رابرت اوپنهایمر؛ فیزیکدان نابغه چگونه به «نابودگر جهان‌ها» تبدیل شد؟
جِی رابرت اوپنهایمر احتمالا مهم‌ترین فیزیکدان تمام دوران‌ها محسوب می‌شود. او هرگز برنده‌ی جایزه نوبل نشد، اما بیش از اغلب برندگان این جایزه، جهان را تغییر داد. بهترین فیزیکدانان قرن بیستم تحت رهبری او بمب اتم را ساختند و مسیر تاریخ را برای همیشه تغییر دادند. به‌قول خود اوپنهایمر: «اگر جنگ جهانی دیگری رخ دهد، تمدن بشری ممکن است سقوط کند.»
سازنده‌ی بمب اتم، بر هر جنگی که بعد از جنگ جهانی دوم به راه افتاد و هر صلحی که برقرار شد، تاثیر گذاشته است. او درعین‌حال راهی برای نابودی بشر به دست خود خلق کرد. اوپنهایمر در سال ۱۹۶۵ در مستندی از شبکه‌ی ان‌بی‌سی نیوز، از بهاگاواد گیتا، کتاب مقدس هندو این خط را خواند: «اکنون من به مرگ و نابودگر جهان‌ها تبدیل شده‌ام.»
بااین‌حال، زندگی اوپنهایمر چیزی فراتر از پشیمانی بود. کای برد، نویسنده‌ی مشترک کتاب زندگی‌نامه‌ی اوپنهایمر به نام «پرومتئوس آمریکایی: پیروزی و تراژدی جی رابرت اوپنهایمر» که در سال ۲۰۰۵ برنده‌ی جایزه‌ی معتبر پولیتزر شد، در وصف این فیزیکدان می‌گوید: «[اوپنهایمر] به‌عنوان پدر بمب اتم، [شخصیتی] جالب بود؛ اما قوس واقعی در داستان وی، تراژدی است.»
به بهانه‌ی اکران اوپنهایمر، اثر سینمایی تحسین‌شده‌ی جدید کریستوفر نولان، در این مقاله با زومیت همراه باشید تا با زندگی رابرت اوپنهایمر و نحوه‌ی ساخت بمب اتم آشنا شوید و دریابید چرا دانشمندان نگران بودند که انفجار هسته‌ای ممکن است جو زمین را به آتش بکشاند و به کل حیات روی زمین پایان دهد.
اوپنهایمر جوان
وقتی رابرت اوپنهایمر ۲۱ ساله بود، سیبی آغشته به مواد شیمیایی سمی را روی میز پاتریک بلکت، استاد فیزیک خود در کمبریج گذاشت. بلکت فیزیکدان تجربی بود و رابرت را واداشته بود تا مشغول انجام فعالیتی شود که می‌دانست مهارت چندانی در آن ندارد: کار آزمایشگاهی. اوپنهایمر از قبل به‌منظور ساخت لایه‌های نازک بریلیم که برای مطالعه‌ی الکترون‌ها به‌کار می‌روند، روزهایش را صرف کار در گوشه‌ی آزمایشگاه زیرزمینی جوزف جان تامسون کرده بود.
اما اوپنهایمر دست‌وپا چلفتی بود و در این زمینه عملکرد خوبی نداشت. او اندکی بعد از انجام وظایفش در آزمایشگاه سرباز زد و وقت خود را صرف گوش‌دادن به سخنرانی‌ها و خواندن مجلات فیزیک کرد. سال ۱۹۲۵ بود و اوپنهایمر ۲۱ ساله به‌تدریج داشت مجذوب رشته‌ی جدید مکانیک کوانتوم می‌شد.
اوپنهایمر با وجود آنکه درمیان فیزیکدان برجسته‌ای مانند ارنست رادرفورد و جیمز چادویک حضور داشت، عمیقاً از وضعیت خود ناراضی بود. او در این زمینه برای یکی از دوستانش می‌نویسد: «دوران بسیار بدی را سپری می‌کنم. کار آزمایشگاهی به‌طرز وحشتناک خسته‌کننده است و به‌قدری در آن بی‌استعدادم که به هیچ وجه نمی‌توانم حس کنم درحال یادگیری هستم.»
در این وضعیت بود که رابرت تلاش کرد تا بلکت را مسموم کند. جزئیات این داستان در تاریخ فراموش شده است و گزارش‌ها درباره‌ی آن ضدونقیض هستند. برخی می‌گویند اوپنهایمر از سیانور استفاده کرد؛ اما دیگران باور دارند که سیب به ماده‌ای دیگر آغشته بود که صرفاً می‌توانست بلکت را بیمار کند. داستان باورنکردنی به‌نظر می‌آید؛ اما اوپنهایمر خود آن را تایید کرد. خوشبختانه بلکت سیب را نخورد، اما تلاش رابرت برای مسموم‌کردن استاد خود برای مقام‌های دانشگاه کمبریج آشکار شد.
در آن زمان، والدین رابرت از ایالات متحده به ملاقات پسرشان رفتند و جولیس اوپنهایمر با موفقیت توانست مقام‌های کمبریج را متقاعد کند که اتهامات جنایی را علیه پسرش مطرح نکنند. با توجه به ثروت خانوادگی رابرت، وی حتی از کمبریج اخراج نشد؛ اما به این شرط که با یک روانپزشک در لندن جلسات مشاوره‌ی دوره‌ای داشته باشد.
