Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана - Джеймс Глик

— Ты знаешь, чем мы тут занимаемся?

— Да, — сказал Велтон. — Вы делаете атомную бомбу.

Фейнман быстро пришел в себя от такого поворота в разговоре.

— А ты знал, — протянул он, — что мы собираемся использовать новые элементы?

Ти Эй признался, что новости о плутонии до Иллинойса не дошли. Во время прогулки легкие Велтона лихорадочно пытались наполниться, вдыхая разреженный воздух на высоте двух тысяч метров над уровнем моря. Фейнман же буквально опьянил его своим рассказом. Они говорили о бомбе. Теперь существовало два проекта. Урановая бомба, работающая по пушечной схеме с урановой пулей, поражающей цель из урана для создания критической массы. Принцип действия плутониевой бомбы будет иным. Взрыв должен происходить внутри полой сферы в результате воздействия взрывов других взрывчатых веществ, окружающих сферу. Поэтому сжатие горячих атомов плутония будет происходить не в одном направлении, как в пушечной схеме, а в трех. Имплозивный[108] метод, как его точно назвали, казался все более привлекательным, отчасти потому что с урановой бомбой возникала масса проблем. (Фейнман не упомянул о своей первой реакции на заявление изобретателя имплозивного метода Сета Неддермайера, когда тот впервые сообщил об экспериментах, проводимых со взрывчатыми веществами, расположенными вокруг стальных труб. Тогда Ричард, сидевший на последнем ряду, поднял руку и сказал: «Это плохо пахнет».)

Стараясь держаться поближе к отвесным скалам каньона и слушая Фейнмана, Велтон начал осознавать, как много пришлось Ричарду потрудиться, чтобы зарекомендовать себя надежным и умным специалистом, какое впечатление он как молодой ученый должен был произвести на руководителей проекта, чтобы они поняли, какую пользу он может принести. И надо признать, Фейнман весьма преуспел в этом. Они немного поговорили об Арлин. Та чувствовала себя неважно и большую часть времени проводила лежа на деревянной кровати в маленьком пресвитерианском санатории, расположенном чуть в стороне от шоссе, близ Альбукерке. Фейнман навещал ее почти каждые выходные. В пятницу или субботу он, на попутках или одалживая у кого-нибудь машину, отправлялся по асфальтированной дороге в сторону Санта-Фе. Вне лабораторных стен Ричард снова устремлялся мыслями к чистым теориям квантовой механики. Время, когда он ехал в машине или когда Арлин спала, он использовал для того, чтобы продолжать разрабатывать идеи, изложенные в диссертации. Велтон помнил, как отчаянно его друг противился использованию способа упрощения динамических задач методом Лагранжа, когда они еще были неоперившимися второкурсниками МТИ. Его не переставало удивлять и восхищать, насколько далеко Фейнман продвинулся в переформулировании основ квантовой механики, используя метод Лагранжа. Ричард в общих чертах обрисовал идею о том, чтобы выразить квантовое поведение через сумму всех возможных пространственно-временных траекторий частицы, и признался Велтону, что понятия не имеет, как и где это применить. У него был замечательный рецепт желе, которое пока не загустело.

Велтон стал четвертым физиком в группе, которую возглавил Фейнман. Она теперь называлась Т-4, «Проблемы диффузии». Фейнман был очень энергичным и весьма оригинальным руководителем. Он упорно подталкивал членов своей группы к тому, чтобы они следовали его оригинальным идеям. Порой кто-то из них возражал, заявляя, что предложение Фейнмана было слишком странным или слишком сложным. Тогда Ричард настаивал, чтобы они провели расчеты с помощью механических калькуляторов. Неоднократно его предложения оказывались успешными, и он заслужил их доверие и лояльное отношение к проведению широкого спектра экспериментов. Следуя его примеру, остальные тоже пытались предлагать что-то новое. Никакая идея не считалась слишком невероятной. В то же время Фейнман бывал довольно резким, если работа не соответствовала его высоким стандартам. Даже Велтону не удалось избежать его унизительных упреков и его «определенно грубого юмора», на который «только дурак захотел бы нарваться дважды». И все же Фейнману удалось создать в группе атмосферу, не чуждую остроумию. Он научился одним движением подбрасывать карандаш со стола и ловить его и научил этому всех членов своей группы. Однажды, в разгар разлетающихся повсюду слухов о том, что ученым, работающим в технической сфере, будет выдана военная форма, в кабинет вошел Бете, чтобы обсудить результаты расчетов. Фейнман сказал, что придется производить вычисления вручную, и Бете согласился. Тогда Ричард повернулся и скомандовал: «Карандаши, вычислять!»

