Polski wkład w Projekt Manhattan

1 listopada 1952 r. w pacyficznym atolu Eniwetok z mocą ponad 10 megaton trotylu, 450-krotnie większą niż bomba, która spadła na Nagasaki, wybuchła "Kiełbasa". Taką pieszczotliwą nazwę nadano pionierskiemu urządzeniu, które było pierwszą w historii bombą wodorową. Klasyczne bomby atomowe, takie jak te, które skonstruował Robert Oppenheimer i zespół naukowców z Projektu Manhattan, bazują na reakcji rozszczepienia jądra atomowego. Uwalniana w momencie ich wybuchu energia jest bardzo potężna, ale liczona jest "zaledwie" w kilotonach, czyli ekwiwalencie tysięcy ton trotylu.

Z kolei bomba wodorowa, termonuklearna, wykorzystuje atomową syntezę. Tę samą, która zachodzi w sercu naszego, i każdego innego, słońca. Nie rozbija atomowego jądra pierwiastków superciężkich, wręcz odwrotnie, siłą łączy izotopy pierwiastka najlżejszego, wodoru. W wyniku tego połączenia powstaje jądro helu oraz prawie niewyobrażalna ilość energii, która sprawia, że gwiazdy świecą na niebie. I właśnie dopiero w 1952 r. udało się nam uwolnić ją po raz pierwszy. A sprawił to Stanisław Ulam, polski matematyk ze Lwowa.

Od początku

Zanim przejdziemy jednak do Ulama, jego osiągnięć, udziału w pracach Projektu Manhattan oraz późniejszego wkładu w skonstruowanie pierwszej bomby wodorowej, trzeba wymienić inne polskie imię i nazwisko. Bez tej osoby nie byłoby ani bomby termonuklearnej, ani neutronowej, ani Projektu Manhattan. O kim mowa? Łatwo się domyślić. O jedynej w historii podwójnej noblistce, Marii Skłodowskiej-Curie, matce badań nad radioaktywnością. Bez jej wiekopomnego odkrycia, dokonanego razem z francuskim mężem Piotrem Curie w 1898 r., nie tylko nie powstałaby broń nuklearna, ale też cała gałąź nauki nazywana fizyką atomową. A jakie to było odkrycie?

Maria i Piotr jako pierwsi odkryli i wyodrębnili z rud uranowych polon i rad, dwa nieznane wcześniej, bardzo aktywne pierwiastki promieniotwórcze. Sam fakt ich istnienia był bardzo znaczący i dokonał rewolucji w fizyce oraz chemii. W kontekście Projektu Manhattan istotne jest jednak coś innego. Wszystkie późniejsze prace badawcze i odkrycia, dokonane przez takich geniuszy jak Rutherford, Bohr, Fermi, Lawrence czy Heisenberg, które dały podstawy pod stworzenie pierwszego reaktora jądrowego oraz pierwszej bomby, opierały się właśnie na znalezionym przez najsłynniejszą polską uczoną radzie. Był on, czy to jako źródło cząsteczek alfa, czy neutronów, czy promieniowania gamma, stałym i nieodzownym elementem dosłownie wszystkich eksperymentów atomowych. Maria Skłodowska-Curie zmarła na wywołaną przez swoje własne odkrycie białaczkę w 1934 r., na długo przed odkryciem w 1939 r. reakcji rozszczepienia atomu. Ale nie wypada mówić o tym ostatnim, ani też w ogóle o fizyce nuklearnej, bez przywołania jej nazwiska.

Geniusz ze Lwowa

Stanisław Ulam urodził się w 1909 r. w rodzinie zasymilowanych polskich Żydów. Od najmłodszych lat zaskakiwał wszystkich fenomenalną pamięcią, niezwykłą inteligencją oraz umiejętnością intuicyjnego odnajdywania nieszablonowych rozwiązań różnych problemów. W szkole średniej odkrył i pokochał matematykę, z którą pragnął związać swoją przyszłość. Jednak jego ojciec, szanowany prawnik, nie chciał słyszeć o bezproduktywnej karierze naukowej. Dlatego też młody Stanisław poszedł na studia inżynierskie do Politechniki Lwowskiej. Których nie znosił.

Ogólnie Ulam miał nie po drodze ze studiami. Nawet gdy porzucił inżynierię i zaczął studiować samą matematykę, nie trawił koncepcji egzaminów, prac zaliczeniowych i tym podobnych. Wolał przesiadywać w kawiarni Szkockiej ze Stefanem Banachem i Stanisławem Mazurem, innymi wybitnymi matematykami z tzw. szkoły lwowskiej. To tam, nad kawą i alkoholem, dokonywał największych postępów w nauce. Gdy wreszcie został zmuszony do napisania pracy magisterskiej, zrobił to w jeden dzień. A już w rok później, w wieku 24 lat, obronił doktorat. I ruszył w świat.

