Легчайший элемент, водород, состоит главным образом из единственного изотопа — одного протона. Следующий более тяжёлый элемент, гелий, состоит главным образом из изотопа, имеющего два протона и два нейтрона. При слиянии ядер этих элементов высвобождается энергия — огромное количество её. Процесс не происходит спонтанно, так как, для того чтобы свести четыре частицы вместе, требуется затратить определённое количество энергии. Положение напоминает ситуацию в плотине, ворота которой должны быть подняты до того, как вода начнёт вытекать из резервуара. То же самое относится к последующим элементам таблицы Менделеева — они потенциально неустойчивы и соединились бы, если бы не было барьеров, к счастью очень крепких, чтобы не допустить этого. Так обстоит дело для всех элементов вплоть до середины системы Менделеева; начиная отсюда, положение меняется на обратное — каждое ядро имеет тенденцию к расщеплению, что предотвращается только благодаря наличию потенциального барьера. У самого тяжёлого элемента, найденного в природе, урана, самый слабый барьер, и именно он был впервые искусственно сломан в экспериментах Гана и его сотрудника Штрассмана в 1938 году.
Путь от этих тонких лабораторных экспериментов к первому урановому реактору («котлу»), который был построен Энрико Ферми в 1942 году, был долгим и потребовал колоссальной изобретательности, смелости, мастерства, организационных усилий и денег. Решающим событием было открытие того факта, что деление урановых ядер, вызванный столкновением с нейтронами, сопровождается эмиссией нескольких нейтронов и что этот процесс можно направить так, чтобы возникла лавина новых делений, короче — чтобы реакция была самоподдерживающейся. Обратный процесс, слияние лёгких ядер в более тяжёлые (например, превращение водорода в гелий), является источником энергии Солнца и всех звёзд. В их центральных частях температура и давление столь велики, что соединение четырёх нуклонов становится возможным благодаря ступенчатой реакции. Тот же самый процесс слияния ядер осуществлён в земных условиях путём применения урановой бомбы в качестве детонатора. Именно поэтому мы располагаем водородной бомбой.
Сомнений больше нет: вся материя нестабильна. Если бы это было не так, звезды бы не светили, мы не получали бы тепла и света от Солнца, не было бы жизни на Земле. Стабильность и жизнь несовместимы. Таким образом, жизнь по необходимости есть опасное предприятие, могущее иметь счастливый или плохой конец. Сегодня проблема заключается в том, как величайшее предприятие человечества направить к счастливому концу.
Уместно будет по этой причине сказать несколько слов о благах, которые могут получить люди, если они будут вести себя разумно. Прежде всего существует проблема энергии. Когда я был молод, полвека назад, было подсчитано, что запасов угля хватит на несколько сот лет; нефть тогда ещё не использовалась в больших масштабах. С того времени было сожжено огромное количество угля, были открыты новые запасы нефти, которая использовалась во всевозрастающей степени. Тем не менее запасов топлива, по нынешним оценкам, должно хватить ещё на многие сотни лет. Поэтому поиски новых источников энергии могут показаться проблемой не первоочередной важности. Но такое заключение было бы ошибочно.
Уголь и нефть не только источники энергии, но и чрезвычайно важная часть сырья для получения великого множества химических продуктов. Вспомните о пластмассах и их бесчисленных применениях. Наступит время, когда сельскохозяйственной продукции будет недостаточно для питания всевозрастающего количества людей. Тогда обратятся к химии, она должна будет создать искусственные заменители, для которых подходящим сырьём является только уголь. Поэтому представляется опасным и разорительным использовать уголь и нефть только для сжигания. Более того, не следует забывать и социальный аспект проблемы. Не далёк, кажется, тот день, когда в цивилизованных странах ни один рабочий не захочет заниматься мрачным и опасным трудом шахтёра, даже при сносной заработной плате. Англия, по-видимому, уже приближается к такому состоянию. Далее, существует много стран, которые не имеют ни угля, ни нефти; для них легко транспортируемое ядерное горючее было бы благодеянием.
Другой способ мирного применения ядерной физики заключается в использовании радиоактивных побочных продуктов работы атомных реакторов. При этом получаются неустойчивые, то есть радиоактивные изотопы некоторых элементов, пригодные для многих целей: они могут служить источниками излучения вместо дорогого радия в медицине, технике, сельском хозяйстве, для лечения рака, испытаний материалов, выращивания новых видов растений посредством мутаций и, что, вероятно, ещё важнее, в качестве «меченых атомов». При добавлении небольшого количества радиоактивного изотопа к данному элементу становится возможным проследить «судьбу» этого элемента в химических реакциях, даже в живых организмах, путём наблюдения за характером излучения. Во всё растущем количестве экспериментов в биохимии этот метод уже применяется, и он знаменует собой новую эпоху в нашем познании жизненных процессов.