Vật lí học và chiến tranh - Từ mũi tên đồng đến bom nguyên tử (Phần 59)

THƯ GỬI ROOSEVELT

Leo Szilard đã bỏ Đức sang Mĩ từ vài năm trước. Ông là người Do Thái, và khi Hitler lên nắm quyền ông biết số ngày ông ở lại Đức chỉ còn đếm lùi mà thôi. Năm 1933, ông đi sang Anh, sau đó đi tiếp sang Mĩ. Thật hay, khoảng thời gian này ông bắt đầu nghĩ tới khả năng có một quả siêu bom. Ông tâm sự với Fermi về lo lắng này, nhưng Fermi không mấy quan tâm; lúc này, Fermi chưa bị thuyết phục rằng có thể chế tạo bom. Thất vọng trước phản ứng của Fermi, Szilard quyết định tự mình làm cái gì đó.11 Ông biết rằng một trong những quặng trầm tích uranium lớn nhất được biết trên thế giới là ở Congo thuộc Bỉ. Và ngay khi các nhà khoa học Đức nhận ra uranium quan trọng như thế nào, họ sẽ hối hả mua uranium càng nhiều càng tốt. Szilard phải ngăn chặn họ. Ông nhớ rằng Einstein là một người bạn của nữ hoàng Bỉ. Ông lập tức gọi điện thoại cho Einstein, lúc này đang ở Viện Nghiên cứu Cao cấp Princeton, nhưng người ta trả lời ông rằng Einstein đang đi nghỉ hè ở Long Island.

Szilard xin địa chỉ của Einstein, nhưng ông lại gặp khó. Ông chưa từng học lái xe bao giờ, thế là ông phải rủ thêm ông bạn Isidor Isaac Rabi lái xe dùm ông. Sau một ít rắc rối, cuối cùng họ cũng tới nơi và được Einstein chào đón. Szilard thông báo tin tức với Einstein, và Einstein thấy bất ngờ; ông chẳng nghe nói gì về những khám phá mới ấy, nhưng ông lập tức tỏ mối bận tâm. Ông biết rằng nếu người Đức chế tạo được quả bom như thế thì có khả năng họ sẽ dùng nó, và điều đó khiến ông lo lắng. Szilard nói với ông chuyện quặng uranium ở Congo thuộc Bỉ và đề nghị ông viết thư cho Elizabeth, nữ hoàng Bỉ. Einstein không muốn phiền đến bà, thế là ông viết một bức thư gửi đến một người bạn trong nội các Bỉ.

Họ trao đổi về những gì họ có thể làm. Một bức thư gửi Nhà Trắng được đề xuất. Tuy nhiên, Szilard biết rằng một bức thư do ông kí tên sẽ bị bỏ xó trong khi một bức thư từ phía Einstein sẽ được xem xét nghiêm túc. Einstein đồng ý kí một bức thư do Szilard viết. Vấn đề tiếp theo là gửi thư cho Roosevelt; nó phải được trao trực tiếp cho ông để tránh mọi chuyện can thiệp. Szilard nhớ tới một người quen tên là Alexander Sachs, người thỉnh thoảng đến thăm Roosevelt. Szilard trao bức thư cho ông vào ngày 15 tháng Tám 1939, và Sachs đồng ý trao thư.

Tuy nhiên, lúc này nước Đức đang bên bờ vực tấn công Ba Lan, và Roosevelt đặc biệt bận rộn. Sachs đã vài lần cố gắng nhưng vẫn chưa được chấp thuận. Cuối cùng ông thành công vào tháng Mười 1939. Roosevelt đồng ý cần có hành động, và ông cho thành lập ủy ban cố vấn về uranium. Ủy ban có cuộc họp đầu tiên vào ngày 21 tháng Mười, tại đó sáu nghìn đô la đã được giải ngân để tiến hành các thí nghiệm về neutron. Szilard thấy thất vọng trước số tiền còm cõi ấy, nhưng chí ít đó cũng là một bước đầu tiên.

