چرا آلبرت اینشتین دستیابی به سلاح هسته‌ای را غیرممکن می‌دانست؟

احتمالا اگر تا پیش از دهه‌ی ۱۹۳۰، حرفی از برداشت انرژی هسته‌ای یا شکافت هسته‌ اتم می‌زدید، به عقلتان شک می‌کردند. امروز که بشر به سلاح‌ و نیروگاه‌ هسته‌ای مجهز شده است، شاید تصور کنید برداشت انرژی از داخل اتم، همیشه امری اجتناب‌ناپذیر و بدیهی بوده است. با این‌حال، دانشمندان مهمی مثل رابرت میلیکان، برنده‌ی جایزه‌ی نوبل، این ایده را به سخره می‌گرفتند. او در سال ۱۹۲۸ گفت:

بعید است بشر بتواند از قدرت اتم استفاده کند. فرضیه‌ی سطحی استفاده از انرژی اتمی پس از پایان سوخت زغال‌سنگ، رویایی کاملا غیرعلمی و آرمان‌شهری است.

- رابرت میلیکان

ارنست رادرفورد، فیزیک‌دان برجسته و یکی از پیشگامان فیزیک اتمی درباره‌ی فرضیه‌ی انرژی هسته‌ای گفت: «هر شخصی که انتظار منبع نیرو از شکافت اتم‌ها را دارد، احمق است.» البته دانشمندان دلیل خوبی برای بدگمانی خود داشتند.

برای مثال وقتی هانری بکرل، مهندس و فیزیک‌دان برنده‌ی جایزه‌ی نوبل، برای اولین بار شاهد پدیده‌ی رادیواکتیو بود، تصور می‌کرد، این پدیده مشابه فسفرسانس (فسفرتابی) باشد، به‌طوری‌که وقتی پرتوهایی مانند نور را به یک شیء می‌تابانید، آن شیء انرژی جذب می‌کند و بعدا آن را در طیف متفاوتی منتشر می‌کند. سنگ معدنی اورانیوم هم چنین خاصیتی دارد.

بکرل نتیجه گرفت که پدیده‌ی ظاهرشده، فسفرسانس نیست؛ بلکه نوعی پرتو و بنابراین انرژی از درون سنگ بیرون می‌آید؛ اما چگونه شیئی به ظاهر بی‌جان و ایستا مثل سنگ می‌توانست از خود انرژی منتشر کند و منشأ این انرژی کجاست؟ رازی درون سنگ وجود داشت که به نظر می‌رسید قانون پایستگی انرژی را نقض می‌کند.

حدس و گمان‌ها ادامه یافتند تا اینکه اینشتین، معادله‌ی معروف e=mc^2 را منتشر کرد. او در این معادله نشان داد که منبع انرژی پرتوها می‌تواند جرم هسته باشد؛ به‌طوری‌که تنها مقدار کمی جرم می‌تواند مقدار زیادی انرژی تولید کند و همین یافته بهانه‌ای شد تا نویسندگان علمی تخیلی مانند اچ‌. جی‌. ولز، تخیل خود را پرواز دهند.

ولز در سال ۱۹۱۴ کتابی با عنوان «جهان آزادشده» نوشت. او برای اولین بار در این کتاب از کلماتی مثل بمب اتم استفاده کرد و آن را نارنجک دستی اورانیومی با انفجار پیوسته توصیف کرد؛ اما این فرضیه برای دانشمندان کاملا دور از واقعیت بود به‌طوری‌که اینشتین در سال ۱۹۳۳ گفت:

هیچ مدرکی وجود ندارد که نشان دهد دستیابی به انرژی هسته‌ای امکان‌پذیر است. این یعنی اتم باید به شکلی ارادی درهم کوبیده شود.

