ХХ – Векът на науката (Част V): Учените, които се превърнаха в “унищожители на светове” (1940-1949)


 

 

Този текст е част от брой 156 на сп. „Българска наука“. Виж още други интересни статии >>

 


РЕКЛАМА:

***

Автор: Радослав Тодоров

 

През 40-те години на ХХ век светът преживява най-голямото сътресение в историята на човечеството, предизвикано от избухването на Втората световна война. През първата половина на десетилетието се водят опустошителни военни действия из цяла Европа, Северна Африка, Източна Азия, Пасифика и Северния Атлантик. Втората половина на 40-те преминава в бавно и трудно възстановяване от разрушенията, докато изтощената Европа бива разделена на две сфери на влияние между Западния свят и Съветския съюз, което води до началото на Студената война.
Предстои през следващите няколко десетилетия хората от Запада и Изтока да живеят разделени от невидима “желязна завеса”. Това от една страна спира сътрудничеството и обмяната на идеи в областта на технологичния напредък, но от друга го стимулира невероятно много, тъй като между двата враждуващи лагера започва надпревара в развиването на всякакви нови технологии, оръжия и дори в изследването и покоряването на космоса. Никога правителствата не са отделяли толкова голяма част от държавните си бюджети за учените, инженерите и техните институции, колкото тогава.

Но дори преди началото на надпреварата от Студената война, темпото на научните открития през 40-те години е зашеметяващо. Втората световна война несъмнено е огромна човешка трагедия и удар върху цивилизацията, но същевременно тя стимулира изключително много научните изследвания в областта на науката и технологиите чрез държавно финансиране. Това води до появата на много нови технологии, които коренно ще променят живота на хората занапред. Нуждите на войната изискват производството на нови вещества и материали като антибиотика пеницилин, инсектицида ДДТ и синтетичния каучук. Новите технологии като радари, реактивни двигатели (звуковата бариера е премината през 1947 г.), хеликоптери и електронни компютри са все иновации от онова време. Със създаването на атомната бомба американските учени оказват влияние върху политическата и културната атмосфера през останалата част от века и след това.
Повечето учени в началото на 40-те г. се занимават с изследвания, които обслужват военните нужди. Правителствата наливат милиони и милиарди в изследователски проекти, които биха помогнали за спечелването на войната, поради което се постига голям напредък в транспорта, комуникациите, оръжията и технологиите за събиране на разузнавателна информация. Но правителственото финансиране също така обединява науката и политиката по нов начин. За първи път правителството на САЩ финансира научни изследвания, които ще му помогнат да постигне политическите си цели. Може би най-важният и противоречив от всички тези проекти е изследването и създаването на атомната бомба.

Още през 1939 г. австрийската физичка Лизе Майтнер и немският химик Ото Хан установяват, че атомът може да бъде разделен и по този начин да се отделят огромни количества енергия. Процесът, който те описват, е делене на атомните ядра на тежките елементи – реакцията, която протича вътре в атомната бомба.
Алберт Айнщайн се установява в Съединените щати през 1933 г., след като бяга от нацистка Германия. Въпреки че той винаги е бил противник на насилието и войната, опитът му с нацистите го убеждава, че западните демокрации ще трябва да се борят с всякакви средства, за да запазят свободата си. След като новините за експериментите с ядреното делене в Европа достигат до американските учени, Айнщайн е принуден да пише до президента Франклин Рузвелт, предупреждавайки го за опасността. Той успява да убеди Рузвелт, че САЩ трябва да се опитат да разработят атомна бомба преди Германия. В резултат на това през 1942 г. Рузвелт упълномощава Проекта „Манхатън“ да започне изследвания за създаване на ядрени оръжия. В резултат на това през 1945 г. Съединените щати стават първата ядрена сила в света.
Въпреки, че Айнщайн не участва пряко в Проекта Манхатън, той е един от редицата европейски учени, които емигрират в САЩ през 30-те и 40-те години и много от които помагат за разработването на атомната бомба. Физици и химици като Ханс Бете от Германия, Феликс Блох от Швейцария и италианците Енрико Ферми и Бруно Роси, заедно с други учени от Русия, Унгария, Полша и Австрия – всички те работят по проекта Манхатън.

 

Среща относно проекта за 184-инчов циклотрон, проведена в Калифорнийския университет, Бъркли, на 29 март 1940 г. Отляво надясно: Ърнест Лорънс, Артър Холи Комптън, Ванивар Буш, Джеймс Брайънт Конант, Карл Тейлър Комптън и Алфред Лий Лумис.

