#Polscy Wynalazcy: Stanisław Ulam – polski matematyk, który stworzył hiperbombę

Nie wszyscy z Was mogą wiedzieć, ale przy tworzeniu broni atomowej brał udział Polak – Stanisław Ulam. Jaką rolę odegrał w tym procesie? Dlaczego układając pasjansa odkrył ważną teorię? Warto prześledzić jego historię.

Stanisław Ulam. Fot. Los Alamos National Laboratory//Wikimedia Commons.

Stanisław Ulam przyszedł na świat w 1909 r. w spolonizowanej rodzinie żydowskiego pochodzenia. Od najmłodszych lat interesowały go nauki ścisłe, jeszcze w wieku nastoletnim podpisywał swoje zeszyty jako „S. Ulam – astronom, matematyk, fizyk”. Jak się jednak później okazało, zajął się przede wszystkim matematyką, choć wykorzystywaną w różnych celach. Jak sam zwracał uwagę: „To nie ja zająłem się matematyką, to matematyka raczej wzięła mnie w swoje posiadanie”.

Początki matematyka

Ulam studiował na Politechnice Lwowskiej. To miasto w okresie międzywojennym możemy uznać za mekkę polskiej matematyki. Stanisław mógł się tu uczyć od najlepszych – Stefana Banacha, Stanisława Mazura czy Kazimierza Kuratowskiego. Młody naukowiec robił na nich wrażenie nie tylko podczas wykładów, ale także przesiadując i dyskutując w słynnej lwowskiej Kawiarni Szkockiej.

Swoją pracę magisterską napisał w jedną noc, a rok później – w 1934 r. obronił doktorat. Choć Ulam był ceniony przez swoich nauczycieli, nie mógł rozwijać się jako naukowiec. Wtedy pomoc zaoferował mu wykładający w USA John von Neumann – matematyk i fizyk, który zaproponował Ulamowi wygłoszenie serii wykładów w Princeton.

Ulam zachwycił amerykańskich naukowców i został młodszym wykładowcą na Harvardzie z pensją 1500 dolarów. Pojawiał się jednak w Polsce i w ukochanym Lwowie. Z Polski wyjechał ostatecznie w sierpniu 1939 roku, zostawiając tu rodzinę, która w zdecydowanej większości zginęła w Holokauście.

Jak zwyciężyć Hitlera?

Wiele wskazuje, że naukowiec żydowskiego pochodzenia słyszał o krzywdzie swoich rodaków. Dlatego będąc już wykładowcą w Uniwersytecie Wisconsin w Madison, Ulam chciał wstąpić do amerykańskiej armii. Nie przyjęto go jednak z powodów zdrowotnych. Z ciekawszą propozycją przyjechał jednak po raz kolejny von Neumann.

Matematyk pracował wówczas w tajnym projekcie o kryptonimie Manhattan. Było to wielkie przedsięwzięcie amerykańskiego rządu, którego cel stanowiło zbudowanie pierwszego reaktora i bomby atomowej. Nad supertajnym projektem w Los Alamos pracowało wielu znanych naukowców, w tym kilku noblistów. W 1943 roku do tego elitarnego grona dołączył Stanisław Ulam. Co ciekawe, Lwowianin nie do końca zdawał sobie sprawę nad czym będzie pracował. Dowiedział się tym dopiero w Nowym Meksyku, gdzie zamieszkał z żoną Francoise.

W Los Alamos Ulam udoskonalał swoje badania związane z teorią powielania cząstek, dzisiaj kojarzone z teorią procesów gałązkowych. Badania Ulama były o tyle istotne, gdyż dotyczyły tematyki powielania neutronów w materiale rozszczepialnym, czyli podstawowego procesu, który zachodził w czasie eksplozji bomby atomowej.

Co mają ze sobą wspólnego bomba atomowa i hazard?

Atak atomowy na Hiroshimę i Nagassaki

Bardzo istotnym udziałem Ulama w badaniach amerykańskich naukowców było także stworzenie unikalnej metody wykonywania obliczeń. Co ciekawe, Lwowianin wymyślił ją w niezwykłych okolicznościach… układania pasjansa. Ze względu na nienajlepszy stan zdrowia, będąc na zwolnieniu lekarskim, z nudów układał karty.

