Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева

Кин Сэм

В мозгу у большинства людей, даже ученых, эта задача не породила бы верной ассоциации, но Улам в середине прошлого века, века индивидуализма, осознал, что в своих карточных расчетах он руководствуется теми же принципами, которые применялись в Лос-Аламосе при «вычислительном конструировании» атомных бомб. Конечно, связь была абстрактной, но порядок и расклад карт очень напоминали ввод случайных чисел, а раздача соответствовала одному вычислению. Вскоре Улам стал обсуждать этот метод со своим другом Джоном фон Нейманом, который также любил вычисления и тоже был ветераном Манхэттенского проекта. Улам и фон Нейман осознали, как велик может быть потенциал этого метода, если сделать его универсальным и применять в других ситуациях, где приходится работать с множеством случайных переменных. При таком подходе можно было не пытаться учесть все возможные осложнения, даже эффект бабочки, а просто очерчивать проблему,

выбирать для ввода случайные данные, а потом действовать методом проб и ошибок. Такой подход не является экспериментальным, поэтому результаты его неточны. Но если провести достаточное количество вычислений, то результат можно найти с высокой точностью.

По счастливой случайности Улам и фон Нейман были знакомы с американскими инженерами, разрабатывавшими первые электронные компьютеры – например, ЭНИАК, установленный в Филадельфии. Женщины-вычислители, занятые в Манхэттенском проекте, на определенном этапе стали использовать при расчетах механическую систему, работавшую с перфокартами, но неутомимый ЭНИАК казался гораздо более многообещающим инструментом для масштабных вычислений, задуманных Уламом и фон Нейманом. Теория вероятностей зародилась в аристократических казино. Тем не менее не вполне ясно, почему предложенный двумя учеными метод получил такое название. Улам любил похвастаться, что назвал его в честь дядюшки, который часто одалживал деньги, чтобы предаваться азартным играм на «широко известном генераторе случайных чисел (от нуля до тридцати шести), установленном в одном средиземноморском княжестве».

Как бы то ни было, метод Монте-Карло быстро прижился в науке. Он позволял экономить, обходясь без дорогостоящих экспериментов. Именно необходимость создания достаточно точных симуляторов метода Монте-Карло была той движущей силой, благодаря которой стали активно развиваться компьютеры. Вычислительные машины становились все быстрее и эффективнее. В то же время пришествие эры дешевых вычислений означало, что эксперименты в стиле метода Монте-Карло, различные имитации и модели могли все шире применяться в химии, астрономии и физике, не говоря уже об инженерии и анализе рынков. В настоящее время (по прошествии всего двух поколений) метод Монте-Карло настолько доминирует в некоторых научных областях, что молодые ученые даже не подозревают, насколько их работа не похожа на традиционную теоретическую или экспериментальную науку. Простая уловка, временная мера – использование атомов урана и плутония в качестве абака, на котором вычисляются ядерные реакции, – превратилась в незаменимый инструмент научного познания. Метод Монте-Карло не просто завоевал науку; он укрепился, усвоился и переплелся с другими методами.

Но в 1949 году такая трансформация еще не свершилась. На первом этапе существования метод Монте-Карло помогал разрабатывать новые поколения ядерного оружия. Фон Нейман, Улам и другие ученые такого же склада приходили в огромные залы, напоминавшие университетские аудитории, где стояли компьютеры. Там они загадочно спрашивали, можно ли запустить несколько программ, и занимались этим с полудня до утра. В эти мертвые часы они создавали «суперснаряды» – многоступенчатые машины в тысячи раз мощнее обычных атомных бомб. В суперснарядах плутониевые и урановые заряды применялись для запуска ядерного синтеза в жидком сверхтяжелом водороде – именно благодаря таким реакциям горят звезды. Это сложный процесс, который мог навсегда остаться лишь в виде описания на страницах секретных военных отчетов. О нем бы не узнали даже операторы ракетных пусковых шахт, если бы не вычислительные машины. Историк Джордж Дайсон красиво охарактеризовал технологическую историю того десятилетия фразой: «компьютеры привели к бомбам, а бомбы – к компьютерам».

Проделав массу работы, чтобы правильно спроектировать супербомбу, ученые достигли успеха в 1952 году – атолл Эниветок в Тихом океане был стерт с лица земли при испытании водородной бомбы. Этот взрыв вновь продемонстрировал безжалостную безупречность метода Монте-Карло. Тем не менее инженеры-атомщики уже разрабатывали устройства пострашнее водородных бомб. Атомная бомба может погубить вас двумя способами. Маньяк, желающий просто погубить десятки тысяч людей и сровнять с землей целый город, может удовлетвориться обычной «одноступенчатой» атомной бомбой. Ее проще сконструировать, а пылающий ядерный гриб удовлетворит стремление маньяка к театральности массового убийства. Не менее зрелищными будут и непосредственные эффекты взрыва – спонтанные торнадо и темные силуэты жертв, которые останутся на стенах. Но достаточно терпеливый маньяк, который хочет совершить непоправимое зло, отравить все колодцы и просолить почву, сделав ее бесплодной, подорвет грязную атомную бомбу, начиненную кобальтом-60.

