Отто Ган: химик, который расщепил атом и пожалел об этом

«Мы все больше приходим к ужасному выводу, что наши изотопы Ra ведут себя не как Ra, а как Ba», — писал Отто Ган своей бывшей коллеге в изгнании Лизе Мейтнер 19 декабря 1938 года, не в силах поверить в результаты собственной тщательной химической работы. «Может быть, ты сможешь придумать какое-нибудь фантастическое объяснение». Она смогла. Уран расщеплялся на две части. Ган проведет остаток своей жизни как первооткрыватель ядерного деления, единственный лауреат Нобелевской премии за это и — все чаще публично — один из самых ярых его противников.

Нюх на новые элементы

Ган родился во Франкфурте в 1879 году в семье процветающего стекольщика. Он пошел против желания отца, который хотел, чтобы он изучал архитектуру, и вместо этого занялся химией, проводя первые эксперименты в семейной прачечной. После получения докторской степени в Марбурге в 1901 году, стажировка в Университетском колледже Лондона под руководством Уильяма Рамзая в 1904 году привела к его первому настоящему открытию: радиоторию, полученному случайно при работе с солями радия. Рамзай отправил его в лабораторию Эрнеста Резерфорда в Макгилле, где Резерфорд заметил: «У Гана особый нюх на открытие новых элементов» — комплимент, который Ган будет неоднократно оправдывать, изолируя радиоактиний, мезоторий и ионий в последующие годы, работая одно время в переоборудованной столярной мастерской в Берлине, оснащенной электроскопами, которые он построил из банок из-под кофе.

Тридцать лет с Лизой Мейтнер

В 1907 году Ган начал научное сотрудничество с австрийским физиком Лизой Мейтнер, которое продлилось три десятилетия и изменило радиохимию. Мейтнер, которой как женщине был запрещен вход в главное здание университета, некоторое время работала через отдельный вход и в переоборудованной столярной мастерской. Вместе они открыли радиоактивную отдачу, а в 1918 году изолировали протактиний, долгожданное недостающее звено между торием и ураном в периодической таблице — работа, за которую Макс Планк неоднократно, но безуспешно номинировал их на Нобелевскую премию в 1920-х годах. Ган также идентифицировал ядерную изомерию в 1921 году, описав необъяснимую загадку, которую Карл Фридрих фон Вайцзеккер теоретически разрешит только в 1936 году. В 1920-х и 1930-х годах он стал, по почти всеобщему признанию, отцом радиохимии, опубликовав стандартный учебник Applied Radiochemistry и подготовив поколение ядерных химиков.

Деление

После открытия нейтрона Джеймсом Чедвиком в 1932 году и экспериментов Энрико Ферми по бомбардировке урана нейтронами, Ган, Мейтнер и химик Фриц Штрассман потратили годы на поиски того, что они считали новыми трансурановыми элементами, полученными в результате бомбардировки — атомов тяжелее урана с озадачивающими, непоследовательными периодами полураспада. В марте 1938 года аншлюс лишил Мейтнер австрийского гражданства и заставил ее бежать в Швецию почти ни с чем; Ган вложил ей в руку кольцо с бриллиантом, унаследованное от матери, когда она уезжала. Они продолжали переписываться. В декабре 1938 года Ган и Штрассман обнаружили, что их якобы тяжелые новые продукты ведут себя химически точно так же, как барий — гораздо более легкий элемент, составляющий примерно половину массы урана. Ган, осторожный химик, которому было не по себе от революционных физических выводов, отправил Мейтнер данные, а не теорию. Прогуливаясь по снегу недалеко от Кунгэльва со своим племянником Отто Фришем во время рождественских праздников, Мейтнер разработала физику: ядро урана не сбрасывало мелкие фрагменты, а расщеплялось примерно пополам, высвобождая огромную энергию, предсказанную эквивалентностью массы и энергии Эйнштейна. Фриш позаимствовал слово «деление» (fission) из биологии, чтобы описать это. Статья Гана и Штрассмана от января 1939 года, сообщающая об «Uranspaltung» — делении урана — и предсказывающая дополнительные нейтроны, которые могли бы поддерживать цепную реакцию, открыла ядерную эру в течение нескольких месяцев, когда лаборатория Фредерика Жолио в Париже подтвердила возможность цепной реакции в том же марте.

