной ясностью предвидел последствия открытия нейтрона. Описанные нами события 1932 и 1933 гг. происходили на фоне прихода Гитлера к власти и последовавшего за этим бегства ученых из Германии. Например, Шредингер оставил свое профессорское место в Берлине и переселился в Дублин. Борн покинул Геттинген и в конце концов стал профессором в Эдинбурге. Германия теряла свои лучшие умы.
В 1934 г. важная работа была проведена в Италии, находившейся под властью фашистского режима. Энрико Ферми вместе с группой единомышленников проводил в Римском университете эксперименты по бомбардировке атомных ядер нейтронами. Не имея заряда, нейтроны могли приблизиться к ядрам, не испытывая воздействия сил электрического отталкивания. Нас в данном случае не интересуют полученные им результаты, которые в дальнейшем принесли Ферми Нобелевскую премию. Особое значение для нашего рассказа имеет осуществленная Ферми слабая бомбардировка ядра урана — самого тяжелого и обладающего наибольшим зарядом из всех известных тогда науке ядер. Ферми предполагал, что при этом мог бы быть создан доселе неизвестный элемент — теперь он называется нептуний, — но уверенности в этом у него не было.
Ферми не знал, что ему удалось осуществить нечто гораздо более ценное: в его эксперименте произошло расщепление ядер урана. Об этом факте никто в ту пору не подозревал, и смертоносная бомба пока еще ждала своего часа, в то время как политическая обстановка все более накалялась. Нацистская Германия перевооружалась. В марте 1936 г. нацисты, еще не подготовившись как следует к войне, в результате невиданного блефа вновь оккупировали Рейнскую область, не встретив никакого сопротивления. В том же году Бор выдвинул теорию атомного ядра, в которой показал, что атомным ядрам присущи многие характеристики капель жидкости. В то же время в Берлинском институте кайзера Вильгельма, том самом, с которым некогда сотрудничал Эйнштейн, немецкие химики Отто Ган и Фриц Штрасман вместе с австрийским физиком Лизе Майтнер, идя по стопам Ферми, занялись бомбардировкой ядер урана нейтронами и применили все имеющиеся химические средства в попытке установить — образовался при этом новый элемент или же нет.
В марте 1938 г. содрогавшаяся от ужаса Европа стала свидетельницей того, как нацистская Германия захватила Австрию посредством одной лишь военной угрозы, не произведя ни единого выстрела. Лизе Майтнер, как еврейка, оказалась в опасности. До тех пор иностранное подданство служило ей защитой от жестоких антисемитских законов, установленных нацистами в Германии. Теперь же, когда Австрия — ее родина — стала частью Германии, она уже не считалась иностранкой, а в качестве гражданки Германии могла чувствовать себя в безопасности лишь за пределами этой страны. С помощью Бора ей удалось найти прибежище в Институте Нобеля в Швеции, где она снова обрела и статус иностранки, и безопасность.
В сентябре 1938 г. было подписано Мюнхенское соглашение — тщетная попытка умиротворения Гитлера. Стремясь любой ценой отсрочить войну с Германией, а возможно, и натравить ее на Россию, деморализованные демократические государства предали свою союзницу Чехословакию и практически оставили ее на произвол диктаторского режима Гитлера. В Англии голос протеста поднял Черчилль, находившийся не у власти.
Тогда же, в сентябре, Муссолини в тупом подражании Гитлеру ввел антисемитские законы в Италии, где до того времени антисемитизма как такового не существовало. И вот Ферми, которому уже успели надоесть тоталитарные порядки, стал готовиться к отъезду.
В ноябре 1938 г. в течение недели организованного насилия и террора нацисты вели войну против евреев в Германии. В декабре Ферми с семьей отправился в Швецию, чтобы получить там Нобелевскую премию, и оттуда навсегда переехал в Америку, где его ожидало место профессора Колумбийского университета в Нью-Йорке. Менее чем за год до начала второй мировой войны урановая бомба Ферми начала потихоньку открывать свою тайну. Перед самым рождеством 1938 г. Ган и Штрасман завершили работу над специальной статьей и показали, что при бомбардировке ядер урана относительно медленными нейтронами можно получить ядра бария, масса которых составляет всего лишь около половины массы ядер урана. Таким образом, было похоже, что ядра урана расщеплялись. Все, что было известно физикам, говорило против этого.
Пораженный сделанным открытием, Ган отправил подробное сообщение Лизе Майтнер, и она обсудила эту проблему со своим племянником Отто Фришем, который также бежал от нацистов. Используя мысль Бора о том, что поведение ядер сходно с поведением капель жидкости, Майтнер и Фриш в течение нескольких дней пришли к решению. В результате действия в ядре урана мощных сил электростатического отталкивания оно могло, подобно капле, находиться в состоянии, столь близком к нестабильности, что проникновение в ядро одного- единственного нейтрона вполне способно было послужить причиной его расщепления на две капельки меньшего размера — или же два меньших ядра. Однако постойте. Ведь в силу взаимного электростатического отталкивания эти ядра должны были бы энергично разлетаться в разные стороны. Откуда же могло взяться такое большое количество энергии? Ответом на этот вопрос послужила формула Эйнштейна Е=тс2. Без массы, связанной с энергией разлетающихся осколков, объединенная масса двух меньших ядер была бы значительно меньше массы исходного ядра урана и нейтрона. Если же недостающая масса вновь появляется в виде энергии движения, все становится на свои места. Ядра урана действительно были расщеплены на две почти равные половинки. Этому процессу Майтнер и Фриш дали название деления. Еще более эффектным было предсказание, что деление должно сопровождаться высвобождением колоссального по атомным масштабам количества энергии.
