Mizející lžíce, růžový sníh a jiskřící bonbóny (Ukázka, strana 99)

Moseley dal atomové a jaderné vědě legitimní základ a ve dvacátých letech 20. století se v těchto oborech objevila spousta talentovaných vědců.

Dosáhnout úspěchu však bylo přesto obtížnější, než se čekalo. Za část toho zmatku byl nepřímo zodpovědný sám Moseley. Jeho práce dokázala, že izotopy jako olovo 204 a olovo 206 mohou mít stejný kladný náboj, ale různé atomové hmotnosti. Ve světě, který znal jen protony a elektrony, to vedlo k tomu, že se vědci plácali na mělčině s neohrabanými představami o kladně nabitých protonech v jádře, které požírají záporně nabité elektrony jako Pac-Man.4 Kromě toho museli vědci vyvinout zcela nový matematický nástroj, kvantovou mechaniku, aby pochopili, jak se subatomární částice chovají, a trvalo celá léta, než přišli na to, jak tento nástroj aplikovat třeba jen na prosté izolované atomy vodíku.

Vědci mezitím rozvíjeli i příbuzný obor radioaktivity: studium toho, jak se jádra rozpadají. Každý prachobyčejný atom se dokáže zbavovat elektronů nebo je krást, ale velikáni jako Marie Curie a Ernest Rutherford si uvědomili, že některé vzácné prvky dokážou odhazováním atomových šrapnelů měnit i svá jádra. Rutherford pomohl s klasifikací všech těchto šrapnelů na pouhých několik společných typů, které s pomocí řecké abecedy pojmenoval jako alfa, beta a gama rozpad. Nejjednodušší a nejvražednější je gama rozpad – k tomu dochází, když jádro vyzáří koncentrované rentgenové záření, dnes se objevuje v jaderných nočních můrách. Ostatní typy radioaktivity zahrnují přeměnu jednoho prvku v druhý, což ve dvacátých letech vypadalo velmi lákavě. Každý prvek je ale svým charakteristickým způsobem radioaktivní, takže hluboké, fundamentální vlastnosti alfa a beta rozpadu vědce mátly – a kromě toho je čím dál tím víc frustrovala i povaha izotopů. „Pacmanovský“ model selhával a několik odvážlivců navrhovalo, že jediný způsob, jak se vypořádat s tou spoustou nových izotopů, je zrušit celou periodickou tabulku.

Obrovské kolektivní plácnutí do čela, něco jako velký aha-efekt, se dostavilo v roce 1932, kdy James Chadwick, další z Rutherfordových studentů, objevil neutrální neutron, který přidává hmotnost, ale nikoliv náboj.

V kombinaci s Moseleyho postřehy ohledně atomového čísla začaly atomy (alespoň ty osamělé, izolované) náhle dávat smysl. Neutron znamenal, že olovo 204 i olovo 206 mohlo být stále olovo (mohlo mít stejný kladný 98 Ukázka elektronické knihy, UID: KOS227960

náboj v jádru a sedět ve stejné škatulce v periodické tabulce), i když se jejich atomové hmotnosti lišily. Rovněž povaha radioaktivity náhle dávala smysl.

Beta rozpad se chápal jako přeměna neutronů na protony nebo opačně – a protože se při něm mění atomové číslo, atomy se mění na atomy jiného prvku. Alfa rozpad také mění prvky, a na jaderné úrovni je to ta nejdramatičtější změna: odmrští se při něm dva neutrony a dva protony.

Během příštích několika let se z neutronu stalo něco víc než jen teoretický nástroj. Kupříkladu poskytl fascinující způsob, jak sondovat vnitřnosti atomů, protože když vědci stříleli proti atomům neutrony, nebyly na rozdíl od nabitých částic elektricky odpuzovány. Neutrony také vědcům pomohly indukovat nový typ radioaktivity. Prvky, zvláště pak ty lehčí, se snaží udržovat poměr neutronů a protonů zhruba jedna ku jedné. Má-li atom příliš mnoho neutronů, rozštěpí se, čímž se uvolní energie a nadbytečné neutrony. Pokud okolní atomy tyto neutrony absorbují, začnou být nestabilní a vyplivnou ještě víc neutronů: je to kaskáda zvaná „řetězová reakce“. Myšlenka řetězové jaderné reakce napadla fyzika Lea Szilarda jedno ráno v roce 1933, když stál na londýnské křižovatce. V roce 1934 si ji nechal patentovat a už v roce 1936 se pokusil (ovšem neúspěšně) o vytvoření řetězové reakce v několika lehkých prvcích.

