Життєві невизначеності Вернера Гейзенберга

Вчера виповнюється 110 років від дня нароження видатного німецького фізика.

Вернер Гейзенберг — мабуть, один із найвідоміших у нефізичних колах теоретиків квантової механіки. Його знаменита невизначеність — неможливість точно визначити відразу дві сполучені характеристики частинки — координату та імпульс, вийшла далеко за межі фізики, ставши наріжним каменем усієї сучасної теорії пізнання. Цю легендарну коротеньку формулу Гейзенберг вивів у 26 років, а через п’ять років став одним із наймолодших в історії володарів Нобелівської премії.

Про невизначеність Гейзен­­­берга написано багато томів — і вузькоспеціальних, і ­загальнофілософських. Була, однак, у житті вченого ще одна знакова робота, загадка якої досі не дає спокою нащадкам, — керівництво німецьким ядерним проектом.

… Перше його обрахування параметрів ядерного реактора датоване груднем 1939 року. У звіті «Можливість технічного одержання енергії при розщепленні урану» Гейзенберг написав: «У цілому можна вважати, що в суміші уран — важка вода в кулі радіусом близько 60 см, оточеній водою (близько 1000 кг важкої води й 1200 кг урану), почнеться спонтанне виділення енергії».

А от опис ще однієї, альтернативної моделі реактора, складений ним же приблизно в той же час: процес розщеплення тривав би довгий час, якби шари урану товщиною 4 см і площею близько 1 м2 перемежовувалися шарами важкої води товщиною близько 5 см, причому після триразового їхнього повторення необхідний шар чистого вуглецю товщиною 10—20 см, яким зовні має бути оточений і весь ­реактор.

Основною експериментальною базою вибрали Фізичний інститут у Берліні: у січні 1940 року він був виведений з підпорядкування освітнього відомства й переданий армії — на весь час війни. Складання реактора почали — навіщо далеко ходити! — просто на інститутському подвір’ї.

На папері все виглядало надзвичайно просто — наче інструкція в рубриці «Зроби сам», до того ж за розрахунками стояв не хто-небудь, а сам Гейзенберг — нобелівський лауреат, «гордість арійської науки» (на той час влада вже підняла його ім’я на прапор і вміло цим маніпулювала, але й без усяких лестощів його науковий авторитет був незаперечним). Тому не дивно, що керівництво третього рейха було впевнене, що зможе реалізувати ядерний проект швидко — за 9, максимум 12 місяців. На щастя, цим грандіозним планам не судилося втілитися в життя.

До кінця 1940 року, після багатьох безрезультатних експериментів, «генеральний конструктор» був змушений визнати, що його розрахунки помилкові. Наступного року на проект чекав ще один серйозний удар — стало зрозуміло, що метод поділу ізотопів урану сепарацією його газоподібних продуктів, на вдосконалення якого витратили рік, неефективний і треба ­шукати йому альтернативу. Незабаром почалися перебої з важкою водою — її доставляли з єдиного заводу в окупованій Норвегії, а тамтешні виробничі потужності не справлялися з усе більшими потребами проекту. Від використання ж як сповільнювача більш дешевого й доступного графіту німці відмовилися ще на ранніх стадіях проекту: через збіг обставин зразок, на підставі вивчення властивостей якого хіміки забракували цей матеріал, просто був недостатньо чистим. До того ж під час одного з випробувань дослідна установка вибухнула — за офіційною версією, із суто хімічних причин — через реакцію урану із водою, що просочилася.

До кінця 1941-го німецький ядерний проект геть розпадався; тим часом датована і знаменита класифікація досліджень, озвучена Гейзенбергом: «необхідні» — ті, що забезпечують створення в максимально стислий термін хоча б одного діючого реактора, «важливі» — спрямовані на поліпшення його роботи, і «неважливі» — усі інші… Мимоволі пригадується англійський гумор Ернеста Резерфорда — розподіл наук на фізику та «колекціонування марок», з тією лише різницею, що слова Гейзенберга були не жартом, а вказівкою з розподілу мізерного бюджету на науку.

Улітку 1942 року Гейзенберг назвав військовому керівництву більш реальний термін здачі реактора в експлуатацію — 2 роки за умови повного фінансування й задоволення всіх примх учених. Підтримку було обіцяно, однак наміченого на січень 1945-го запуску не сталося — війська союзників підійшли вже занадто близько, і установку спішно й таємно вивезли на південь країни, у Хайгерлох, до швейцарського кордону.

23 березня реактор почав роботу, про що негайно доповіли в Берлін, але на критичну точку машина не вийшла. Перерахувавши співвідношення інгредієнтів у робочій зоні, дійшли висновку, що треба додавати і уран, і важку воду, але вже не було ні того, ні іншого, а головне — часу. 23 квітня містечко взяли американські війська.

Так закінчився німецький ядерний проект. На створення чого він був спрямований: «мирної» (якщо, звичайно, така в принципі можлива в умовах війни) енергетики, як говорили полонені німецькі фізики, чи зброї масового знищення — про це можна тільки гадати. Більш цікаве інше питання: був цей провал дійсно поразкою наукової думки чи свідомо організованим тріумфом людяності? Це ще одна невизначеність Гейзенберга.

Відносини вченого з нацистським режимом були не такі прості, як може здатися. Так, він не виїхав, як багато інших, але що стояло за згодою працювати з новою владою? Коли тільки почалися расові чищення в науці і освіті й багато його колег-євреїв були звільнені, він протестував. Хотів навіть піти у відставку сам — такий демарш із боку нобелівського лауреата, напевно, не залишився б непоміченим. Але Макс Планк відмовив його від такого вчинку, переконавши тим, що комусь треба рятувати німецьку науку.

Утім, квантову теорію, якою він займався, незабаром оголосили поза законом, зарахувавши до «єврейської фізики», звичайно, далекої від «фізики арійської». Цькування Гейзенберга закінчилося лише після того, як він звернувся до нацистської верхівки із прямим запитанням, чи потрібний він країні. Відповідь прийшла позитивна, хоча й не відразу: ідеологи нового режиму обраховували користь від «приручення» фізика такого високого рівня (сценарій, який вони намагалися реалізувати наступні роки).

Цілком імовірно, що вчений залишився вірний справжнім загальнолюдським цінностям. Помилки в параметрах реактора, перетягування й без того дефіцитних коштів на провальні напрями досліджень, несподіваний вибух (важко повірити, що команда з авторитетних фізиків країни не знала про властивості урану й не могла домогтися герметичності оболонки) — усе це наводить на думку про добре сплановану диверсію. На її користь свідчить і після­воєнна громадська діяльність ученого, спрямована на заборону ядерних випробувань і роззброєння Німеччини.

А свій організаторський талант учений сповна втілив пізніше, ставши одним з ініціаторів створення ЦЕРНу й першим керівником його комітету з наукової політики.