Jak powstała bomba atomowa

Tekst
0
Recenzje
Przeczytaj fragment
Oznacz jako przeczytane
Jak czytać książkę po zakupie
Czcionka:Mniejsze АаWiększe Aa

Monarchia austro-węgierska rozpadła się w listopadzie. Austriacki pisarz Robert Musil wyjaśnił przyczyny w krótkim epitafium: Es ist passiert [Tak się zdarzyło][28]. 31 października na Węgrzech powołano nowy rząd, na ulicach Budapesztu zbierały się tłumy, rozentuzjazmowani ludzie machali chryzantemami, które stały się symbolem tej rewolucji, pozdrawiali żołnierzy i robotników na ciężarówkach, z trudem przeciskających się przez tłum.

Zwycięstwo nie było łatwe. Rewolucja ograniczyła się głównie do Budapesztu. 16 listopada 1918 roku proklamowano powstanie Republiki Węgierskiej. Prawie zbiegło się to w czasie z powołaniem 20 listopada Komunistycznej Partii Węgier; utworzyli ją żołnierze powracający z rosyjskich obozów jenieckich, gdzie ich nastroje się zradykalizowały. 21 marca 1919 roku, po czterech miesiącach, Republika Węgierska bez rozlewu krwi przekształciła się w Węgierską Republikę Rad; na jej czele stanął Bela Kun, były jeniec wojenny, uczeń Lenina, dziennikarz, Żyd urodzony w siedmiogrodzkich Karpatach. Mieszkający wówczas w Budapeszcie czternastoletni Arthur Koestler usłyszał po raz pierwszy „dźwięki Marsylianki i Międzynarodówki, które w ciągu stu dni komuny zalały kochające muzykę miasto nad Dunajem powodzią płomiennych melodii”[29].

Republika trwała nieco dłużej, bo 133 dni. Były to dni zamieszania, nadziei, obawy, nieporadności i niekiedy przemocy. Pod koniec wojny von Kármán przestał pracować w austro-węgierskim lotnictwie, gdzie współpracował przy budowie prototypu helikoptera, i wrócił do Budapesztu. Powrócił również de Hevesy. W okresie republiki von Kármán brał udział w reorganizacji i modernizacji uniwersytetu, a w czasie rządów Kuna był nawet podsekretarzem do spraw uniwersytetów. Lepiej zapamiętał naiwność tego rządu niż przemoc. „O ile pamiętam, w ciągu stu dni panowania bolszewików w Budapeszcie terroru nie było, choć istotnie słyszałem o jakichś sadystycznych ekscesach”[30]. Brakowało doświadczonych fizyków, toteż zimą 1918/1919 roku de Hevesyego zatrudniono na uniwersytecie jako wykładowcę fizyki doświadczalnej. Podsekretarz von Kármán mianował go w marcu profesorem nowej katedry chemii fizycznej, ale de Hevesy doszedł do wniosku, że komuna nie stwarza wystarczająco dobrych warunków pracy, i w maju udał się z wizytą do Bohra, do Danii. Starzy przyjaciele ustalili, że po zakończeniu budowy nowego instytutu w Kopenhadze de Hevesy zacznie w nim pracować.

Arthur Koestler wspomina, że o żywność było trudno, zwłaszcza jeśli chciało się ją kupić na kartki i za niemal bezwartościowe papierowe banknoty, ale z jakichś powodów można było za nie kupić mnóstwo dotowanych przez komunę lodów waniliowych, wobec czego rodzina jadła je na śniadanie, obiad i kolację. Koestler tak to wspominał: „było to typowe dla beztroskich, dyletanckich, a nawet surrealistycznych rządów komuny”. Według niego było to „wszystko dość rozczulające, przynajmniej w porównaniu z szaleństwem i barbarzyństwem, które w późniejszych latach ogarnęły Europę”[31].

Gorący czas Węgierskiej Republiki Rad był znacznie trudniejszy dla von Neumanna i Tellera. W odróżnieniu od młodego Koestlera nie byli gorącymi zwolennikami republiki, nie byli także członkami elity intelektualnej, do której należeli von Kármán i de Hevesy. Byli dziećmi z burżuazyjnych rodzin – Max Teller był wziętym prawnikiem. Max von Neumann uciekł z rodziną do Wiednia. „Opuściliśmy Węgry – mówił jego syn wiele lat później – tuż po przejęciu władzy przez komunistów. [...] Właściwie wyjechaliśmy, gdy tylko było to możliwe, to jest trzydzieści czy czterdzieści dni później, a wróciliśmy mniej więcej dwa miesiące po obaleniu komunistów”[32]. W Wiedniu starszy von Neumann przyłączył się do grupy finansistów węgierskich współpracujących z konserwatywną arystokracją w celu obalenia komuny[33].

