А если говорить о роли личности в этой истории, то Сахаров - незаметно для себя и других - сыграл не меньшую роль в этом спасении. Молодой теоретик, никому из "патриотических" физиков не мешавший, возможно, вообще не заметил, какая опасность нависла над его родной наукой в первые месяцы 1949 года. Слишком он был занят своей термоядерной физикой, на заседаниях Оргкомитета совещания - по молодости и безгрешности - не появлялся. Во всяком случае в его "Воспоминаниях" о несостоявшемся совещании нет ни слова.
Спасение советской физики от погрома, от нависшей над ней угрозы "лысенкования" можно назвать первым применением термоядерной энергии в мирных целях.
17 марта 1949 года - за несколько дней до предполагаемого начала совещания - Юлий Харитон, научный руководитель разработки ядерного оружия, обратился к Берии с просьбой допустить Тамма к разведывательным данным. В аппарате Берии решили, что "передавать разведывательные материалы И.Е. Тамму <> не следует, чтобы не привлекать к этим документам лишних людей", и разрешили сообщить ему только некоторые экспериментальные данные - без ссылки на источник.
Но как "лишний человек" Тамм и его ученики оказались в ядерном проекте и стали основоположниками термоядерного?
Водородная бомба в ФИАНе
Атомная и водородная, или ядерная и термоядерная
Чем водородная бомба отличается от атомной? И термоядерная энергия от просто ядерной? Для советских карикатуристов это различие не представило больших трудностей: у толстого американского империалиста - при неизменной толстой сигаре во рту - на бомбе под мышкой вместо буквы "A" стали рисовать "H". Даже полностью написанные слова Atomic и Hydrogen сами ни о чем не говорят и не объясняют, почему слово "супербомба" вошло в употребление только для водородной бомбы. Атомная бомба, взорванная в Хиросиме, была в 20 000 раз мощнее самой большой обычной бомбы, взорванной во время Второй мировой войны. Неужели этого недостаточно для супер?!
Отличие просто ядерного от термоядерного сыграло слишком большую роль в судьбе Сахарова и в судьбе человечества, чтобы ограничиться карикатурным или этимологическим объяснением.
Полное объяснение можно дать только на языке физики, пользуясь буквами математики. Но если бы происходящее в атомном ядре совсем ничего общего не имело с миром житейского опыта, люди не проникли бы так далеко-глубоко за пределы этого опыта.
Несколько глав назад понадобилась первая порция ядерной физики - капелька ядерной физики, чтобы объяснить, чем, собственно, атомное ядро так интересовало Тамма. Сейчас понадобится еще несколько капель. А прежде всего пригодится само понятие капли.
Если вам приходилось когда-нибудь ронять ртутный термометр и при этом вы еще были достаточно юны и беззаботны, то, скорей всего, не сразу выкинули блестящие капли ртути, а понаблюдали за ними. Вы, должно быть, заметили, что самые маленькие капельки при соприкосновении охотно сливаются, а самые большие - наоборот - столь же охотно делятся на меньшие, если их побеспокоить даже слегка. Этого наблюдения достаточно, чтобы объяснить, "стоя на одной ноге", чем водородная бомба отличается от атомной. Потому что атомные ядра похожи на капли.
В природе имеется 92 вида ядер, или химических элементов, расставленных по порядку Менделеевым. Самое маленькое ядро - водород, самое большое - уран.
Маленькие ядерные капли при соприкосновении тоже охотно сливаются, а большие охотно делятся, и это две разные ядерные реакции - слияния и деления. Слово "охотно" означает, что после слияния маленьких капель или деления больших высвобождается энергия. Сколько именно высвобождается, это уже дело формул, главная из которых - знаменитая эйнштейновская: E = mc.
Работает эта формула так. Масса двух охотно сливающихся капелек больше массы ядерной капли, получающейся в результате их слияния. Если масса больше конечной на величину m, то при этой ядерной реакции выделяется энергия E = mc. Аналогично, масса охотно делящейся капли больше суммы масс, на которые исходная ядерная капля разделилась.
