Fermi vsadil na konec světa. Výherce by ale neměl komu říct
Těsně před prvním jaderným testem v historii přijímal Enrico Fermi sázky. Jejich předmětem bylo, jestli výbuch zapálí celou zemskou atmosféru. Fermi vsadil na variantu „ano“. Pointou jeho černého vtipu bylo, že pokud by vyhrál, planeta by právě přestala existovat a nikdo by mu sázku nevyplatil.
V zákulisí Manhattanského projektu se přitom tato otázka řešila zcela vážně.
Odkud se vzala obava z „zapálení“ vzduchu?
Myšlenku přinesl maďarský fyzik Edward Teller, budoucí spolutvůrce vodíkové bomby. Na pracovním setkání v Berkeley roku 1942 předložil malé skupině kolegů znepokojivou hypotézu: jaderný výbuch uvolní takové množství tepla, že by mohlo dojít ke srážkám jader dusíku v atmosféře. Dusík tvoří přibližně čtyři pětiny vzduchu, takže materiálu by bylo dost.
Princip je trochu jako domino. Výbuch bomby srazí dvě jádra dusíku k sobě, vznikne energie, ta srazí další jádra, vznikne další energie a tak dál, bez zastavení, dokud bude vzduch k dispozici. Jinými slovy: celá atmosféra jako jedno velké palivo.
Oppenheimer považoval Tellerovu hypotézu za natolik závažnou, že o ní okamžitě informoval Arthura Comptona, ředitele chicagské metalurgické laboratoře Manhattanského projektu. Teprve potom se pustili do počítání.
Proč to nefungovalo, a proč jsme tady
Výpočty přinesl Hans Bethe, vedoucí teoretického oddělení Los Alamos. Jeho závěr: srážka dvou jader dusíku je krajně nepravděpodobná a k sebeudržující se reakci v atmosféře nemůže za žádných podmínek dojít.
Energie se totiž v takovém systému ztrácí rychleji, než ji fúze dusíku stačí vyrobit. Velkou roli hraje takzvaný Comptonův rozptyl, tedy jev, při kterém energetické záření předává část své energie volným elektronům v okolí a samo zeslábne. Zjednodušeně řečeno: teplo se rozptýlí do prostoru dřív, než stihne spustit další reakci. Plamen nemá jak udržet sám sebe.
Podrobné výpočty nakonec shrnula zpráva, na níž se podílel i sám Teller spolu s Emilem Konopinskym a Cloydem Marvinem. Dokument z roku 1946 dospěl k jasnému závěru: zapálení atmosféry je fyzikálně nemožné, nezávisle na síle výbuchu. Zpráva zůstávala utajená až do roku 1973.
Car-bomba jako empirický důkaz
Čistě matematické potvrzení doplnil čas. Od roku 1945 lidé odpálili přes 528 jaderných zbraní přímo v atmosféře. Největší z nich, sovětská Car-bomba detonovaná 30. října 1961, měla výkon ekvivalentní 50 megatunám TNT. To je zhruba 2 500krát více, než kolik uvolnil test Trinity v roce 1945, jehož výkon se pohyboval mezi 15 a 21 kilotunami. Atmosféra ani tehdy nevzplála. Fyzika se chovala přesně tak, jak Bethe a jeho kolegové předpověděli.
„Nepravděpodobné“ nestačí, musí být „nemožné“
Jeden mýtus kolem tohoto tématu stojí za vyvrácení. Občas se objevuje tvrzení, že vědci vyhodnotili riziko jako „velmi malé“ nebo „přibližně tři ku milionu“. Bethe to po letech výslovně odmítl: zapálení atmosféry není extrémně nepravděpodobný scénář, je to fyzikálně vyloučený scénář. Podmínka, při níž by reakce mohla být sebeudržující, v zemské atmosféře nastat nemůže.
A Fermiho sázka? Podle Betha to byl temný humor, ne vědecký odhad. Fermi si z Tellerových dřívějších obav dělal legraci.
Zajímavé je, jak se vědecký strach v průběhu desetiletí proměnil. Obava z „zapálení světa“ extrémním teplem časem ustoupila obavě přesně opačné: z jaderné zimy, tedy ze scénáře, kdy prach a kouř z jaderných explozí zakryjí slunce a planetu ochladí. Hrozba se otočila o 180 stupňů. Fyzikální realita atmosféry zůstala stejná.