اوپنهایمر بر هر جنگی که بعد از جنگ جهانی دوم به راه افتاد و هر صلحی که برقرار شد، تاثیر گذاشته است
در تابستان ۱۹۲۶، رابرت به دانشگاه گوتینگن در آلمان رفت. ماکس بورن، رئیس دانشکده‌ی فیزیک گوتینگن دو سال قبل اصطلاح «مکانیک کوانتومی» را ابداع کرده بود. بورن نزد دانشجویان به‌عنوان آموزگاری دلسوز و متواضع شناخته می‌شد و به پرورش فیزیکدانانی چون ورنر هایزنبرگ، ولفگانگ پاولی، انریکو فرمی و یوجین ویگنر یا به عبارت دیگر، مشاهیر مکانیک کوانتومی کمک کرده بود.
کلاسی که اوپنهایمر در آن بود نیز با حضور دانشجویان برجسته‌ای مانند پل دیراک و جان فون نویمان، محیط فوق‌العاده‌ای محسوب می‌شد. درحالی‌که فرهنگ دانشگاهی در کمبریج بر فیزیک تجربی تمرکز داشت، در گوتینگن همه چیز درباره‌ی فیزیک نظری بود و استعداد اوپنهایمر نیز تحت نظر ماکس بورن شکوفا شد. سلامت روانی رابرت بهبود یافت و او خود را درمیان گروهی از افرادی یافت که به همان اندازه‌ی وی شیفته‌ی فیزیک بودند.
در ۱۴ نوامبر ۱۹۲۶، رابرت برای فرانک، برادر کوچک‌ترش نوشت «از گوتینگن خوشت خواهد آمد. کارم سخت، اما شکر خدا تقریبا دلپذیر است.» رابرت درحال شکوفایی بود و استعدادش شناخته می‌شد. بورن بعدا در مورد اوپنهایمر نوشت: «او مردی بسیار بااستعداد بود و آگاهی وی از برتری‌اش به گونه‌ای بود که به دردسر و مشکل‌آفرینی ختم می‌شد.»
وقتی اوپنهایمر ۲۳ ساله بود، با مدرک دکترای فیزیک فارغ‌الاتحصیل شد. او رساله‌ی خود را به زبان آلمانی در مورد نظریه کوانتومی طیف‌های پیوسته نوشت. اوپنهایمر در مجموع در دو سالی که در گوتینگن بود، بیش از ۱۲ مقاله منتشر کرد که بسیاری از آن‌ها تکمیل‌کننده‌ی پژوهش‌های ورنر هایزنبرگ بودند. هایزنبرگ فقط سه سال از اوپنهایمر بزرگ‌تر بود و این دو سرانجام در سال ۱۹۲۷ با یکدیگر آشنا شدند. در همان سال، هایزنبرگ مقاله‌ی پیشگامانه‌ی خود را در مورد اصل عدم قطعیت کوانتومی منتشر کرد. طبق گفته‌ها، دو فیزیکدان جوان ارتباط دوستانه‌ی خوبی با یکدیگر برقرار کردند. اما هیچ‌کس نمی‌دانست که فقط ۱۵ سال بعد، آن‌ها به رقیبان مرگباری تبدیل خواهند شد که درتلاش برای ساخت اولین بمب اتم دنیا هستند؛ اوپنهایمر برای ایالات متحده آمریکا و هایزنبرگ برای آلمان نازی.
شکافت هسته‌ای امکان‌پذیر می‌شود
تا اواخر دهه‌ی ۱۹۲۰، تصور می‌شد که دریافت مقادیر چشمگیر انرژی از اتم‌های رادیواکتیو غیرممکن است. از زمان کشف واپاشی هسته‌ای (رادیواکتیویته) توسط هانری بکرل، ماری کوری و پیر کوری در اواخر دهه‌ی ۱۸۹۰، دانشمندان فکر می‌کردند که رادیواکتیویته فرایندی غیرفعال است. اتم‌های ناپایدار فقط در زمان‌های تصادفی و پیش‌بینی‌ناپذیر وامی‌پاشند و به‌طور قطع هیچ راهی برای کنترل آن وجود ندارد.
در سال ۱۹۳۳، ارنست رادرفورد، آموزگار قدیمی اوپنهایمر از کمبریج، نوشت: «هرکس که از دگرگونی‌های این اتم‌ها انتظار منبع انرژی را دارد، درحال چرندبافی است.» در همان سال، آلبرت انیشتین گفت: «کوچک‌ترین نشانه‌ای وجود ندارد که انرژی هسته‌ای یک‌روز دست‌یافتنی باشد. چنین چیزی بدان معنا است که اتم باید به میل خود وابپاشد.»
بااین‌اوصاف چگونه می‌توان هسته‌ی اتم را شکافت؟ می‌توان پروتون را برداشت، ازطریق یک میدان الکتریکی بزرگ شتاب داد و سپس آن را به هسته کوبید. این دقیقا همان کاری است که جان کاکرافت و ارنست والتون در سال ۱۹۳۲ انجام دادند. آن‌ها پروتون‌ها را برای برخورد با هسته‌های لیتیم شتاب دادند و آن‌ها را شکافتند. این دو دانشمند بعدا به پاس این پژوهش جایزه نوبل را دریافت کردند.
اما پروتون دارای بار مثبت است؛ درنتیجه به‌وسیله‌ی تمام هسته‌ها که بار مثبت نیز دارند، دفع می‌شود. به‌همین‌خاطر، کاکرافت و والتون برای غلبه بر این مانع، مجبور شدند از ۲۵۰ هزار ولت برای شتاب‌دادن به پروتون‌ها استفاده کنند. حتی در آن زمان، از هر یک میلیارد پروتون، فقط یک پروتون به هسته‌ی لیتیم برخورد کرد و آن را شکافت؛ درنتیجه راهکار دو دانشمند روش موثری برای دریافت انرژی نبود.