Иногда говорят о превращении массы в энергию. Это столь же правильно, как сказать о человеке, побывавшем в магазине, что деньги, исчезнувшие из его кошелька, превратились в пакет риса, который появился у него в сумке. Разница в том, что коэффициент между деньгами и количеством зерен - цена одного зерна - может меняться от магазина к магазину. А в физике энергетическая стоимость единицы массы - величина постоянная и огромная. Эта стоимость всегда равна c, где c - это скорость света, а она так велика, что облететь вокруг Земли свет может за долю секунды. Лебедеву когда-то пришлось исхитряться в своих экспериментах со светом именно потому, что там надо было делить на этот огромный коэффициент. А в ядерных процессах на него надо умножать. Формула E = mc действует во всех физических процессах, однако вне ядерной физики - даже при взрыве тротила - уменьшение массы, на которую "куплена" энергия взрыва, не больше одной миллиардной доли.
В ядерных делениях и слияниях эта доля в миллионы и миллиарды раз больше. Во столько же раз мощнее, значит, может быть ядерная взрывчатка. Надо только придумать способ, чтобы все отдельные ядерные капельки разделились или слились одновременно.
В первом случае речь идет об атомной бомбе, или бомбе деления, где ядерной взрывчаткой должно быть вещество с большими ядрами - например, уран. Во втором случае речь идет о водородной бомбе, начиненной веществом с маленькими ядрами, например, изотопами водорода - дейтерием или тритием.
Но как сделать, чтобы все отдельные ядерные капельки разделились или слились не поодиночке, а разом - коллективно?
Для реакции деления природа подсказала такой способ через несколько месяцев после открытия самого деления в 1939 году (и за несколько месяцев до начала мировой войны). Оказалось, что при делении капли уранового ядра вылетают еще и несколько брызг-нейтронов, каждая из этих "брызг" способна побудить к делению другое ядро, и так далее - пойдет цепная реакция. Надо только собрать в одном месте достаточное количество урана, и атомный взрыв, какого не видал мир, обеспечен. Но сначала надо было добыть достаточное количество этого редкого - и потому дороже золота - вещества: найти месторождения урана и очистить его в сложных процессах. Поэтому, прежде чем мир увидел такой взрыв в 1945 году, понадобились миллиарды долларов и несколько лет усилий многих тысяч людей.
Что касается ядерной реакции слияния, то она испокон веков шла перед глазами мира - в виде солнечного света и сияния других звезд на небе. По прихотливому историческому совпадению в том же самом 1939 году физики сумели объяснить, как именно энергия Солнца рождается в ходе постоянно идущего слияния ядер в солнечных недрах. В солнечной энергостанции ядерное горючее - самый распространенный элемент природы - водород, по два атома которого есть в каждой молекуле воды.
Однако воспроизвести этот естественный процесс в земных условиях оказалось гораздо труднее, чем устроить неестественный, не встречающийся в природе, процесс "коллективного" деления. Причина трудностей в том, что ядерные капли - в отличие от обычных - электрически заряжены и поэтому отталкиваются друг от друга. Это помогает делиться большим ядрам, но мешает слиянию маленьких. Соприкоснувшись, маленькие ядра очень бы энергично слились, но чтобы их "соприкоснуть", требуется огромная сила.
В земных условиях физикам удалось, разогнав отдельные ядерные капельки на ускорителе, дотронуться ими до ядер мишени и убедиться, что слияние при этом действительно происходит. Однако это лишь поштучно, а не с ощутимым количеством вещества.
Звездам, и Солнцу в их числе, справиться с этой задачей помогает гравитация - вещество в центре звезды сжато всем ее собственным звездным весом. А при температурах в миллионы градусов частицы вещества внутри звезды имеют скорости, сравнимые с теми, которые на ускорителе получаются лишь для считанных частиц.
Ядерные реакции, происходящие в таких высокотермических условиях, назвали термоядерными. Назвать-то нетрудно, а вот как воспроизвести звездные условия на Земле?
Легче ответить на вопрос, почему физики стали использовать приставку "супер" для термоядерной бомбы задолго до ее появления. Дело в том, что собирать уран в одном месте можно только до определенного предела в несколько килограммов. Этот предел называется критической массой, и если он достигнут, сама собой начинается взрывная цепная реакция деления. Для реакции слияния никаких критических масс нет, и значит, мощность термоядерного взрыва в принципе может быть как угодно большой. Сколь угодно больше чудовищного взрыва, испепелившего Хиросиму. Это и побудило говорить о супербомбе.