Tellerowie nie byli równie bogaci, pozostali więc w Budapeszcie, trzęsąc się ze strachu. Wyjeżdżali na wieś i płacąc towarem za towar, zaopatrywali się u wieśniaków w żywność. Teller słyszał o ludziach wieszanych na latarniach[34], podobnie jak von Kármán słyszał o „sadystycznych ekscesach”, ale osobiście żadnego powieszonego nie widział. Ponieważ miasto było przeludnione, komuniści przejęli wszystkie domy. Nadszedł dzień, w którym do drzwi zarówno Koestlerów, jak i Tellerów zapukali żołnierze z nakazem zajęcia „nadmiernej” powierzchni mieszkania oraz mebli. Koestlerom, zajmującym dwa małe pokoje w czynszowej kamienicy, pozwolono zachować to, co posiadali. Arthur odkrył w tym okresie, że ludzie pracy są interesujący i różni. U Tellerów zamieszkali dwaj żołnierze[35]. Spali na tapczanach w dwóch pokojach biura Maxa Tellera przylegających do prywatnej części mieszkania. Byli dość uprzejmi, choć załatwiali się na drzewko kauczukowe. Czasami nawet dzielili się jedzeniem, ponieważ jednak szukali pieniędzy (schowanych bezpiecznie w okładkach prawniczych książek Maxa Tellera), a może po prostu dlatego, że Tellerowie w ogóle czuli się niepewnie, obecność tych obcych ludzi budziła niepokój.

Ostatecznie to nie komunizm najbardziej przerażał rodziców Tellera. Przywódcy komuny i wielu urzędników było Żydami – tak być musiało, gdyż w tym czasie inteligencję węgierską tworzyli Żydzi. Max Teller ostrzegał syna przed nadciągającym antysemityzmem. Matka wyraziła obawy bardziej obrazowo. „Trzęsę się ze strachu, widząc, co robią nasi ludzie – powiedziała nauczycielce syna w apogeum rządów komuny. – Kiedy będzie już po wszystkim, dojdzie do przerażającej zemsty”[36].

Latem 1919 roku, gdy komuna zaczęła się chwiać, rodzice na wszelki wypadek wysłali jedenastoletniego Edwarda i jego starszą siostrę Emmi do rodziców matki do Rumunii. Wrócili jesienią, a do tego czasu do Budapesztu wjechał na białym koniu na czele nowej armii narodowej admirał Miklós Horthy i wprowadził ostry reżym faszystowski, pierwszy w Europie. Czerwony terror był i minął; jego ofiarą padło około 500 ludzi skazanych na śmierć[37]. Biały terror Horthyego różnił się skalą; co najmniej 5 tysięcy osób zostało zabitych; wiele w sposób sadystyczny, w potajemnych celach tortur[38]. Antysemityzm, wprawdzie selektywny, ale nieugięty, zmusił do wyjazdu za granicę dziesiątki tysięcy Żydów. Ówczesny obserwator, socjalista, z równą niechęcią oceniający krańcowe poczynania obu reżymów, napisał, że nie ma „najmniejszej ochoty pomniejszać brutalności i okrucieństwa dyktatury proletariatu; jej surowości nie da się zaprzeczyć, choć terroryści częściej uciekali się do obelg i gróźb niż do rzeczywistych czynów. Nie ma jednak żadnych wątpliwości co do przerażającej różnicy między czerwonym i białym terrorem”[39]. Max von Neumann, jako przyjaciel nowego reżymu, sprowadził rodzinę z powrotem do domu.

W 1920 roku reżym Horthyego wprowadził numerus clausus, prawo regulujące przyjęcia na uniwersytet, które nakazywało, by „proporcje liczbowe przyjętych możliwie ściśle odpowiadały względnej liczebności różnych ras lub narodowości”[40]. To wyraźnie antysemickie prawo drastycznie zmniejszyło liczbę studiujących Żydów do 5 procent ogółu. Von Neumann został przyjęty na uniwersytet w Budapeszcie i mógł tam pozostać, wolał jednak wyjechać. Opuścił Węgry w 1921 roku, mając siedemnaście lat. Udał się do Berlina, gdzie pod wpływem Fritza Habera zaczął studiować chemię; dyplom inżyniera otrzymał na politechnice w Zurychu w 1925 roku. Rok później na Uniwersytecie Budapeszteńskim uzyskał stopień doktora summa cum laude z matematyki, w 1927 roku został prywatnym docentem na Uniwersytecie Berlińskim, w 1929 roku, mając dwadzieścia pięć lat, otrzymał zaproszenie na wykłady w Princeton. W 1931 roku został tam profesorem matematyki, a w 1933 roku przyjął nominację na dożywotniego profesora w Instytucie Studiów Zaawansowanych.

