ฮิโรชิมารำลึก (3)

ถ้าอย่างนั้นต้องทำอย่างไรล่ะ? สิ่งที่เฟอร์มีมองไปในอนาคตก็คือทำอย่างไรจึงจะให้อะตอมยูเรเนียมจำนวนมากแตกตัวพร้อมๆกัน พลังงานที่ได้นั้นแหละจึงจะเป็นพลังงานอันมหาศาลอย่างแท้จริง คำตอบก็คือเมื่อยูเรเนียมถูกยิงด้วยนิวตรอนจนแตกตัว จะได้นิวตรอนอิสระหลุดออกมาด้วย ถ้านิวตรอนอิสระเหล่านั้นสามารถพุ่งชนอะตอมยูเรเนียมอะตอมอื่นๆให้แตกตัวได้ต่อไปในเวลาอันรวดเร็วจนเกือบจะพร้อมๆกันก็จะทำให้เกิดเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ (chain reaction) ขึ้น แต่ปัญหานี้ใช่ว่าจะขบให้แตกได้ง่ายๆเพราะขั้นแรกจะต้องมียูเรเนียมที่บริสุทธิ์มากๆเป็นจำนวนมากเสียก่อนซึ่งเป็นเรื่องที่ยากเย็นมากในขณะนั้นจนแทบเป็นไปไม่ได้ และปัญหาที่ตามมาก็คือจะควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เกิดขึ้นได้อย่างไร เพราะถ้าควบคุมไม่ได้ก็ไม่สามารถนำไปใช้ให้เกิดประโยชน์ได้

จากการค้นคว้าในขั้นต่อมาทำให้เฟอร์มีทราบว่ายูเรเนียมที่เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันได้ดีนั้นคือยูเรเนียม-235 ซึ่งโดยปกติแล้วในธรรมชาติจะมีแต่ยูเรเนียม-238 เสียเป็นส่วนใหญ่และมียูเรเนียม-235 เจือปนอยู่ด้วยในอัตราที่ต่ำมาก คือมีอยู่เพียงราวร้อยละ 0.7 ของยูเรเนียม-238 เท่านั้น (ยูเรเนียมทั้ง 2 ชนิดนี้ต่างก็เป็นธาตุยูเรเนียมเช่นเดียวกัน แต่ต่างกันที่ในนิวเคลียสจะมีจำนวนนิวตรอนไม่เท่ากัน เราเรียกสมาชิกของธาตุเดียวกันที่มีจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสไม่เท่ากันนี้ว่าไอโซโทป (isotope) ยกตัวอย่างเช่นยูเรเนียม-238 มีนิวตรอนมากกว่ายูเรเนียม-235 อยู่ 3 ตัว) ซึ่งยูเรเนียม-238 นี้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันได้ยาก ไม่เหมาะที่จะนำมาใช้ในการก่อให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่

นอกจากนี้ เมื่ออะตอมของยูเรเนียมเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันขึ้น นิวตรอนที่หลุดออกมาจะสามารถทำให้เกิดนิวเคลียร์ฟิชชันของยูเรเนียมอะตอมอื่นๆต่อไปได้ถ้านิวตรอนนี้มีความเร็วไม่มากนัก เฟอร์มีจึงคิดว่าถ้าใส่ธาตุเบาๆบางตัวเช่นกราไฟต์อันเป็นคาร์บอนชนิดหนึ่งผสมเข้ากับยูเรเนียม เมื่อนิวตรอนของยูเรเนียมวิ่งไปชนถูกอะตอมของกราไฟต์ก็จะกระดอนไปมาและถูกลดความเร็วลง เมื่อมีความเร็วต่ำพอก็จะสามารถกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันเป็นลูกโซ่ต่อไปได้ แต่นการทดลองเพื่อยืนยันสมมติฐานดังกล่าวต้องใช้กราไฟต์ที่บริสุทธิ์มากซึ่งในยุคนั้นก็ยังไม่เคยมีใครผลิตเช่นกัน

อย่างไรก็ดี เฟอร์มีไม่รอช้าที่จะเริ่มโครงการทดลองตามความคิดของตนและพยายามแก้ไขปัญหาต่างๆที่เกิดขึ้นเพื่อให้การทดลองเดินหน้าต่อไป