Специальная энергия в ФИАНе
С термоядерной суперпроблемы начал И.Е. Тамм свою статью "Внутриатомная энергия", опубликованную в газете "Правда" весной 1946 года. Но для него вовсе не взрывы определяли важность проблемы:
Вряд ли можно сомневаться в том, что в не очень отдаленном будущем использование внутриядерной энергии преобразит экономическую и техническую основу человеческого существования.
Член-корреспондент Академии наук сообщил читателям "Правды", что энергия Солнца рождается ядерной реакцией, в которой "при превращении одного грамма водорода в гелий выделяется столько же энергии, сколько и при сгорании 15 тонн бензина". С 1919 года, когда Резерфорд провел первую искусственную ядерную реакцию, "в лабораторных условиях осуществлено свыше тысячи различных ядерных реакций", но "до последнего времени их практическое использование было невозможно". Возможным оказалось лишь использование внутриатомной энергии урана - в атомных бомбах, "сброшенных американцами на Японию".
Однако запасы атомной энергии в других элементах неисчерпаемы, и если мы пока не знаем путей к их использованию, то не надо забывать, что самое расщепление урана было открыто только 7 лет тому назад. Мы находимся в самом начале научного проникновения в новые, неизведанные области явлений, и необычайно бурное развитие физики, несомненно, откроет человечеству новые неожиданные возможности.
Путь к этому лежит прежде всего в развитии "отвлеченных" исследований по всему фронту физики, ибо нельзя наперед предсказать, в чем будет состоять следующий этап в процессе овладения человеком силами природы. <> Новая великая сила природы может преобразовать экономическую и техническую основу человеческого существования. Она должна быть направлена не на уничтожение, а на всеобщее благо.
Весной 1946 года "всеобщее благо" еще не успело стать рискованной космополитической целью, и тон статьи дышит оптимизмом. А содержание статьи говорит прежде всего о том, что к Советскому атомному проекту ее автор… не причастен. Потому что этот проект имел тогда одну практическую цель - сделать атомную бомбу, а не "исследования по всему фронту физики" по той лишь причине, что "нельзя наперед предсказать, в чем будет состоять следующий этап в процессе овладения человеком силами природы".
Для того чтобы сделать атомное оружие, нужны были вполне предсказанные научно-технические разработки. Человек освоил лук и стрелы задолго до изучения законов механики и сделал вполне приличный металлический топор без изучения микроскопических свойств металла. Для создания атомной бомбы был накоплен несравненно больший научный задел. Но помимо некоторых "неотвлеченных" измерений главным образом нужна была изобретательская работа - прикладная, техническая физика. К этой работе Тамма не подпускали, и вряд ли он к этому стремился. Это был не его научный хлеб.
Общий энтузиазм вызывала сама стремительность превращения отвлеченной науки в технику, а также социальный потенциал, который видел в этом социалист Тамм. Осенью 1945 года он девять раз выступал с лекцией на тему "Атомная энергия", в том числе в Доме ученых и в редакции "Правды" (из этого выступления, возможно, и возникла его статья в "Правде"). Название "Внутри-атомная энергия" имеют еще две его популярные публикации 1946 года.
То, что было объектом лекционного энтузиазма у главного теоретика ФИАНа, для директора института Вавилова стало предметом более практическим. Он стремился включить свой институт в проект, что открыло бы лучшие возможности государственного финансирования для развития "всего фронта" фиановской физики. Но сделать это было непросто даже президенту Академии наук.
Хотя Курчатовский институт и назывался Лабораторией Академии наук № 2, от академии его атомная империя практически не зависела. С самого начала атомного проекта - с 1943 года - Курчатов опирался на ленинградцев, "выпускников" школы Иоффе. Помимо естественно возникших в физтехе личных связей, у Курчатова и не было особых причин привлекать фиановских теоретиков. Они ведь были ориентированы на фундаментальные проблемы, а в проекте речь в сущности шла о прикладной физике, где физтеховская школа не имела себе равных в стране.
