Door Anne van der Linden
Onder leiding van de Verenigde Staten werden de eerste atoombommen ontwikkeld tijdens de Tweede Wereldoorlog. Ook Duitse wetenschappers hielden zich in deze periode bezig met het ontwikkelen van een atoombom. Het mag duidelijk zijn dat ze hier niet in slaagden. De Nobelprijswinnaar Werner Heisenberg was een van de wetenschappers die werkte aan dit onderzoek. In een essentieel artikel maakte Heisenberg een foute berekening waardoor het onderzoek de verkeerde richting op ging. Is het terecht om Heisenberg als enige verantwoordelijk te stellen voor het niet ontwikkelen van een atoombom? Ik stuitte op uiteenlopende antwoorden op deze vraag van zowel historici als natuurkundigen.
Werner Heisenberg werd in 1927 hoogleraar theoretische natuurkunde in Leipzig en in 1932 ontving hij de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor zijn werk aan de kwantummechanica. Voor de uitbraak van de Tweede Wereldoorlog waren veel natuurkundigen in Duitsland van Joodse afkomst. Het Nazibewind ontsloeg deze wetenschappers en zij moesten het land uitvluchten. Collega’s die het niet eens waren met deze aanpak, kozen er ook vaak voor om naar het buitenland te vluchten. Zo bleven er maar een paar topnatuurkundigen over, waaronder Heisenberg. De overgebleven wetenschappers voelden een plicht om de Duitse wetenschap in stand te houden. Ook was in die tijd het belang van de theoretische fysica nog niet voor iedereen duidelijk; de experimentele fysica had de overhand. Kurt Diebner, expert op het gebied van atoomfysica, had de leiding over het Duitse atoombomproject en een van zijn eerste stappen was om de natuurkundige Erich Bagge te raadplegen. Bagge was Heisenbergs voormalige assistent en wist daardoor waartoe Heisenberg in staat was op natuurkundig gebied. Bagge nodigde Heisenberg in september 1939 dan ook uit om theoretische funderingen te geven voor atoomfysica onderzoek. Deze kans om het belang van de theoretische fysica te bewijzen, greep Heisenberg maar al te graag aan.[1]
Vlak na de Tweede Wereldoorlog was het niet helemaal duidelijk of de Duitse wetenschappers onvoldoende kennis hadden om een atoombom te ontwikkelen, of dat ze te grote morele bezwaren hadden. Zijzelf betoogden dat ze de kennis hadden, maar het moreel gezien niet juist vonden om Hitler met een atoombom uit te rusten. De geallieerden veronderstelden dat de wetenschappers simpelweg niet slim genoeg waren om een atoombom te ontwikkelen. Tijdens Operation Elipson namen de geallieerden een tiental bij het Duitse atoombomproject betrokken wetenschappers gevangen en luisterden hen maandenlang af. Hierbij werd duidelijk dat de Duitse wetenschappers niet de nodige kennis bezaten om een atoombom te ontwikkelen.[2] De geallieerden gaven Heisenberg de schuld voor het gebrek aan juiste kennis. Een aantal van zijn collega’s deelden dit oordeel.