Tuy nhiên, có một số vấn đề phải vượt qua, trước khi họ có thể chế tạo bom. Trước hết, uranium phải được lọc sạch. Vào lúc ấy, uranium chẳng có công dụng gì được biết và có rất ít được khai thác, và lượng ít ỏi được sản xuất đó không được tinh khiết. Hơn nữa, Bohr và Fermi đã chỉ ra rằng chính U-235 mới đáng quan tâm, và chỉ có một lượng nhỏ U-235 trong uranium thiên nhiên. Phải tách riêng U-235 ra. Và có lẽ đáng quan tâm hơn hết thảy là phải chế tạo một dụng cụ làm chậm quá trình phân hạch sao cho điều khiển được nó. Cần có một dụng cụ như vậy để xác định có thể làm được bom hay không. Cuối cùng dụng cụ này được gọi là lò phản ứng hạt nhân. Và với một phản ứng có kiểm soát, người ta cần chất điều tiết (một vật liệu sẽ hấp thu một phần neutron sản sinh bởi phản ứng). Được biết có hai chất điều tiết: nước nặng và graphite. Nước nặng thì đắt tiền, vì thế graphite có vẻ là lựa chọn tốt hơn.

CHIẾN TRANH BÙNG NỔ

Tháng Chín 1939, Đức xâm lược Ba Lan và Thế chiến II bùng nổ. Do các chính sách của Hitler chống người Do Thái, nên nhiều người Do Thái chạy trốn khỏi Đức, trong đó có Albert Einstein và các nhà vật lí hàng đầu khác. Còn Werner Heisenberg, người vừa giành Giải thưởng Nobel, không phải người Do Thái, nên ông chẳng quan tâm chuyện rời đi. Ông được mời đảm đương vị trí tại một số trường đại học lớn ở Mĩ, nhưng ông đều từ chối. Là một người Đức, ông cảm thấy phải có bổn phận phụng sự tổ quốc khi cần. Và quả vậy, vào lúc chiến tranh nổ ra, chính quyền Quốc xã cũng nghe tới nói khả năng chế một quả siêu bom. Thật vậy, một nhóm nhà khoa học hàng đầu của Đức (số ít người chưa rời đi) đã được tuyển mộ vào nghiên cứu phân hạch uranium. Nhóm có tên gọi là Uranverein (Hội Uranium), và một trong những thành phần nổi bật là Otto Hahn, người đã khám phá sự phân hạch.12 Các thành viên Uranverein thoạt đầu miễn cưỡng mời Werner Heisenberg do ông là nhà lí thuyết, và việc chế tạo bom đòi hỏi các nhà thực nghiệm. Hơn nữa, ông kết bạn với nhiều nhà khoa học Do Thái, trong đó có Einstein, vì thế họ không muốn có thêm ông. Thật hay, Hahn là một thành viên bất đắc dĩ khác của nhóm, và cuối cùng ông hầu như chẳng có đóng góp gì cho nó. Ông liên tục nêu ý kiến phản bác dự án, cam đoan rằng sẽ không bao giờ làm được bom. Cuối cùng Uranverein quyết định mời Heisenberg vào nhóm vào cuối tháng Chín 1939 nhằm giúp giải quyết những vấn đề có vẻ như không vượt qua được. Chẳng mấy chốc, Heisenberg trở thành thủ lĩnh nhóm.

Heisenberg nhận ra rằng bước đầu tiên phải làm là chế tạo một lò phản ứng hạt nhân: một quả bom được làm chậm. Và chất điều tiết tốt nhất là nước nặng, hay deuterium. Nhưng deuterium không có nhiều ở Đức; tuy nhiên, nó được sản xuất trong một nhà máy ở Vemork, Na Uy. Đức vẫn chưa xâm chiếm Na Uy, thành ra nhóm phải mua deuterium để dùng. Nhà máy Vemork đặt cao trên các vịnh hẹp ở vùng sâu của Na Uy, cách Oslo khoảng 150 dặm.

Người Đức đến gặp chủ nhà máy Vemork và đề nghị mua hết toàn bộ nước nặng sẵn có của nhà máy. Người Na Uy thấy bất ngờ trước đề nghị đó và tự hỏi tại sao người Đức cần nhiều đến thế. Khi họ không được cung cấp câu trả lời, họ từ chối bán. Đồng thời khi ấy, gia đình Joliot-Curie ở Paris đi tới kết luận giống như người Mĩ và người Đức. Để có bom, cần có lò phản ứng, và lò phản ứng cần nước nặng làm chất điều tiết. Do đó, chính phủ Pháp cử đại diện đến Vemork, và khi ông này nói với các viên chức Na Uy họ cần nước nặng để làm gì, họ chứa cung ứng cho ông toàn bộ không lấy tiền.

