Роберт Оппенгеймер: портрет на фоне атомного века. Великое открытие и личная трагедия: жизнь гения, изменившего судьбу мира

Глава 2

Путь в физику: годы становления

Высшее образование Оппегеймера будет столь же блестящим, сколь и хаотичным, но по его окончании он сумеет найти свое предназначение – выберет путь теоретической физики. Путь этот, однако, будет долгим, извилистым, а порой и болезненным…

Воспрявший духом после Нью-Мексико, Оппенгеймер был принят в престижный Гарвардский университет в сентябре 1922 года, в возрасте 19 лет. Да, он потерял почти год из-за проблем со здоровьем, но его интеллект был все так же силен и разносторонен.

В качестве специализации Роберт выбрал химию, которой отдавал в то время предпочтение среди прочих наук, при этом он еще далек от того, чтобы выбрать свой путь окончательно. Вероятно, он подумывал о карьере горного инженера или преподавателя, но без особого энтузиазма. Зная, какой научный путь его ждет впереди, можно поражаться подобному отсутствию честолюбия и мотивации, однако юноша все еще не вышел из возраста неопределенности – ему было трудно определиться с тем, что его интересует больше всего.

Он по-прежнему оставался верен своим разносторонним интересам в науке и продолжал с увлечением постигать самые разные области знаний, поэтому записался не меньше чем на шесть курсов по различным предметам: больше просто не разрешалось (минимум составлял четыре курса), но многие дисциплины Роберт посещал еще и как вольный слушатель.

Помимо двух базовых курсов по своей специальности, химии (качественный анализ и органическая химия) и двух по математике (аналитическая геометрия и введение в дифференциальное исчисление).

Он записался на курсы риторики и стилистики английского языка, французской прозы и поэзии, а также истории философии. Этот последний курс ему особенно нравился, и он на всю жизнь сохранил явную склонность к философской рефлексии – прежде всего в вопросах, связанных с научной деятельностью, хотя и не только в них.

Роберт также продолжал регулярно читать и писать стихи – часто верлибром и в стиле, близком к творчеству Томаса Стернза Элиота (1888–1965), одного из его любимых поэтов в ту пору, чье разочарование перекликалось с его подростковой хандрой. В первый год обучения Оппенгеймер также написал много рассказов, в которых чувствуется влияние Антона Чехова (1860–1904) и Кэтрин Мансфилд (1888–1923) – британской писательницы новозеландского происхождения, близкой к Вирджинии Вулф (1882–1941), которая, говоря о Мэнсфилд, однажды призналась: «Я завидовала тому, как она пишет, и это единственная манера письма, которой я когда-либо завидовала». Роберт также восхищался Харви Фергюсоном, братом его друга Фрэнсиса, который уже стал признанным писателем. Он постоянно представлял свои прозаические произведения на суд Фергюсона, а также своего бывшего учителя Герберта Смита: суждениям этих двух человек он больше всего доверял в вопросах литературы, как и во многих других областях. Когда они одобряли его литературные опыты, казалось, что для Роберта это намного важнее, чем академические успехи в научных дисциплинах, преобладавших в его учебном плане. Как бы то ни было, их критика и собственные сомнения в конце концов оттолкнут Оппенгеймера от писательства, и он осознает, что это не его призвание.

В целом же в тот период он производил впечатление подростка, который ищет себя и не может определиться не только в выборе своего жизненного пути, но и в том, что он представляет из себя как личность.

В письмах и разговорах он изъяснялся иногда чересчур изысканно, впадая в какой-то заимствованный напыщенный тон, – так, словно примерял на себя маски и поведение персонажей, которым на самом деле не соответствовал.

Нужно отметить, что после встреч в Нью-Мексико, которые позволили ему открыться внешнему миру и вырваться из семейного и интеллектуального кокона, студенческие годы стали периодом ухода в себя: он сделал шаг назад в своей социализации.