اما راه دیگری وجود دارد. در سال ۱۹۳۲، نوترون کشف شد؛ ذره‌ای زیراتمی که تقریبا ۰٫۱ درصد سنگین‌تر از پروتون است، بار الکتریکی ندارد و ازهمین‌رو از هسته دفع نمی‌شود. در سال ۱۹۳۳، لئو زیلارد، فیزیکدان مجاری-آمریکایی به این فکر می‌کرد که چگونه می‌توان از نوترون‌ها برای شکافتن هسته‌ها استفاده کرد. او دراین‌باره می‌نویسد: «ناگهان به ذهنم خطور کرد اگر بتوانیم عنصری پیدا کنیم که به‌وسیله‌ی نوترون‌ها شکافته شود و هنگام جذب یک نوترون، دو نوترون ساطع کند و سپس جرم کافی از آن عنصر جمع کنیم، می‌توانیم یک واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای را حفظ کنیم.» اما مسئله این بود که هیچ‌کس نمی‌دانست آیا عنصری وجود دارد که هسته‌اش توانایی انجام این کار را داشته باشد یا نه.
«کوچک‌ترین نشانه‌ای وجود ندارد که انرژی هسته‌ای یک‌روز دست‌یافتنی باشد»
در ۲۹ ژانویه ۱۹۳۹، لوئیس والتر آلوارز، فیزیکدان جوان و خوش‌آتیه‌ی آمریکایی که حین کوتاه‌کردن موی سر خود درحال خواندن روزنامه‌ی سان‌فرانسیسکو کرونیکل بود، ناگهان در نیمه‌ی اصلاح از روی صندلی بلند شد و به سمت دفتر اوپنهایمر دوید. آلوارز مقاله‌ای را خوانده بود که توضیح می‌داد چگونه دو شیمیدان آلمانی به‌نام‌های اتو هان و فریتس اشتراسمان با موفقیت اتم اورانیوم را با بمباران نوترون شکافتند.
اما اوپنهایمر تحت‌تاثیر قرار نگرفت و شکافت هسته‌ای را غیرممکن دانست. او در واکنش به هیجان‌زدگی آلوارز، روی تخته‌سیاه از نظر ریاضیاتی ثابت کرد که چرا شکافت هرگز نمی‌تواند حاصل شود. بااین‌حال روز بعد، آلوارز آزمایش دانشمندان آلمانی را تکرار و اوپنهایمر را برای دیدن آن دعوت کرد. آلوارز دراین‌باره می‌گوید: «در کمتر از ۱۵ دقیقه، اوپنهایمر نه‌تنها تایید کرد که واکنش واقعی است، بلکه همچنین حدس زد که در این فرایند، نوترون‌های اضافی جدا می‌شوند. این روش می‌تواند برای شکافتن اتم‌های اورانیوم بیشتر و درنتیجه تولید انرژی یا ساخت بمب استفاده شود.
وقتی یک اتم اورانیوم ۲۳۵ شکافته می‌شود، مقدار کمی از جرم خود را از دست می‌دهد و براساس معادله‌ی هم‌ارزی جرم و انرژی انیشتین، آن را به‌عنوان انرژی آزاد می‌کند. این انرژی آزادشده تقریبا ۲۰ برابر کمتر از مقدار مورد نیاز برای بالا‌آوردن یک دانه شن به ضخامت یک تکه کاغذ است. بااین‌حال اتم‌ها نیز کوچک هستند و در یک توده اورانیوم یک کیلوگرمی، حدود یک تریلیون تریلیون اتم وجود دارد. درنتیجه انرژی به سرعت جمع می‌شود. به‌زودی تقریبا همه متقاعد شدند که شکافت هسته‌ای امکان‌پذیر است.
هماهنگ‌کننده شکافت سریع
در اوت ۱۹۳۹، انیشتین که تا ۶ سال قبل معتقد بود بمب اتم غیرممکن است، به‌همراه جمعی دیگر از دانشمندان نامه‌ای را خطاب به فرانکلین روزولت، رئیس‌جمهور آمریکا امضا کرد. این نامه که درواقع به‌دست زیلارد نوشته شده بود، به روزولت در مورد امکان‌پذیری ساخت تسلیحات هسته‌ای هشدار می‌داد. نویسندگان همچنین خاطرنشان کردند که آلمان نازی پس از تصرف چکسلواکی به معادن اورانیوم این کشور تسلط پیدا کرده است.
روزولت یک کمیته‌ی غیررسمی اورانیوم را برای بحث در مورد این موضوع راه‌اندازی کرد؛ اما به‌مدت دو سال هیچ نتیجه‌ای حاصل نشد. سپس در سال ۱۹۴۱، روزولت کمیته‌ی غیررسمی اورانیوم را به کمیته‌ی S-1 ارتقا داد. کمیته‌ی جدید اکنون وظیفه داشت به‌طور مستقیم به کاخ سفید گزارش دهد. هدف صریح ساخت بمب اتمی بود و در مه ۱۹۴۲، اوپنهایمر با سمت «هماهنگ‌کننده‌ی شکافت سریع» در کمیته استخدام شد. اما چرا او انتخاب شد؟
رابرت اوپنهایمر پس از اتمام دوره‌ی دکترا، ابتدا در دانشگاه برکلی و سپس در کلتک استاد فیزیک شد. او نبوغ بالایی را که تحت نظر بورن از خود نشان داده بود، کماکان تداوم داد و استعدادش را در مسیری چشمگیر و درعین‌حال عجیب شکوفا کرد. اوپنهایمر در ۱۵ سال پس از اتمام دکترای خود در شاخه‌های مختلف، از فیزیک هسته‌ای تا نظریه میدان کوانتومی و حتی اخترفیزیک، کارهای پژوهشی مهم انجام داد. او چندین ایده‌ی برنده‌ی جایزه نوبل داشت و یکی از دانشجویانش به نام ویلیس لمب بعدا در سال ۱۹۵۵ به یکی از برندگان این جایزه تبدیل شد؛ اما خود اوپنهایمر با وجود آنکه سه بار نامزد دریافت نوبل شد، هرگز این جایزه را دریافت نکرد.