Von Neumann nie doświadczył na Węgrzech żadnej krzywdy, przeżył jedynie przewrót i niepokoje przekazywane przez rodziców, a mimo to czuł się okaleczony. Jego rozmowy ze Stanisławem Ulamem nie ograniczały się do uznania karpackich wiosek za prawdziwe miejsca pochodzenia utalentowanych wygnańców węgierskich – miały groźniejszy wydźwięk. „Może historycy wyjaśnią kiedyś, co spowodowało, że z tego właśnie obszaru wywodziło się tak wiele wybitnych osób. [...] Johnny mówił, że było to współgranie kilku trudnych do sprecyzowania czynników kulturowych – zewnętrznego nacisku na całe społeczeństwo tej części Europy Środkowej, poczucia skrajnego zagrożenia, konieczności stworzenia czegoś niezwykłego w obliczu zagłady”[41].

Teller był za młody, by opuścić Węgry w najgorszym okresie reżymu Horthyego. Według magazynu „Time”, który sparafrazował wypowiedź Tellera, Edward był w wieku dojrzewania, gdy Max Teller „wpajał synowi dwie ponure myśli: 1) gdy dorośnie, powinien wyemigrować do jakiegoś bardziej sprzyjającego kraju, oraz 2) jako członek nielubianej mniejszości powinien wybić się ponad przeciętność po to, żeby stać się równym”[42]. Teller dodawał do tego własne spostrzeżenie. Powiedział kiedyś swemu rozmówcy: „Kochałem naukę, która ponadto dawała możliwość ucieczki z tej skazanej na zgubę społeczności”[43]. Von Kármán zamieszcza w autobiografii uderzająco podobną wypowiedź o miejscu nauki w jego życiu. Gdy doszło do upadku Węgierskiej Republiki Rad, schronił się w domu bogatego przyjaciela, a potem przedostał z powrotem do Niemiec. „Byłem szczęśliwy, że wydostałem się z Węgier – pisze o swoich ówczesnych nastrojach. – Miałem dość polityków i rządowych przewrotów. [...] Nagle ogarnęło mnie uczucie, że tylko nauka jest trwała”[44].

Wszyscy ludzie, którzy zajmują się nauką, są przekonani, że może być ona ucieczką od świata. Einstein powiedział kiedyś, że „zaprzedał się duszą i ciałem nauce, aby uciec od «ja» i «my» do «to»”[45]. Jednak nauka jako sposób ucieczki od znanego świata narodzin, dzieciństwa i języka, gdy świat ten staje się przygniatająco groźny, nauka jako ratunek, jako przenośna kultura, międzynarodowa wspólnota uczonych i jedyna pewna rzecz na świecie – musi prowadzić do jeszcze bardziej desperackiej, a tym samym jeszcze pełniejszej zależności. Chaim Weizman daje świadectwo tej całkowitej zależności w okrutnym świecie rosyjskiej strefy osiedlenia, pisząc, że „zdobycie wiedzy było dla nas nie tyle normalnym procesem edukacji, ile magazynowaniem broni w arsenale w nadziei, że dzięki niej będziemy mogli później zająć swoje miejsce we wrogim nam świecie”[46]. Z bólem wspominał: „każde przejście między fazami życia było niczym dział wodny”[47].

 

Teller opuścił Węgry w 1926 roku, mając siedemnaście lat, i udał się do Karlsruhe, by studiować na tamtejszej politechnice. Jego doświadczenia wyniesione z Węgier były znacznie mniej bolesne niż Weizmana ze strefy osiedlenia. Jednak warunki zewnętrzne nie są dobrą miarą wewnętrznego okaleczenia. Niewiele okrucieństw tak skutecznie przyczynia się do powstania głębokiego lęku oraz trwającego całe życie poczucia braku bezpieczeństwa jak świadomość, że ojciec nie może ochronić swojego dziecka.

W kwietniu 1922 roku Niels Bohr pisał do niemieckiego fizyka teoretyka Arnolda Sommerfelda, który był w Monachium: „W ostatnich kilku latach często czułem się w nauce bardzo osamotniony, miałem wrażenie, że moje stałe próby mające na celu opracowanie zasad, [próby], w które wkładałem wszystko, na co mnie było stać, nie są odbierane z odpowiednim zrozumieniem”[48]. W czasie wojny Bohr usiłował rozwijać „radykalne zmiany”, jakie wprowadził do fizyki, niezależnie od tego, dokąd mogło go to doprowadzić. Doprowadziło do rozczarowania. Mimo że przed wojną osiągnął zadziwiające wyniki, bardzo wielu starszych naukowców w Europie nadal uważało, że jego „ad hoc” hipotezy są niespójne, a pomysł skwantowanego atomu – szalony. Wojna wstrzymała dalszy postęp.