Роберт стал студентом, когда в Гарварде складывалась крайне напряженная обстановка. Президент университета Эббот Лоуренс Лоуэлл, утверждая, что заботится о незыблемости устоев вверенного ему учреждения, пытался ввести правила, ограничивающие прием евреев в учебное заведение. Его аргументация – мягко говоря, сомнительная, чтобы не сказать лицемерная, – сводилась к следующему: он не хочет запрещать поступать в Гарвард евреям, но, если их пропорция увеличится, это отпугнет «англосаксов». Очевидный социологический факт, отражающий уровень доступа к высшему образованию детей еврейских эмигрантов предыдущего поколения (процент студентов еврейского происхождения в Гарварде за десятилетие вырос с 10 до 20 %), использовался для прикрытия призрака расизма и антисемитизма, который и вдохновлял на эти дискриминационные меры. И хотя Лоуэллу не удалось добиться утверждения политики квот, ограничивающих прием евреев, были введены правила, обязывающие зачисленных в Гарвард студентов информировать администрацию о происхождении их семьи, а также религиозной принадлежности. Подобный подход вскоре станет распространенной практикой и в Европе, но в куда более драматичных масштабах и обстоятельствах.

Что касается молодого Роберта Оппенгеймера, то он никак не проговаривается об этой гнетущей атмосфере в своих письмах. В этом нет ничего удивительного, учитывая его напряженные и неоднозначные отношения с собственной еврейской идентичностью. При этом можно не сомневаться, что он страдал, пусть подсознательно, от этого замаскированного антисемитизма, который царил в университетском кампусе и во всем американском обществе.

В переписке с друзьями, в частности с Гербертом Смитом, он ничем не выдает себя и описывает беззаботную и счастливую студенческую жизнь. Реальность, несомненно, гораздо мрачнее.

Оппенгеймер довольно замкнут и с головой погружен в учебу. При этом ему по крайней мере удалось вырваться из семейного гнезда, которое было уютным, но и удушающим. Его личность начинает проявляться. Черты, которые проступают, весьма эксцентричны. Например, питается он в основном шоколадом, пивом и спаржей, на завтрак предпочитает тосты с арахисовым маслом – это лакомство так и останется его слабостью на всю жизнь. Единственная разгрузка – продолжительные прогулки в таком темпе, что друзья не поспевают за ним. Прогулки эти, как правило, поздние и затягивающиеся до глубокой ночи.

Роберт Оппенгеймер в Гарварде

Фото © AIP Emilio Segre Visual Archives – Все права защищены.

Даже внешне Оппенгеймер привлекает внимание: его вид с ходу поражает новых знакомых. Всё такой же худой, он двигается резко, неуклюже, даже как-то по-детски. Его уже отличает какая-то странная, необычная красота: черты лица четкие, скулы выступают, уши заострены, рельефный нос, глаза пронзительной голубизны – то печальные, то пронзительные; копна каштановых волос, столь же непокорных, как и нрав их мрачного обладателя. Этот портрет юного Оппенгеймера, набросанный со слов близких друзей, вкупе с немногочисленными фотографиями того времени и в самом деле дает представление о том, до какой степени его внешность – в сочетании, разумеется, с перегретым интеллектом и бунтарским темпераментом – способствовала созданию той особой ауры, которая уже исходила от будущего физика.

Фредерик Бернхейм, студент-медик, который со второго курса был его соседом по комнате и близким другом, расскажет впоследствии о властном, собственническом и порой даже ревнивом характере своего однокурсника. Эгоцентричный Роберт навязывал ему свои настроения и желания, задавал тон всей их студенческой жизни. Комнату он украсил восточным ковром, произведениями искусства, взятыми из коллекции родителей, и обустроил в ней самовар на углях, чтобы готовить чай на русский манер. Он не желал делить друга с остальными и был очень недоволен, если у Фредерика возникали с кем-то еще слишком тесные отношения, дружеские или романтические. У Бернхейма возникло чувство, что Роберт стремился удержать их обоих в «команде», из которой исключался любой посторонний – правда, за одним исключением.

