Атомный проект. Жизнь за «железным занавесом»

Не могу скрыть свое глубокое волнение от того, что нахожусь здесь, на улице Панисперна, в месте, которое видело рождение школы Ферми, чтобы почтить память Эдоардо Амальди.

В XX веке, в котором царит специализация, скорее уникальной, чем редкой, была жизнь такого ученого, как Эдоардо Амальди, отличавшегося не только превосходными по качеству и количеству исследованиями, но и своим преподаванием физики в университете и в других местах, и наконец, своими качествами человека и большого организатора науки.

Разрешите мне рассказать вам подробно, как мы здесь пришли в 1934 г. к открытию замедления нейтронов.

По заданию Ферми Амальди провел серию семинаров на основе знаменитой книги Резерфорда о естественной радиоактивности, что было связано с решением превратить лабораторию, специализировавшуюся в оптической спектроскопии, в лабораторию по ядерной физике. Я многим обязан Эдоардо; в то время я работал по предложению Сегре, которому я тоже многим обязан, над одним явлением оптической спектроскопии, а именно над физикой так называемых «вздутых атомов», зародившейся в работах Ферми, Амальди и Сегре. Однако ядерная физика, над которой все уже начали работать, мне казалась гораздо интереснее, чем оптическая спектроскопия, поскольку последняя уже находилась на весьма продвинутой стадии развития и мне, новичку, было очень трудно ее осваивать. С другой стороны, можно утверждать, что было нетрудно следить за работами по ядерной физике, которые в институте только зарождались. Поэтому я был очень доволен, когда по возвращении после каникул в Рим мне предложили помогать другим в изучении радиоактивности, наведенной нейтронами и открытой Ферми несколько месяцев назад.

Эдоардо Амальди (1908—1989) – итальянский физик-экспериментатор. Член Академии деи Линчеи (1948), президент Академии в 1988—1989 гг. Член ряда академий наук и научных обществ, в том числе иностранный член Академии наук СССР (1958), Национальной академии наук США (1962), Лондонского королевского общества (1968)

Амальди и я получили задание заняться количественным изучением этого явления. С этой целью мы исследовали условия, в которых можно было сравнить интенсивности радиоактивности, наведенной нейтронами в различных веществах. Первым условием успеха было получение воспроизводимых результатов, хотя бы (при выполнении разных опытов) при использовании одного и того же вещества (которое мы называли детектором). Детектором служил цилиндр из серебра с тонкими стенками (период 2,3 минуты), который облучался нейтронами от источника (радон + бериллий). Мы заметили, что активность серебряного цилиндра воспроизводится плохо. Кроме того, даже в случае относительно большого расстояния между источником и детектором, расстояния, при котором мы ожидали интенсивность, близкую к нулю, интенсивность активности цилиндра оказывалась совсем не пренебрежимой; мы это окрестили «эффектом маленького замка», имея в виду сооружение из свинцовых кирпичей, в котором мы хранили источник для защиты от гамма-излучения. Амальди и я были уверены в существовании «эффекта маленького замка»; Разетти же со своей душой скептика считал, что мы сделали работу недостаточно чисто. Казалось, что Ферми это было не очень интересно, но, как мы впоследствии увидели, это было совсем не так. Было решено выполнить «чистый» опыт, в котором детектор и источник были расположены на расстоянии в несколько сантиметров друг от друга, и предусматривалось помещать между этими двумя предметами свинцовый поглотитель в форме клина. Этот поглотитель был сделан, но он никогда не был использован ни Ферми, ни другими. Никому ничего не говоря, Ферми приготовил поглотитель из парафина такой же формы, как и свинцовый, и измерил интенсивность от детектора с парафином и без него. Потом он нас всех позвал и сказал: «Как вы видите, парафин не уменьшает, а несколько увеличивает интенсивность от детектора. Раз малое количество парафина приводит к незначительному увеличению интенсивности от детектора, вместо ослабления, то посмотрим, что произойдет при большом количестве парафина». Мы собрали все куски парафина, которые были под рукой; сначала опыт был выполнен с парафином, потом с водой; результаты нас изумили. Интенсивность от детектора оказалась во много раз выше, чем та, к которой мы привыкли.