Bohr mimo wszystko pracował nadal, szukając drogi po omacku. „Tylko rzadko spotykana i niezwykła intuicja – pisze włoski fizyk Emilio Segrè – uratowała Bohra od zagubienia się w labiryncie”[49]. Ostrożnie kierował się, jak to nazywał, zasadą korespondencji. Kiedyś Robert Oppenheimer powiedział: „Bohr pamiętał, że fizyka jest fizyką i że ogromną jej część opisał Newton i ogromną część Maxwell”[50]. Bohr przyjął więc, że „w sytuacjach, w których działanie jest bardzo duże w porównaniu z kwantem działania”, zasady kwantowe muszą dążyć „do klasycznych zasad Newtona i Maxwella”. Ta korespondencja między wiarygodnymi starymi prawami i nieznanymi nowymi zasadami wyznaczała mu zewnętrzną granicę, ścianę, wzdłuż której mógł się poruszać.

Bohr zbudował swój Instytut Fizyki Teoretycznej, korzystając z pomocy Uniwersytetu Kopenhaskiego oraz prywatnego przemysłu duńskiego. Wprowadził się do niego 18 stycznia 1921 roku, z rocznym opóźnieniem – walczył z planami architektów tak uporczywie jak z tekstami swoich prac naukowych. Miasto oddało pod budowę instytutu teren na skraju Faelledpark, gdzie znajdują się liczne boiska piłkarskie, a każdego roku odbywał festyn z okazji Dnia Konstytucji. Budynek był skromny; szare ściany zdobione stiukiem, spadzisty dach pokryty czerwonymi dachówkami; wielkością instytut nie różnił się od wielu prywatnych domów. Trzypiętrowy budynek z zewnątrz wyglądał na dwupiętrowy, gdyż parter znajdował się poniżej poziomu gruntu, a górne piętro – na poddaszu. Tam właśnie było prywatne mieszkanie Bohra. Dopiero później, gdy Bohrowie mieli już pięciu synów, zbudowali obok dom, a z ich dawnego mieszkania korzystali przyjeżdżający do instytutu studenci i koledzy Nielsa. Instytut miał salę wykładową, bibliotekę, laboratoria, biura i stół do ping-ponga, przy którym Bohr często grywał. „Miał bardzo szybkie i precyzyjne reakcje – wspominał Otto Frisch – a także olbrzymią siłę woli i wytrzymałość. W pewnym sensie wykazywał te cechy również w pracy naukowej”[51].

W 1922 roku, po otrzymaniu Nagrody Nobla, Bohr został bohaterem narodowym. W tym samym roku osiągnął drugi olbrzymi sukces – wyjaśnił, w jaki sposób struktura atomów decyduje o miejscu pierwiastków w układzie okresowym. To odkrycie nieodwracalnie połączyło chemię z fizyką i obecnie jego opis można znaleźć w każdym podręczniku podstaw chemii. Według Bohra jądra atomów są otoczone orbitalnymi powłokami elektronowymi o coraz większym promieniu (można sobie wyobrazić zestaw kul współśrodkowych), a na każdej powłoce może znajdować się pewna, ograniczona liczba elektronów. Pierwiastki o podobnych własnościach chemicznych mają na powłoce zewnętrznej taką samą liczbę elektronów zdolnych do tworzenia wiązań, a tym samym związków chemicznych. Na przykład bar, pierwiastek z grupy metali ziem alkalicznych, zajmujący 56. miejsce w układzie okresowym pierwiastków, o masie atomowej 137,34, ma następujący rozkład elektronów na kolejnych powłokach: 2, 8, 18, 18, 8 i 2. Rad, również z grupy metali ziem alkalicznych, zajmujący 88. miejsce, o masie atomowej 226, ma następujący rozkład elektronów: 2, 8, 18, 32, 18, 8 i 2. Ponieważ na zewnętrznej powłoce obu pierwiastków znajdują się dwa elektrony walencyjne, bar i rad mają podobne własności chemiczne, mimo znacznej różnicy masy i liczby atomowej. „Uważałem i do dziś uważam za cud – napisał później Einstein – że ten pełen sprzeczności i niepewny fundament okazał się dla człowieka o tak wyjątkowym instynkcie i subtelności jak Bohr wystarczający do odkrycia podstawowych praw linii spektralnych i powłok atomowych, a zarazem ich znaczenia dla chemii. Widzę w tym najwyższy stopień muzykalności w dziedzinie myśli”[52].