وقتی از ماری گل-من، فیزیکدان آمریکایی پرسیده شد که چرا به نظر او اوپنهایمر هرگز جایزه نوبل را نبرد، وی گفت «او سیتزفلایش نداشت.» این واژه‌ی آلمانی گوشت نِشسته (Sitting Flesh) ترجمه می‌شود و دراصل به‌معنای مداومت یا توانایی نشستن طولانی‌مدت روی صندلی و انجام کارهای سخت است. اوپنهایمر هرگز یک مقاله‌ی طولانی ننوشت یا محاسبه‌ای طولانی انجام نداد. ولفگانگ پاولی نیز دراین‌باره می‌گوید: «او هرگز حوصله‌اش را نداشت. ایده‌های او بسیار خوب، اما محاسباتش همیشه اشتباه است.» بااین‌حال، اوپنهایمر با مردم رفتاری شگفت‌انگیز داشت. او رهبری ذاتی و کاریزماتیک بود و ترکیب کاریزما و توانایی خلق ایده‌های عالی، در مرحله‌ی بعدی زندگی‌اش به‌خوبی به‌کار او آمد.
در ۱۸ سپتامبر ۱۹۴۲، ژنرال لسلی گرووز، افسر سپاه مهندسی ارتش ایالات متحده مسئول «پروژه منهتن» شد و همان‌طور که خود می‌گوید، مسئولیت ساخت بمب اتم را برعهده گرفت. در روز اول، او ۱۲۰۰ تن سنگ اورانیوم سفارش داد و در روز بعد، دستور داد تا محوطه‌ی اوک ریج که سنگ معدن در آن تصفیه می‌شد، خریداری شود. گرووز ماه بعد در اقدامی غافلگیرکننده، اوپنهایمر را به‌عنوان مدیر علمی آزمایشگاه لس آلاموس که قرار بود به‌زودی تاسیس شود، استخدام کرد. با این تصمیم، اوپنهایمر به‌عنوان معمار اصلی بمب اتم انتخاب شد.
اما ارتش در مورد انتخاب گرووز نگران بود. اوپنهایمر جایزه نوبل نداشت؛ درنتیجه آیا دانشمندانی که برای پروژه استخدام می‌شوند، به نظر او احترام خواهند گذاشت و از تصمیمات او پیروی خواهند کرد؟ اوپنهایمر همچنین هیچ تجربه‌ای در زمینه‌ی مدیریت پروژه‌ای به بزرگی منهتن نداشت. گذشته از این، وی یک فیزیکدان نظری و به‌قول ایزیدور ایزاک رابی، فیزیکدان لهستانی‌تبار «همکاری بسیار بی‌دست‌وپا بود و چیزی در مورد تجهیزات نمی‌دانست». علاوه‌بر تمام این‌ها، مشکل دردسرساز موضع سیاسی اوپنهایمر بود. او با حزب کمونیسم ارتباط داشت و کاترین، همسرش یکی از اعضای این حزب محسوب می‌شد.
اما گرووز تحت‌تاثیر اوپنهایمر قرار گرفت و برای «جاه‌طلبی بی‌نظیر» او ارزش قائل شد. او همچنین می‌دانست که توانایی اوپنهایمر در درک مسائل، نه‌تنها در فیزیک، بلکه شیمی، مهندسی و متالورژی بسیار ارزشمند خواهد بود. گرووز باور داشت که اوپنهایمر یک «نابغه واقعی» است و از این متعجب بود که چرا او همه چیز را می‌داند. «او می‌تواند در مورد هر چیزی که مطرح می‌کنید، با شما صحبت کند؛ البته نه دقیقا همه چیز. وی چیزی در مورد ورزش نمی‌داند.»
اوپنهایمر هیچ تجربه‌ای در زمینه‌ی مدیریت پروژه‌ای به بزرگی منهتن نداشت
گرووز و اوپنهایمر بیش‌ترین تفاوت ممکن را داشتند. با وجود آنکه هر دو تقریبا ۱۸۳ سانتی‌متر قد داشتند، وزن اوپنهایمر نصف گرووز بود. از نظر ایدئولوژیک، اوپنهایمر کمونیست و گرووز، محافظه‌کاری سرسخت بود. بااین‌حال، گرووز متقاعد شده بود که اوپنهایمر همان کسی است که می‌تواند قبل از نازی‌ها بمب اتم را بسازد و تنها چیزی که اهمیت داشت، همین بود. ایزاک رابی بعدا گفت استخدام اوپنهایمر برای مدیریت برنامه‌ی ساخت بمب اتم، «نبوغ واقعی از جانب ژنرال گرروز بود که عموما نابغه به‌حساب نمی‌آمد.»
پروژه منهتن به یک مکان نیاز داشت؛ جایی دورافتاده و مخفی تا از حمله‌ی دشمن در امان باشد و هرچند هیچ‌کس نمی‌خواست اذعان کند، محض احتیاط در صورت وقوع حادثه جمعیت کمی داشته باشد. اوپنهایمر شهر لس آلاموس در ایالت جنوب غربی نیومکزیکو را پیشنهاد داد. او در دهه‌ی ۲۰ سالگی، در کوه‌های نیومکزیکو عاشق بیابان خشن این منطقه شده بود. در سال ۱۹۲۱، اوپنهایمر در نامه‌ای به یکی از دوستانش نوشت: «دو عشق بزرگ من، فیزیک و نیومکزیکو هستند. حیف که نمی‌توان آن‌ها را با هم ترکیب کرد.»