В то время еще одним близким другом Роберта (на этом список его близких друзей исчерпывался) стал Уильям Клаузер Бойд, с которым Оппенгеймер познакомился на занятиях по химии. Выходец из Миссури, Бойд не был евреем. Быстро разглядев, что его новый знакомый знает химию лучше всех на курсе, Оппенгеймер показывал ему свои работы и просил оценить их, что возмущало других студентов. Бойд, однако, против такого рвения не возражал и сразу же отметил достоинства Роберта. Позже он сделал блестящую карьеру в иммунохимии (исследование химии иммунной системы) и написал также несколько научно-фантастических рассказов в соавторстве со своей женой Лайл под псевдонимом Boyd Ellanby (на слух – «Эл энд Би», по первым буквам их имен – Лайл и Билл). В одном из этих рассказов, опубликованном в 1956 году под названием «Цепная реакция», речь идет о группе ученых, которые с лихорадочным нетерпением ожидают, подтвердятся ли расчеты одного из коллег и приведет ли испытание новой бомбы к полному уничтожению планеты… Вместе с признанным корифеем жанра (также биохимиком по образованию) Айзеком Азимовым (1920–1992) Бойд в 1955 году написал научно-популярную книгу о расах и народах, в которой они использовали свои знания по генетике для развенчания расистских и антисемитских теорий и предрассудков.

Бойда с Оппенгеймером объединял широкий круг интересов, этим оба они отличались от Бернхейма. Бойд тоже читал стихи, в том числе на французском, и сам их писал. Бернхейм же ощущал, что ему нет места в лирических высях, где витают оба его приятеля. В том, что Роберт при малейшей возможности любил цитировать отрывки из Бодлера или Верлена, он видел снобизм, и это его раздражало. При всем том знаменитая строка Верлена «О музыке на первом месте!»[15] вряд ли нашла бы отклик у Роберта, поскольку этот вид искусства оставался абсолютно чуждым ему. Бойд, который был страстным меломаном, с трудом раз в год затаскивал Оппенгеймера и Бернхейма в оперу, и даже тогда Роберт покидал зал до окончания представления: по-видимому, он был не в силах выдержать столь долгое воздействие оперного искусства. Его однокурсник с досадой заключил, что Оппенгеймер «абсолютно немузыкален». Герберт Смит позднее также был удивлен, обнаружив в Роберте «единственного физика …, кто не был бы также и музыкантом». Еще один университетский друг Оппенгеймера, Джеффрис Уайман, тоже описывал его как «слепого к музыке». Оппенгеймер, по свидетельству Уаймана, признавался ему, что испытывает реальную боль, когда слушает музыку.

В первый год обучения в Гарварде Роберт по-настоящему старался влиться в социальную и культурную жизнь университета. Какое-то время он посещал собрания Либерального студенческого клуба, где обсуждались политические и общественные вопросы, волновавшие страну и кампус, в том числе и дискриминационные меры, направленные на ограничение приема евреев. Он признался, однако, что чувствовал себя не в своей тарелке на этих собраниях, которые, как он выразился в одном из писем, отличались «идиотской напыщенностью». Тем не менее именно там он познакомился с третьекурсником с химического факультета Джоном Эдсаллом, который предложил Роберту присоединиться к проекту нового студенческого издания. Оппенгеймер, воспитанный на классической культуре, придумал для него название The Gadfly («Овод») – отсылка к Сократу, который сравнивал себя с этим насекомым, жалившим афинян неудобными вопросами, чтобы вывести их из оцепенения. Впрочем, это издание, где Роберт был заместителем главного редактора первых двух номеров и для которого написал несколько анонимных статей, просуществовало недолго – всего четыре выпуска. Через несколько лет Оппенгеймер опубликовал несколько стихотворений в еще одном новом, но куда более престижном авангардном литературном журнале Гарварда Hound and Horn («Гончая и Рог») – название подсказала строка из стихотворения Эзры Паунда (1885–1972) «Белый олень».