Далее события стали развиваться быстро. В Копенгагене Фриш провел решающий эксперимент, подтвердивший существование предсказанных взрывов энергии. Но еще до этого эксперимента он поспешил изложить теорию деления атомного ядра Бору, который должен был вот-вот уехать в Принстон, где собирался в течение некоторого времени поработать в Институте высших исследований. Бор привез эти сенсационные известия американским физикам в январе 1939 г., и деление ядра урана было многократно подтверждено в Америке еще до того, как Фриш опубликовал результаты своего эксперимента. Ферми одним из первых предположил, что среди осколков расщепленного ядра урана могут оказаться новые нейтроны. Если все так, как предсказал Силард шестью годами раньше, эти нейтроны способны вызвать дальнейшее деление ядер урана, а потому возникает некоторая вероятность того, что этот процесс будет распространяться как цепная реакция и высвобождать катастрофически огромные количества энергии.
В конце марта 1939 г., когда Чехословакия была оккупирована, а Польша находилась под угрозой, англичане и французы решили проявить твердость и заявили, что в случае нападения Германии на Польшу они встанут на ее защиту. Однако эта твердость слишком запоздала и не смогла остановить безудержно мчавшийся к трагедии мир. В это же время Ферми, Силард и другие ученые Колумбийского университета сделали следующие шаги к созданию атомной бомбы, доказав экспериментально, что в процессе деления ядер урана действительно образуются нейтроны.
Все же еще никто не мог сказать, возможно ли создание атомной бомбы. Все шансы, казалось, были против. Однако среди оказавшихся в США физиков-иностранцев, многие из которых эмигрировали, спасаясь от тоталитарного режима Гитлера, росла тревога. Им не надо было напрягать воображение, чтобы представить себе судьбу цивилизации в случае, если гонку за создание атомной бомбы выиграют фашистские диктатуры. Если их опередят демократические государства, тогда тоже, конечно, ничего хорошего ожидать не приходится, но это было бы куда меньшим злом, и следовало приложить все усилия, чтобы не случилось худшее. В апреле Ферми попытался предупредить об опасности командование военно-морских сил США, однако ответом ему было лишь проявление вежливого интереса.
Со все усиливающимся предчувствием надвигавшейся трагедии Силард заручился поддержкой своего друга, тоже уроженца Венгрии, Юджина Вигнера, профессора теоретической физики Принстонского университета. В середине июля они отправились навестить Эйнштейна. Он отдыхал в это время на Лонг-Айленде в отдаленном Нассау-Пойнт близ поселка Пеконик. Эйнштейн наслаждался там плаванием на яхте и ничего не ведал о возможности цепной ядерной реакции. Если мы прервем в столь драматический момент наше повествование, чтобы уже в который раз повторить, что Эйнштейн получал необыкновенное удовольствие от игры на скрипке, то это покажется по крайней мере странным и неуместным. Тем не менее любовь Эйнштейна к музыке была одним из звеньев цепной реакции, участником которой стал он сам, ибо именно на почве музыки окрепла его дружба с королевой Елизаветой Бельгийской, в то время уже королевой-матерью. Кто мог бы предвидеть все те невероятные события, которые повлекло за собой музицирование в стенах королевского дворца? Кому могла бы в то время померещиться какая бы то ни было связь между струнными квартетами и тем обстоятельством, что главные мировые запасы урановой руды были сосредоточены в Конго? Когда Силард и Вигнер приехали к Эйнштейну, чтобы рассказать ему об опасности, которую влечет за собой возможность цепной ядерной реакции, их первоначальным намерением было просить его воспользоваться своим влиянием на королеву- мать и добиться гарантий, что урановая руда Бельгийского Конго не попадет в руки нацистов. Однако вскоре события приняли иной оборот, отчасти по той причине, что неутомимый Силард был знаком с влиятельным финансистом Александром Саксом и тот предложил гораздо более сложный ход, а именно обратиться непосредственно к президенту Рузвельту. Силард снова отправился в Нассау-Пойнт, и на этот раз его сопровождал физик Эдвард Теллер (тоже уроженец Венгрии). Эйнштейн помогал составлять проект письма к Рузвельту, под которым впоследствии поставил свою подпись. Это письмо, которому суждено было приобрести такую известность, датировано вторым августа 1939 г. и отправлено из безмятежного Нассау-Пойнт. Вот что, в частности, в нем говорилось:
«Некоторые недавние работы Ферми и Силарда, которые были сообщены мне в рукописи, заставляют меня ожидать, что элемент уран может быть в ближайшем будущем превращен в новый и важный источник энергии. Некоторые аспекты возникшей ситуации, по-видимому, требуют бдительности и в случае нужды быстрых действий со стороны правительства. Я считаю своим долгом обратить Ваше внимание на следующее… стала вероятной возможность… создания исключительно мощных бомб нового типа. Одна бомба этого типа, доставленная на корабле и взорванная в порту, полностью разрушит весь порт с прилегающей территорией. Такие бомбы могут оказаться слишком тяжелыми для воздушной перевозки… Мне известно, что Германия в настоящее время прекратила продажу урана из захваченных чехословацких рудников. Такие преждевременные меры, может быть, станут понятными, если учесть, что сын заместителя германского министра иностранных дел фон Вейцзекер прикомандирован к Институту кайзера Вильгельма в Берлине, где в настоящее время повторяются работы по урану американских специалистов».