 

Много важни открития и в други области са направени от американски учени имигранти през 40-те години. Джордж Гамов например разработва теорията за „Големия взрив“, която е първият обоснован научен модел за възникването на Вселената, нейното ранно развитие и продължаващото ѝ разширяване. Ервин Чаргаф и Северо Очоа провеждат сериозни изследвания, които довеждат до установяване на механизмите в биологичния синтез на РНК и ДНК. Друг значителен напредък е развитието на ракетната техника, където по-специално работата на германския учен Вернер фон Браун, извършена както в Нацистка Германия, така и по-късно в САЩ, води до американската космическа програма през следващите години. Много от тези учени печелят Нобелови награди за своите изследвания, докато са били в Европа, други стават нобелови лауреати, след като се установяват в Съединените щати. Това „изтичане на мозъци“ на учени от Европа към Америка помага изключително много на САЩ да спечелят войната и да станат световен лидер в научните изследвания след това.

 

Оръжията и военните конфликти навлизат в нова ера

Тази война променя всички аспекти на живота – от икономиката през правосъдието, до естеството на самата война – научното и технологичното наследство от най-големия въоръжен конфликт в историята имат дълбоко и трайно въздействие върху живота след 1945 г. Технологиите се развиват изключително интензивно по време на бойните действия, с цел спечелването на войната, при това възможно най-бързото ѝ спечелване. 

По време на Втората световна война способността да се произвеждат по-къси или микро дължини на вълните чрез използването на магнетрон се подобрява значително спрямо предвоенната радарна технология и осигурява повишена точност на по-големи разстояния. Радарната технология, особено използвана при самолетите и самолетоносачите, изиграва толкова голяма роля във войната, че според някои историци радарът е помогнал на съюзниците да спечелят войната повече от всяка друга технология, включително и от атомната бомба.
На бойното поле се появяват още: реактивните самолети, балистичните ракети, самоходните реактивни системи за залпов огън (“Катюши”), джиповете, колесните и верижните машини-амфибии, десантните плавателни съдове и напалмът. А колкото до всички вече съществуващи машини и оръжия – те биват доразработени, подобрени и диверсифицирани неимоверно много спрямо моделите, използвани допреди началото на войната.

От всички научни и технологични постижения, направени по време на Втората световна война, малко получават толкова внимание, колкото атомната бомба. САЩ мобилизират огромен набор от учени, инженери и промишлени предприятия в пионерските изследвания за създаването на атомни оръжия. Те са толкова сложни от гледна точка на физиката и толкова трудни за изграждане по отношение на технологията, че паралелно са разработвани два различни типа, за да се увеличат шансовете поне един от тях да бъде доведен до успешен край. Бомбата, хвърлена над Хирошима, е от уранов тип, а тази, пусната над Нагасаки, използва плутоний.
Принципът на тази технология се основава на деленето на ядрата на тежки нестабилни елементи, като уран-235 или плутоний-239. Протичащата реакция е неконтролируема и верижна, довеждаща до имплозията на ядрения материал вътре в бомбата и последващо отделяне на колосално количество енергия под формата на лъчение, светлина и топлина.

Основен проблем наред с опустошителната поразяваща мощ на такава бомба е това, че същевременно тя замърсява и с радиацията, отделяна след ядрената реакция. Тъй като почти цялото количество уран или плутоний претърпява разпад по време на реакцията, замърсяването с тези елементи е незначително и те присъстват само в пренебрежими количества след взрива. За сметка на това обаче се образуват редица остатъчни продукти, отделящи високи количества алфа, бета и гама-радиация. При експлозията тези елементи облъчват вдигнатата във въздуха от взрива земна маса. С вятъра и дъжда тя започва да се разпространява и се разпръсква върху обширни територии, в които се наблюдават както краткосрочни, така и дългосрочни негативни ефекти на ядрено замърсяване, което може да оказва пагубно влияние върху живите организми.

 

Ядрената гъба, вдигната от атомната бомбардировка над Нагасаки (Япония) на 9 август 1945 г. 

 

Разработени в разгара на надпреварата между Оста и съюзническите сили по време на войната, атомните бомби, хвърлени върху Хирошима и Нагасаки, служат като решителни маркери, сложили края на битките в Тихия океан, а с това и окончателния край на Втората световна война.
Още в хода на проекта Манхатън се оформя голям кръг от учени в него, които, осъзнавайки параметрите на разрушителната сила на бомбата, върху която работят, се обявяват против нея и най-вече против използването ѝ срещу цивилно население. Наблюдавайки мощта на първия тестов ядрен взрив в пустинята на Ню Мексико, директорът на Манхатънския проект Дж. Робърт Опенхаймер, изрича пословичната фраза, че се е превърнал в “унищожител на светове”.