Таким образом был открыт эффект замедления нейтронов при столкновениях с протонами. Ферми остудил нашу эйфорию, произнеся: «Теперь пойдем поедим». Я подробно рассказал об обстоятельствах открытия медленных нейтронов, потому что здесь решающими оказались как случай, так и интеллект великого ума. Когда мы спросили Ферми, почему он приготовил поглотитель из парафина вместо того, чтобы использовать свинцовый, то он ответил: «С. Ф. И., т. е. с помощью моей феноменальной интуиции». Было бы неправильно заключить по этому ответу, что Ферми был лишен скромности. Он был прост и скромен, но он был уверен в собственных силах. Когда в тот день мы вернулись в институт после завтрака, Ферми нам объяснил с удивительной ясностью эффект парафина, введя при этом понятие замедления нейтронов. С абсолютной искренностью он сказал: «Мы оказались глупцами, что открыли явление случайно вместо того, чтобы его предвидеть». В тот же день были сделаны многочисленные заключения, некоторые из которых явились результатом опытов, проведенных, как говорил Эдоардо, «за закрытыми дверьми». Так, например, Амальди и я (и сегодня я не стыжусь об этом говорить) занялись исследованием влияния сильных электрических и магнитных полей на явление активации в водородсодержащих веществах!

Ферми рассказал о полученных результатах по замедлению нейтронов директору института сенатору Корбино, который воспринял их с энтузиазмом и сказал: «Очевидно, нужен патент на изобретение вашего метода замедления нейтронов». Не могу забыть детский и искренний смех Ферми в ответ на мнение, что упомянутые работы могут найти практическое применение. Наша общая радость была прервана Корбино, который сказал: «Вы молоды и совсем ничего не понимаете».

Энрико Ферми

Брошюра посвящена жизни и научной деятельности великого итальянского физика Энрико Ферми (1901–1954). Автор ее, академик Бруно Понтекорво, был учеником и сотрудником Ферми. Он рассказывает биографию ученого, рассматривает его вклад в современную физику и значение созданной Ферми обширной школы итальянских физиков, многие представители которой получили всемирную известность.

Для физиков всего мира имя великого итальянского ученого Энрико Ферми стало символом цельности и универсальности физики. Творчество Ферми напоминает нам, что физика едина и сегодня, хотя физики как индивидуумы все более и более становятся узкими специалистами. Можно даже сказать, что появление на научной арене XX столетия человека, который внес такой громадный вклад в развитие и теоретической физики и экспериментальной физики, и астрофизики, и технической физики, – явление скорее уникальное, нежели редкое: когда Ферми умер в 1954 г., от нас ушел последний универсальный физик нашего столетия и, вероятно, последний универсальный физик вообще.

Читатель, интересующийся более обстоятельно научным обликом Ферми, может найти обширный материал в книге «Научные труды Энрико Ферми» (будет опубликована в 1971 г. издательством «Наука»), где имеется введение, написанное Б. Понтекорво, и многочисленные комментарии учеников Ферми к его статьям, а также в книге Б. Понтекорво и В. Покровского «Э. Ферми в воспоминаниях учеников и друзей» (книга будет опубликована в 1972 г. издательством «Наука»).

Юность

Ферми родился в Риме 29 сентября 1901 г. в семье служащего. Если можно говорить о врожденном призвании, то, несомненно, Ферми был рожден физиком. Хотя в семье никто не побуждал его к занятиям наукой, он с детства проявил исключительный интерес к математике и физике. Интеллектуальное развитие мальчика, впоследствии гениального ученого, представляет большой интерес, и я хотел бы подробнее остановиться на этом.