Polski Amerykanin

We Lwowie nie było perspektyw dla umysłu tego kalibru. Zwłaszcza żydowskiego pochodzenia. Dlatego Ulam wyjechał. Do Wiednia, Zurychu i Paryża, gdzie spotykał się z najlepszymi uczonymi swojej epoki. Na dłużej został w Wielkiej Brytanii, gdzie przez rok wykładał na Cambridge i nawiązywał kolejne kontakty. Jednym z nich był naturalizowany w Stanach Zjednoczonych genialny Żyd z Węgier, John von Neumann, matematyk, fizyk kwantowy i informatyk, późniejszy twórca przełomowej teorii gier. Von Neumann dobrze znał talent tułającego się po Europie Ulama i zaprosił go do siebie, do Princeton, do Ameryki.

I tak właśnie w 1935 r. młody chłopak ze Lwowa zamieszkał w Stanach Zjednoczonych. Najpierw przez kilka miesięcy działał w Institute for Advanced Study w Princeton z von Neumannem, ale szybko przeniósł się na pozycję wykładowcy do prestiżowego uniwersytetu Harvarda. Cały rok akademicki Ulam spędzał w Ameryce. Do Polski, do rodziny, wracał tylko na wakacje. Ostatnie były w 1939 r. Gdy 20 sierpnia Ulam wyjeżdżał z kraju razem z 16-letnim bratem Adamem, nie wiedział, że już do Polski nie wrócą. I że nie zobaczą już ani ojca, ani reszty rodziny, ani większości przyjaciół. Niecałe dwa tygodnie później wybuchła II wojna światowa. Prawie wszyscy krewni i znajomi Ulama zginęli albo w ulicznych masakrach, albo w nazistowskich więzieniach, albo w obozach koncentracyjnych.

Los Alamos

Po wybuchu wojny Stanisław Ulam przez kilka lat wykładał na uniwersytecie. W 1941 r. ożenił się z uroczą Francuzką Françoise Aron oraz otrzymał amerykańskie obywatelstwo. Szalała wojna i mijały lata. Ulam chciał pomóc. I przy okazji dowiedzieć się, co stało się z jego przyjaciółmi, innymi matematykami i fizykami, którzy zaczęli w dziwny sposób znikać. W 1943 r. napisał więc do von Neumanna, podejrzewając, że kto jak kto, ale jego wybitny przyjaciel na pewno pracuje dla rządu nad jakimś tajnym projektem. Polak zaoferował swoje usługi. Wkrótce potem otrzymał list, który kazał mu rzucić wszystko, zabrać żonę, nic nikomu nie mówić i przyjechać do Nowego Meksyku. Do Los Alamos.

Stanisław Ulam w ramach Projektu Manhattan zajmował się głównie liczeniem. Pracując razem z von Neumannem na prymitywnych maszynach, dokonali kluczowych obliczeń, które pozwoliły przezwyciężyć problemy z implozją w urządzeniu, które zostało użyte do Trinity, pierwszego testu atomowej eksplozji, który jest centralną częścią fabuły filmu Oppenheimer. A także w bombie Fat Man, zrzuconej później na Nagasaki.

Superbomba

W Los Alamos Ulam pracował jednak głównie z również pochodzącym z Węgier Edwardem Tellerem oraz włoskim noblistą Enrico Fermim, który był szefem osobnego działu rozwijającego koncepcję następnej wielkiej bomby, termonuklearnej. Po wojnie Ulam wrócił na krótko do wykładania matematyki na uniwersytecie w Kalifornii, ale szybko wrócił do Nowego Meksyku, by znów zajmować się obliczeniami niezbędnymi do osiągnięcia reakcji syntezy atomowej. I został już w Los Alamos na kolejnych kilkanaście lat. W ich trakcie udało mu się w końcu przezwyciężyć problemy teoretyczne związane z bombą wodorową i opracować razem z Tellerem równania, które umożliwiły skonstruowanie wspomnianej na początku "Kiełbasy". Projekt pierwszej bomby wodorowej bazuje na tzw. konfiguracji Ulama-Tellera, która do dziś jest oznaczona klauzulą tajności.

Stanisław Ulam był później doradcą naukowym prezydenta Johna Kennedy’ego. Wykładał na kilku uniwersytetach. Pracował nad projektami atomowych silników do rakiet. Stworzył stosowaną do dziś metodę Monte Carlo używaną do matematycznego modelowania procesów zbyt złożonych dla analityki. Położył podwaliny pod matematykę eksperymentalną i naukę nieliniową. Opublikował 150 ważnych prac naukowych z bardzo różnych dziedzin matematyki. Zmarł w wieku lat 75, 13 maja 1984 r., w Santa Fe w Nowym Meksyku.

21 lipca w kinach zadebiutuje nowy film słynnego Christophera Nolana, Oppenheimer. Dzięki niemu zobaczymy na wielkim ekranie całą historię Projektu Manhattan i stworzenia pierwszej bomby jądrowej. Oglądając to dzieło pamiętajmy, że swój wkład w to wiekopomne przedsięwzięcie miał również jeden z najwybitniejszych polskich naukowców XX wieku, Stanisław Ulam, genialny matematyk ze Lwowa.