–  Wówczas zaczął zastanawiać się z jakim prawdopodobieństwem z danego układu kart można ułożyć pasjansa. Jako, że jest to skomplikowany matematycznie problem, rozważał czy nie można byłoby go rozwiązać w sposób praktyczny – po prostu losując kolejne ułożenia kart i zliczając ile spośród nich tworzy prawidłowe układy. Natrafił jednak na ogromny problem – liczba wszystkich ułożeń kart jest bowiem większa niż liczba atomów w Drodze Mlecznej. Wówczas wpadł na genialny w swej prostocie pomysł – obliczył jaka liczba sprawdzonych losowań da mu bardzo wiarygodny wynik, a same obliczenia powierzył dopiero, co wynalezionym wówczas komputerom – tak opisał na łamach „Klubu Jagiellońskiego” osiągnięcie Ulama Marcin Możejko.

Dzięki odkryciu Ulama można było przeprowadzać symulacje skomplikowanych procesów, z dość dobrą dokładnością. Z resztą metodę – którą na cześć zagłębia hazardu nazwano Monte Carlo – stosuje się do dzisiaj w symulacjach komputerowych.

Matematyka a zniszczenie miasta

W lipcu 1945 r. doszło do pierwszego zdetonowania broni atomowej o sile 20 kiloton trotylu. Choć wybuch miał miejsce na poligonie w Nowym Meksyku to jego moc odczuwano nawet kilkaset kilometrów dalej.

Trzy tygodnie później broń atomowa została użyta do innych celów. 6 sierpnia 1945 r. amerykańskie wojska zrzuciły bomby nuklearne na Hiroszimę i Nagasaki, siejąc spustoszenie, a zarazem zmuszając Japonię do kapitulacji.

Co o tym sądził sam Ulam, który także dołożył swoją cegiełkę do utworzenia broni masowego rażenia? – Kiedy dowiedziałem się o Hiroszimie i zobaczyłem fotografie zniszczeń, pierwszym uczuciem było zdziwienie. Nagle w moim mózgu dokonał się niezwykły skrót myślowy: cyfry, wypisane białą kredą na czarnej tablicy, i natychmiast potem miasto zmiecione z powierzchni Ziemi – miał powiedzieć Stanisław Ulam jednemu z polskich reporterów.

Bomba wodorowa

Koniec II wojny światowej nie zakończył jednak badań Ulama nad bronią masowego rażenia. W 1949 roku dawni „sojusznicy” ze Związku Sowieckiego stali się zagrożeniem dla USA. Komuniści byli w trakcie zaawansowanych prac nad utworzeniem własnej technologii broni atomowej.

Dlatego amerykańskie władze nakazały powrót do badań nad jeszcze silniejszą bronią masowego rażenia. Utworzył się zespół na czele którego stali Edward Teller, George Gamow oraz Stanisław Ulam. Celem było stworzenie bardzo silnej bomby wodorowej.

Pomimo licznych nieporozumień w zespole udało się stworzyć tego typu broń. – Ulam zaproponował, by do „detonacji” ładunku termojądrowego wykorzystać implozję. Można ją było wytworzyć umieszczając w bombie H dwa elementy: „konwencjonalny” ładunek atomowy oraz ciekły wodór (w późniejszych konstrukcjach zastąpiony deuterkiem litu w stanie stałym), w którym – wskutek inicjalnego rozszczepienia jąder uranu lub plutonu – miało dojść do reakcji termojądrowej – pisała Katarzyna Pawlicka z portalu Onet.

1 listopada 1952 r. badania Ulama, Tellera i Gamowa mogły zostać wcielone w życie. W wyniku eksplozji superbomby z mapy świata zniknęła wyspa Elugelab. Siłę ładunku oszacowano na ponad 10 megaton, czyli o kilkaset razy więcej niż podczas bombardowań Hiroszimy, natomiast grzyb atomowy osiągnął prawie 50 kilometrów wysokości.

**

Po zakończeniu pracy w Los Almos Stanisław Ulam kontynuował pracę naukową na Uniwersytecie Kolorado. Zmarł w 1984 roku. Choć chciał być przede wszystkim matematykiem to historia zapamięta go głównie jako jednego ze współtwórców broni masowego rażenia. Dołączył tym samym do kanonu polskich odkrywców m.in. Ignacego Łukasiewicza, Erazma Jerzmanowskiego czy Józefa Hofmanna.

Autor: Piotr Juchowski