اما اوپنهایمر چالش لجستیکی پیش‌رو را به‌شدت دست‌کم گرفته بود. در سال ۱۹۴۳، او تخمین زد که برای ساخت یک بمب به حدود ۶ دانشمند با پشتیبانی تعداد انگشت‌شماری از مهندسان و تکنسین‌ها نیاز دارد. برآورد او بیش از صد برابر کمتر از حد مورد نیاز بود. درنهایت، ۷۶۴ دانشمند برای کار روی پروژه منهتن استخدام و ۳۰۲ تن از آن‌ها در سایت لس آلاموس مشغول به‌کار شدند. درمجموع بیش از ۶۰۰ هزار نفر درگیر ساخت بمب اتم بودند. در آن مرحله، رسیدن به هدف دیگر غیرممکن نبود و محتمل به‌نظر می‌آمد.
بمب اتم چگونه ساخته می‌شود
دوم دسامبر ۱۹۴۲، تیمی از فیزیکدانان دانشگاه شیکاگو به رهبری انریکو فرمی، اولین رآکتور هسته‌ای مصنوعی به نام Pile-1 را ساختند. پیل-۱ شامل ۴۵ تن اورانیوم و اکسید اورانیوم و ۳۳۰ تن بلوک گرافیت بود و زیر سکوهای زمین فوتبال قرار داشت. اولین رآکتور هسته‌ای جهان درحدود نیم‌وات برق تولید می‌کرد و اگر بتوانید نیروگاه هسته‌ای بسازید، پس ساخت بمب نیز امکان‌پذیر است. تنها تفاوت واقعی بین این دو، تعداد نوترون‌هایی است که به اتم بعدی برخورد می‌کنند و موجب شکافت آن و آزادسازی نوترون‌های بیشتر می‌شوند. اگر به‌طور متوسط این عدد یک باشد، یک واکنش زنجیره‌ای خودپایدار وجود خواهد داشت؛ اما رشد نخواهد کرد. اگر کمتر از یک باشد، واکنش از بین می‌رود و اگر بیش از یک باشد، واکنش رشد می‌کند. این مسئله با عنوان «ضریب تکثیر موثر» شناخته می‌شود. واکنش‌های هسته‌ای از این نظر مانند بیماری‌های دنیاگیر هستند.
ساده‌ترین راه برای ساخت بمب اتم، این است که مواد شکافت‌پذیر کافی به هم نزدیک شوند تا یک واکنش زنجیره‌ای پیوسته به‌وجود آید. این مقدار با عنوان «جرم بحرانی» شناخته می‌شود. با اورانیوم ۲۳۵ به تقریبا ۵۲ کیلوگرم نیاز است که کره‌ای به قطر ۱۷ سانتی‌متر را تشکیل می‌دهد. اگر از پلوتونیم ۲۳۹ استفاده شود، جرم بحرانی بسیار کوچک‌تر، در حد فقط ۱۰ کیلوگرم است که می‌تواند کره‌ای به قطر صرفا ۱۰ سانتی‌متر ایجاد کند.
در چند سال اول، دانشمندان روی بمبی با طرح تفنگی کار کردند. در داخل بمب طرح تفنگ، دو قطعه اورانیوم ۲۳۵ وجود دارد که هر دو زیر جرم بحرانی هستند. سپس با استفاده از یک ماده‌ی منفجره معمولی مانند کوردیت، به سرعت یکی به سمت دیگری شلیک می‌شود و درنتیجه، جرم ترکیبی از جرم بحرانی فراتر می‌رود. وقتی گلوله‌ی اورانیوم در فاصله‌ی ۲۵ سانتی‌متری قرار بگیرد، واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای آغاز و به انفجار اتمی منجر می‌شود. این طراحی با وجود ساختار ساده، کارایی چندانی ندارد؛ زیرا فقط درصد کمی از اورانیوم تحت شکافت قرار می‌گیرد و درنتیجه بازدهی کلی بمب بسیار پایین‌تر است.
همچنین ممکن است مشکلات غیرمنتظره ظاهر شوند؛ مثلا چگونه می‌توان مطمئن شد که اورانیوم به آرامی درون لوله‌ی تفنگ سر می‌خورد؟ دانشمندان می‌دانستند که باید از روغن برای روان‌کردن لوله استفاده کنند؛ اما تمام روغن‌های مصنوعی که امتحان کردند، خشک می‌شدند. درنهایت، تنها روغن یافت‌شده که می‌توانست موثر باشد، روغن حاصل از اسپرم نهنگ بود.
فقط حدود ۰٫۷ درصد از اورانیوم طبیعی از نوع ۲۳۵ یا سوخت شکافت‌پذیر برای بمب‌های هسته‌ای است. وقتی اورانیوم ۲۳۵ یک نوترون را جذب می‌کند، برای مدت کوتاهی به اورانیوم ۲۳۶ تبدیل می‌شود، سپس خود را تقریبا دو نیم و به‌طور متوسط در هر شکافت، ۲٫۴ نوترون آزاد می‌کند. اما وقتی اورانیوم از زمین بیرون آورده می‌شود، بیشتر از نوع ۲۳۸ است که تحت شکافت قرار نمی‌گیرد. درنتیجه دانشمندان برای ساخت بمب اتم، از طیف‌سنج‌های جرمی غول‌پیکر برای جداسازی و فشرده‌کردن اورانیوم ۲۳۵ استفاده کردند و ماده‌ی حاصله، اورانیومی با غلظت بسیار بالاتر ایزوتوپ ۲۳۵ بود. به عبارت دیگر، اورانیوم غنی شده بود.