Вавилову вначале - с 1944 года - удалось лишь вовлечь нескольких фиановцев во вспомогательные урановые исследования. Среди них был соавтор Тамма по нобелевской работе 1937 года - И.М. Франк. В ФИАНе появились две секретные комнаты, куда другие сотрудники не заходили.
Спецслужбы, разумеется, как и по всей стране, делали свое дело и бдительно проверяли и перепроверяли кадры. В 1946 году Тамм заполнил очередную огромную анкету. Он сообщил, что его брат Леонид, арестованный в Москве осенью 1936 года, "погиб в заключении в 1942 г." и что отец, арестованный в 1944 году, был оправдан за отсутствием состава преступления.
Президент академии Вавилов не входил в руководящие структуры проекта, но нередко участвовал в заседаниях его Научно-технического совета. В апреле 1946 года он сам представил записку "Об организации исследований в разных областях науки в связи с проблемой использования энергии атомного ядра" - первое конкретное предложение по мирным применениям ядерной энергии.
Еще более прямое свидетельство его усилий - фиановский документ, датированный 24 сентября 1947 года и адресованный в Госплан. Это обширный перечень научных задач и объяснительная записка к нему. На документе есть обычная для секретного делопроизводства пометка о том, что черновик уничтожен, заверенная подписью И.М. Франка, причастного, стало быть, к этому. Сам документ - анонимный, и значит, высоко официальный, видимо, он сопровождался письмом С.И. Вавилова.
Документ озаглавлен невинно "Основные проблемы научно-исследовательской работы", но уже из первых строк ясно, что это за проблемы:
Исследование расщепления тяжелых элементов и возможности их использования для получения спец. энергии, исследование реакций легких элементов и возможности использования их синтеза для получения спец. энергии.
Речь идет, попросту говоря, или читая глазами Берии, об атомной и водородной бомбах.
Остальные проблемы касаются "всего фронта физики" - от теории ядерных сил до астрофизики, и от теоРии вычислительных машин до биофизики.
Перечень "Основных проблем" сопровождала объяснительная записка, в содержании которой можно опознать Руку Тамма. По поводу второго вида спецэнергии сказано лаконично:
Синтез легких элементов, несомненно, является одним из источников звездной энергии. Однако пути практического осуществления такого синтеза в лабораторных условиях сейчас неизвестны.
ФИАН предлагал не сбрасывать со счетов и еще один возможный источник спецэнергии -
возможность использования внутренней энергии самих элементарных частиц, из которых построено ядро, в процессах, аналогичных известному для аннигиляции позитрона электроном.
Только очень чистый и оптимистичный теоретик мог написать такое. Аннигиляция вещества и антивещества, если бы ее можно было всунуть в бомбовую оболочку, дала бы право на название "макси-бомба". Эффективность бомбы определяет доля массы, превращающейся в энергию по формуле E = mc. Для урановой бомбы деления - это десятые доли процента, для водородной бомбы слияния - процент, а для аннигиляционной бомбы это практически 100%, потому и макси. Только одна закавыка - совершенно не понятно, как ее сделать. Зато макси-бомба была бы гораздо ближе к теории элементарных частиц, о которой мечтали теоретики. Так что макси-бомба, даже если она и недостижима, помогла бы заниматься замечательно интересными вещами - почему, скажем, электрон в 1836 раз легче протона.
Усилия Вавилова оказались не напрасны. 10 июня 1948 года постановление правительства обязало ФИАН
Организовать исследовательские работы по разработке теории горения вещества "120" по заданиям Лаборатории № 2 АН СССР (тт. Харитона и Зельдовича), для чего в двухнедельный срок создать в Институте специальную теоретическую группу работников под руководством чл.-кор. АН СССР Тамма и д. ф.-м. н. Беленького (зам. руководителя группы) и с участием акад. Фока.
"120" - это кодовое обозначение дейтерия, а "горение дейтерия" - это термоядерное слияние легких ядер.
Президент академии не знал, что достигнуть цели - "в двухнедельный срок" - помог ему Клаус Фукс.