Všimněte si ale těch dat: zatímco lidstvo začínalo chápat, jak fungují elektrony, protony a neutrony, politický řád starého světa se hroutil. V době, kdy se Alvarez ve holičském křesle dočetl o štěpení uranu, byla Evropa už odsouzená ke zkáze.

Ve stejné době zanikl i honosný starý svět lovců prvků. Vědci se svým novým modelem vnitřností atomu začali chápat, že důvod, proč těch několik neobjevených prvků v periodické tabulce dosud nebylo objeveno, je, že jsou ze své podstaty nestabilní. I kdyby na Zemi původně existovaly ve velkém množství, už se dávno rozpadly. Příhodně to vysvětlovalo mezery v periodické tabulce, ale tato práce nakonec zahubila sama sebe. Sondování nestabilních prvků vědce přivedlo k tomu, že narazili na jaderné štěpení a neutronové řetězové reakce. A jakmile pochopili, že atomy je možné štěpit (a jakmile pochopili vědecké i politické důsledky tohoto faktu), začalo sbírání nových prvků jen proto, abychom si je někde vystavili, vypadat jako amatérský koníček, jako stará biologie v duchu „zastřel a vycpi“ z 19. století v porovnání 99 Ukázka elektronické knihy, UID: KOS227960

s dnešní molekulární biologií. A proto, když v roce 1939 přišla světová válka a vědcům začala klepat na dveře atomová bomba, bylo třeba ještě celých deseti let, než se někdo začal obtěžovat s tím, aby hledal promethium.

Ať už bylo nadšení vědců pro možnost štěpných bomb jakékoliv, teorii stále od skutečnosti dělila spousta práce. Dnes je těžké si to představit, ale lidé (nebo alespoň vojenští experti) pokládali atomové bomby za přinejlepším nepravděpodobné. Vojenští vůdci byli jako obvykle více než ochotní zapojit do druhé světové války vědce, a vědci svědomitě přiložili ruku k dílu, aby se válečné hrůzy díky novým technologiím, jako byla třeba lepší ocel, ještě prohloubily. Válka by však neskončila dvěma atomovými hřiby, kdyby americká vláda jenom okamžitě požadovala větší a účinnější zbraně a neprojevila politickou vůli investovat miliardy dolarů do oboru, který byl do té doby zcela nepraktický: do subatomární vědy. Zkoumání, jak řízeným způsobem dělit atomy, i tak vysoce přesahovalo možnosti tehdejší vědy.

Aby projekt Manhattan vůbec uspěl, musel použít zcela novou výzkumnou strategii: metodu Monte Carlo, která od základu změnila lidské představy o tom, co to znamená „dělat vědu“.

Jak už jsme říkali, kvantová mechanika fungovala docela dobře, pokud jste se zabývali jenom jednotlivými atomy. V roce 1940 už vědci věděli, že když atom pohltí neutron, udělá se mu špatně, vybuchne a možná při tom uvolní další neutrony. Sledovat dráhu jednoho konkrétního neutronu bylo snadné, o nic těžší než sledování odrážející se kulečníkové koule. Jenomže abyste spustili řetězovou reakci, musíte koordinovat miliardy miliard neutronů, které se pohybují všemi možnými směry a navíc různými rychlostmi.

Teoretický aparát vystavěný na chování jednoho neutronu na něco takového zákonitě nestačil. Uran a plutonium byly přitom drahé a nebezpečné látky, takže detailní experimentální práce nepřicházela v úvahu.

Vědci projektu Manhattan ale dostali rozkaz zjistit, kolik přesně uranu a plutonia je zapotřebí k vytvoření bomby. Použijete-li ho příliš málo, bomba nevybuchne. Použijete-li ho příliš mnoho, bomba sice vybuchne, ale válka se prodlouží o celé měsíce, protože čištění obou prvků (a v případě plutonia syntéza následovaná čištěním) bylo příšerně komplikované. Aby se to nějak zvládlo, rozhodli se někteří pragmatičtí vědci opustit oba tradiční přístupy, teorii i experiment, a proklestit třetí cestu.

100 Ukázka elektronické knihy, UID: KOS227960