بااین‌حال، گزینه‌ی دیگری نیز وجود داشت. اوایل سال ۱۹۴۱، عنصر جدیدی کشف یا به عبارت بهتر ساخته شد. وقتی نوترون به‌وسیله‌ی هسته‌ی اورانیوم ۲۳۸ جذب می‌شود، به اورانیوم ۲۳۹ تبدیل می‌شود. ایزوتوپ ۲۳۹ ناپایدار است و درنتیجه به نپتونیم وامی‌پاشد و سپس به پلوتونیم تبدیل می‌شود. در اینجا سه ویژگی مهم وجود دارد. اول پلوتونیم ۲۳۹ سوختی عالی برای بمب هسته‌ای محسوب می‌شود که جرم بحرانی آن فقط حدود ۱۰ کیلوگرم است. دوم، ساخت آن از جداسازی اورانیوم ۲۳۵ ارزان‌تر تمام می‌شود و سوم، آن‌قدر سریع واکنش نشان می‌دهد که نمی‌توان از آن در طراحی نوع تفنگی استفاده کرد. با استفاده از پلوتونیم ۲۳۹، تنها بخش کوچکی از آن دچار شکافت می‌شود.
بااین‌حال، همچنان راهی برای ساخت بمب با استفاده از پلوتونیم ۲۳۹ وجود دارد. جرم بحرانی بسته به چگالی ماده تغییر می‌کند. در شرایط عادی، ۶ کیلوگرم پلوتونیم ۲۳۹ منفجر نمی‌شود؛ اما اگر فشرده شود، اتم‌ها به‌هم نزدیک‌تر می‌شوند و احتمال برخورد یک نوترون با هسته افزایش می‌یابد. درنتیجه هرچه چگالی بیشتر باشد، جرم بحرانی کمتر است. از این‌رو، اگر مواد منفجره معمولی را در اطراف یک توپ پلوتونیم قرار دهیم، می‌توانیم آن را به اندازه‌ی کافی فشرده کنیم تا واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای آغاز شود. این کل ایده‌ی پشت طراحی انفجاری بمب است.
برای کاهش جرم بحرانی پلوتونیم ۲۳۹ چند ترفند وجود دارد. در وهله‌ی اول، کره با ماده‌ای احاطه می‌شود که نوترون‌ها را بازتاب و مقدار سوخت هسته‌ای مورد نیاز برای شروع واکنش زنجیره‌ای را کاهش می‌دهد. همچنین می‌توان یک منبع نوترونی داشت که موجب شروع واکنش زنجیره‌ای می‌شود. دانشمندان برای اولین بمب انفجاری، دستگاهی به نام «خارپشت» ساختند که گلوله‌ای بسیار کوچک به وزن فقط هفت گرم بود و در قلب بمب قرار می‌گرفت. این دستگاه از بریلیم و پلوتونیم که با لایه‌ای از نیکل و طلا جدا شده بودند، ساخته شده بود. هدف این بود که وقتی ماده انفجاری منفجر می‌شود، موج ضربه‌ای بریلیم و پلوتونیم را با یکدیگر مخلوط کند و سپس ذرات آلفای ساطع‌شده از پلوتونیم، موجب شود که بریلیم سیل نوترون‌ها را آزاد و واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای را آغاز کند. از آنجا که قبلا هیچ بمب اتمی ساخته نشده بود، هیچ‌کس اطمینان نداشت که این روش واقعا جواب خواهد داد یا نه.
نابودگر جهان‌ها
اوپنهایمر و سایر دانشمندان لس آلاموس باید به‌سرعت دست به‌کار می‌شدند. سال ۱۹۴۵ بود و هری ترومن، رئیس‌جمهور جدید آمریکا می‌خواست بمب اتم را پیش از آغاز کنفرانس پوتسدام آزمایش کند. در این کنفرانس، ترومن، چرچیل، نخست‌وزیر بریتانیا و استالین، رهبر اتحاد جماهیر شوروی برای ترسیم نقشه‌ی جهان پساجنگ جهانی دوم گردهم آمدند. کنفرانس پوتسدام از ۱۷ ژوئیه آغاز شد و زودترین تاریخی که تمام شرایط می‌توانست برای آزمایش بمب فراهم شود، فقط یک روز قبل بود. درنتیجه همین تاریخ برای آزمایش اولین بمب اتم جهان با اسم رمز «ترینیتی» انتخاب شد.
شب قبل، اوپنهایمر وضعیت اضطراب‌آوری را تجربه می‌کرد؛ زیرا اشتباهات زیادی ممکن بود رخ دهد. آخرین شلیک آزمایشی مواد منفجره بدون هسته‌ی پلوتونیم واقعی با شکست مواجه شد. او برای آرام‌کردن خود، بیتی از بهاگاواد گیتا، کتاب مقدس هندو را خواند. اوپنهایمر در واقع خود گیتا را از زبان اصلی سانسکریت ترجمه کرده بود.