สงครามโลกครั้งที่ 2 ประทุ

หลังจากที่เยอรมนีได้ครอบครองดินแดนส่วนหนึ่งของเชโกสโลวะเกียในปี ค.ศ. 1938 แทนที่ฮิตเลอร์จะพอใจและอยู่อยางสงบตามความคิดของอังกฤษและฝรั่งเศส ตรงกันข้าม ในปีต่อมา ฮิตเลอร์กลับไปหาเรื่องกับโปแลนด์โดยเรียกร้องให้โปแลนด์คืนรัฐดานซิคซึ่งเคยเป็นของเยอรมนีมาก่อนคืน แต่โปแลนด์ปฏิเสธ และในขณะเดียวกันก็หันไปทำสัญญากติกาไม่รุกรานซึ่งกันและกันกับรัสเซียซึ่งเดิมเป็นไม้เบื่อไม้เมากันมาก่อน ทำให้ดุลอำนาจในยุโรปเปลี่ยนไป แม้สหรัฐอเมริกาซึ่งถือว่าตนเองอยู่วงนอกมาตลอดก็ยังไม่อาจอดใจได้ โดยประธานาธิบดีในขณะนั้นคือแฟรงกลิน ดี. รูสเวลต์ (Franklin D. Roosevelt) ถึงกับส่งสาสน์ส่วนตัวไปวอนฮิตเลอร์เพื่อให้ระงับความคิดก่อสงคราม

แต่คำวิงวอนของรูสเวลต์ไม่เป็นผล เพราะหลังจากนั้นเพียงไม่กี่วัน เมื่อวันที่ 1 กันยายน ค.ศ. 1939 เยอรมนีภายใต้การนำของฮิตเลอร์ก็ได้เคลื่อนพลบุกเข้ายึดโปแลนด์ ชาวโปแลนด์ไม่ยอมสยบจึงเกิดสงคราม เป็นเหตุให้ผู้คนล้มตายเป็นจำนวนมาก

ความหายนะของโปแลนด์หลัง การบุกของกองทัพเยอรมัน

ในวันรุ่งขึ้น ลีโอ ซิลลาร์ด (Leo Szilard) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้ขอให้ไอน์สไตน์เขียนจดหมายเตือนประธานาธิบดีรูสเวลต์ ซิลลาร์ดเพิ่งลี้ภัยเข้ามาตั้งรกรากในสหรัฐอเมริกาเมื่อปี ค.ศ. 1938 พร้อมเพื่อนนักวิทยาศาสตร์อีกหลายคน ด้วยความที่เพิ่งจากเยอรมันมาไม่นานจึงรู้ความเป็นในเยอรมันเป็นอย่างดีและรู้ดีว่าเยอรมันก็สนใจเรื่องปฏิกิริยานิวเคลียร์อยู่เหมือนกันและมีศักยภาพที่นำเอาปฏิกิริยานิวเคลียร์มาใช้สร้างเป็นอาวุธอันมีอานุภาพร้ายแรงได้ เหตุที่ซิลลาร์ดเลือกไอน์สไตน์ให้เป็นผู้ออกหน้าเพราะขณะนั้นไอน์สไตน์ซึ่งอยู่ในวัย 60 ปีเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงก้องโลก คำพูดของไอน์สไตน์จึงมีน้ำหนักมากกว่าคำพูดของคนอื่นๆ

ด้วยเหตุนี้ไอน์สไตน์จึงเขียนจดหมายถึงประธานาธิบดีรูสเวลต์ในวันที่ 2 กันยายน ใจความของจดหมายเตือนให้รูสเวลต์ทราบว่าทางเยอรมนีกำลังค้นคว้าวิจัยเกี่ยวกับยูเรเนียมอยู่ เป็นไปได้ว่าเยอรมนีอาจพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์อันเป็นอาวุธที่ร้ายแรงอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อนขึ้นมา ซึ่งไอน์สไตน์ได้กล่าวในอีกหลายปีให้หลังว่าเรื่องผิดพลาดร้ายแรงในชีวิตของตนเรื่องหนึ่งก็คือเรื่องที่ส่งจดหมายถึงประธานาธิบดีรูสเวลต์นั่นเอง เพราะผลของจดหมายฉบับนั้นทำให้สหรัฐอเมริกาได้ครอบครองอาวุธปรมาณูอันทรงอานุภาพทำลายล้างอย่างรุนแรงและส่งผลให้ผู้คนต้องล้มตายหลายแสนคน แต่ก็เป็นเรื่องที่ไม่มีทางเลือกเพราะถ้าไม่ทำเช่นนั้นเยอรมนีก็อาจได้เป็นผู้ที่ครอบครองอาวุธมหาประลัยแทน

