Heisenberg, Bohr và bí mật về một bản vẽ

Werner Heisenberg và Niels Bohr (ảnh chụp năm 1934)

Từ đó, một lò phản ứng hạt nhân có thể sẽ được hiểu theo một ý nghĩa nhạy cảm – một phần của quy trình sản xuất vũ khí hạt nhân. Chắc chắn là Heisenberg đã biết rất rõ về điều này khi ông đến thăm Bohr. Có thực sự là Heisenberg đã nói với Bohr về những bí mật của vũ khí hạt nhân hay không? Và nếu có thì tại sao ông lại làm như vậy?
Heisenberg đã đưa cho Bohr một bản vẽ. Cũng không rõ là Heisenberg đã thực hiện bản vẽ này trong thời gian ở hội nghị hay là từ trước đó. Chỉ biết rằng, bản vẽ này đã đến được Phòng thí nghiệm Los Alamos vào tháng 12 năm 1943. Dường như đúng là nó chứa những thông tin trực tiếp về kế hoạch chế tạo vũ khí hạt nhân của người Đức.

Bản vẽ bí mật
Ngày 6 tháng 12 năm 1943, Bohr và con trai Aage đặt chân đến New York. Bohr phải dùng bí danh là Nicholas Baker và Aage là James Baker. Họ cũng được bố trí những người đi theo để bảo vệ. Ngày 28 tháng 12, sau những buổi họp cấp cao ở Washington, D.C., Bohr dời đến Los Alamos. Sau khi đến phòng thí nghiệm, Bohr đã có một buổi gặp gỡ với một nhóm các nhà vật lý. Mục đích của buổi gặp gỡ là để Bohr có thể kể về kế hoạch chế tạo vũ khí nguyên tử của Đức và đặc biệt là về những gì ông nghe được từ Heisenberg.
Theo như lời của Hans Bethe kể lại thì: “Bohr đã mang một bản vẽ đến cho chúng tôi ở Los Alamos. Nó rõ ràng là vẽ về một lò phản ứng. Nhưng khi xem bản vẽ, chúng tôi đều kết luận rằng, người Đức đúng là bị thần kinh. Chẳng nhẽ họ lại muốn ném một lò phản ứng xuống London hay sao?”. Chỉ sau chiến tranh, các nhà vật lý ở Los Alamos mới thực sự biết được rằng, người Đức đã nắm rất rõ, ít nhất là về nguyên tắc, để xây dựng lò phản ứng hạt nhân nhằm sản xuất plutonium. Nhưng trước đó, Bohr đã từng được nhắc rằng, trên thực tế, người ta có thể sử dụng cái lò này như một loại vũ khí.
Theo như Thomas Powers, tác giả Chiến tranh của Heisenberg, nếu nhìn qua, có vẻ như Heisenberg đã đưa cho Bohr một tài liệu mang tính tối mật của chương trình quân sự Đức. Nếu Heisenberg thực sự làm như vậy thì đó là một điều rất không bình thường. Powers đã muốn kiểm tra lại giả thiết này, ông liên lạc với Aage Bohr ở Copenhagen. Trong một bức thư đề ngày 16/10/1989, Aage Bohr viết: “Heisenberg chắc chắn đã không vẽ bất cứ một bản phác thảo nào về lò phản ứng trong thời gian chuyến thăm của ông năm 1941. Và cũng không hề có cuộc thảo luận nào về việc vận hành lò phản ứng”.
Theo tìm hiểu của nhà vật lý nổi tiếng Abraham Pais (đồng thời là người viết tiểu sử của Einstein và Bohr) qua việc nói chuyện trực tiếp với Aage Bohr thì Aage đã lại khẳng định một lần nữa rằng: không hề có một bản vẽ nào như vậy cả. Pais cũng đã kiểm tra lại các tư liệu về Bohr ở Copenhagen và cũng đã nói rằng, ông không tìm thấy bất cứ thứ gì đề cập đến bản vẽ này.
Để tìm ra sự thật, có lẽ phải cần thêm những nhân chứng nữa độc lập với Bethe và Aage Bohr. Nhưng ai đây? Oppenheimer và Niels Bohr đều đã mất. Còn ai nữa đã từng nhìn thấy bức vẽ đó?