- آلبرت اینشتین

بنابراین در آن زمان هنوز راهی برای برداشت از انرژی هسته وجود نداشت و هر آنچه می‌دیدیم، صرفا فرآیند طبیعی واپاشی رادیواکتیو بود. برای مثال، اتم‌های یک ایزوتوپ ناپایدار به‌صورت تصادفی دچار واپاشی می‌شدند و انرژی آزادشده با اینکه در مقیاس اتمی زیاد بود، در مقیاس انسانی و جهانی چندان چشمگیر نبود.

شکافت یک اتم اورانیوم، تقریبا ۲۰ برابر کمتر از مقدار مورد نیاز برای بالا‌آوردن یک دانه شن به ضخامت یک تکه کاغذ، انرژی آزاد می‌کند. تا سال ۱۹۳۲، تنها ذره‌ی شناخته‌شده در هسته پروتون بود؛ بنابراین اگر می‌خواستید هسته را تغییر دهید، می‌توانستید پروتون را به سمت آن شلیک کنید؛ اما از آنجا که هسته و پروتون هر دو دارای بار مثبت هستند، یکدیگر را دفع می‌کنند. بنابراین باید پروتون را با چنان سرعت و دقت بالایی شلیک کنید که به هدف برسد و به آن بچسبد. حتی اگر موفق شوید، در بهترین حالت توانستید یک هسته‌ را تغییر دهید که نمی‌تواند حتی یک دانه شن را جابه‌جا کند.

بنابراین بی‌د‌لیل نبود که برندگان جایزه‌ی نوبل عقیده داشتند که رویای سلاح هسته‌ای هرگز به حقیقت نخواهد پیوست. بااین‌حال کمی‌ بعد‌تر، نوترون کشف شد و همه‌چیز را تغییر داد، زیرا به‌عنوان ذره‌ای هسته‌ای و بدون بار می‌تواند به شکلی شبح‌وار و بدون تغییر در ماده شناور شود و به هسته‌ی اتم برخورد کند و آن را به چیز دیگری تبدیل کند. در این حین فیزیکدانی به نام لئو زیلارد که کتاب «جهان‌ آزادشده» را خوانده بود، آینده‌ای را توصیف کرد که از انرژی هسته‌ای در سلاح استفاده شود. او درباره‌ی این فرضیه می‌گفت:

ناگهان به این فکر کردم شاید بتوانیم عنصری پیدا کنیم که به واسطه‌ی نوترون شکسته شود و با جذب یک نوترون، دو نوترون منتشر کند. اگر چنین عنصری در جرم کافی و بزرگی جمع شود، می‌تواند واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای را حفظ کند.

- لئو زیلارد

به بیان دیگر، نوترون به ما این اجازه را می‌دهد که واکنش‌های هسته‌ای را به صورت ارادی ایجاد کنیم و اگر هسته‌ای وجود داشته باشد که هنگام تقسیم‌شدن به این شیوه، دو نوترون تولید کند، می‌تواند تعداد بیشتری شکافت را ایجاد کند، به‌طوری که سرعت آن به صورت نمایی افزایش می‌یابد. اورانیوم ۲۳۵، هسته‌ای با این ویژگی است. این عنصر به‌صورت میانگین دو و نیم نوترون را در هر بار تقسیم آزاد می‌کند.

فرآیند شکافت، مانند راه رفتن روی لبه‌ی تیغ است. اگر تعداد زیادی نوترون جذب شود، واکنش زنجیره‌ای به سرعت وامی‌پاشد و اگر تعداد کمی جذب شود، سرعت واکنش‌ها به صورت نمایی افزایش می‌یابند و این فرآیند درست به عملکرد بمب اتم یا حادثه‌ی چرنوبیل شباهت دارد.

در نتیجه، اگر به خاطر نوترون، این ذره‌ی خنثی در هسته‌ی اتم نبود، شاید بسیاری از دانشمندان برجسته هنوز هم تصور می‌کردند برداشت انرژی از هسته امکان‌پذیر نیست؛ اما در جهان ما، نوترون می‌تواند قهرمان یا حتی شخصیت شرور فیزیک هسته‌ای باشد.