Potwierdzając ten cud, Bohr przewidział jesienią 1922 roku, że pierwiastek 72, którego jeszcze nie odkryto, wbrew przypuszczeniom chemików nie będzie należał do pierwiastków ziem rzadkich, do których należą pierwiastki o liczbie atomowej od 57 do 71, ale będzie miał wartościowość 4, podobnie jak metal cyrkon. György de Hevesy, pracujący wówczas w instytucie Bohra, oraz Dirk Coster, który niedawno przyjechał z Holandii, zabrali się do pracy i korzystając ze spektroskopii rentgenowskiej, szukali nieznanego pierwiastka w minerałach zawierających cyrkon. W pierwszych dniach grudnia, gdy Bohr z Margrethe wyjechali, by odebrać Nagrodę Nobla, poszukiwania jeszcze trwały. Dopiero w dniu poprzedzającym wręczanie nagród i wykład Bohra de Hevesy i Coster zadzwonili wieczorem do Sztokholmu, niemal w ostatniej minucie; nie mieli wątpliwości, że wykryli pierwiastek 72, i stwierdzili, iż pod względem chemicznym jest niemal identyczny z cyrkonem. Nazwali go hafn, od Hafnia, starej, rzymskiej nazwy Kopenhagi. Następnego dnia Bohr, kończąc wykład, z dumą ogłosił o tym odkryciu.

Mimo tego sukcesu teoria kwantów wymagała solidniejszych podstaw niż intuicja Bohra. Jednym z pierwszych fizyków, którzy wnieśli wkład do tej pracy, był Arnold Sommerfeld z Monachium; po wojnie najzdolniejsi młodzi ludzie, którzy szukali „punktów rozwoju” fizyki, podejmowali pracę w tej dziedzinie. Bohr pamiętał, że był to okres „wyjątkowej współpracy całego pokolenia fizyków teoretyków z wielu krajów”, „niezapomniane przeżycie”[53]. Nie był już osamotniony.

Na początku lata 1922 roku Bohr miał mieć gościnne wykłady w Getyndze. Sommerfeld przyjechał tam ze swoim najbardziej obiecującym studentem, dwudziestodwuletnim Wernerem Heisenbergiem. „Nigdy nie zapomnę pierwszego wykładu – pisał Heisenberg pięćdziesiąt lat później, mając nadal w pamięci każdy szczegół. – Sala wykładowa była przepełniona. Wielki duński fizyk [...] mile i z pewnym zakłopotaniem uśmiechając się, stał z lekko pochyloną głową na podium, na które z szeroko otwartych okien padało pełne światło getyńskiego lata. Bohr mówił dość wolno, z miękkim duńskim akcentem [...] prawie po każdym starannie sformułowanym zdaniu widoczne były długie ciągi myślowe, w których tylko początek był wypowiedziany, a koniec ginął w półmroku bardzo dla mnie podniecającej postawy filozoficznej”[54].

Mimo to Heisenberg zgłosił poważne zastrzeżenie do jednego ze stwierdzeń Bohra. Bohr wiedział już z doświadczenia, że powinien uważać na ataki inteligentnych studentów, bez skrępowania zabierających głos. „Po zakończeniu dyskusji podszedł do mnie i zapytał, czy nie moglibyśmy razem wybrać się na spacer na Heinberg – wspomina Heisenberg. – Mój prawdziwy rozwój naukowy rozpoczął się dopiero od tego spaceru”[55]. Jest to wspomnienie o konwersji. Bohr zaproponował, by Heisenberg przyjechał kiedyś do Kopenhagi, gdzie mogliby razem pracować. „Przyszłość ukazała mi się pełna nowych nadziei”[56]. Następnego wieczoru, przy kolacji, Bohra niespodziewanie zaczepiło dwóch młodych ludzi w mundurach policji z Getyngi. Jeden z nich klepnął go po ramieniu i powiedział: „Jest pan aresztowany pod zarzutem uprowadzania małych dzieci!”[57]. Był to kawał studencki. Małym dzieckiem, które wzięli w obronę, był Heisenberg; piegowaty, z twardą szczeciną rudych włosów, rzeczywiście wyglądał na chłopca.

Heisenberg był wysportowany, pełen energii i zapału – „promienny”, jak powiedział jego bliski przyjaciel. „Wyglądał wtedy, nawet jak na swoje lata, bardzo młodo, gdyż będąc zwolennikiem ruchu młodzieżowego [...] jeszcze w dojrzałym wieku nosił koszule z miękkim kołnierzykiem i krótkie spodenki”[58]. Młodzi Niemcy chodzili na piesze wędrówki, palili ogniska, śpiewali pieśni ludowe, opowiadali o rycerstwie i Świętym Graalu oraz o służbie dla ojczyzny. Wielu z nich było idealistami, ale już wtedy w ruchu młodzieżowym pojawiło się niebezpieczeństwo totalitaryzmu i antysemityzmu. Heisenberg przybył do Kopenhagi w okresie Wielkanocy 1924 roku. Bohr zabrał go na wędrówkę po północnej Zelandii i wypytał o wszystko. „Czyta się czasem w gazetach o ponurych prądach antysemickich w Niemczech, najwyraźniej podsycanych przez demagogów. Czy nie zauważył pan czegoś takiego?” – wspomina Heisenberg pytania Bohra. To robota niektórych starych oficerów rozgoryczonych klęską wojenną, powiedział Heisenberg, „grup tych nie traktujemy jednak w gruncie rzeczy poważnie”[59].