Учените обаче не успяват да разубедят политиците да използват бомбата, тъй като според изчисленията на военните, американските войски биха претърпели прекалено много жертви за да превземат всеки от главните японски острови с десанти, като този при Нормандия. Затова се взима решението двете атомни бомби да бъдат хвърлени над гъсто населени, индустриални центрове, с цел психологически удар и демонстрация на смазващо технологично превъзходство, които да принудят Япония да капитулира.

Докато дебатите относно решението за използването на атомни оръжия продължават да се водят и до днес, то няма много спорове относно значението на атомната епоха и нейния принос във формирането на облика на ХХ век и позицията на САЩ на глобалната сцена. Състезанието за господство подтиква както Съединените щати, така и Съветския съюз да произвеждат и държат възможно най-много ядрени оръжия. От тази надпревара във въоръжаването се поражда нова ера на науката и технологиите, които завинаги променят естеството на дипломацията, размера и мощта на военните сили, но и развитието на технологиите, с които в крайна сметка американските астронавти са изведени на повърхността на Луната.

Междувременно учените в нацистка Германия също работят усилено върху създаването на атомна бомба. Но без огромния набор от ресурси, който американското и съветското правителство предлагат на своите учени, немците едва достигат до началната фаза на проучванията. Подобно на радара и атомната бомба е полезна с това, че малък брой устройства могат да окажат голямо влияние върху военните операции, така че новото изобретение може да даде решителен ефект още преди да е влязло в пълномащабно масово производство. За разлика от тях, повечето конвенционални оръжия отнемат толкова много време за масово производство, че ако не са били поне на чертожната дъска, когато войната е започнала, те често пристигат твърде късно, за да повлияят на изхода ѝ. Забележително е обаче, че шеметната скорост, с която новите оръжейни системи се появяват от чертожната маса през заводската поточна линия до бойното поле, никога дотогава не е била виждана в подобни темпове.

 


Колона от немски танкове Panzer III на Източния фронт. Количеството и качеството на бойната техника започват да изместват живата човешка сила като фактор за спечелване на войните.

 

Новото значение на науката и учените

Допреди войната учените са професори, които ръководят малки лаборатории със студенти, с малки суми пари и се занимават с основните принципи на естествения свят, без много да обръщат внимание на практическите приложения и рядко привличат вниманието на правителствата. По време на Втората световна война обаче науката е мобилизирана в огромни мащаби; много от тези професори и техните студенти изоставят всичко друго, за да работят само върху предизвикателства и инициативи, свързани с войната. Огромната лаборатория за „изследователска и развойна дейност” (R&D) се появява в съвременния си вид именно тогава. Своеобразната парадигма на тези усилия е Проектът Манхатън, който обединява хиляди физици с логистика от армейски мащаб за да проектират, създадат и произведат първите атомни бомби. Други лаборатории включват така наречената „Радиационна лаборатория“ в Масачузетския технологичен институт, която разработва радарите. 

Много други лаборатории се фокусират върху всичко, от което може да се извадят ползи за належащите проблеми – от електроника до медицински изследвания и психологически тестове. До края на войната атомната бомба окончателно дава да се разбере, че науката, по думите на един учен, е „загубила своята невинност“ – тоест сега тя е критичен инструмент за военната мощ и получава правителствени пари и средства за изследвания в хиляди пъти повече от предвоенните времена. Учените стават съветници на президентите по най-наболелите въпроси на националната и външната политика. Още оттогава правителствата мобилизират науката, математиката и инженерството в огромен мащаб, независимо дали в големи държавни лаборатории, чрез финансиране на изследвания в университети или чрез закупуване на високотехнологични продукти от компании в индустрията.

