Оппенгеймер. Триумф и трагедия Американского Прометея

По всему миру физики спешили разрешить один и тот же перечень задач, между учеными шло ожесточенное соревнование. Роберт стоял в стороне от этой гонки, но тем не менее одерживал успех за успехом. Работая лишь с небольшой группой студентов, он умудрялся перескакивать с одной критической задачи на другую и вовремя публиковать короткую заметку по конкретному вопросу, на месяц или два опережая конкурентов. «Просто удивительно, как Оппенгеймер с его группой успевали что-то сказать о решении задачи одновременно с конкурентами», — вспоминал коллега по Беркли. Результат подчас бывал не очень изящен и даже не совсем точен, после чего его подчищали другие. Зато Оппенгеймер безошибочно ухватывал суть. «Оппи очень хорошо видел физику целиком и умел сделать расчеты на почтовом конверте, получая все нужные параметры. <…> Что касалось красивого завершения работы, характерного для Дирака, это было не в духе Оппи». Он работал «быстро и неизящно, подобно тому, как американцы клепают машины».

В 1932 году из английского Кембриджа в Беркли приехал и получил возможность понаблюдать за работой своего бывшего студента один из преподавателей Оппи по Кембриджу Ральф Фаулер. Вечерами Оппи побуждал Фаулера по нескольку часов разыгрывать особенно сложные варианты своей игры в блошки. Через несколько месяцев, когда Гарвард пытался переманить Оппенгеймера из Беркли, Фаулер писал, что «его работа из-за невнимательности изобиловала ошибками, однако сама работа в высшей степени оригинальна и оказывает невероятно стимулирующее воздействие на теоретическую школу, в чем я имел возможность убедиться осенью прошлого года». Роберт Сербер соглашался: «Физика Оппи хороша, но арифметика ужасна».

Роберту не хватало терпения подолгу задерживаться на одной задаче. В итоге он нередко оставлял открытой дверь, в которую заходили и делали крупные открытия другие. В 1930 году он написал получившую большую известность работу о бесконечной природе спектральных линий с точки зрения прямой теории. Расщепление спектральной линии водорода предполагало наличие небольшого перепада в уровне энергии между двумя возможными состояниями атома водорода. Дирак утверждал, что эти два состояния водорода должны иметь одинаковую энергию. В своей работе Оппенгеймер придерживался иного мнения, однако полученные им результаты были неубедительны. Через несколько лет задачу решил один из аспирантов из группы Оппенгеймера, физик-экспериментатор Уиллис Ю. Лэмб-младший. Так называемый «сдвиг Лэмба» правильно отнес разницу между двумя уровнями энергии на счет процесса взаимодействия заряженных частиц с электромагнитным полем. Лэмб получил Нобелевскую премию 1955 года за точное измерение лэмбовского сдвига, что стало главным шагом в развитии квантовой электродинамики.

За эти годы Оппенгеймер написал важные и даже основополагающие работы о космических лучах, гамма-излучении, электродинамике и электрон-позитронных потоках. В области ядерной физики он и Мельба Филлипс рассчитали выход протонов при реакциях дейтерия. Филлипс, родившаяся на ферме в Индиане в 1907 году, была первой соискательницей на докторскую степень, учившейся у Оппенгеймера. Их расчеты выхода протонов получили широкую известность как «процесс Оппенгеймера — Филлипс». «Это был человек идей, — вспоминала Филлипс. — Он не делал великих открытий, но посмотрите, какие чудесные идеи он выдвигал вместе со своими студентами».

Физики едины во мнении, что наиболее поразительную и оригинальную работу о нейтронных звездах Оппенгеймер выполнил в конце 1930-х годов; само явление астрономы смогут наблюдать только в 1967 году. Интерес к астрофизике пробудила дружба с Ричардом Толменом, познакомившим Роберта с астрономами, работавшими в обсерватории Маунт-Уилсон в Пасадене. В 1938 году Оппенгеймер вместе с Робертом Сербером написал работу «Устойчивость ядер нейтронных звезд», исследующую характеристики некоторых крайне плотных звезд под названием «белые карлики». Через несколько месяцев он принял участие в подготовке с еще одним студентом, Джорджем Волковым, новой работы — «О ядрах массивных нейтронных звезд». Сделав тщательные расчеты на логарифмической линейке, Оппенгеймер и Волков предположили существование верхнего предела массы нейтронных звезд, получившего название «предела Оппенгеймера — Волкова». В случае превышения предела звезды теряли устойчивость.

Прошло еще девять месяцев, и 1 сентября 1939 года Оппенгеймер и еще один студент, Хартланд Снайдер, опубликовали статью под названием «О непрерывном гравитационном сжатии». В историю эта дата, разумеется, вошла как день нападения Гитлера на Польшу и начало Второй мировой войны. Однако эта публикация тоже стала выдающимся событием. Физик и историк науки Джереми Бернштейн назвал ее «одной из величайших научных работ XX века в области физики». В свое время она не привлекла много внимания. И лишь значительно позже физики поймут, что в 1939 году Оппенгеймер и Снайдер открыли дверь в физику XXI века.