Социальная активность студента Оппенгеймера была весьма ограниченной, и это давало ему возможность тратить всё свободное время на удовлетворение неутолимой жажды знаний.

Уильям Бейд, который часто навещал его в студенческой квартире, заметил всё же, что никогда не застает его за работой, и заподозрил, что Роберт прилагает старания к этому, как будто хочет скрыть то, чем он занимается. Подобно скрипачу-виртуозу XIX века Никколо Паганини, который прятался, чтобы заниматься на инструменте, и никогда на репетировал на публике, чтобы поддержать легенду о врожденной и природой дарованной гениальности, Оппенгеймер, казалось, хотел ввести в заблуждение окружающих. Однако никто на его счет не обманывался: невозможно обрести столь ценные знания, не посвятив их накоплению долгие часы кропотливой работы над книгами или расчетами. Во время учебы в Гарварде Оппенгеймер проглотил три тысячи страниц монументальной «Истории упадка и разрушения Римской империи» английского историка XVIII века Эдварда Гиббона (1737–1794). В ту пору Роберт усердно посещал огромную библиотеку кампуса, о которой позже скажет, что он «разграбил ее, как варвары разграбили Рим». Единственное, на что он позволял себе отвлечься, – это тайное платоническое увлечение хорошенькой соседкой по библиотечному столу, которая писала диссертацию о Спинозе. Хотя он и делился своими чувствами в письмах, подойти к девушке не решился, личная жизнь у него в ту пору еще так и не началась. За три года учебы – никаких отношений с женщинами, даже дружеских. Как утверждали два его друга, Бернхейм и Бойд, составлявшие с ним неразлучную троицу, ни у кого из них не было девушек, так как они были слишком поглощены учебой. В том вычурном и театральном стиле, которого Роберт придерживался в письмах в ту пору, он признался своему другу Полу Хоргану, что переживает «совершенно мефистофелевское испытание», добавив по-французски: «Helas, sans Marguerite![16]»

Роберту нужно было всё больше работать, поскольку его постепенно охватило новое интеллектуальное увлечение.

Именно в первый год обучения в Гарварде происходит решающий поворот, который определит научные интересы молодого Оппенгеймера. Хотя он и поступил на химический факультет, в итоге он отдает предпочтение физике. Позднее эта смена приоритетов покажется ему совершенно естественной. В мир физики его привели темы, которые затрагиваются в рамках курса химии, – изучение термодинамики, рассматривающей обмен энергией в различных формах, или кинетической теории газов, объясняющей состояние и характеристики газа путем статистического анализа поведения множества атомов и молекул. Продолжая посещать занятия, на которые он был записан, Роберт увлекается тайнами физики и самостоятельно штудирует учебники, чтобы освоить эту область научного знания.

Позже, когда он доберется в этой науке до самых вершин, Оппенгеймер отметит, что его образование в области физики, а тем более математики было очень неполным и шатким. В самом деле, к открытию тайн материи его привела непроторенная академическая дорога, у него были серьезные пробелы в знаниях, так как основы во всех областях этой науки Роберт не освоил. Но, несмотря на это, его интеллектуальные способности, невероятная работоспособность и несомненная дерзость позволили ему наверстать упущенное.

По окончании первого курса Оппенгеймер, например, попросил Эдвина Кембла (1889–1984) с кафедры физики разрешить ему посещать продвинутый курс по термодинамике, который был в принципе предназначен для докторантов. Просьба была действительно дерзкой: она исходила от студента всего лишь второго курса, не имеющего никакой степени и к тому же не прослушавшего никаких базовых курсов по физике.

Удовлетворить эту просьбу можно было лишь в порядке исключения. Роберт представил список из полутора десятков работ, которые он прочитал. Впечатляли качество и сложность трудов, упомянутых в этом перечне. Там можно было найти справочные руководства, бóльшая часть которых была опубликована совсем недавно, а потому отражала последние достижения в основных областях физики. К ним относился, в частности, внушительный труд «Метод физической химии» в трех томах, последний из которых был посвящен зарождающейся в ту пору квантовой теории. Список включал в себя и классические работы, в которых большое внимание уделялось философии изучаемого предмета. Представленная Оппенгеймером библиография выдавала также его исключительное владение иностранными языками. В ней были две книги на немецком, в том числе работа Арнольда Зоммерфельда «Строение атома и спектры» (1919), которая в то время считалась библией для всех, кто был на передовой квантовой революции, и одна на французском – «Эволюция современной физики», опубликованная в 1906 году и принадлежащая перу Люсьена Пуанкаре (1862–1920), ученого, который, конечно, был менее известен среди людей науки, чем его знаменитый двоюродный брат Анри Пуанкаре, математик и физик. Эти работы на тот момент еще не были переведены на английский язык.

Прочитал ли Оппенгеймер и в самом деле все эти тексты от корки до корки? Ошибки или неточности в ссылках на перечисленные труды дают основание усомниться в этом, а о некоторых книгах он и сам говорил, что ознакомился с ними «частично». Как бы то ни было, Роберт реально уловил ключевые достижения той науки, к которой его страстно влекло, и его жажда знаний в этой области стала поистине ненасытной. Во время летних каникул после первого курса его можно было увидеть на носу любимого шлюпа «Тримети», пришвартованного в заливе Лонг-Айленда: он с наслаждением окунался в чтение трудов по термодинамике или электромагнетизму. Эти просоленные экземпляры учебников он хранил долгие годы.

Во второй год обучения, когда Оппенгеймер переориентировался на физику, его друг Бернхейм (отныне они делили квартиру) описывал его как человека, постоянно погруженного в глубокие размышления. Роберт проводил целые вечера, запершись в своей комнате, и «пытался что-то там делать с постоянной Планка или еще что-нибудь в этом духе». Если в его переориентации с химии на физику основную роль сыграла термодинамика, то теперь его в первую очередь интересовала только что зародившаяся квантовая теория.

Стартовый толчок развитию этой новой теории дал – невольно! – великий немецкий физик Макс Планк, когда в 1900 году опубликовал статью, в которой ввел понятие «квантов», или «пакетов» энергии. В то время он пытался решить сложную задачу термодинамики, известную как проблема излучения абсолютно черного тела. Цель состояла в том, чтобы прояснить, как в таком теле происходит процесс обмена энергией в виде тепла и света.

Абсолютно черное тело – объект гипотетический, идеализированный – поглощает все падающее на него световое излучение, не отражая его (потому его и называют «абсолютно черным»). Однако в зависимости от температуры, которую оно имеет, тело излучает свет различной длины волны, что проявляется в изменении цвета в пределах видимого спектра. Максимум его излучения приходится на разные длины волн. В реальном мире тело, поглощающее все излучение, можно представить как герметично закрытую печь с крошечным отверстием. Такое устройство, поглощая свет (или, в более общем случае, электромагнитные волны, частным случаем которых является видимый свет), само излучает энергию из-за своего тепла. Вот только существовавшая тогда теоретическая модель предсказывала для этого абсолютно черного тела аномальные результаты: по мере приближения к более коротким длинам волн (соответствующим ультрафиолетовому излучению) энергия росла экспоненциально до бесконечных значений, что, очевидно, физически невозможно. Это явление, которое окрестили «ультрафиолетовой катастрофой», выявило расхождение между теорией и экспериментальными данными. И вот в 1900 году Планк предложил другую математическую модель для описания спектра излучения черного тела и объяснения этого парадокса. В выведенной им формуле и встречается константа, которой позже дали его имя; она обозначается буквой h, и именно она так занимала Оппенгеймера во время учебы в Гарварде.

