Гений. Жизнь и наука Ричарда Фейнмана

Бете перестал проводить ознакомительные беседы и занялся разработкой метода расчета мощности ядерного взрыва. Сербер вывел формулу для простого случая, когда масса урана или плутония чуть превышала критическую. Однако рассчитать мощность бомбы, масса которой существенно превышала критическое значение, было значительно сложнее. Вместе с Ричардом они разработали классически точный метод, который стал известен как формула Бете — Фейнмана. Рискованные практические аспекты ядерной физики порождали и другие вопросы. Существовала вероятность, что в небольшом куске урана или плутония массой даже меньшей, чем критическая, может возникнуть неуправляемая цепная реакция — предетонация. Химические взрывчатые вещества были более стабильными. В первые же месяцы работы Бете поручил Фейнману заняться решением этой проблемы. Всегда имеется вероятность, пусть и достаточно невысокая, присутствия рассеянных (блуждающих) нейтронов: они могут образоваться при спонтанном расщеплении отдельных атомов, во время ядерной реакции, спровоцированной примесями, или попадать на Землю с космическими лучами. Сами по себе космические лучи на высоте Лос-Аламоса были способны привести к нагреву урана-235 гораздо сильнее, чем в лабораториях на уровне моря. Не разобравшись в причинах предетонации, ученые не могли понять, как будет происходить детонация, потому что они не знали, какие процессы будут протекать в бомбе в момент перехода массы от подкритического состояния к надкритическому. Фейнман долгое время размышлял о том, какими могут быть свойства вещества в своеобразных условиях — в подкритическом состоянии, с которым науке не приходилось сталкиваться раньше. Он пришел к выводу, что искать решение проблемы следует, основываясь не на «усредненном поведении» атомов, а рассматривая флуктуации: вспышки нейтронной активности в разных местах могут возникать спонтанно и далее распространяться по цепочке, пока не угаснут. Математический аппарат, в данном случае — теория вероятностей, едва ли мог предоставить инструменты для решения столь сложных задач. Фейнман обсудил эту проблему с польским математиком Станиславом Уламом. Подход, предложенный им, способствовал появлению нового направления в теории вероятностей, названного теорией ветвящихся процессов. Фейнман разработал теорию флуктуаций, в основе которой — простые для расчета вычисления вероятностей короткой цепной реакции: нейтрон расщепляет атом, выделяющиеся при этом нейтроны находят другие цели, но потом цепь прерывается. Некоторые флуктуации, которые можно было отследить по сигналам счетчика Гейгера, приводили к единичному акту расщепления. Другие возникали в результате цепной реакции. Как и в большинстве случаев, Фейнман подошел к решению этой задачи, используя геометрический подход, допуская, что взрыв в определенном единичном объеме повлечет за собой взрыв в другом единичном объеме через известный интервал времени. Он нашел практичный способ расчета вероятности любой преждевременной реакции. Этот метод можно было использовать даже для фрагментов урана неправильной формы, которые потом будут взрывать друг друга в бомбе, сброшенной на Хиросиму.

В Фейнмане Бете нашел свою идеальную противоположность. Этот молодой человек был сообразительным, смелым и амбициозным. Искать способ решения одной задачи, разобравшись с проблемой, переходить к другой — это был не его метод: он хотел работать над всем сразу. Бете назначил его руководителем группы, хотя на эту должность претендовали такие известные физики, как Теллер, Вайскопф, Сербер и руководитель британской группы в Лос-Аламосе знаменитый Рудольф Пайерл. Со своей стороны Фейнман, который за двадцать пять лет жизни и весь срок обучения никогда не был наставником, стал проникаться симпатией к Бете.

Диффузия

Фейнману пришлось заняться подбором кадров. Он пригласил одного из своих товарищей по студенческому братству. Пытался даже нанять собственного отца. Но Мелвилл сильно сдал, высокое давление все больше подрывало его здоровье, и Люсиль хотела, чтобы он вел более оседлую жизнь. Тем не менее Ричард написал матери о появившейся вакансии снабженца. Ему хотелось, чтобы отец сам увидел тот интеллектуальный мир, о котором он мечтал для сына. «Тут ему будет спокойнее, и вообще, он отвлечется от своего бизнеса. К тому же здесь собралась компания ученых самого высокого уровня, поэтому, уверен, ему понравится… — писал Ричард. — Закупки сейчас дело непростое, да и происходит всё так поспешно <…> это чертовски важная позиция и в проекте, и в нашем научном рискованном предприятии».