Sau đó, vào tháng Tư 1940, Đức xâm lược Na Uy, làm thay đổi cục diện. Quân đội Đức tức tốc đánh chiếm nhà máy và thất vọng thấy rằng toàn bộ nước nặng đã chở hết sang Pháp. Vì thế, người Đức lập tức hạ lệnh tăng tốc sản xuất và nhấn mạnh rằng toàn bộ lượng sản xuất ra phải chở sang Berlin.

Vào đầu tháng Sáu 1940, Đức cũng xâm lược Pháp, và khi Paris thất thủ vào ngày 14 tháng Sáu, các nhà vật lí Uranverein lập tức đến phòng thí nghiệm Joliet-Curie, mong tìm thấy nước nặng và uranium. Joliot-Curie quả quyết rằng toàn bộ đã được cho lên một con tàu và con tàu bị đắm, và người Đức chấp nhận câu trả lời đó. Thật ra, vật tư đã được chở sang Anh.

Lúc này, người Đức đã có sự tiến bộ đáng kể. Một trong các thành viên nhóm Uranverein tính được rằng uranium phải được làm giàu để nó chứa U-235 nhiều hơn U-238 70 phần trăm thì mới dùng được trong phản ứng. Họ còn tìm thấy rằng khi U-238 bắt giữ một neutron nó tạo ra U-239, đồng vị này không bền và phân rã phóng xạ trong hai mươi ba phút. Nguyên tố mới, vẫn chưa được đặt tên, có thể phân hạch theo Carl Friedrich von Weizsäcker, một trong các thành viên nhóm. Điều này có nghĩa là nếu họ có thể chế tạo một lò phản ứng thì họ có thể sẽ có cách tạo ra một nguyên tố khác nữa có thể dùng làm bom.

Mùa hè năm 1940, một tòa nhà mới tại Viện Kaiser Wilhelm ở Berlin được giao cho nhóm Uranverein sử dụng. Nó nằm liền kề Viện Vật lí và gọi là Nhà Virus. Nước Đức lúc này đã có nguồn cung uranium dồi dào, nước nặng dư dật, và một vài phát triển quan trọng từ phòng thí nghiệm Joliot-Curie. Thế nhưng các thành viên Uranverein sớm vướng phải khó khăn của việc tách U-235 ra khỏi uranium thiên nhiên.

Sự phân hạch tạo ra phản ứng dây chuyền

TRONG KHI ĐÓ Ở NƯỚC ANH

Trong khi đó, Otto Frisch vẫn chưa yên vị; ông di cư sang Anh và lúc này làm việc với Rudolf Peierls tại Đại học Birmingham. Peierls trước đó làm việc cho Fermi tại Đại học Rome. Frisch và Peierls hợp tác nghiên cứu vấn đề cần bao nhiêu U-235 cho một quả bom. Vấn đề này về sau gọi là kích cỡ tới hạn. Trước sự bất ngờ của họ, các tính toán của họ cho thấy sẽ cần một lượng rất lớn. Dẫu thế, công trình của họ chứng minh rằng một quả bom thật sự là có thể. Quả vậy, họ kết luận trong báo cáo của họ rằng những gì cần thiết là hai mảnh U-235 nhỏ hơn kích cỡ tới hạn. Khi hai mảnh được ép lại với nhau, chúng sẽ lập tức phát nổ, nhưng chúng có thể được chuyên chờ an toàn miễn là chúng dưới kích cỡ tới hạn. Do bởi công trình của họ, giới chức Anh quyết định thành lập một tổ chức gọi là Ủy ban MAUD nghiên cứu nguyên tử vào đầu năm 1941. Không ai dám chắc tên gọi ấy có gốc gác từ đâu. Nó không phải tên viết tắt, và hình như nó xuất xứ từ một lá thư do Meitner gửi cho một người bạn Anh. Kết thư bà kí tên là Maud, và trong phút chốc người ta từng nghĩ đó là một kiểu mật mã nào đó. Hóa ra thì chẳng phải.

Vào tháng Bảy 1941, Ủy ban MAUD đưa ra hai báo cáo.13 Báo cáo thứ nhất nói rằng họ đã xác định được có thể chế tạo một quả bom vào lúc này, sử dụng xấp xỉ hai mươi lăm pound uranium đã làm giàu, và nó có tác dụng hủy diệt bằng một nghìn tám trăm tấn TNT. Báo cáo khuyến nghị rằng nên lập tức triển khai công việc và nên tiến hành hợp tác với người Mĩ. Lúc ấy, nước Mĩ có nhiều tài nguyên hơn Anh để chế tạo một quả bom như thế. Ngoài ra, một ủy ban mới mang mật danh Tube Alloys được thành lập chung với Canada nhằm tiếp tục phát triển vũ khí hạt nhân.

