На состоявшейся в 1939 году в Харькове конференции, посвященной ядерной физике, Юлий Харитон и Яков Зельдович — оба протеже Николая Семенова из Института физической химии в Ленинграде — открыли два пути в направлении осуществления цепной реакции. Первый — с использованием урана-238 и тяжелой воды в качестве замедлителя, и второй — с использованием изотопа уран-235. Последний вариант совпадал с тем, что предлагали два других физика из Харьковского ФТИ — Виктор Маслов и Владимир Шпинель, которые в октябре 1941 года получили свидетельство об изобретении из отдела военных разработок Государственного комитета по открытиям и изобретениям. Это открытие под названием «Об использовании урана в качестве взрывчатого или токсичного вещества» по времени приходится на период между меморандумом Пайерлса — Фриша (март 1940 года) и докладом «Мауд коммитти» (июль 1941года), о которых в СССР не было известно. Однако открытие Маслова и Шпинеля встретило в официальных советских инстанциях намного менее благожелательное отношение, чем открытие их коллег в Великобритании. В течение многих месяцев харьковские ученые обивали пороги всех ведомств, включая и Красную Армию, но им так и не удалось получить существенной поддержки. Маслова мобилизовали на фронт, и он погиб в бою, а Шпинель оказался в эвакуации в Алма-Ате вместе со своим Харьковским ФТИ. Там ему поручили вести работы, непосредственно связанные с задачами обороны. Некий Фриц Ланге — друг и коллега Маслова и Шпинеля, но немец по происхождению — был немедленно отстранен от работы по специальности, так что инициатива Харьковского ФТИ по развитию советской программы создания атомной бомбы оказалась заблокированной.
Лейпунский, эвакуированный в Уфу, получил из Москвы тетрадь немецкого офицера и стазу же ответил, что «в ней нет ничего такого, чего бы не знали советские физики. Совершенно очевидно, что нацисты разрабатывают возможности военного применения атомной энергии, но эта проблема может быть решена не раньше, чем через пятнадцать или двадцать лет». Вследствие этого он считал несвоевременным для Советского Союза тратить ресурсы на эту программу, пока идет война.
Трудно сказать, что было причиной такой осторожности Лейпунского, — научные сомнения или личный жизненный опыт. Он один из ученых, арестованных в тридцатые годы по надуманным обвинениям в несуществующих преступлениях, таких, как антимарксистский уклонизм и контрреволюционная деятельность. Семь или восемь руководящих сотрудников харьковского института бросили в тюрьму на основании таких же обвинений, что и выдвинутые против его руководителя. Эти преследования не были направлены специально против физиков, они проводились в рамках общей политической чистки в масштабах всей страны, которая достигла апогея в 1937 году.
Лейпунскому еще повезло: после года, проведенного в тюрьме, его освободили, так как вступил в действие пакт Молотова — Риббентропа и становилось ясно, что нацисты и советское государство оказались в результате этого добрыми друзьями. Такой личный опыт давал основания для осторожности. Когда мы оцениваем замечательные достижения и одновременно слабости советских физиков при сталинском режиме, нельзя не принимать во внимание политический фактор.
Кафтанов осознавал эти трудности, но он не разделял мнение, высказанное Лейпунским. И прежде всего потому, что был другой физик, молодой и заслуженный, который все время подталкивал руководителей науки к риску.
Решительный молодой физик
У ученых Великобритании, Америки и Советского Союза были серьезные основания опасаться того, что нацисты первыми создадут урановую бомбу, в особенности после того, как немцам удалось осуществить расщепление атома урана.
Это произошло в декабре 1938 года в Институте имени кайзера Вильгельма, в пригороде Берлина. Руководили группой ученых Отто Ган и Фриц Штрассман. Их эксперимент, подтвержденный в следующем месяце в Париже французскими физиками Ирен и Фредериком Жолио-Кюри, доказал, что ядро атома урана, подвергнутое бомбардировке медленными нейтронами, расщепляется на две части. Двое бывших коллег Гана и Штрассмана Лизе Мейтнер и Отто Фриш, уехавшие в изгнание в Скандинавию, объяснили, что при этом расщеплении, названном французами по аналогии с процессом, происходящим в биологической клетке «делением», выделяется невероятное количество энергии, которое можно подсчитать при помощи ставшей с тех пор знаменитой формулы Альберта Эйнштейна E = mc2 (количество выделившейся энергии равно произведению массы на квадрат скорости света). Таким образом, один фунт урана мог выделить такое же количество энергии, как и миллион фунтов углерода. Или же произвести взрыв, эквивалентный взрыву тысяч тонн тринитротолуола (ТНТ).