در جنگ، در جنگل، در پرتگاه کوهستان، در دریای بزرگ تاریک، در میان نیزه‌ها و تیرها در خواب، در پریشانی، در اعماق شرم، اعمال خوبی که انسان تاکنون برای دفاع از خود انجام داده است.- رابرت اوپنهایمر
شاید وحشتناک‌تر از ایده‌ی کارنکردن بمب، کارکردن آن به نحو بسیار خوب بود. درحدود سال ۱۹۴۲، اوپنهایمر با آرتور کامپتون، فیزیکدان آمریکایی و همکار خود درباره‌ی احتمال وحشتناک نابودی جهان درپی انجام آزمایش هسته‌ای بحث کرد. نگرانی این بود که بمب اتم دمایی چنان زیاد ایجاد کند که همجوشی رخ دهد. بخش کوچکی از اتمسفر، فقط یک بخش در هر دو میلیون از گاز هیدروژن تشکیل شده است؛ اما نگرانی این بود که هیدروژن در دماها و فشارهای به‌اندازه‌ی کافی بالا می‌تواند فرایند همجوشی را آغاز و انرژی آزاد کند. سپس این انرژی به‌نوبه‌ی خود همجوشی بیشتر را در پی دارد.
همچنین احتمال می‌رفت که آزمایش بمب اتم می‌تواند هیدروژن بخار آب را جدا کند و موجب همجوشی آن نیز شود. این فرایندهای همجوشی موجب آزادشدن انرژی بیشتر و همجوشی بیشتر می‌شوند تا آنکه کل جو زمین به یک بمب همجوشی غول‌پیکر تبدیل شود. کامپتون در سال ۱۹۵۹ با یادآوری گفتگوهای خود با اوپنهایمر گفت: «هیدروژن تنها عامل نگرانی نبود. نیتروژن موجود در هوا نیز هرچند در درجه‌ی کمتر، ناپایدار است. آیا ممکن نیست نیتروژن نیز دراثر انفجار اتمی، در جو منفجر شود؟» اغلب دانشمندان به سرعت دریافتند که این سناریوها بسیار بعید هستند و به پروژه ادامه دادند؛ درنتیجه هیچ‌کس ایده‌ی نابودی جهان دراثر همجوشی را چندان جدی نگرفت. بااین‌حال، فکر آغاز واکنش همجوشی با سلاح شکافت هسته‌ای پس از جنگ جهانی دوم اهمیت زیادی پیدا کرد.
این نگرانی وجود داشت که انفجار اتمی، کل جو زمین را به یک بمب همجوشی غول‌پیکر تبدیل کند
آزمایش ترینیتی برای ساعت ۴ صبح برنامه‌ریزی شده بود؛ اما به دلیل طوفان به تعویق افتاد. سپس در ساعت ۵:۲۹:۲۱، «گجت»، اولین بمب اتم جهان منفجر شد. ماده‌ی منفجره‌ی قوی، هسته‌ی پلوتونیم را به سمت داخل فشرده کرد و موج ضربه‌ای، بریلیم و پلوتونیم را مخلوط و سیل نوترون را آغاز کرد. به‌عبارت دیگر، دستگاه خارپشت کار کرد و واکنش هسته‌ای را به‌صورت توقف‌ناشدنی به‌راه انداخت. فقط ۶ کیلوگرم پلوتونیم، انفجاری را به‌وجود آورد که معادل نزدیک به ۲۵ هزار تن تی‌ان‌تی بود. کوه‌های نیومکزیکو روشن‌تر از روز بود و موج ضربه‌ای از فاصله‌ی بیش از ۱۶۰ کیلومتری احساس شد. ابر قارچی انفجار تا ۱۲ کیلومتری آسمان بلند شد و آن‌قدر داغ بود که شن‌های بیابان را به یک ماده‌ی معدنی شیشه‌ای به نام «ترینیتیت» تبدیل کرد. خوشبختانه انفجار بمب اتم جو زمین را به آتش نکشید.
در ۶ اوت ۱۹۴۵، بمب‌افکن بوئینگ بی-۲۹ سوپرفورترس یک بمب اتم از نوع تفنگی با ۶۴ کیلوگرم اورانیوم غنی‌شده به نام پسر کوچک را برفراز شهر هیروشیمای ژاپن رها کرد. نیتروسلولز مشتعل شد و با کوبیدن گلوله‌های اورانیوم ۲۳۵ به هم، جرم بحرانی آن را سرازیر کرد. انفجار حاصل معادل ۱۵ هزار تن تی‌ان‌تی بود و نزدیک به ۷۰ هزار نفر را کشت. ۷۰ هزار نفر دیگر نیز در ماه‌های بعد براثر سوختگی و قرارگیری درمعرض تابش‌ها جان باختند. سه روز بعد، بمبی از نوع انفجاری مانند گجت روی شهر ناگاساکی انداخته شد و براساس تخمین‌ها، ۸۰ هزار نفر را به کام مرگ کشاند. بیش از ۹۵ درصد از مجموع ۲۲۵ هزار قربانی بمباران هیروشیما و ناگاساکی، غیرنظامی و بیشترشان زن و کودک بودند. در سال ۱۹۶۵، اوپنهایمر با یادآوری لحظات پس از آزمایش ترینیتی، گفت آن زمان به بیتی دیگر از گیتا فکر می‌کرد:
او می‌دانست که جهان دیگر مثل قبل نخواهد بود. افراد کمی خندیدند، افراد کمی گریه کردند. اغلب افراد ساکت بودند. من خطی از بهاگاواد گیتا، کتاب مقدس هندو را به خاطر آوردم. ویشنو درتلاش است تا شاهزاده را متقاعد کند که باید وظیفه‌ی خود را انجام دهد و به‌منظور تحت‌تاثیر قراردادن او، شکل چنددستی به خود می‌گیرد و می‌گوید: «اکنون من به مرگ تبدیل شده‌ام؛ نابودگر جهان‌ها.» فکر می‌کنم همگی ما به نحوی همین‌گونه فکر می‌کردیم.- رابرت اوپنهایمر
تراژدی اوپنهایمر
پس از جنگ، اوپنهایمر یک قهرمان ملی بود. تصویر پرتره‌ی او روی جلد مجله تایم رفت و به دانشمندی پرآوازه تبدیل شد. در سال ۱۹۴۷، او مدیریت موسسه مطالعات پیشرفته در پرینستون را برعهده گرفت و همچنین به‌عنوان رئیس کمیته مشورتی کل، مشاور در زمینه‌ی تسلیحات هسته‌ای شد. اوپنهایمر از موقعیت خود برای بحث در مورد کنترل تسلیحات استفاده کرد.