Трябва да се отбележи, че не само учените, математиците и инженерите използват математиката и науката по това време. На средностатистическите войници, моряци, летци и морски пехотинци вече най-редовно им се налага да използват математически и природни умения, често новонаучени, за да изпълнят своите мисии. Извършването на измервания за стрелба с артилерийски установки, четене и ориентиране по карти и компаси, определяне на скорости и височини във въздуха, настройване на таймери на предпазители, всички тези задачи и безброй други изискват фундаментално разбиране на много математически и природни правила. Докато вече по-сложните операции, като навигиране на самолет, кораб или подводница, интерпретиране на радарни сигнали или даже поправяне на повреден танк, може да изискват интензивно и сложно обучение.
Дори на армейските готвачи се налага да използват математика малко или много. Готвенето на ястия за хиляди мъже автоматично означава използване на математика за формулиране на количества съставки, определяне на времето за готвене и подходящо планиране на ефективен график за получаване на храната навреме. Средностатистическият войник може и да не е разбрал как точно работи атомната бомба – не е било нужно да разбират чак от ядрена физика – но за ежедневните операции, разумното използване на математически и научни умения действително може да доведе до голяма разлика на бойното поле.

 

Промени във всекидневния живот

Този напредък в технологиите за водене на война подхранва развитието на все по-мощни оръжия, които поддържат напрежението между глобалните сили, променяйки фундаментално начина, по който хората живеят. Научното и технологично наследство от Втората световна война се превръща в нож с две остриета, който помага за въвеждането на модерен начин на живот на следвоенните поколения, като същевременно поставя началото на конфликтите от Студената война.

Когато разглеждаме военновременната технология, която придобива търговска стойност след края на войната, е невъзможно да се игнорира малкото устройство с размер на длан, известно като магнетрон (мощна електронна радиолампа, генерираща микровълни). Това устройство не само се оказва от съществено значение за спечелването на войната, но също така завинаги променя начина, по който хората приготвят и консумират храна, след като благодарение на него са създадени микровълновите фурни. Поради характерното взаимодействие на микровълните с молекулите на водата и мазнините, магнетронът е подходящ да се използва като източник на енергия за стопляне и готвене на храна. Предимствата на този вид енергия в сравнение с обикновеното топлинно нагряване е, че при микровълновата се постига нагряване едновременно в целия обем на храната.
Освен под формата на микровълнови печки по домовете радарът се превръща в основен компонент и на метеорологията. Разработването и прилагането на радари за изследване на времето започва малко след края на Втората световна война. Използвайки радарна технология, метеоролозите разширяват познанията си за метеорологичните модели и увеличават способността си да предсказват прогнози за времето.

 

Магнетронна сглобка на ранен авио радар за летищата, достъпен на пазара от 1947 г.

 

Подобно на радарната технология, компютрите също започват да се разработват още преди началото на войната, но сега тя изисква много бързо развитие на тази технология, което води до производството на нови компютри с безпрецедентна мощност. Един такъв пример е електронният цифров интегратор и компютър (ENIAC), един от първите компютри с общо предназначение. Способен да извършва хиляди изчисления в секунда, ENIAC първоначално е проектиран за военни цели, но е завършен чак през 1945 г. Така че той е пуснат на пазара в началото на 1946 г. като инструмент, който би революционизирал областта на математиката. Заемайки 450 кв.м, с височина над 2.5 м, ENIAC първоначално се предлага на цена от 400 000 долара. Продължаващото развитие на тази технология през следващите десетилетия, особено след 70-те г. насам, постепенно прави компютрите все по-малки, по-мощни и по-достъпни, така че до днес те да се превърнат в неизменна част от ежедневието на всички нас.

 

Напредъкът в здравеопазването

Наред с напредъка на микровълновата и компютърната технология, Втората световна война довежда до важни промени и в областта на хирургията и медицината. Деструктивният характер на двете световни войни налага разработването и използването на нови медицински техники, които водят до подобрения в кръвопреливанията, кожните присадки и други постижения в лечението на травми. Необходимостта от лечение на милиони войници също така налага широкомащабно производство на антибактериално лечение, което води до едно от най-важните постижения в медицината през ХХ век – пеницилина. Въпреки че ученият Александър Флеминг открива антибактериалните свойства на плесента Penicillium notatum още през 1928 г., търговското производство на пеницилин започва едва след началото на Втората световна война. Американските и британските учени работят заедно, за да отговорят на нуждите на войната и за да се осигури мащабно производство на пеницилин. До Десанта в Нормандия през юни 1944 г. учените успяват да приготвят 2,3 милиона дози пеницилин за ранените войници, като осведомяват обществеността за „чудодейното лекарство“, спасяващо милиони животи. Оттогава до днес пеницилинът остава критична форма на лечение, използвана за предотвратяване на бактериална инфекция.