W ramach „szczególnej współpracy”, o której później mówił Bohr, przystąpili z nowymi siłami do pracy nad teorią kwantów. Wydaje się, że Heisenberg od początku czuł niechęć do obrazowego przedstawiania niemierzalnych zdarzeń. Na przykład jeszcze jako student przeżył wstrząs, przeczytawszy w Timajosie Platona, że atomy mają geometryczne kształty: „Niepokoiło mnie jednak, że Platon, filozof umiejący tak ostro i krytycznie myśleć, wdał się w spekulacje tego rodzaju”[60]. Heisenberg sądził, że orbity elektronów Bohra są równie fantastyczne. Podobnego zdania byli jego koledzy z Getyngi Max Born i Wolfgang Pauli. Nikt nie mógł zobaczyć wnętrza atomu. Jedyne, co można było poznać i zmierzyć, to światło wychodzące z wnętrza atomu, częstości i natężenia linii widmowych. Heisenberg postanowił odrzucić modele i szukać regularności w zachowaniu wielkości mierzalnych.

Po powrocie do Getyngi został prywatnym docentem i pracował pod kierunkiem Borna. Pod koniec maja 1925 roku dostał ostrego ataku kataru siennego. Poprosił Borna o dwa tygodnie urlopu i pojechał na Helgoland, niewielką, nawiedzaną przez sztormy wyspę na Morzu Północnym, odległą o 45 kilometrów od wybrzeża Niemiec. Spacerował, pływał długo w zimnym morzu. „Kilka dni wystarczyło do odrzucenia balastu matematycznego występującego zawsze na początku w takich przypadkach i do znalezienia prostego matematycznego sformułowania mojego problemu”. Po dalszych kilku dniach Heisenberg dostrzegł zarysy nowego schematu. Do rozwiązania problemu potrzebna była niecodzienna algebra, którą wymyślił w toku swych rozważań, a w której wynik mnożenia zależy od kolejności czynników. Niepokoiło go, że jego rozwiązanie może być sprzeczne z podstawowym prawem fizyki: zasadą zachowania energii; aż do trzeciej w nocy sprawdzał obliczenia, w zdenerwowaniu popełniając błędy rachunkowe. O trzeciej stwierdził, że jego „matematyka może być rzeczywiście niesprzecznie i konsekwentnie zbudowana”. I jak się często zdarza podczas wielkich odkryć fizycznych, odczuwał jednocześnie podniecenie i niepokój:

W pierwszej chwili byłem dogłębnie przerażony. Miałem uczucie, że patrzę przez powierzchnię zjawisk atomowych na leżące głębiej pod nią podłoże o zadziwiającej wewnętrznej urodzie i dostawałem prawie zawrotu głowy na myśl, że mam teraz prześledzić pełnię struktur matematycznych, które przyroda rozłożyła tutaj przede mną. Byłem tak podniecony, że nie mogłem myśleć o śnie. Wyszedłem więc z domu o rozpoczynającym się już świtaniu i poszedłem na północny cypel wyspy, gdzie samotna wystająca w morze iglica skalna wciąż budziła we mnie ochotę do prób wspinaczkowych. Udało mi się wspiąć na nią bez większych trudności i na jej szczycie doczekałem do wschodu słońca.[61]

 

W Getyndze Max Born rozpoznał w dziwnej matematyce Heisenberga algebrę macierzową, system matematyczny służący do manipulowania zbiorami liczb tworzących macierze – prostokątne tablice. Algebra macierzy powstała w latach pięćdziesiątych XIX wieku, a w 1904 roku rozwinął ją nauczyciel Borna Hilbert David. Po trzech miesiącach wytężonej pracy Born, Heisenberg i Pascual Jordan opracowali teorię, którą Heisenberg określa jako „spójną budowlę matematyczną, co do której można było mieć nadzieję, że rzeczywiście będzie pasowała do różnorodnych doświadczeń w mechanice kwantowej”[62]. Nową teorię nazwano mechaniką kwantową. Jej przewidywania doskonale zgadzały się z wynikami doświadczeń. Dzięki heroicznym wysiłkom Pauli zdołał zastosować ją do atomu wodoru i w ścisły sposób wyprowadzić wzór Balmera oraz stałą Rydberga, które Bohr w 1913 roku wyprowadził z niespójnych założeń. Bohr był zachwycony. W Kopenhadze, Getyndze, Monachium, Cambridge ruszyła praca nad rozwojem nowej teorii.

