Ядра и радиоприемники
Значит, секрет атомной бомбы заключается в критической массе? Критическую массу, конечно, надо знать, но главное состояло не в этом. Нет, не было никакого секрета. Нужно было понять, как именно выглядит атомное ядро, а для этого полностью, именно полностью, а не частично, отказаться от привычных представлений. Замечательнее всего, что и Резерфорд, и Эйнштейн, и многие другие ученые рангом пониже, будучи сами творцами современной физики, не могли до конца поверить в собственные идеи.
Эйнштейн так и не поверил, что, по его собственному выражению, бог бросает кости перед тем, как вызвать к жизни то или иное явление. Иначе говоря, Эйнштейн не верил, что мир можно описывать в терминах теории вероятностей. Эрвин Шредингер — творец волновой механики — потратил много сил на то, чтобы примирить свою механику с классической. Пожалуй, самым последовательным из создателей новой физики был Нильс Бор, но и у него, как мы видели, оставались сомнения. В необходимости отрешиться от представлений классической физики и содержался великий драматизм эпохи бури и натиска.
Зачем нужно было отказываться от привычных представлений, чтобы понять механизм расщепления ядер урана? А вот зачем. Продолжим опыт с кирпичом. Вы стреляете из винтовки в кирпич, желая расколоть его на части. Что надо для того, чтобы кирпич раскололся? Во-первых, в него попасть, причем по возможности в середину. Если пуля лишь чиркнет по поверхности, кирпич либо вообще не расколется, либо от него отвалится небольшой кусок. Во-вторых, чтобы пуля обладала необходимой энергией. Пуля на излете кирпича не расколет.
В случае с атомами урана-235 все обстоит наоборот. Нейтрону попадать в само ядро не обязательно — достаточно оказаться на определенном расстоянии. В атомной физике существует понятие эффективного сечения — площадки, в пределах которой должен оказаться нейтрон или другая бомбардирующая частица, для того чтобы произошла реакция деления. Эффективное сечение гораздо больше размеров самого ядра. Но далеко не всякий нейтрон вызывает реакцию деления. Если энергия нейтрона меньше, чем надо, реакции не произойдет. Это понятно — все так же, как с кирпичом.
Но реакция деления не произойдет и в том случае, если энергия нейтрона слишком велика! Не произойдет, даже если нейтрон пролетит через самый центр ядра. Подобная ситуация представляется совершенно парадоксальной: слабый медленный нейтрон раскалывает ядро, а быстрый и энергичный — нет. Но все именно так, а не иначе. Почему? Потому что и нейтрон, и атомное ядро — это все что угодно, только не твердый шарик.
Кстати, мы сказали «нейтрон пролетит через самый центр ядра» исключительно для красного словца. Нейтрон не может пролететь через середину ядра по той простой причине, что ни у нейтрона, ни у ядра нет сере*-дины. Как у любых объектов реального мира, у них нет точного положения в пространстве. Это следствие уже много раз упоминавшегося соотношения неопределенностей.
Ядро ведет себе вовсе не как кирпич, а, скорее, как радиоприемник. Антенна радиоприемника испытывает воздействие огромного количества радиосигналов. Но слышим мы передачи только той станции, на волну которой настроен приемник. То же самое и с ядром. Оно может подвергаться воздействию огромного количества разных частиц, не обязательно нейтронов, но прореагирует лишь с частицей, обладающей строго определенной энергией. Аналогия с радиоприемником окажется полной, если вспомнить, что, согласно гипотезе де Бройля, гипотезе, которая со временем превратилась в строгую физическую теорию, каждой материальной частице соответствует волна, а длина этой волны обратно пропорциональна энергии частицы. Именно в физическую реальность волн де Бройля ученым труднее всего было поверить. Согласитесь, если окончательно допустить, что, скажем, молоток — на самом деле не молоток, а волна, то вряд ли что-нибудь останется от столь любезной нашему сердцу классической физики.
Неумолимые опыты подтвердили: ядра урана-235 почти не реагируют на нейтроны, образующиеся при расщеплении этих ядер. Не реагируют потому, что энергия нейтронов чересчур велика. Продолжая аналогию с радиоприемником, скажем, что расщепляющиеся ядра излучают на коротких волнах, а сами они настроены на длинные волны — приема не получается. Но если радиостанция расположена очень близко, вы все же услышите ее сигналы даже с помощью ненастроенного приемника. То же самое происходит и с ураном-235. Вероятность взаимодействия ядра с нейтроном очень мала. Но если ядер много, то одно из них в конце концов прореагирует с нейтроном. Отсюда критическая масса.