Những nỗ lực để tìm ra sự thật
Có lẽ còn có hai người nữa từng ở Los Alamos. Một người là Victor Weisskopf, bạn thân của Oppenheimer. Người kia là Rudolf Peierls.
Peierls nói rằng, ông chưa từng nhìn thấy “bản vẽ nổi tiếng đó” và cũng không nghĩ rằng một trong hai người, Bethe và Aage Bohr đã cố tình nói dối. Peierls cũng giả thiết rằng, có lẽ Bohr đã không để gia đình ông biết về các tài liệu nhạy cảm, hoặc có lẽ Heisenberg chỉ cho Bohr xem bản vẽ, sau đó Bohr đã vẽ lại nó. Cả Weisskopf cũng chưa từng nhìn thấy hoặc nghe về bản vẽ và ông tin rằng chỉ có Bethe là người biết rõ hơn cả.
Nhưng, còn có một nhân vật nữa, Robert Serber, ông không chỉ nhớ rõ về bản vẽ mà còn nhớ một cách chính xác về những bối cảnh mà ông đã chứng kiến. Serber được triệu tập đến văn phòng của Oppenheimer vào ngày 31 tháng 12, tại đó đang diễn ra một buổi họp. Oppenheimer đã đưa cho Serber một bản vẽ không có chú thích và đề nghị ông nhận diện nó. Đây là một kiểu trò chơi trí tuệ mà Oppenheimer vẫn thích chơi. Serber đã xem xét và nói rằng, nó rõ ràng là một lò phản ứng. Oppenheimer đã trả lời rằng, trên thực tế, đó là hình vẽ lò phản ứng của Heisenberg được Bohr mang đến. Bohr, khi ấy đứng cạnh Oppenheimer, đã không hề tỏ ra phản đối. Đó là những gì mà Serber kể lại.
“Tôi nghiêng về khẳng định rằng, đã có một bức vẽ”, Bethe viết, “Bohr đã đưa nó cho chúng tôi, khi ấy cả tôi và Teller đều đồng thanh nói: Đây là hình vẽ một lò phản ứng, không phải là một quả bom…”. Bethe đã đề xuất một giả thiết để giải thích về bí mật: “Heisenberg đã nghĩ rằng, công đoạn chính trong việc chế tạo bom là cần phải có một lò phản ứng sản xuất plutonium. Tuy nhiên, một lò phản ứng cũng có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng. Niels Bohr đã tỏ ra rất ngờ nghệch đối với chủ đề này. Heisenberg có lẽ muốn thông báo cho Bohr rằng, người Đức chỉ đang xây dựng một lò phản ứng chứ không phải đang làm bom. Nhưng Bohr đã hiểu nhầm hoàn toàn, và chỉ đến ngày 31/12/1943, ông mới được giải thích rằng đây không phải là một quả bom”. Theo như lời của Bethe: “Bản vẽ đã gây cho tôi một ấn tượng lớn. Tôi thấy ngạc nhiên là là Viki [Weisskopf] và Aage lại quên nó. Thế còn Serber thì nói sao?”
Trong một bài ghi chép nghiên cứu của Bethe và Teller có viết: “Cái mô hình lò phản ứng này chứa các phiến mỏng urani được nhúng chìm trong nước nặng”. Nói cách khác, Bethe và Teller đã không xem xét bất cứ thiết kế lò phản ứng cũ nào ngoài cái thiết kế rất đặc biệt mà Bohr đã mô tả cho họ. Trên thực tế, đây lại là một bản thiết kế hỏng về lò phản ứng mà Heisenberg đã phác thảo ra trong cuối 1939, đầu 1940. Thậm chí, Heisenberg đã theo đuổi bản thiết kế cho đến tận lúc chiến tranh gần kết thúc.
Khó có thể nghĩ được rằng, chỉ trong một vài tuần ngắn ngủi, từ khi được biết về chương trình của quân Đồng minh cho đến lúc ở Los Alamos, Bohr lại có thể thiết kế được bản vẽ của mình, một bản vẽ mà có cùng những sai sót như của Heisenberg.

Một lò phản ứng thí nghiệm của Đức ở Haigerloch (ảnh chụp tháng 4 năm 1945)