ต่อมาในวันรุ่งขึ้น ชนวนสงครามที่ฮิตเลอร์ได้จุดเอาไว้เมื่อวันที่ 1 ก็ได้ระเบิดขึ้น เพราะอังกฤษและฝรั่งเศสต่างก็หมดความอดทนและประกาศสงครามกับเยอรมนี สงครามโลกครั้งที่ 2 จึงอุบัติขึ้น ในขณะนั้นประเทศญี่ปุ่นได้ออกมาประกาศว่าไม่ขอยุ่งเกี่ยวกับการศึกในครั้งนี้

ในขณะที่อังกฤษและฝรั่งเศสร่วมกันทำสงครามกับเยอรมนี จดหมายของไอน์สไตน์ที่ส่งถึงประธานาธิบดีรูสเวลต์ก็ยังเงียบอยู่ เป็นเวลากว่า 1 เดือนกว่าที่จดหมายของไอน์สไตน์จะได้รับการตอบสนอง

แม้ในขณะนั้นสหรัฐอเมริกาจะอยู่ในฐานะผู้ดูวงนอก ไม่ได้เข้าร่วมในสงครามโลก แต่ในที่สุด ประธานาธิบดีรูสเวลต์ก็เห็นชอบกับการที่สหรัฐอเมริกาจะพัฒนาเทคโนโลยีทางนิวเคลียร์รวมทั้งอาวุธนิวเคลียร์ขึ้นมา โดยในชั้นแรกได้อนุมัติเงินจำนวน 6,000 ดอลลาร์เพื่อให้เฟอร์มีและทีมงานที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบียจัดหากราไฟต์มาใช้ในการทดลอง แต่เงินจำนวนนั้นกล่าวได้ว่าเป็นจำนวนเพียงน้อยนิด เพราะแร่ที่สำคัญยิ่งกว่ากราไฟต์คือยูเรเนียม ในสมัยนั้นยูเรเนียมและเรเดียมมีราคาแพงมาก แร่เรเดียมอันเป็นสารกัมมันตรังสีอีกตัวหนึ่งมีราคาสูงถึงออนซ์ละ 3 ล้านดอลลาร์ทีเดียว เฟอร์มีเองมียูเรเนียมอยู่ราวร้อยกิโลกรัมเท่านั้น อีกทั้งยังไม่บริสุทธิ์เพียงพอ ซึ่งในการทดลองคงต้องใช้ยูเรเนียมและกราไฟต์นับเป็นตันๆ

เอนริโก เฟอร์มี นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1938 เป็นผู้มีบทบาทสำคัญในการนำเอา พลังงานนิวเคลียร์มาใช้ประโยชน์ เฟอร์มีเสียชีวิตด้วยโรคมะเร็งอันเกิด จากการคลุกคลีกับรังสีเป็นเวลานาน ด้วยวัยเพียง 53 ปี

แต่อย่างไรก็ดี ได้น้อยก็ดีกว่าไม่ได้เอาเสียเลย เฟอร์มีและกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ยังคงมุ่งหน้าทำงานวิจัยเกี่ยวกับการสร้างปฏิกิริยาลูกโซ่ต่อไปอย่างไม่ย่อท้อ มีนักวิทยาศาสตร์ที่สนใจเข้ามาร่วมทีมงานมากขึ้นเรื่อยๆ แม้รัฐบาลสหรัฐอเมริกาเองจะยังไม่สนใจเรื่องปฏิกิริยานิวเคลียร์นี้นัก ดังจะเห็นได้จากจำนวนเงินที่ให้การสนับสนุน แต่ทางฝ่ายรัสเซียดูเหมือนให้ความสนใจยิ่งกว่า เพราะต่อมาถึงกับส่งสายลับมาทำการจารกรรมข้อมูลงานวิจัยของเหล่านักวิทยาศาสตร์ในสหรัฐอเมริกาเพื่อส่งไปให้นักวิทยาศาสตร์ในรัสเซียศึกษา ดังนั้นรัสเซียจึงรู้ความเป็นไปและได้รับความรู้เรื่องนิวเคลียร์จากสหรัฐฯมากพอควร