Неизвестно точно, когда впервые у Ферми появился интерес к науке, но мы располагаем некоторыми фактами благодаря свидетельствам Энрико Персико[2 - Э. Персико. Scientia, 90, 316, 1955, Э. Персико. Scientific American, 207, 181, 1962.], профессора физики Римского университета и близкого друга Ферми с того времени, когда им было по 14 лет; его жены, Лауры Ферми[3 - Л. Ферми. Атомы у нас дома. М. Изд-во иностр. лит., 1958.], и ряда его сотрудников и друзей, особенно Франко Разетти[4 - Ф. Разетти. Science, 1921, 449.] и Эмилио Сегре[5 - Э. Сегре. Библиографическое введение к книге: Собрание научных работ Энрико Ферми, том I, ст. XVIII, The University of Chicago Press, 1961.], с которыми Ферми делился воспоминаниями. Сегре[6 - Б. Понтекорво. Энрико Ферми (1901–1954) (к годовщине смерти. – УФН, т. 57, 1955, вып. 3, 349–359.], например, рассказывает о следующем эпизоде: когда Ферми было только десять лет, он сумел понять, почему окружность описывается уравнением х

+ у

= R

, хотя это и потребовало от него напряженного интеллектуального усилия.

Позже тринадцатилетнему Ферми очень помог найти правильную дорогу в научном лабиринте инженер Амидей, добрый пожилой человек, друг семьи Ферми, который по праву может гордиться тем, что, обнаружив исключительные способности Ферми, оказал на него большое, а может быть, и решающее влияние. Инженер Амидей был очень аккуратным человеком. Когда после смерти Ферми Сегре попросил Амидея рассказать о первых шагах Энрико в науке, он сумел привести (41 год спустя!) и крайне точные и ценные для истории науки сведения, позволяющие понять некоторые важные элементы в формировании титанической личности Ферми. Ниже почти полностью приводится письмо инженера Амидея профессору Сегре, рассказывающее о периоде жизни Ферми от осени 1914 до осени 1918 г.

Письмо инженера Амидея профессору Э. Сегре

(25 ноября 1958   г., Ливорно)

«…В 1914 г. я занимал должность директора инспекторов в министерстве железных дорог. Вместе со мной работал главный инспектор Альберто Ферми. После работы мы обычно возвращались домой вместе. Почти всегда нас сопровождал Энрико Ферми – сын моего коллеги. Мальчик постоянно встречал отца после работы. Узнав, что я серьезно занимаюсь математикой и физикой, Энрико стал задавать мне вопросы. В то время ему было 13 лет, а мне 37.

Хорошо помню его первый вопрос[7 - По словам Амидея, выделенные в этом письме фразы Ферми-мальчика были дословно записаны им во время беседы.]:

– Правда ли, что существует раздел геометрии, в котором важные геометрические свойства выявляются без использования представлений о мере?

Я ответил, что это совершенно справедливо и что раздел этот называется проективной геометрией.

– Но каким образом эти свойства используются на практике инженерами? – спросил он.

Этот вопрос показался мне совершенно резонным. Рассказав мальчику о некоторых свойствах, находящих успешное применение, я пообещал ему принести на следующий день – что и сделал – книгу по проективной геометрии.

Через несколько дней Энрико сказал мне, что он уже проштудировал первые три урока, и обещал возвратить книгу, как только прочтет ее. Примерно через два месяца книга была возвращена. На мой вопрос, встретились ли ему какие-либо трудности, мальчик ответил: „Никаких“» – и добавил, что он доказал все теоремы и легко решил все задачи (в книге их было более 200).

Я был изумлен: ведь я знал, что среди этих задач были такие, от решения которых я вынужден был отказаться, потому что на это ушло бы слишком много времени. Но я убедился, что Энрико справился с этими задачами. Было совершенно очевидно, что в свободные часы, остававшиеся от приготовления школьных заданий, мальчик в совершенстве изучил проективную геометрию и с легкостью решал сложнейшие задачи. Я убедился в том, что Энрико исключительно одарен, во всяком случае в области геометрии. Когда я сказал об этом его отцу, тот ответил, что в школе Энрико считается хорошим учеником, но не больше.

Впоследствии я узнал, что Энрико изучал математику и физику по разным случайным книгам, которые он покупал в букинистических магазинах на рынке Кампо деи Фьори. Он надеялся, в частности, найти в этих книгах теорию, объясняющую движение волчков и гироскопов. Объяснения он так и не нашел. Но, возвращаясь к этой проблеме снова и снова, мальчик самостоятельно приблизился к разъяснению природы загадочного движения волчка. Все же я сказал ему, что к точному научному объяснению можно подойти, лишь овладев теоретической механикой. Но для ее изучения потребуется знание тригонометрии, алгебры, геометрии и дифференциального исчисления… Энрико согласился со мной, и я стал доставать для него книги, которые могли бы дать ему новые идеи и прочную математическую основу.

