Оппенгеймер. Триумф и трагедия Американского Прометея

Упорное стремление Лоуренса к созданию все более крупных и мощных циклотронов олицетворяло движение к «большой науке», связанное с ростом корпоративного предпринимательства в Америке в начале XX века. В 1890 году в стране существовали всего четыре промышленные лаборатории. Сорок лет спустя таких объектов насчитывалось около тысячи. В большинстве из них господствовала культура технологии, а не науки. Многие годы физики-теоретики вроде Оппенгеймера, посвятившие карьеру «малой» науке, не были вхожи в эти крупные лаборатории, нередко занимавшиеся «военной наукой». Даже в 1930-е годы некоторые молодые физики все еще задыхались в этой атмосфере. Роберт Уилсон, обучавшийся под началом Оппенгеймера и Лоуренса, решил оставить Беркли и перебраться в Принстон, посчитав, что наука, связанная с большими установками, олицетворяла «худший вариант коллективной исследовательской работы».
Строительство циклотронов с восьмидесятитонными магнитами требовало больших затрат. Однако Лоуренс сумел заручиться финансовой поддержкой у таких воротил бизнеса, как нефтяной магнат Эдвин Поли, банкир Уильям Г. Крокер и Джон Фрэнсис Нейлан, политический заправила общенационального масштаба и главный юридический советник Уильяма Рэндольфа Херста. Ректор Спраул оказал Лоуренсу протекцию при вступлении в элитный «Богемский клуб» Сан-Франциско, объединение наиболее влиятельных бизнесменов и политиков. Члены «Богемского клуба» никогда бы не снизошли до принятия в него Роберта Оппенгеймера. Он был евреем и не от мира сего. Зато выросший на ферме Среднего Запада Лоуренс влился в элитное общество легко и свободно. (Позднее Нейлан протащит Лоуренса в еще более эксклюзивный клуб «Пасифик-юнион».) Периодически обращаясь за деньгами к влиятельным лицам, Лоуренс незаметно перенимал их консервативное мировоззрение, направленное против «Нового курса».
В отличие от друга Оппенгеймер проявлял безразличное отношение к роли денег в своих исследованиях. Когда один из аспирантов попросил его письмом собрать денег на конкретный проект, Оппи ответил в свой причудливой манере: «[От исследований] как и от вступления в брак и написания стихов следует отговаривать, и происходить они должны исключительно вопреки отговору».
Четырнадцатого февраля 1930 года Оппенгеймер закончил писать судьбоносный научный труд «О теории электронов и протонов». Отталкиваясь от уравнения электрона Поля Дирака, Оппенгеймер утверждал, что у электрона должен быть положительно заряженный близнец и что его масса должна быть равна массе электрона. Вопреки утверждению Дирака, протон не мог быть этой частицей. Оппенгеймер предсказал открытие «антиэлектрона» — позитрона. Как ни странно, Дирак не сделал этого вывода из собственного уравнения и с готовностью уступил Оппенгеймеру пальму первенства, что вынудило Поля признать «существование новой частицы, неизвестной физике, имеющей массу электрона, но противоположный заряд». То, на что он осторожно намекал, означало, по сути, существование антиматерии. Дирак предложил назвать неуловимую частицу «антиэлектроном».
Поначалу Дираку самому не нравилась собственная гипотеза. Вольфганг Паули и Нильс Бор с жаром ее отвергли. «Паули назвал ее бессмыслицей, — впоследствии говорил Оппенгеймер. — Бор считал ее не только бессмыслицей, но и совершенно невообразимой вещью». В 1932 году физик-экспериментатор Карл Андерсон доказал существование позитрона — положительно заряженной античастицы, противоположной электрону. Открытие Андерсона было сделано ровно через два года после того, как Оппенгеймер предсказал существование частицы путем теоретических расчетов. Еще через год Дирак получил Нобелевскую премию.
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.