Опыты Гана и Штрассмана показывали, кроме того, что обе части расщепленного ядра, будучи более тяжелыми, чем это определялось величиной их заряда, и сами могли излучать нейтроны, что влекло за собой цепную реакцию. Таково же было и мнение венгерского физика Лео Сциларда, который еще в 1933 году предвидел такую возможность. Сциларда поставил в известность об эксперименте Гана — Штрассмана Нильс Бор, которому сообщил об этом Отто Фриш. За несколько дней международное сообщество физиков-ядерщиков пропустило через себя эту новость в режиме цепной реакции: урановая лихорадка распространялась тогда подобно огню по бикфордову шнуру. В конце января 1939 года в Вашингтоне состоялась конференция физиков, созванная по инициативе Джорджа (Георгия) Гамова — физика, сбежавшего за три года до этого из Советского Союза. Конференция проводилась при участии и шефстве таких научных светил, как Нильс Бор, Энрико Ферми, Эдвард Теллер, Ханс Бете и Отто Штерн. Она провозгласила наступление атомной эры, которая обещала и суперизобилие энергии, и невообразимые разрушения.
Советских физиков проинформировал об этих событиях Фредерик Жолио-Кюри, который в своем письме к Иоффе направил ему также соответствующие статьи из газеты «Нью-Йорк таймс» и журнала «Физикэл ревью». Лейпунский, Харитон и Зельдович немедленно засели за совместную работу, о которой говорилось выше. Один из самых блестящих протеже Иоффе Игорь Курчатов предложил использовать свою лабораторию в Ленинградском физико-техническом институте для проверки и дальнейшей разработки научных открытий немцев.
Его ученики Георгий Флёров и Лев Русинов экспериментально установили, что при делении ядро атома урана излучает от двух до четырех нейтронов, что увеличивало шансы возникновения цепной реакции. В рамках другого эксперимента молодой Флёров, работая совместно с Константином Петржаком, настолько улучшил конструкцию ионизационной камеры, что они с ее помощью могли наблюдать процесс произвольного деления урана, то есть деления ядер урана при отсутствии нейтронного облучения. Проявив удивительную изобретательность, Курчатов еще раз поставил этот эксперимент в московском метро, для того чтобы исключить влияние, если таковое было, космических лучей. Получив необходимое разрешение городских властей, доставив громоздкое оборудование по городским улицам и преодолев сопротивление машинистов поездов метро, физики с неортодоксальным мышлением достигли своей цели: эксперимент под землей давал такие же результаты, что и на ее поверхности. Космические лучи не играли при этом никакой роли.
В июне 1940 года ободренные исследователи, поддержанные Курчатовым, который великодушно отказался засекречивать результаты их работы, направили телеграмму в американский журнал «Физикэл ревью» — одно из ведущих изданий по этой научной специализации — и обратились в Академию наук СССР с предложением срочно выделить средства на изучение проблемы деления атомов урана. Это предложение первоначально выдвинул Иоффе, но, прозвучавшее из уст молодых ученых, оно не встретило у их опытных коллег особого энтузиазма.
Вызванные в столицу для доклада Курчатов и его коллеги ощутили определенное сопротивление, но им тем не менее удалось реализовать свое предложение о создании Комиссии по урану в рамках Академии наук. Директор Института радия в Ленинграде Виталий Хлопин возглавил эту комиссию. В ее состав вошли люди с самыми известными в советской науке именами: Абрам Иоффе, Владимир Вернадский, Александр Ферсман, Сергей Вавилов и Петр Капица. Все эти люди родились в прошлом веке, и каждый был лидером в своей области науки: они изучали законы природы, основывали свои научные школы и достигли желанного звания академика. Курчатов, которому только что исполнилось тридцать шесть лет, и Юлий Харитон, тридцати четырех лет, руководившие лабораторией под эгидой Иоффе, принадлежали к новому, набирающему силу поколению физиков. Еще не академики, но уже доктора наук, они были включены в состав комиссии в качестве младших членов. Флёров, Петржак и Русинов, не достигшие тридцати лет, имели звания еще ниже.