Szanowny panie, potrzebujemy bomby!

Siedemdziesiąt lat temu eksplodowały pierwsze bomby nuklearne, a Robert Oppenheimer nazwał się śmiercią, niszczycielem światów. Jednak Projekt Manhattan być może nie doszedłby do skutku, gdyby nie determinacja kilku ówczesnego świata fizyki.

Wiemy, że atom, który kiedyś uważaliśmy za twardy, nieprzenikniony, niepodzielny, a w końcu także martwy, w istocie jest zbiornikiem ogromnej energii. 

Herbert George Wells

Kłopotliwy uran

Jesienią 1939 roku na biurko prezydenta Franklina Delano Roosevelta trafił dwustronicowy list o zdumiewającej treści. Wyjaśniono w nim, że najnowsze osiągnięcia fizyki mogą w niedalekiej przyszłości pozwolić na stworzenie nowego typu broni o przerażającej sile rażenia. Wiadomość prawdopodobnie zostałaby zignorowana jako niewiarygodna, gdyby nie widniejący pod nią podpis największego uczonego XX wieku.

Zanim rozpatrzymy ten sławny list, cofnijmy się o pięć lat, aby lepiej zrozumieć jego genezę. Wtedy to czasopismo Nature zamieściło artykuł Enrico Fermiego Możliwość wytwarzania pierwiastka o liczbie atomowej wyższej niż 92. Przyszły noblista przewidział w nim zjawisko, które jest dziś znane każdemu amatorowi fizyki. On i jego współpracownicy wykorzystali najnowsze zdobycze nauki, bombardując jądra atomów odkrytymi kilka lat wcześniej neutronami. Eksperymentując w ten sposób, chłopcy z Via Panisperna zaczęli otrzymywać nowe izotopy oraz rejestrować emisję promieniowania (a przy okazji wpadli na ślad oddziaływania słabego – ale mniejsza z tym). Problemy sprawiał słabo znany uran, który przyjmując neutrony przechodził niezrozumianą przemianę. Fermi założył, że atomy po prostu zmieniają się w jeszcze nieznane, cięższe pierwiastki powyżej liczby atomowej 92. 

Choć włoska ekipa nie zdawała sobie z tego sprawy, podążała drogą prowadzącą ku pierwszej reakcji łańcuchowej. Kropkę nad “i” postawili w 1938 roku Otto Hahn, Fritz Strassman oraz Lisa Meitner, którzy swoim doświadczeniem udowodnili, że ostrzeliwane neutronami jądro uranu w istocie nie ulega “powiększeniu”, lecz zostaje rozbite pozostawiając po sobie mniejsze jądra izotopów baru. Zwracam waszą uwagę na nazwisko pechowej pani Meitner, pominiętej przez komisję noblowską oraz większość podręczników. Długoletnia współpracowniczka Hahna wniosła niemały wkład w przeprowadzenie pionierskiego eksperymentu, ale z uwagi na żydowskie pochodzenie musiała uciec z nazistowskich Niemiec ustępując miejsca młodemu Strassmanowi.

Na początku 1939 uczeni wysunęli pierwsze obiecujące wnioski, a całe zajście okrzyknięto “rozszczepieniem”. 

W trosce o Kongo

Zazdrość nie leżała w naturze Fermiego. Włoch błyskawicznie gromadził dane i zastanawiał się co z tego wiekopomnego odkrycia można wycisnąć. A można było bardzo wiele, bo rozbiciu uranu towarzyszyła energia około 200 MeV. Żeby była jasność: 200 milionów elektronowoltów nie zrobiłoby na nas wrażenia; więcej energii wytwarzamy odpalając zapałkę. Sęk w tym, że mówimy o mocy wydobytej z jednego, pojedynczego atomu, a tych w szczypcie uranu są tryliardy. Co najważniejsze, choć 200 MeV to dla nas niewielka energia, to jednak odpowiednio ukierunkowana wystarczy do rozbicia innego jądra atomu. Ten z kolei rozkwasi sąsiednie, a te kolejne… I tak ludzkość na nowo odkryła ogień. Nie było się jednak z czego cieszyć, bo nuklearny Prometeusz zmierzał do III Rzeszy.