در اوت ۱۹۴۹، اتحاد جماهیر شوروی اولین سلاح اتمی خود را آزمایش کرد و ارتش ایالات متحده بلافاصله تصمیم گرفت که بهترین اقدام متقابل، ساخت بمبی قدرتمندتر است: بمب هیدروژنی معروف به «سوپر». اوپنهایمر به دلایل اخلاقی و نگرانی از شروع مسابقه‌ی تسلیحاتی مخالف ساخت سوپر بود؛ اما دولت ترومن این کار را انجام داد و سه سال بعد، «آیوی مایک»، اولین بمب هیدروژنی در جزایر مارشال آزمایش شد. این بمب ۴۰۰ برابر قدرتمندتر از بمب ترینیتی بود و معادل ۱۰٫۴ مگاتن تی‌ان‌تی انرژی آزاد کرد. بمب هیدروژنی درواقع سه بمب در یک بمب است: بمب معمولی، بمب شکافتی و بمب همجوشی. مواد منفجره‌ی معمولی موجب شکل‌گیری واکنش شکافت می‌شوند و در پی آن، دما و فشار به اندازه‌ی کافی افزایش می‌یابد تا دوتریم و تریتیم با هم ترکیب شوند و مقادیر زیادی انرژی آزاد کنند.
رابرت اوپنهایمر به جاسوسی و خیانت متهم شد
در سال ۱۹۶۱، اتحاد جماهیر شوروی بمب تزار را که قوی‌ترین بمب منفجرشده تاکنون است، آزمایش کرد. تزار پنج برابر قدرتمندتر از آیوی مایک و تقریبا دو هزار برابر قوی‌تر از ترینیتی بود. این نوع مسابقه‌ی تسلیحاتی دقیقا همان چیزی بود که اوپنهایمر از آن می‌ترسید. او تا حدی به‌دلیل مخالفتش با بمب هیدروژنی و درخواست‌هایش برای جلوگیری از مسابقه‌ی تسلیحات هسته‌ای، به دادگاه کشانده شد تا مجوز امنیتی‌اش لغو شود. او از زمان کار برای پروژه منهتن، زیر نظر گرفته شده بود؛ اما این نظارت پس از خروج او از برنامه متوقف نشد. بسیاری از شنودها از وی غیرقانونی و بدون مجوز بود. اوپنهایمر به‌خاطر روابطش با حزب کمونیست، ازجمله رابطه‌اش با جین تاتلاک، یکی از اعضای این حزب در زمانی که مدیریت آزمایشگاه لس آلاموس را برعهده داشت، مورد بازجویی قرار گرفت. او دراصل متهم به جاسوسی و خیانت بود.
در دسامبر ۱۹۵۳، مجوز امنیتی اوپنهایمر به حالت تعلیق درآمد. چهره‌ی او بار دیگر، این بار با حالت عبوس و به رنگ سیاه‌وسفید روی جلد تایم رفت و جلسات استماع امنیتی او به اخبار بین‌المللی تبدیل شد. در سال ۱۹۶۴، هاینار کیپهارت، نویسنده‌ی آلمانی نمایشنامه‌ای درباره‌ی زندگی اوپنهایمر نوشت. نسخه‌ای از متن نمایشنامه برای اوپنهایمر فرستاده و او به‌قدری از آن متنفر شد که تهدید به شکایت کرد. اوپنهایمر به‌ویژه از صحنه‌ی پایانی که در آن شخصیت وی متوجه شرارت کار خود می‌شود، بیزار شد. به‌نقل از نمایشنامه: «ما کار شیطانی انجام دادیم». اما برای اوپنهایمر، وضعیت همیشه پیچیده‌تر از آن بود که به‌نظر می‌رسید.
فکر می‌کنم که احتمالا فرض می‌شد، قطعا همواره این‌طور فرض می‌شد که اگر جنگ تمام نمی‌شد و به وضوح با ابزار دیپلماتیک به نتیجه نمی‌رسید، سلاح [هسته‌ای] نقش مهمی ایفا خواهد کرد. در آن زمان، تهاجم [زمینی به ژاپن] به‌عنوان گزینه‌ی جایگزین، بدون شک برای تمام افراد درگیر وحشتناک‌تر بود. [بااین‌حال] تصور می‌کنم که [بمباران] هیروشیما بسیار فراتر از حد لازم و پرهزینه‌تر و غیرانسانی‌تر از آن بود که بتواند استدلالی موثر برای پایان‌دادن به جنگ باشد، گفتن این موضوع بعد از آن واقعیت آسان است.- رابرت اوپنهایمر
در سال ۱۹۶۵، از اوپنهایمر در مورد پیشنهاد به‌تازگی مطرح‌شده برای مذاکره با اتحاد جماهیر شوروی درباره‌ی توقف گسترش تسلیحات هسته‌ای پرسیده شد. او در پاسخ گفت: «این کار باید همان فردای ترینیتی انجام می‌شد.» اواخر همان سال، کشیدن همیشگی سیگار سرانجام کار دستش داد و ابتلای او به سرطان گلو تایید شد. جی رابرت اوپنهایمر در ۱۸ فوریه ۱۹۶۷ در ۶۲ سالگی درگذشت.