Bằng chứng
Bất cứ lò phản ứng nào cũng đều cần đến nhiên liệu (ví dụ như uranium) và một hệ thống điều phối nhằm làm giảm tốc độ neutron. Những neutron có tốc độ cỡ âm thanh sẽ có hiệu suất gây phân hạch cao hơn nhiều so với các neutron nhanh được tạo ra bởi sự tự phân hạch. Vì vậy, các thanh nhiên liệu phải được đặt trong môi trường các chất điều phối và nhà thiết kế phải biết điều chỉnh chúng một cách cẩn thận và tinh tế. Trên thực tế, một thiết kế hiệu quả là phải có những khối urani riêng biệt nằm xen kẽ trong chất điều phối. Những khối urani này có kích thước như thế nào và được đặt cụ thể như thế nào là cả một nghệ thuật. Nhưng điều dở nhất là khi nhiên liệu urani được để ở dạng các phiến hoặc lớp mỏng.
Hãy chú ý rằng, Bethe và Teller đã viết “Lò phản ứng chứa các phiến mỏng urani”. Heisenberg đã chọn một thiết kế như vậy chỉ bởi vì các tính toán khi ấy sẽ dễ dàng hơn so với các thiết kế khác. Còn về chất điều phối, Bethe và Teller đã nói rằng, các phiến “được nhúng chìm trong nước nặng”. Như đã nói, chất điều phối dùng để làm chậm neutron. Những vật liệu tốt nhất cho mục đích này phải là những vật liệu nhẹ nhất, bởi vì sự va chạm giữa một neutron với một đối tượng có khối lượng tương đương nó sẽ khiến nó mất nhiều năng lượng. Nếu neutron va chạm với một đối tượng nặng hơn nó nhiều lần thì nó sẽ bật ra và thay đổi hướng chuyển động chứ không phải giảm tốc độ.
Như vậy, chất điều phối lý tưởng trong trường hợp này phải là hydro, có hạt nhân chỉ là một proton. Tuy nhiên, người ta lại không dùng được hydro bởi vì nó hấp thụ neutron. Hydro nặng (deuteri) thì không hấp thụ neutron, nó được lấy từ nước nặng, nhưng việc sản xuất nước nặng rất khó khăn và tốn kém.
Đến cuối năm 1940, Heisenberg đã kết luận rằng, chỉ có carbon và hydro nặng là đáng được sử dụng làm chất điều phối. Carbon thì rẻ và nhiều, chỉ có điều, ở mức độ nào đó thì hiệu quả điều phối của nó kém hơn. Tuy nhiên, vào năm 1941, ở Đức, theo các thí nghiệm của Walther Bothe đối với chất làm chậm bằng than chì (graphite) thì than chì cần phải được làm tinh khiết ở mức cao. Bởi vì nếu chỉ cần lẫn 1 phần 500.000 tạp chất boron thôi thì than chì sẽ mất khả năng làm chậm neutron. Vì thế mà Heisenberg và các nhà vật lý Đức khác đã quyết định rằng, nước nặng là sự lựa chọn khả thi duy nhất.
Ở Mỹ, Enrico Fermi và Leo Szilard cũng đã làm những thí nghiệm về sự hấp thụ neutron bởi carbon. Nhưng Szilard lại là người rất tin tưởng vào sự tinh khiết của carbon. Thế là họ quyết định carbon là chất làm chậm tốt nhất. Và lò phản ứng của Fermi đã lần đầu tiên được vận hành vào ngày 2/12/1942, với một hệ thống các khối urani đặt trong carbon.
Hãy nhìn lại câu trong bản ghi chép Bethe-Teller: “Lò phản ứng chứa các phiến urani mỏng nhúng chìm trong nước nặng”. Như vậy, cái thiết kế này có thể được gắn thêm cái mác là: “Được làm tại Đức.”

Niels Bohr, Robert Oppenheimer, Richard Feynman, Enrico Fermi (từ trái sang phải)

Bây giờ, tập hợp các dữ kiện lại, dường như là, Heisenberg đã cố gắng mô tả một thiết bị hạt nhân cho Bohr. Có vẻ như nó là một phiên bản lò phản ứng của ông. Ông có thể đưa hoặc không đưa cho Bohr bản vẽ, nhưng Bohr rõ ràng đã ghi nhớ thiết kế này. Tuy nhiên, Bohr đã không hiểu được sự khác nhau giữa một lò phản ứng và một quả bom vào thời điểm đó.
Vì vậy, Aage Bohr có lẽ đã nói thật về những gì ông biết từ bố ông. Và có lẽ cũng đúng thật là Heisenberg chưa bao giờ đưa cho bố ông một bản vẽ như vậy. Không nhân chứng nào dám chắc chắn rằng, bản vẽ mà họ nhìn thấy đã từng ở trong tay Heisenberg, chỉ biết rằng đó là một thiết kế lò phản ứng của Heisenberg. Rắc rối đã được giải quyết, nhưng bí mật thì chưa. Mục đích chuyến thăm của Heisenberg là gì? Những người ngưỡng mộ Heisenberg đều cho rằng, mục đích là để thông báo cho Bohr biết là những người Đức chỉ đang nghiên cứu về một lò phản ứng “hòa bình”.
Cũng phải chú ý rằng, khi Heisenberg đến thăm Bohr, ông đã biết rõ là các lò phản ứng có thể được sử dụng để sản xuất plutonium, một loại vật liệu khả dĩ của vũ khí hạt nhân. Vậy, tại sao ông lại đến gặp Bohr? Ông đã cố gắng truyền đi một thông điệp gì đây? Ông đã cố gắng thuyết phục Bohr làm hoặc đừng làm điều gì? Hoặc ông đã cố gắng để biết được điều gì? Đó thực sự là bí mật mà có lẽ chúng ta không bao giờ biết rõ được.