Przerażeni tą wizją wielcy uciekinierzy – Fermi oraz węgiersko-żydowskie trio Leó Szilárd, Eugene Wigner, Edward Teller (było czego zazdrościć przedwojennemu Budapesztowi!), – mieli nie lada motywację aby ujarzmić energię atomu przed konkurentami. Niewątpliwie chcieli zemścić się za wygnanie z Europy, ale przede wszystkim nikt tak jak oni nie zdawał sobie sprawy z powagi sytuacji. Emigranci doskonale rozumieli jak zdolni są uczeni pokroju Heisenberga i co stanie się, jeśli program jądrowy uzyska poparcie Hitlera. Aby zapobiec kataklizmowi trzeba było działać szybko i zdecydowanie, wysyłając ostrzeżenie do… Belgów. Było jasne, że niemiecki walec wojenny może bez problemu przetoczyć się przez kraje Beneluksu, w przyszłości łykając również ich kolonie. Źródło strachu stanowiło w tej sytuacji belgijskie Kongo, dysponujące największymi znanymi złożami uranu, bezkresnym zasobem paliwa dla przyszłej potęgi nuklearnej.

Einstein i Szilárd inicjują Projekt Manhattan
Albert Einstein i Leó Szilárd w latach 40. XX wieku.

Aby zwiększyć szanse powodzenia planu, Leó Szilárd postanowił wciągnąć doń sławnego Alberta Einsteina – swego uczelnianego kolegę z dawnych lat. Wraz z Wignerem udali się do Long Island, gdzie 60-letni profesor spędzał urlop. Autor teorii względności, jako typowy teoretyk nie śledził na bieżąco postępów fizyki eksperymentalnej, lecz już po kilku minutach rozmowy z przybyszami doskonale rozumiał dokąd to wszystko zmierza. Już w latach 20., rozważając konsekwencje swego równania E=mc², pisał o “otworzeniu się nowych źródeł energii o kolosalnej efektywności”.

Tyle tylko, że geniusz nie wierzył w ich praktyczne zastosowanie jeszcze za swojego życia. Einstein poparł inicjatywę Węgrów, ale po ochłonięciu stwierdzili oni słusznie, że utrzymywanie tajnej korespondencji z obcym państwem przez trójkę imigrantów nie byłoby mądrym posunięciem. Zamiast tego naukowcy postanowili zwrócić się w pierwszej kolejności do Waszyngtonu, najlepiej wprost do prezydenta Stanów Zjednoczonych. Albert uznał, że nie wystarczy ostrzec Roosevelta – należy wyłożyć mu istotę rzeczy i jeśli to będzie możliwe, skłonić go do podjęcia wyścigu zbrojeń.

“Dopilnujcie żeby nie wysadzili nas w powietrze!”

Trzej panowie zredagowali list w dwóch wersjach, ostatecznie wybierając nieco dłuższą. Wagi słowom miał dodać podpis niekwestionowanego autorytetu, noblisty i twórcy teorii względności, jednak mimo to autorzy obawiali się czy zostaną one potraktowane z należytą uwagą. Nie wystarczyło po prostu zanieść kopertę na pocztę. Potrzebna była osoba, która mogłaby podsunąć list Rooseveltowi dosłownie pod nos, a najlepiej go przy nim odczytać i upewnić się, że zrozumiał o czym mowa. Na posłańca wybrano Alexandra Sachsa, ekonomistę i wiceprezesa banku Lehman Brothers (tak tego, który rozpoczął kryzys w 2008 roku), prywatnie przyjaciela prezydenta. Mimo niemiecko-radzieckiej agresji na Polskę i usilnych nalegań uczonych, Sachs ociągał się z zadaniem prawie trzy miesiące. Wreszcie 11 października udało mu się uzyskać audiencję w Białym Domu, odczytując Rooseveltowi nietypową wiadomość.

list einstein roosevelt
List Einsteina, Szilárda i Wignera do Roosevelta. Zobacz w pełnej rozdzielności.

Szanowny Panie!

Ostatnie prace E. Fermiego i L. Szilárda, które przedstawiono mi w postaci rękopisu, pozwalają oczekiwać, że w najbliższej przyszłości pierwiastek uran może stać się nowym ważnym źródłem energii. Pewne aspekty zaistniałej sytuacji wymagają czujności i, jeśli okaże się to konieczne, szybkiego działania ze strony rządu. Dlatego zamierzam zwrócić Pana uwagę na następujące fakty i sugestie:

W ciągu ostatnich czterech miesięcy stało się prawdopodobne, że dzięki pracom Joliota we Francji, jak również Fermiego i Szilarda w Ameryce, uda się doprowadzić do jądrowej reakcji łańcuchowej w dużej masie uranu, w wyniku której powstaną olbrzymie ilości energii i znaczna obfitość nowych pierwiastków przypominających rad. Obecnie wydaje się niemal pewne, że jest to do osiągnięcia w najbliższej przyszłości. To nowe zjawisko umożliwi konstruowanie bomb i nie jest wykluczone – choć mniej pewne – że mogą w ten sposób powstać niezwykle potężne bomby nowego typu. Jedna bomba tego typu, przewieziona na statku i zdetonowana w porcie, zniszczyłaby cały port wraz z częścią otaczającego go obszaru. Takie bomby mogą się jednak okazać za ciężkie, by dało się je transportować drogą powietrzną.