Война, Фарм-Холл и отложенная премия

Призванный в части химической войны в Первую мировую войну под командованием Фрица Габера, Ган пережил испытания отравляющим газом, а позже, во Второй мировой войне, работал над застопорившейся ядерной программой Германии, тихо вмешиваясь, чтобы защитить коллег-евреев и коллег частично еврейского происхождения от преследований. Захваченный командой союзной миссии «Алсос» в апреле 1945 года, он был интернирован вместе с девятью другими немецкими физиками в Фарм-Холле в Англии, где их разговоры тайно записывались. Именно там, слушая репортаж BBC о бомбардировке Хиросимы в августе 1945 года, Ган — по словам его собственных коллег, опустошенный — узнал, что сделало возможным его открытие; позже он сказал, что рад, что немецкая программа не успела первой создать бомбу. Три месяца спустя он узнал, опять же из британской газеты, а не из официального уведомления, что получил Нобелевскую премию по химии за 1944 год, присужденную за год, который Шведская академия удерживала, пока немцам было запрещено принимать Нобелевские награды по нацистскому закону. Он не мог поехать в Стокгольм, чтобы получить ее, до декабря 1946 года, и отдал часть призовых денег Штрассману, который проделал важную химическую работу, но не получил официального признания — решение, которое с тех пор широко трактуется как попытка исправить, пусть и в малой степени, награду, которая, по мнению многих историков и ученых, должна была достаться и Мейтнер.

Восстановление немецкой науки, затем отказ от бомбы

С 1946 года Ган руководил послевоенным восстановлением немецкой науки, сначала как последний президент запятнанного Общества кайзера Вильгельма, а затем как президент-основатель его преемника, Общества Макса Планка, роль, которую он занимал до 1960 года и использовал для увеличения финансирования немецких исследований примерно в четыре раза. В то же время он стал откровенным борцом против ядерного оружия, называя его использование «злоупотреблением или даже преступлением» физики, которую он помог открыть. Он организовал Майнаускую декларацию 1955 года, в которой десятки нобелевских лауреатов предостерегали от ядерной войны, и в 1957 году стал соавтором Геттингенского манифеста, в котором восемнадцать ведущих немецких ученых публично отказались помогать вооружать армию Западной Германии ядерным оружием — позиция, которая поставила его лицом к лицу с министерством обороны канцлера Конрада Аденауэра.

Почему Отто называют гением

Репутация Гана основана на необычном виде гениальности: не теоретическом блеске, а почти непревзойденном инстинкте практического открытия, сохранявшемся на протяжении шести десятилетий и десятков новых изотопов. Замечание Резерфорда о том, что у него «особый нюх» на поиск новых элементов, было не столько лестью, сколько точной профессиональной оценкой — Ган продолжал находить то, что упускали другие, от радиотория в 1905 году до самого деления в 1938 году, используя кропотливое химическое разделение, а не математическое предсказание.

Честный контраргумент является центральным для его истории, а не случайным. Физика, объясняющая то, что нашел Ган — почему уран расщеплялся и что сделало это возможным — пришла от Лизы Мейтнер и Отто Фриша, работавших в изгнании через несколько дней после того, как Ган отправил им свои озадачивающие результаты. Сам Ган, по собственному признанию, не мог сделать такой вывод; он нуждался в ней. Тот факт, что Нобелевская премия за деление досталась только Гану, в то время как Мейтнер и Штрассман остались непризнанными, сегодня широко рассматривается историками науки как одна из самых явных нобелевских несправедливостей XX века — случай, когда институциональная конвенция, а не справедливый учет того, кто совершил существенное мышление, решила, кого называть гением.

Наследие

Ган умер в 1968 году, проведя последние десятилетия в попытках обеспечить, чтобы его открытие служило медицине и энергетике, а не оружию — амбиция, реализованная лишь частично. Элемент 105, ганий, недолго носил его имя в спорах об американской номенклатуре, прежде чем был утвержден как дубний; Медаль мира имени Отто Гана, а также немецкое исследовательское судно и институты, носящие его имя, до сих пор отмечают жизнь, проведенную, как он сам говорил, в попытках ответить за то, что высвободило ядерное деление.