Na odcinku, gdzie Karpaty wyginają się w łuk w kierunku północno-zachodnim, stanowią północną granicę. W pewnym punkcie granica odrywa się od Karpat, które skręcają w dół w kierunku Alp Austriackich, a przez Czechy ciągnie się wzdłuż granicy górzyste wzniesienie – Sudety. Mniej więcej 100 kilometrów za Pragą Sudety skręcają na południowy zachód, tworząc między Niemcami a Czechami niskie pasmo Rudaw (po niemiecku Erzgebirge). W Rudawach już w średniowieczu zaczęto wydobywać żelazo. W 1516 roku wykryto w Jachymowie (Joachimsthal) bogatą żyłę srebra. Teren należał do hrabiego von Schlicka, który natychmiast zagarnął kopalnię. W 1519 roku na jego rozkaz zaczęto bić pierwsze monety z tamtejszego srebra. Nazywano je Joachimsthaler Gulden, w skrócie Thaler, z czego jeszcze przed 1600 rokiem powstał angielski „dolar”. Amerykański dolar wywodzi się więc ze srebra z Jachymowa.

Stare kopalnie Jachymowa, z wyrobiskami podpartymi sczerniałymi belkami, dostarczały także innej niezwykłej rudy, zawierającej czarny, smolisty, ciężki minerał nazywany obrazowo blendą smolistą. Niemiecki aptekarz, chemik samouk Martin Heinrich Klaproth, pierwszy profesor chemii otwartego w 1810 roku Uniwersytetu Berlińskiego, uzyskał w 1789 roku z próbki blendy smolistej z Jachymowa szarawą metaliczną substancję, dla której szukał odpowiedniej nazwy. Osiem lat wcześniej sir William Herschel, angielski astronom niemieckiego pochodzenia, odkrył nową planetę, którą nazwał Uran, od imienia historycznie najstarszego, najpotężniejszego boga w greckiej mitologii Uranosa, syna i męża Ziemi (Gai), ojca tytanów i cyklopów. Kronos, syn Urana i Ziemi, wykastrował ojca, a ze spadających na ziemię kropel krwi zrodziły się mściwe Furie (Erynie). Chcąc uczcić odkrycie Herschla, Klaproth nazwał nowy metal uranium. Stwierdzono, że uran w postaci sodowych i amonowych dwuuranianów jest doskonałym barwnikiem glazury ceramicznej; dodatek 0,006 procent nadaje glazurze barwę żółtą, większy – od pomarańczowej, poprzez brązową, zieloną do czarnej. Od tej pory aż do czasów współczesnych wydobywano w Jachymowie niewielką ilość blendy smolistej. To właśnie z tej substancji Maria i Piotr Curie wyodrębnili pierwsze próbki nowych pierwiastków, które nazwali radem i polonem. Promieniotwórczość rud z Rudaw przydała blasku kilku tutejszym uzdrowiskom, między innymi Karlsbadowi (obecnie Karlovy Vary) i Marienbadowi, które mogły się teraz chwalić, że tamtejsze wody lecznicze są nie tylko naturalnie ogrzewane, ale również wydzielają tonizujące promienie.

Latem 1921 roku zamożny siedemnastoletni student amerykański, absolwent Ethical Culture School w Nowym Jorku, udał się do Jachymowa na amatorską wyprawę geologiczną. Przed I wojną światową Robert Oppenheimer, wówczas młody chłopiec, odwiedził dziadka mieszkającego w Hanau, w Niemczech; dziadek ofiarował mu dla zachęty skromny zbiór minerałów, czym wzbudził kolekcjonerskie zainteresowania chłopca. „Początkowo było to z całą pewnością zainteresowanie kolekcjonera – powiedział swemu rozmówcy pod koniec życia – ale dołączyło się do tego jakieś zainteresowanie naukowe, nie tyle historią powstawania skał i minerałów, ile samymi kryształami, ich budową, dwójłomnością, przejawiającą się jako polaryzacja światła, i wszystkimi tymi kanonicznymi sprawami”. Dziadek był „pechowym przedsiębiorcą, urodził się dosłownie w szopie, w niemal średniowiecznej niemieckiej wsi, miał zamiłowanie do nauki”[63]. Ojciec Roberta, Julius, opuścił Hanau w 1898 roku, mając siedemnaście lat. W Ameryce dorobił się własnej firmy importującej materiały włókiennicze i z powodzeniem sprowadzał tkaniny podszewkowe w okresie, w którym gotowe garnitury męskie zaczęły wypierać w Stanach Zjednoczonych ubrania szyte na zamówienie. Żona Juliusa, piękna i delikatna Ella, pochodząca z Baltimore, odebrała wykształcenie artystyczne. Mieli dwóch synów, Roberta, urodzonego 22 kwietnia 1904 roku, i Franka, młodszego o osiem lat. Oppenheimerowie mogli sobie pozwolić na wakacje w Europie i często z tego korzystali.