Основным поражающим фактором обычной

ядерной бомбы является высокая температура. Грязная атомная бомба наиболее опасна из-за сильного гамма-излучения. Гамма-лучи возникают в результате стихийных ядерных реакций. Под действием такого излучения человек не просто сильно обгорает – гамма-лучи проникают в костный мозг и повреждают хромосомы белых кровяных клеток. Эти клетки либо погибают сразу, либо перерождаются в раковые, либо просто вырастают до огромных размеров. В результате они деформируются и не могут бороться с инфекциями. При всех ядерных взрывах выделяется определенное количество радиации, но в грязной атомной бомбе именно радиация является основным поражающим фактором.

Но даже эндемичная форма лейкоза не кажется «достаточно убийственной», если судить по некоторым бомбам. Лео Сцилард, еще один беженец из Европы, участвовавший в Манхэттенском проекте, был тем самым физиком, который, к собственному сожалению, еще в 1933 году сформулировал идею о самоподдерживающейся цепной ядерной реакции. Сцилард – мудрый и трезвомыслящий человек – в 1950 году рассчитал, что достаточно распылить по три грамма кобальта-60 на каждую квадратную милю земной поверхности, чтобы спровоцировать сильнейшее гамма-излучение, которое уничтожит весь человеческий род. Это был бы ядерный вариант того смертельного облака, которое когда-то погубило динозавров. Модель Сциларда представляла собой многоступенчатую боеголовку, обложенную слоем кобальта-59. Ядерная реакция распада, протекающая в плутонии, запускает реакцию ядерного синтеза в водороде. Разумеется, сразу после начала ядерного синтеза испарится и кобальтовая обкладка, и все остальное. Но перед этим на атомном уровне произойдет кое-что еще. Атомы кобальта впитают в себя нейтроны, выделяющиеся при реакциях синтеза и распада, и наступит стадия, называемая «подсаливанием». В результате подсаливания стабильный кобальт-59 превращается в кобальт-60, осаждающийся, как пепел.

Очень многие элементы способны испускать гамма-лучи, но кобальт в этом отношении особенный. Обычные атомные бомбы можно держать в специальных шахтах, поскольку продукты распада их топлива очень быстро расходуют запас гамма-лучей, оставаясь сравнительно безвредными. В дни атомных взрывов 1945 года в Хиросиме и Нагасаки все же можно было выжить. Другие элементы поглощают лишние нейтроны, подобно алкоголику, постоянно жаждущему догнаться стопочкой. Элемент «заболевает» на некоторое время, но не на века. В таком случае, после взрыва радиоактивный фон уже не достигнет запредельных значений.

Кобальтовая бомба дьявольски оказывается в середине между крайностями. Это один из редких случаев, когда золотая середина является наиболее пагубным вариантом. Атомы кобальта-60 осаждаются в грунте, как крошечные фугасы. Достаточно много таких «мин» сработает сразу, так что останется только спасаться бегством, но и через пять лет еще добрая половина кобальта будет готова «рвануть». Такой постоянный поток гамма-шрапнели означает, что взрыв кобальтовой бомбы нельзя «переждать» или вынести. Зараженная территория не очистится на протяжении целой человеческой жизни. Именно поэтому кобальтовые бомбы вряд ли могут применяться в военных целях, так как армия завоевателей просто не сможет оккупировать район бомбардировки. Но вряд ли это остановит настоящего маньяка, желающего оставить за собой выжженную землю.

Следует отметить в защиту Сциларда: он надеялся, что его кобальтовая бомба – первая настоящая «адская машина» – никогда не будет создана, и (насколько известно) ни одна страна не пыталась сконструировать такое оружие. Сцилард изложил эту идею, чтобы продемонстрировать безумность самой идеи ядерных войн, но общество ухватилось за нее. Например, в фильме Стэнли Кубрика «Доктор Стрейнджлав, или Как я перестал бояться и полюбил бомбу» Советский Союз обладает кобальтовыми бомбами. До выкладок Сциларда ядерное оружие казалось пусть и грозным, но не апокалипсическим. Сцилард надеялся, что после его скромного предупреждения люди одумаются и прекратят клепать боеголовки. Нисколько. Вскоре после того, как название «прометий» стало официальным, у Советского Союза появилась своя атомная бомба. Правительства США и СССР вскоре одобрили более чем удручающую доктрину «взаимного гарантированного уничтожения». По-английски она обозначается аббревиатурой «MAD», это слово переводится «безумный». Суть этой доктрины сводится к тому, что в ядерной войне, независимо от ее исхода, поражение потерпят обе стороны. Так или иначе, эта доктрина, идиотская с этической точки зрения, действительно предотвратила использование ядерных боеголовок в качестве тактического вооружения. Но международная напряженность стала такой сильной, что началась настоящая холодная война. Это противостояние настолько пронизало наше общество, что отразилось даже на совершенно пацифистской таблице Менделеева.