Stany Zjednoczone dysponują bardzo ubogimi rudami uranu w niedużych ilościach. Dobre rudy występują w Kanadzie i dawnej Czechosłowacji, ale najważniejszym źródłem uranu jest Kongo Belgijskie.

W takiej sytuacji uzna Pan może za pożądane nawiązanie stałego kontaktu między Administracją i grupą fizyków, pracujących w Ameryce nad zagadnieniem reakcji łańcuchowej. Jedną z dróg prowadzących do tego celu może być powierzenie tej misji zaufanej osobie, która mogłaby służyć w nieoficjalnym charakterze. Wzięłaby ona na swoje barki następujące zadania:
a) Zapewnienie współpracy departamentów rządowych, informowanie ich o postępach i przekazywanie im zleceń od rządu, zwłaszcza dotyczących zabezpieczenia amerykańskich zapasów rudy uranu.
b) Przyśpieszenie prac eksperymentalnych, które jest w chwili obecnej prowadzone są w ramach bardzo ograniczonych budżetów w laboratoriach uniwersyteckich, poprzez zapewnienie odpowiednich środków, jeśli okaże się to konieczne również przez kontakty z osobami prywatnymi, które są gotowe do dotowania naszego celu. Niewykluczone jest też zbieranie funduszy przez współpracę laboratoriów z przemysłem.

Rozumiem, że Niemcy rzeczywiście zatrzymały eksport uranu z przejętych kopalni czechosłowackich. Być może podjęto taką decyzję w związku z działaniami niemieckiego Podsekretarza Stanu von Weizsäckera, związanego z Instytutem Cesarza Wilhelma w Berlinie, gdzie niektóre z amerykańskich doświadczeń nad uranem są obecnie powtarzane.

Szczerze oddany,
Albert Einstein

Po tym Sachs odczytał jeszcze krótką notkę od Szilárda. Prezydent USA podobno zniósł to wszystko całkiem nieźle: “Alex, dopilnujcie, żeby naziści nie wysadzili nas w powietrze”. Niedługo później wystosował zwięzłą odpowiedź.

Szanowny profesorze,

Chcę podziękować za ostatni list i niemniej interesujące załączniki.

Znalazłem dane tego importu, już zwołałem spotkanie z przedstawicielem Narodowego Biura Standardów i wybrałem przedstawiciela armii i floty, który dokładnie zbada opcje dotyczące złóż uranu.

Cieszę się, że dr Sachs będzie z nami współpracował i czuję że obraliśmy najbardziej praktyczną i skuteczną metodę poradzenia sobie z problemem. Proszę przyjąć moje szczere podziękowania.

Z najwyższymi wyrazami szacunku,
Franklin D. Roosevelt 

Roosevelt jak najbardziej przyjął do wiadomości informację o zagrożeniu, lecz jako rozsądny polityk nie zamierzał sięgać głęboko do portfela dopóki słowa, co by nie mówić niezbyt obiektywnych imigrantów, nie zostaną potwierdzone. Dlatego w pierwszym momencie amerykański Projekt Manhattan dysponował budżetem w wysokości (fanfary)… 6 tysięcy dolarów.

Na szczęście fizycy byli nieustępliwi, a sojuszniczy Brytyjczycy (Frisch i Peierls) potwierdzili niepokojące wnioski dotyczące nowego typu energii. Najważniejszy był jednak cios jaki zadali amerykańskiej dumie Japończycy w grudniu 1941 roku. Już po kilku dniach od ataku na Pearl Harbor doszło do zebrania sekcji S-1 Biura do spraw Badań Naukowych i Rozwoju, podczas którego zaproponowano całkowitą reorganizację prac nad superbronią. Budżet zwiększono do setek milionów dolarów, przygotowano plany budowy poważnego kompleksu badawczego oraz sporządzono listę przyszłego personelu, na której figurowało kilkadziesiąt nazwisk największych gwiazd ówczesnej nauki.

Na stos

Tymczasem Enrico Fermi już działał, wyprowadzając Amerykanów na prowadzenie w dziejowym wyścigu. Fizyk pragnął zbudować obiekt, który umożliwiłby podtrzymanie kontrolowanej reakcji jądrowej przez dłuższy czas. W zasadzie polegało to na zabawie w harcerzy, uczących się jak rozpalić i podtrzymać odpowiednio tlące się ognisko. Na płycie uniwersyteckiego stadionu w Chicago ułożono warstwowo 380 ton grafitu, zaś jako podpałki użyto uranu. Jeśli obliczenia były słuszne, wewnątrz stosu powinna zaistnieć trwała reakcja łańcuchowa podsycana przez kolejno wybijane z atomów neutrony. Gdyby masa stosu okazała się zbyt duża, dla uniknięcia katastrofy “ognisko” należałoby natychmiast zgasić przygotowanymi wcześniej prętami z kadmu. Strach przed wymknięciem się operacji spod kontroli był jak najbardziej uzasadniony – teoria teorią, ale wcześniej nikt czegoś takiego nie robił.

Stos Fermiego
Stos Fermiego wprowadził Amerykę w epokę atomu.

Popołudniu 2 grudnia 1942 roku przy obecności kilkudziesięciu osób, w tym własnej żony, Fermi nakazał wyciąganie prętów wypuszczając na wolność niezliczone ilości neutronów. Ułożone wokół stosu liczniki przyśpieszającymi trzaskami informowały fizyków o postępującej reakcji. Gdy usunięto ostatni pręt zabezpieczający trzaski zaczęły się zlewać w jeden szmer. Osiągnięto punkt krytyczny. Oznaczało to, że fizycy z Chicago poprawnie zinterpretowali wcześniejsze wskazówki, są w stanie zbudować prawdziwy reaktor jądrowy. I oczywiście broń masowej zagłady.

Rozszczepienie atomu
Rozszczepienie atomu zakończone sukcesem.

Fermi niebawem otrzymał poufny list zawierający zaproszenie do współpracy przy wielkim projekcie rządowym. Nie otrzymał go natomiast Albert Einstein. Brak zaufania do jego osoby (więcej na ten temat tu) mógł boleć, ale jeszcze bardziej trapiła geniusza utrata kontroli nad tak wielką sprawą. Siwowłosy mędrzec wraz z wiekiem coraz częściej filozofował dumając nad przyszłością cywilizacji i nie mógł ścierpieć swojej bezradności. Poparł Projekt Manhattan w obawie przed swastyką, ale pamiętajmy, że ta decyzja wcale nie przyszła mu łatwo. Oto zadeklarowany pacyfista, który jeszcze pracując w Berlinie zrażał do siebie kolegów szydząc z niemieckiego militaryzmu, przyłożył rękę do powstania najgroźniejszej broni w dziejach. Jeszcze przed końcem wojny pisał: “Naukowcy, którzy mają posłuch u przywódców politycznych, powinni wywrzeć presję na polityków ze swoich krajów, by zajęli się oni kwestią umiędzynarodowienia sił zbrojnych”.

W ramach ciekawostki: angaż w ramach Projektu Manhattan zaproponowano Lisie Meitner. Pionierka rozszczepienia atomu jako jedna z niewielu uczonych kategorycznie odmówiła pracy przy konstrukcji gadżetu. Kiedy w popkulturze pojawiła się historia przypisująca jej szczególną rolę przeciwniczki hitleryzmu, która rzekomo wywiozła za ocean niemieckie plany bomby, skwitowała to słowami: “Wolałabym przespacerować się nago po Broadwayu”!

Literatura uzupełniająca:
R. Rhodes, Jak powstała bomba atomowa, Warszawa 2000;
W. Issacson, Einstein. Jego życie, jego wszechświat, przeł. J. Skowroński, Warszawa 2010;
D. Kiernan, Dziewczyny atomowe, przeł. M. Gądek, Warszawa 2013;
Listy dostępne m.in. tu: www.fdrlibrary.marist.edu/archives/pdfs/docsworldwar.pdf.

Zob. też:
Architekt nowej fizyki (seria);
Największy śmieszek w Los Alamos;
Kosztowne zbiorowisko maniaków.

5 rzeczy, które powinieneś wiedzieć o sondzie Voyager 1 Była sobie osobliwość Najpiękniejsza weryfikacja ogólnej teorii względności