Wat had Heisenberg dan fout gedaan om deze beschuldigingen te verdienen? Heisenberg was een groots theoretisch fysicus. In 1939 had hij al binnen twee maanden het eerste artikel Die Möglichkeit der technischen Energiegewinnung aus der Uranspaltung klaar.[3] Iets minder dan drie maanden daarna had hij zijn vervolgartikel geschreven. Al het onderzoek dat volgde binnen het atoombomproject, was gebaseerd op deze twee artikelen. Deze werken werden dan ook gezien als de grondslag van het project. In deze artikelen stond een foute berekening van Heisenberg. Om een atoombom te ontwikkelen is uranium nodig, U-235 om specifiek te zijn. Achteraf gezien bleek Heisenbergs berekening voor de kritische massa van U-235 — de massa die minimaal nodig is om een atoombom af te laten gaan — niet te kloppen. Natuurkundige Jermey Bernstein maakt in zijn artikel Heisenberg and the critical mass (2002) duidelijk hoe een juiste berekening voor de kritische massa gedaan moet worden. Bernstein concludeert in zijn artikel dat ondanks Heisenbergs foute berekening de artikelen erg indrukwekkend waren. Ook suggereert hij dat deze fout niet de enige reden was voor het mislukken van het ontwikkelen van een atoombom.[4] Op basis van de foute berekening bepaalde Heisenberg dat er tonnen U-235 nodig zouden zijn voor het ontwikkelen van een atoombom. Het scheidingsproces van U-235 uit natuurlijk uranium zou ook nog een hele klus zijn. Heisenberg concludeerde dat het niet mogelijk zou zijn om voor het einde van de Tweede Wereldoorlog een atoombom te ontwikkelen. Wel stelde hij dat het mogelijk zou zijn om een uraniummachine te ontwikkelen, hieruit zou veel energie gewonnen kunnen worden. Ook zou zo’n machine tot een atoombom kunnen leiden.
Heisenberg had genoeg collega’s die in staat waren zijn berekeningen te controleren; toch deden ze dit niet. De grote Heisenberg zou immers toch geen fouten maken? Zo gingen de wetenschappers verder met onderzoek naar uraniummachines. Historicus Mark Walker beschrijft het verloop van dit onderzoek in zijn boek German National Socialism and the quest for nuclear power 1939-1949 (1989). Niet alleen bleek een uraniummachine ontwikkelen veel ingewikkelder dan gedacht, het onderzoek verliep ook nog eens stroef door andere factoren. Er waren weinig middelen beschikbaar en doordat de prioriteit van de Duitse overheid bij het leger lag, was er weinig geld voor wetenschappelijk onderzoek. Bovendien werd Duitsland aan het einde van de oorlog zwaar gebombardeerd, waardoor wetenschappers gedwongen waren hun laboratoria te ontvluchten en belangrijke onderzoeksmiddelen verwoest werden.[5]
Het klopt dus inderdaad dat Heisenberg een cruciale fout gemaakt heeft. Hierdoor werd het onderzoek richting een uraniummachine gestuurd. Achteraf bleek dit een grote omweg te zijn, maar niettemin dachten de Duitse wetenschappers dat dit een weg naar een atoombom zou zijn. Het mislukken van het ontwikkelen van een uraniummachine is niet op Heisenberg af te schuiven. Dit bleek veel ingewikkelder te zijn dan de Duitse wetenschappers dachten. Ook waren de omstandigheden alles behalve ideaal om wetenschappelijk onderzoek te doen. Walker stelt dat Heisenberg niet als enige verantwoordelijk was voor het niet ontwikkelen van een Duitse atoombom. Hij besteedt echter geen aandacht aan de foute berekening van Heisenberg in zijn werk. Wetenschappers zoals Bernstein hebben het belang van deze fout duidelijk gemaakt.
o-o-o
Anne van der Linden is bachelorstudent Natuur- en Sterrenkundekunde aan de Universiteit Utrecht. Ze schrijft haar bachelorscriptie over het Duitse atoombomproject tijdens de Tweede Wereldoorlog en de rol die Heisenberg hierbij speelde.
[1] Cassidy, D. (1994). Uncertainty: the life and science of Werner Heisenberg. W.H. Freeman and Company, New York.
[2] Frank, C. (1993). Operation Epsilon: The Farm Hall Transcripts. Berkeley, University of California Press.
[3] Heisenberg, W. (1989). Gesammelte Werke. Ser. A. Wissenschaftliche Orginalarbeiten. Springer, Berlin.
[4] Bernstein, J. (2002). Heisenberg and the critical mass. American Journal of Physics, 70(9):911-916.
[5] Walker, M. (1989). German National Socialism and the quest for nuclear power 1939-1949. Cambridge University Press, New York.