Междувременно е установено, че веществото ДДТ е силен инсектицид, с който започват да се унищожават насекоми, пренасящи малария и жълта треска. По-добрите методи за кръвопреливане подобряват скоростта и успеха на хирургичните операции, докато технологиите от ядрената индустрия носят на медицината нови лъчетерапии за борба с болестите. През десетилетието е постигнат напредък и в лечението на проблеми с психичното здраве. Много войници са претърпели психични проблеми като последствие от ужаса на битките; следователно психиатрията придобива по-висок профил. Въпреки опасенията относно някои от по-радикалните лечения за психично здраве, психиатричните пациенти са лекувани като цяло по-добре, отколкото когато и да било преди.

През периода започва широко да се използва мепакрин (атабрин) за превенция на малария, а сулфаниламида, кръвната плазма и морфина сащо са сред главните медицински постижения по време на войната. В нейния ход се наблюдава голям напредък и в лечението на изгаряния, включително използването на кожни присадки, масова имунизация срещу тетанус и подобрения в противогазите. Използването на метални пластини за заздравяване на фрактури започва да се прилага пак по това време.

До края на това десетилетие в медицината се появяват и първите ваксини срещу проказа и срещу паротит, изолиран е полиомиелитният вирус и е получен кортизонът – стероидно съединение, което намалява локалните възпаления и се използва при лечение на ревматични, астматични и алергични състояния.

 

Химичната структура на ядрото на пеницилина, първият в света антибиотик.

 

Откритите покрай нуждите на войната лекарства и методи за лечение, веднага след това стават достъпни и за цивилното население, с което качеството и продължителността на неговия живот значително се удължават през следващите десетилетия.
Броят на смъртните случаи при бебетата намалява значително, тъй като инфекциите стават по-лесни за лечение, а броят на хората над 65 години започва да се увеличава. В резултат на това пък на медицината се налага повече да се сблъсква със заболявания, характерни за възрастните хора, като рак, сърдечни заболявания и инсулти, които стават все по-чести. Много инфекциозни заболявания, като сифилис, вече могат да бъдат лекувани с новооткритото лекарство пеницилин. Но полиомиелитът (известен също като детски паралич) продължава да бъде сериозен проблем – епидемията от полиомиелит от 1949 г. взима 30 хиляди жертви. И все пак, въпреки продължаващатата борба с тези болести, следвоенният ентусиазъм у хората за нови научни постижения е огромен, а медицинският напредък изглежда неудържим.

 

Напред към чистата наука

След като войната приключва научните изследователи най-накрая могат да си позволят лукса да изследват и въпроси или проблеми, които нямат директна практическа полза към момента. Или с други думи – да се занимават с това, което наричаме „чиста“ наука.
Откритията, направени в чисто научни изследвания, често намират практическото си приложение години или десетилетия по-късно. По време на световната война учените са принудени да търсят много по-тесни връзки между своите изследвания и практическите проблеми, стоящи пред тях в дадения момент и то по възможно най-бързия начин да дават някакви резултати. Но именно развитието на теоретичната физика в началото на века помага по-късно за създаването на атомната бомба, а впоследствие пък се намира и мирен начин за употребата на ядрената енергия, чрез атомни електроцентрали. В химията синтетичният каучук е практически резултат от години чисти изследвания. Само биолозите изглежда са по-свободни през военното време, поради което изследователите, работещи в областта на генетиката, започват да полагат основите за откриването на структурата на ДНК през 50-те години, въпреки че това изследване не е имало очевидно приложение за тогавашните военни усилия.

През 40-те години на ХХ век научните изследвания подхранват практическите технологични постижения, както никога досега. Предоставени са извънредно много пари за изследвания, ускорявайки силно темпа на откритията и цялостното развитие. Науката и технологиите излизат на преден план, както в западните университети, така и в тези от Източния блок. Още преди войната Съединените щати вече са мощна индустриална нация, но до края на 40-те години те стават световен лидер в научните изследвания. Но тясната връзка между политическите нужди и научното развитие променя начина, по който работят учените и инженерите. През годините на войната „чистите“ изследвания се губят за сметка на приложните изследвания или иначе казано – работата, която би осигурила бързи решения на практическите проблеми. След 1945 г. учените трябва да преоткрият баланса между „чистата“ и приложната наука, но събитията от това десетилетие убеждават политиците, че така или иначе занапред ще трябва да влагат максимални средства и в двата типа наука.

 

Този текст е част от брой 156 на сп. „Българска наука“. Виж още други интересни статии >>

 

Източници: encyclopedia.com, wikipedia.org, nationalww2museum.org, ncpedia.org, heroism.org, 

Изображения: canva.com, wikipedia.org


Европейска нощ на учените 2022 г.: