Андрей Сахаров

Вскоре газета «Британский союзник», издававшаяся английским посольством на русском языке, начала печатать материалы о создании американской атомной бомбы: «Я с нетерпением хватал и изучал каждый вновь поступающий номер. Интерес у меня при этом был чисто научный. Но хотелось и изобретать — конечно, я придумывал при этом либо давно (три года) известное… либо непрактичное… Мой товарищ школьных и университетских лет Акива Яглом говорил тогда — у Андрея каждую неделю не меньше двух методов разделения изотопов. Когда публикация в «Британском союзнике» завершилась, я остыл к этим вещам и два с половиной года почти не думал о них».

Думал он о большой науке. В отчете теоротдела за 1945 год по «основной проблеме элементарных частиц» сказано: «И. Е. Тамм выдвинул новую гипотезу о характере взаимодействия между протоном и нейтроном» и «при участии аспиранта А. Д. Сахарова приступил к вычислениям, необходимым для количественной проверки предложенной теории. Соответствующие вычисления являются крайне трудоемкими». Ноябрьский доклад Сахарова уже посвящен этому — «Рациональная вычислительная схема для вычисления шпуров».

Без пояснений ясно, что это на пальцах не объяснишь. Это — ядерная физика, одним из пионеров которой был Тамм. А большой наукой для него и его нового аспиранта было тогда понять закон, управляющий жизнью атомного ядра.

Капля ядерной физики

Ядерная физика во многом определила судьбу этого аспиранта и судьбу «очень многих, может всех». Поэтому — для любознательных нефизиков — попробуем объяснить, что же так интересовало Тамма.

Сегодня каждый знает, что все предметы, окружающие его, состоят из атомов. Разновидностей этих стандартных элементов мироздания меньше сотни, что ничтожно мало по сравнению с разнообразием вещей, из них составленных. Еще в XIX веке химик Дмитрий Менделеев обнаружил порядок в свойствах элементов. Он разложил по полочкам все известные тогда элементы и предсказал новые, для которых предназначил пустые места на полочках. Предсказанные элементы были открыты, встали на приготовленные им места, а весь набор «полочек» получил название «периодической системы Менделеева». Совершенно непонятным, однако, оставалось, почему у элементов столь различные свойства. Почему одни — блестящие металлы, а другие — прозрачные газы. Столь же непонятно было, что такое атом, как он устроен. Загадки атомного мира копились, пока истории это не надоело. И тогда, как не раз случалось в истории науки, оправдалась поговорка: «Сто загадок — одна отгадка».

Не зря же Андрей Сахаров, демонстрируя однажды свою способность писать зеркально, запечатлел эту формулу научного триумфа. Таким триумфом стало открытие — или, лучше сказать, раскрытие — атома. Сначала, в 1911 году, Эрнест Резерфорд, изучая радиоактивность, экспериментально обнаружил, что атомы в основном состоят из… пустоты. Только самый центр атома, занимающий одну миллиардную его часть, заполнен. Это и есть ядро, вокруг которого на огромных расстояниях движутся электроны, — если ядро увеличить до размеров яблока, то электроны пропорционально удалились бы от яблока-ядра на десяток километров. Это означало, что проблема радиоактивности кроется в ядре и что радиоактивная внутриатомная энергия должна именоваться внутриядерной или просто ядерной. Когда ядро меняет свое состояние, излишки энергии уносят частицы или световое излучение — α-, β- и γ-излучения. Так первые буквы греческого алфавита стали первыми буквами ядерной азбуки.

В 1913 году Нильс Бор разгадал законы, по которым движутся электроны в атоме, — квантовые законы атомной физики. И на этой основе затем объяснил порядок элементов на «полочках» Менделеева. Именно тогда стало ясно, что свойства атома определяются его ядром.

Ядра различаются зарядом и массой. Разные по заряду ядра — химически разные элементы. Одинаковые по заряду, но разные по массе — это химически неотличимые изотопы одного элемента. Самое легкое ядро у водорода — всего одна частица, которую назвали протоном. Самое тяжелое — ядро урана, в котором двести с лишним частиц.

Тут самое время для второй общей формулы научного прогресса: «В сердцевине отгадки — новые загадки». Устройство ядра оказалось загадкой еще более трудной, чем устройство атома. Ведь противоположно заряженные электрон и ядро связаны силой электрического притяжения — силой давно известной и, можно сказать, одомашненной. А что удерживает вместе одноименные заряды ядра? Что преодолевает огромные силы электрического отталкивания в ядре? Ведь эти силы в миллиарды раз больше атомных из-за того, что ядро в 100 тысяч раз меньше атома.