Приведу перечень книг, которые он брал у меня в тот период.

В 1914 г. – „Курс прямолинейной и сферической тригонометрии“ Сэрре.

В 1915 г. – „Курс алгебраического анализа “Чезаро и „Лекции по аналитической геометрии“ Л. Бианки (Пизанский университет).

В 1916 г. – по математическому анализу „Лекции, прочитанные в Пизанском университете“ У. Дини.

В 1917 г. – по теоретической механике „Трактат механики“ Пуассона.

Кроме того, я считал, что ему будет полезно проштудировать книгу Г. Грассмана по математической логике с предисловием Пеано о применении дедуктивной логики. Эти книги он получил от меня в 1918 г…

Энрико нашел векторный анализ очень интересным, полезным и несложным. С сентября 1917 до июля 1918 г. он изучил также некоторые стороны инженерного дела по книгам, которые я доставал для него.

В июле 1918 г., пройдя трехгодичный курс лицея за два года, Энрико получил диплом. Возник вопрос, имеет ли ему смысл поступать в Римский университет. Мы с Энрико вели на эту тему длинные разговоры.

Я спросил у него, чему он хочет посвятить себя: математике или физике? Привожу дословно его ответ:

– Я изучал математику с таким рвением потому, что считал это необходимой подготовкой для последующего изучения физики, которой я намерен посвятить себя целиком и полностью.

Тогда я спросил у него, считает ли он свое знание физики столь же обширным и глубоким, как и математики.

– Я знаю физику шире и глубже, потому что прочел все наиболее известные книги по этому предмету, – ответил он[8 - По словам Э. Персико, одной из этих книг был многотомный курс Хвольсона: мне помнится, что сам Ферми как-то сказал, что основные сведения в области общей и экспериментальной физики он почерпнул именно из этого курса. – Б. П.].

Я уже убедился в том, что Энрико достаточно было прочесть книгу один раз, чтобы знать ее в совершенстве. Помню, например, как однажды он возвратил мне прочитанную им книгу по дифференциальному исчислению. Я предложил ему оставить ее у себя еще на один год с тем, чтобы он смог еще пользоваться ею. Ответ Ферми был поразительным.

– Благодарю вас, – сказал он. – В этом нет необходимости, поскольку я уверен, что запомнил все необходимое. Несколько лет спустя идеи предстают передо мной с еще большей отчетливостью, и если мне понадобится формула, я смогу легко вывести ее.

Энрико Ферми (1901—1954) – итальянский физик, наиболее известный благодаря созданию первого в мире ядерного реактора, внесший большой вклад в развитие ядерной физики, физики элементарных частиц, квантовой и статистической механики. Лауреат Нобелевской премии по физике 1938 года «за доказательство существования новых радиоактивных элементов, полученных при облучении нейтронами, и связанное с этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами»

Кроме поразительной способности к наукам, Ферми обладал еще исключительной памятью.

Пришло время, когда я решил, что наступил подходящий момент, чтобы предложить ему свой план… План этот заключался в следующем: Энрико должен поступить не в Римский университет, а в университет в Пизе. До этого ему надо будет выдержать конкурс в Нормальную школу в Пизе и впоследствии совмещать занятия в школе с посещением лекций в университете. Энрико признал разумность моего плана и решил следовать ему, хотя и понимал, что родители будут возражать.

Я немедленно отправился в Пизу, чтобы получить там необходимую информацию и программу для конкурса в Нормальную школу. Потом я вернулся в Рим, чтобы проштудировать программу с Энрико. Я не сомневался в том, что он в совершенстве знает предметы, связанные с математикой и физикой. Так оно и оказалось. Энрико не только выдержал конкурс, но оказался первым среди соискателей.

Родители Энрико не одобрили мой план по вполне понятным человеческим соображениям.

– Мы потеряли Джулио (старший брат Энрико, умерший в 1915 г. после непродолжительной болезни), – сказали они, – а теперь мы должны расстаться с Энрико на четыре года, в то время как в Риме существует великолепный университет. Правильно ли это?