Tháng Sáu 1940, báo cáo MAUD được gửi đến Vannevar Bush, người đứng đầu Ủy ban Nghiên cứu Quốc phòng ở Mĩ. Các kết quả được báo cáo lên Roosevelt, và đã có nhiều bàn luận về khả năng chế tạo bom, nhưng ít có hành động.

Cuối cùng, vào tháng Tám 1941, Mark Oliphant, một trong các lãnh đạo của Ủy ban MAUD, quyết định bay sang Mĩ xem rốt cuộc vấn đề là gì. Trước sự nản lòng của ông, ông thấy Bush chẳng làm gì nhiều với bản báo cáo; nó được xếp xó yên vị. Ông lập tức đi gặp một vài thành viên của Ủy ban Uranium Hoa Kì và nhấn mạnh tầm quan trọng của hành động. Ông đi gặp Ernest Lawrence vào ngày 21 tháng Chín, và họ sớm tiếp nhận thêm Robert Oppenheimer, ông này cảm thấy bất ngờ trước những gì nước Anh đạt được liên quan đến bom.

Cả Oppenheimer và Lawrence lúc này đều mắc míu tham gia. Họ liên lạc với Arthur Compton thuộc Đại học Chicago, và ủy ban đánh giá lập tức được thành lập. Vẫn còn một số hoài nghi về U-235, nhưng trong khi đó Glenn Seaborg thuộc Đại học California đã tạo ra được nguyên tố 94 (ngày nay gọi là plutonium). Và vào ngày 18 tháng Năm, họ chỉ ra được rằng nó có tốc độ phân hạch gần gấp đôi so với U-235. Do đó, nó cũng là một vật liệu thích hợp để làm bom nguyên tử. Đây là tin tốt lành. Nếu có thể xây dựng một lò phức tạp, thì nguyên tố mới này có thể được sản xuất tương đối dễ dàng.

Trong khi đó, Ủy ban MAUD đã gửi thêm các báo cáo đến Mĩ. Báo cáo thứ hai và thứ ba đến vào cuối tháng Mười 1941, và chúng khẩn thiết hơn nhiều. Báo cáo cho biết một khối lượng chừng mười hai kilogam là đủ cho kích cỡ tới hạn.

Sau đó, vào ngày 7 tháng Mười Hai 1941, máy bay cất cánh từ một số tàu sân bay của Nhật đã ném bom hạm đội Mĩ ở Trân Châu Cảng. Ngày hôm sau Roosevelt tuyên chiến với Nhật, và chẳng mấy chốc nước Mĩ cũng tuyên chiến với Đức và Italy.

HEISENBERG VÀ BOHR

Vào tháng Mười Hai 1940, Heisenberg và đội của ông đã xây được lò phản ứng đầu tiên của họ. Đó là một dụng cụ tương đối đơn giản nhưng không kích hoạt được một phản ứng dây chuyền. Nhưng các thí nghiệm tương tự khác đang diễn ra ở Heidelberg và Leipzig. Thí nghiệm ở Leipzig dùng sáp paraffin làm chất điều tiết, còn thí nghiệm ở Heidelberg dùng nước nặng. Cả hai thí nghiệm lại thất bại. Vấn đề có vẻ do uranium; nó chưa được làm giàu U-235 đủ mức. Lúc này người Đức biết rằng nếu nguyên tố 94 có thể được sản xuất trong lò phản ứng, thì nó cũng là vật liệu tuyệt vời để làm bom. Vì thế đã có thêm nhiều khích lệ tăng tốc dự án, và để làm vậy họ cần thêm nước nặng. Hơn nữa, lúc này họ bắt đầu lo ngại về sự tiến triển ở Anh và Mĩ. Heisenberg tin chắc rằng nhóm của ông đã dẫn xa trước họ, nhưng ông phải biết cho chắc.14

Đan Mạch bị Đức xâm chiếm vào tháng Tư 1940, song Bohr vẫn quyết định ở lại Viện Vật lí Lí thuyết của ông ở Copenhagen. Ông là hậu duệ Do Thái, nhưng chính phủ Đan Mạch thỏa thuận với Đức không làm hại người Do Thái ở Đan Mạch, đó là một trong các điều kiện đầu hàng. Bohr sẽ biết những gì đang diễn ra liên quan đến các dự án Anh và Mĩ, nhưng làm sao để Heisenberg nói chuyện với ông bây giờ? Cả hai người đều bị giám sát chặt chẽ.