Julius i Ella Oppenheimerowie, niepraktykujący Żydzi, zachowywali godność i rozwagę. Mieszkali w obszernym mieszkaniu przy Riverside Drive, blisko Osiemdziesiątej Ósmej Ulicy, z widokiem na rzekę Hudson, mieli również letni dom w Bay Shore, na wyspie Long Island. Ubierali się u krawca, interesowali kulturą, chronili siebie i swoje dzieci przed rzeczywistymi i urojonymi zagrożeniami. Nigdy nie wspominano o zdeformowanej od urodzenia ręce Elli Oppenheimer (zawsze schowanej w protetycznej rękawiczce), chłopcy nie rozmawiali na ten temat z kolegami, nawet gdy w pobliżu nie było matki. Była osobą uczuciową, ale niedostępną; w jej obecności tylko mąż pozwalał sobie podnieść głos. Zdaniem jednego z przyjaciół Roberta Julius Oppenheimer był bardzo rozmowny i lubił dyskusje towarzyskie[64], według innego „koniecznie chciał być przyjacielski i starał się być sympatyczny”, ale również był z natury uprzejmy[65]. Należał do Towarzystwa Kultury Etycznej [Society for Ethical Culture] Felixa Adlera, pedagoga z Uniwersytetu Columbia. Robert chodził do szkoły prowadzonej przez to towarzystwo. Głosiło ono, że „człowiek musi przyjąć odpowiedzialność za kierunek swego życia i losu” – człowiek, a nie Bóg. Robert Oppenheimer pamiętał, że był „pompatycznym, odstręczająco dobrym małym chłopcem”. Dzieciństwo, mówił, „nie przygotowało mnie do tego, że świat jest pełen okrucieństwa. Nie mogłem w normalny, zdrowy sposób nauczyć się, jak być łajdakiem”[66]. Był dzieckiem delikatnym, często chorował. Z tego powodu, a może dlatego, że jego młodszy brat zmarł tuż po urodzeniu, matka nie pozwalała mu wychodzić na ulicę. Przebywał w domu, zbierał minerały, mając dziesięć lat, pisał wiersze i nadal bawił się klockami.

Już wtedy interesował się nauką. Jego zabawką w dzieciństwie był normalny mikroskop laboratoryjny. W trzeciej klasie przeprowadzał doświadczenia, w czwartej zaczął prowadzić dziennik naukowy, w piątej studiował fizykę, choć przez wiele lat bardziej interesował się chemią. Został uczniem kustosza w dziale kryształów Amerykańskiego Muzeum Historii Naturalnej [American Museum of Natural History]. Mając dwanaście lat, wygłosił wykład dla członków Nowojorskiego Klubu Minerologicznego [New York Mineralogical Club], którzy byli nim zachwyceni, tym bardziej że na podstawie prowadzonej z nim korespondencji przypuszczali, że jest dorosłym człowiekiem.

Gdy miał czternaście lat, rodzice uznali, że powinien przebywać więcej na świeżym powietrzu, i wysłali go na obóz; mieli również nadzieję, że ułatwi mu to znalezienie przyjaciół. Robert chodził po szlakach Camp Koenig, szukając okazów skalnych, rozmawiał z George’em Eliotem, jedynym chłopcem, z którym się zaprzyjaźnił. Był nieśmiały, niezręczny, nieznośnie afektowany i protekcjonalny, a zaczepiony, nie umiał oddać. Napisał do rodziców, że jest zadowolony z pobytu na obozie, ponieważ uczy się życia. Oppenheimerowie pospiesznie przyjechali. Okazało się, że gdy kierownik obozu skarcił uczestników za opowiadanie nieprzyzwoitych dowcipów, grupa chłopców przezywających Roberta „Cutie” [laluś] uznała, że to on jest cenzorem dowcipów. Zaciągnęli go do obozowej przechowalni lodu, rozebrali do naga, pobili; „torturowali go”, mówi jego przyjaciel – pomalowali mu genitalia i siedzenie na zielono i zamknęli nagiego na całą noc[67]. Wytrzymał do końca, ale nigdy więcej na obóz nie pojechał. „Był wciąż małym chłopcem – wspomina piętnastoletniego Roberta jego koleżanka, którą lubił bardziej, niż sądziła – [...] bardzo delikatny, z mocnymi rumieńcami na policzkach, bardzo nieśmiały i, oczywiście, niezwykle błyskotliwy. Bardzo szybko wszyscy uznali, że różni się od reszty i jest naprawdę nieprzeciętny. Jeśli chodzi o naukę, był dobry we wszystkim. [...] Oprócz tego, że był fizycznie – nie można właściwie powiedzieć, że niezdarny, lecz raczej słabo rozwinięty, nie w sposobie zachowania, ale poruszania się, chodzenia, siedzenia. Było w nim coś dziwnie dziecinnego”[68].