Статья Планка перевернула представление о непрерывности энергии, которое физики той эпохи считали священной и неприкосновенной истиной. Из статьи следовало, что энергия может принимать любые значения. Однако своей идеей «кванта» – своего рода неделимой порции энергии – Планк подразумевал, что обмен энергией происходит «пакетами» (или «порциями»), которые могли иметь лишь заданные значения (кратные его постоянной h). Сам он изначально рассматривал это лишь как способ вычисления, математический прием, который позволяет выйти из тупика, связанного со спектром излучения абсолютно черного тела. Следующий шаг сделал в 1905 году Альберт Эйнштейн (1879–1955), приступив к изучению фотоэлектрического эффекта. Это явление состоит в испускании электронов некоторыми металлами под воздействием световых волн определенной длины. Именно на этом феномене основана, в частности, технология фотоэлектрических элементов, ведь электричество есть не что иное, как поток электронов. Позаимствовав у Макса Планка концепцию квантов (множественное число от кванта), Эйнштейн имел смелость применить ее к свету.

Идея Эйнштейна о том, что сам свет всегда представляет собой поток квантов или частиц, которые много позже назовут фотонами, получила единодушное одобрение далеко не сразу. По сути, под сомнение ставилось господствовавшее тогда представление о свете как о волне, а не как о потоке частиц. В свою очередь это представление стало итогом крайне продолжительных споров между сторонниками корпускулярной теории, которую отстаивал прежде всего Ньютон (1643–1727), и волновой концепцией, которую предложил голландский ученый Христиан Гюйгенс (1629–1695), а затем развивали англичанин Томас Юнг (1773–1829) и француз Огюстен Френель (1788–1827). Эйнштейн не только вновь актуализировал корпускулярную теорию, но еще больше усложнил ситуацию, так как его открытие в итоге подвело к выводу о том, что свет одновременно имеет и волновую природу, и является потоком частиц, то есть может последовательно проявлять и те и другие свойства в зависимости от обстоятельств, а также тех экспериментальных устройств, которые используются для исследования. Эта идея была встречена научным миром в штыки. В 1913 году в рекомендательном письме, написанном Максом Планком (который стоял у истоков квантовой революции!) и рядом других ученых с целью поддержать кандидатуру Эйнштейна в Берлинскую академию наук, похвалы гению физики разбавляет ложечка дегтя:

«Это правда, что он иногда терял цель в своих размышлениях, например, в случае с гипотезой световых квантов; но упрекать его за это не стоит, поскольку невозможно внедрить идеи действительно новые, даже в самые точные науки, без того, чтобы иной раз не рисковать».

В свою очередь датский физик Нильс Бор (1885–1962) подвергал сомнению реальность световых квантов вплоть до 1924 года (впрочем, по иным причинам), что не мешало ему при этом относиться к Эйнштейну с большим уважением.

Как бы то ни было, но именно Бор сделал следующий шаг к тому, что затем назовут первой революцией в квантовой физике. В своих работах он сосредоточился на проблеме, разработка которой, а также драматическое эхо этих исследований в истории человечества окажутся тесно связаны с судьбой Оппенгеймера. Речь идет о строении атома.

Как ни удивительно, сама идея о том, что материя состоит из бесконечно малых частиц, атомов, лишь совсем недавно получила широкое признание в научном сообществе. Само греческое происхождение слова (приставка a- означает отрицание, она стоит перед корнем tomos — делить) подсказывает: атом – это «то, что больше не делится», иначе говоря, нечто неделимое. Атом, таким образом, можно считать основной единицей, неделимым кирпичиком материи, которая строится из самых различных комбинаций атомов.