Тут же все карандаши одновременно взлетели в воздух. «Есть карандаши! — прокричал Фейнман. — Вычисляйте!» Бете засмеялся.

Диффузия, это почти неуловимое, ускользающее напоминание о физике, изучаемой на первом курсе, оказалась в центре всех проблем, над которыми работали все группы. Откройте флакон с духами в помещении. Сколько времени потребуется, чтобы их аромат достиг носа человека, который стоит на расстоянии в два, два с половиной, три метра от него? Имеет ли значение температура воздуха? Его плотность? Масса молекул, разносивших аромат? Форма комнаты? Обычная теория молекулярной диффузии позволяла ответить на большинство из этих вопросов. Для этого надо было просто воспользоваться стандартным дифференциальным уравнением (но не на последний вопрос, где необходимость учитывать геометрию стен приводила к его усложнению). Продвижение молекул зависит от того, как часто и в какой последовательности они будут сталкиваться на своем пути с другими молекулами. Их движение будет происходить рывками, а траектория каждой молекулы будет складываться из суммы траекторий разной длины, по которым молекула могла двигаться в любом направлении. Аналогичная проблема возникала в той или иной форме и в случае, когда надо было учесть, как распространяется тепло в металле. Таким образом, главный вопрос Лос-Аламоса также был связан с диффузией, только в новом обличье. Расчеты критической массы быстро переросли в не что иное, как расчеты диффузии — диффузии нейтронов в странном радиоактивном минном поле, где их столкновения приводили к последствиям более значимым, чем мгновенные изменения направления движения, как у бильярдных шаров. Нейтрон может быть поглощен, что может привести к расщеплению атома и появлению новых нейтронов. По определению, когда достигается критическая масса вещества, то появление новых нейтронов должно компенсировать их потерю в результате поглощения или утечки за пределы контейнера. Это уже была не арифметическая задача. Тут требовалось понимание принципа распространения нейтронов на макроскопическом уровне исходя из их микроскопических (индивидуальных) свободных перемещений.

Математическое описание процесса, происходящего в сферической бомбе, напомнило о еще одной странной и красивой задаче диффузии — о проблеме затемнения солнечного диска. Почему у Солнца резко очерченные края? Не потому, что его поверхность твердая или покрыта жидкостью. Как раз наоборот, газообразный поверхностный слой Солнца постепенно становится более разреженным, и четкой границы между Солнцем и пространством вокруг него не существует. Тем не менее мы видим эту границу. Энергия распространяется наружу от нестабильного солнечного ядра в направлении к поверхности, частицы рассеиваются по разным траекториям, пока, наконец, горячий газ не истощается и вероятность столкновений не исчезает. Различимый контур, который мы видим, скорее является следствием визуального искажения излучаемого света, нежели его физическим свойством. На языке статистической механики это означает, что средняя длина свободного пробега — среднее расстояние, которое проходит частица между столкновениями, — становится сравнимой с радиусом Солнца. И тогда фотоны начинают вести себя, словно прекратившие играть в пинбол и получившие свободу шарики, которые теперь могут лететь по прямой, пока не рассеются в атмосфере Земли или не попадут на чувствительную сетчатку человеческого глаза. Разница в яркости между центром солнечного диска и его краем позволяла косвенно оценить характер внутренней диффузии. Или, по крайней мере, должна была позволить, если бы не сложности, связанные с механическим поведением частиц. Однако Норберт Винер, талантливый математик из МТИ, предложил способ решения этой задачи.