Khi người Đức tiếp quản Đan Mạch, họ lập một viện văn hóa Đức ở Copenhagen. Một đề xuất được gửi đến văn phòng ngoại giao Đức nhờ sắp xếp một hội nghị về vật lí lí thuyết và mời cả Heisenberg và Bohr. Hội nghị được tổ chức vào giữa tháng Chín 1941. Heisenberg háo hức muốn nói chuyện với Bohr, song ông lo lắng không biết Bohr sẽ phản ứng thế nào. Ông từng làm việc với Bohr và chơi thân với ông ta trong nhiều năm, nhưng bây giờ mọi thứ không còn như xưa nữa. Về phần mình, Bohr chẳng màng lắm chuyện tham dự hội nghị, và ông tẩy chay phần lớn nội dung hội nghị. Tuy nhiên, ông tò mò muốn biết người Đức đã triển khai tới đâu trong việc phát triển bom nguyên tử, và ông biết Heisenberg là một phần của chương trình đó.

Heisenberg đến thăm viện của Bohr và ăn trưa với ông hai lần. Tuy nhiên, Bohr nhanh chóng khiến Heisenberg chán ngấy. Ông nói với Bohr rằng điều quan trọng là nước Đức thắng cuộc chiến, vì như vậy sẽ giúp phát triển Đông Âu. Bohr không thể nói gì thêm. Trong lần gặp thứ hai, Bohr hỏi về bom nguyên tử của người Đức và tiến độ nghiên cứu. Heisenberg biết Gestapo, cảnh sát chìm của Đức Quốc xã, đang giám sát nhất cử nhất động của ông, nên ông đề nghị họ nói sang nghiên cứu của Bohr.

Điều rõ ràng đối với Bohr là Heisenberg đang làm gì đó có khả năng giúp nước Đức phát triển bom. Đây là một cú sốc đối với Bohr. Heisenberg tiếp tục vẽ một hình phác thảo đưa cho Bohr. Bohr nghĩ đó là hình vẽ một quả bom nguyên tử, và ông đẩy trả lại. Như chuyện vỡ lẽ, đó thật ra là hình phác thảo một lò phản ứng. Sau đó Heisenberg bắt đầu thăm dò ông về tiến độ của người Anh và người Mĩ. Bohr lập tức nghi ngờ rằng Heisenberg đang cố thăm dò các bí mật. Bohr nói ít, và cuộc gặp đó, nói chung, là một thảm họa cho cả đôi bên.

Vật lí học và chiến tranh
Barry Parker - Bản dịch của TVVL
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

TẢI XUỐNG EBOOK

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Tạo bảng điểm online

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 94)
22/03/2020
Dubnium Sau một thập niên hậu chiến chiếm thế thượng phong không đối thủ trong việc tổng hợp các nguyên tố siêu nặng,
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 93)
22/03/2020
Lawrencium Khi nghệ sĩ trào phúng Tom Lehrer sáng tác bài hát bảng tuần hoàn nổi tiếng của ông, ‘Các Nguyên Tố’, vào năm 1959
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 48)
21/03/2020
Ý THỨC (NƠI) ĐỘNG VẬT – ANIMAL CONSCIOUSNESS Động vật có suy nghĩ không? Và nếu vậy, chúng nghĩ gì? Câu hỏi này đã làm
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 47)
21/03/2020
S.E.T.I VÀ NỀN VĂN MINH NGOÀI HÀNH TINH Thứ hai, công nghệ kính viễn vọng vô tuyến ngày càng tinh vi hơn (radio telescope technology,
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 84)
17/03/2020
Soliton 1834 John Scott Russell (1808–1882) Soliton là một sóng đơn độc giữ được hình dạng của nó trong khi truyền đi những
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 83)
17/03/2020
Định luật Cảm ứng Điện từ Faraday 1831 Michael Faraday (1791-1867)   “Michael Faraday ra đời vào năm Mozart qua đời,”
Tìm hiểu nhanh về Vật chất (Phần 4)
15/03/2020
Chương 4 Năng lượng, khối lượng, và ánh sáng Vào đầu thế kỉ 20, vật lí học đã chuyển mình với hai cuộc cách mạng vĩ
Tìm hiểu nhanh về Vật chất (Phần 3)
15/03/2020
Chương 3 Các dạng vật chất Nước là một trong vài chất quen thuộc hằng ngày có thể tồn tại tự nhiên trên Trái Đất ở

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com