Они начали работу с вопроса — что произойдет, если массивная звезда выгорит, истощив все топливо. Их расчеты показали, что вместо коллапса и превращения в «белого карлика» звезда с ядром массой выше определенного предела — предположительно в два-три раза превышающей массу Солнца — будет бесконечно сжиматься под воздействием собственной гравитации. Основываясь на общей теории относительности Эйнштейна, они утверждали, что подобная «сингулярность» сожмет звезду до такой степени, что даже световые волны не смогут преодолеть притяжения ее всепоглощающей гравитации. Если смотреть на нее издали, такая звезда попросту исчезнет, скроется на фоне вселенной. «Сохранится лишь ее гравитационное поле», — писали Оппенгеймер и Снайдер. Таким образом она превратится в черную дыру, хотя в статье этот термин не использовался. Идея звучала интригующе, но слишком уж экстравагантно. Поэтому научную работу проигнорировали, а расчеты приняли за очередной математический курьез.

И только начиная с 1970-х годов, когда технология астрономических наблюдений догнала теорию, астрономы обнаружили множество таких черных дыр. В это время компьютеры и технический прогресс радиотелескопов сделали теорию черных дыр центральным элементом астрофизики. «Работа Оппенгеймера и Снайдера, если оглянуться назад, представляла собой на удивление полное и точное математическое описание коллапса черной дыры, — заметил Кип Торн, физик-теоретик из Калтеха. — Людям той эпохи было трудно понять их статью, потому что вещи, выявленные с помощью математики, сильно отличались от умственных представлений о том, как должны себя вести объекты вселенной».

Как всегда, Оппенгеймер не удосужился разработать стройную теорию явления, оставив эту задачу тем, кто придет ему на смену через несколько десятилетий. Возникает вопрос: почему? Очевидно, важную роль сыграли личность и темперамент. Роберт мгновенно замечал изъяны в каждой приходившей ему в голову идее. В то время как некоторые физики — на ум сразу же приходит Эдвард Теллер — смело и оптимистично распространяли все свои новые идеи, невзирая на их дефекты, безжалостно критичный ум Оппенгеймера настраивал своего обладателя на скептический лад. «Оппи всегда любую идею воспринимал с сомнением», — вспоминал Сербер. Блестящий интеллект, обращенный против себя самого, не оставлял места для упрямой убежденности в собственной правоте, которая подчас нужна для продолжения и развития первоначального теоретического вывода. Вместо этого скептицизм толкал его к следующей задаче [9] . Совершив начальный творческий прорыв — на этот раз в теории черных дыр, — Оппенгеймер быстро занялся очередной новой темой — теорией мезонов.

9

Через двадцать с лишним лет другой физик, Джон Уилер, попытался перевести разговор с Оппенгеймером на его старую работу об истощившихся нейтронных звездах. Однако Роберт больше не проявил интереса к ставшей горячей для физиков теме. — Примеч. авторов.

Много лет позже друзья и соратники Роберта из мира физики, знакомые с его гениальностью, раздумывали, почему он так и не получил Нобелевскую премию. «Познания Роберта в области физики были очень глубоки, — вспоминал Лео Недельски. — Пожалуй, только Паули знал физику больше и глубже, чем Роберт». И все-таки получение Нобелевской премии, как и многое другое в жизни, — это вопрос целеустремленности, стратегического мышления, способностей, правильного выбора момента и, конечно, удачи. Роберт был предан передовым исследованиям, настойчиво искал решения задач, которые его интересовали, и не испытывал недостатка в способностях, но у него не было подходящей стратегии, и он не умел выбирать нужное время. В конце концов, Нобелевская премия дается ученым, которые достигли чего-то конкретного. В отличие от них гений Оппенгеймера заключался в умении привести к единству всю научную дисциплину. «Оппенгеймер обладал богатым воображением, — вспоминал бывший постдок Эдвин Юлинг, учившийся под его началом в 1934–1936 годах. — Его познания в физике были очень широки. Нельзя сказать, что он выполнял работу не на уровне, заслуживающем Нобелевской премии. Однако получалось так, что его работа не давала результатов, которые понравились бы членам нобелевского комитета».

«Работа ладится, — писал Оппенгеймер Фрэнку осенью 1932 года. — Ладится не в смысле результатов, а процесса. <…> В дополнение к обычным семинарам, пытаясь внести порядок в великий хаос, мы проводим ядерный семинар». Будучи теоретиком и помня о своей неуклюжести в лаборатории, Оппенгеймер тем не менее держался поближе к экспериментаторам вроде Лоуренса. В отличие от многих европейских теоретиков он высоко ценил потенциальную выгоду близкого сотрудничества с теми, кто был способен проверить истинность новой физики на практике. Еще в школе учителя замечали за ним умение объяснять сложные технические вопросы простым языком. Как теоретик, понимающий, чем заняты в лабораториях экспериментаторы, он обладал редким качеством синтезировать огромные объемы информации из самых различных сфер исследований. Для создания физической школы мирового класса как раз и был нужен человек, способный к обобщению и умеющий четко выразить свою мысль. Некоторые физики утверждали, что Оппенгеймер имел столько знаний и опыта, что мог бы издать «библию» квантовой физики. К 1935 году у него, несомненно, накопилось достаточно материала для такой книги. Его базовые лекции, объясняющие суть квантовой механики, пользовались в кампусе такой популярностью, что его секретарша, мисс Ребекка Янг, размножила тезисы выступления на мимеографе и продавала копии студентам. Доходы от продаж поступали в факультетский фонд сумм на мелкие расходы. «Если бы Оппенгеймер сделал еще один шаг и собрал свои лекции и статьи в одну книгу, — утверждал один из коллег, — то получился бы лучший учебник квантовой физики, каких свет еще не видел».