O contexto científico da peça Copenhagen (Parte 2)

por Carlos Alberto dos Santos

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Na parte 01 deste ensaio, tratei de alguns aspectos da peça Copenhagen, que aborda o encontro entre Niels Bohr e Werner Heisenberg, em setembro de 1941, e apresentei as versões de Heisenberg e de Bohr sobre o que teria acontecido no encontro. Nessa parte 02 abordarei o contexto político, científico e tecnológico por trás a  peça de Michael Frayn.

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O contexto político, científico e tecnológico

Sem pretender fazer trocadilho, os eventos iniciais da física nuclear foram explosivos, no sentido em que tudo ocorreu em curtos espaços de tempo, a começar pela descoberta do fenômeno, em 1896, até a explosão das bombas em Hiroshima e Nagasaki. Como ilustração desse caráter explosivo, vamos ficar nos eventos mais próximos da fabricação da bomba atômica. Em 1934, Albert Einstein (1879-1955) concedeu uma coletiva de imprensa nos EUA na qual disse não acreditar na fabricação de um artefato nuclear. Na mesma época, Ernest Rutherford (1871-1937), outro dos pioneiros dos estudos nucleares tinha a mesma opinião. Quatro anos depois, a fissão nuclear é descoberta e fica clara a possibilidade de uma bomba atômica.

Coletiva de imprensa de Einstein, em 1934. (Cortesia do American Institute of Physics)

Em 1939, Leo Szilard (1898-1964), físico húngaro exilado nos EUA, preocupado com a possibilidade de os alemães fabricarem a bomba, mobiliza a comunidade científica para convencer o presidente dos EUA a financiar a fabricação de um artefato nuclear. Escreve a famosa carta para o presidente Roosevelt e convence Einstein a assiná-la. Imediatamente tem início o Projeto Manhattan (PM), e quatro depois, horrorizado o mundo testemunha as explosões das bombas atômicas em Hiroshima e Nagasaki. Vejamos toda essa história nos detalhes que possam interessar ao grande público.

Primeiro parágrafo da carta assinada por Einstein e enviada ao presidente Roosevelt, em 2.8.1939

Repito o que disse na parte 1, a partir do texto da peça Copenhagen, podemos narrar uma parte da história da física moderna, do seu início no final do século 19, ao período de transição para a física contemporânea.

Tudo começou em 1895, com a descoberta dos raios-X [1]. Wilhelm Röntgen (1845-1923) fez o comunicado da descoberta em dezembro daquele ano. O relato dessa descoberta, feito por Henri Poincaré (1854-1912) em reunião da Academia Francesa de Ciências, fevereiro de 1896, disparou uma corrida aos laboratórios para a reprodução dos experimentos de Röntgen [2]. Em um desses experimentos, realizado com um sal de urânio, Becquerel observou um estranho fenômeno que ficou sem explicação até o início de 1898, quando Marie Curie (1867-1934) resolveu usar o assunto para sua tese de doutorado. Ela percebeu que se tratava de um fenômeno novo apresentado por determinados materiais. Ao fenômeno ela deu o nome de radioatividade, e chamou de radioativas as substâncias que produziam o fenômeno. O urânio era o principal, mas havia outros, dois dos quais foram descobertos pela Madame Curie e seu marido, Pierre Curie (1859-1906): polônio e rádio. Logo depois, Ernest Rutherford (1871-1937) entra em cena, e com seus colaboradores identificam as partículas alfa e beta, que são respectivamente o núcleo de hélio e o elétron. Rutherford começa a bombardear diferentes tipos de materiais com as partículas alfa e a partir dos resultados obtidos propõe os fundamentos do modelo que ficou popularmente conhecido como modelo de Bohr, mas que por justiça deveria ser denominado modelo Rutherford-Bohr

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Geiger (esquerda) e Rutherford com o equipamento que usaram para os experimentos com espalhamento de partículas alfa. A foto é de 1905, na Universidade McGill, mas os primeiros resultados que deram origem ao modelo de Rutherford-Bohr foram publicados em 1908.

A partir de março de 1912, Bohr começa a trabalhar no modelo proposto por Rutherford, e já no ano seguinte publica os resultados que ficaram para a história como o início da teoria quântica do átomo [2]. No entanto, embora seminal, o modelo de Bohr só funcionava bem para o átomo de hidrogênio. Foi necessária mais uma década para que uma abordagem mais universal aparecesse. Apareceram duas, quase simultaneamente, por volta de 1925. A mecânica ondulatória de Erwin Schrödinger (1887-1961) e a mecânica matricial de Heisenberg. Essas duas abordagens constituem o que passou a ser conhecida como a nova teoria quântica, em contraposição à velha teoria quântica baseada no modelo de Bohr. A partir de então a física ingressa em nova era. Da descoberta dos raios-X até o modelo de Bohr, temos o período da física moderna. Os modelos de Schrödinger e Heisenberg podem ser considerados como o nascedouro da física contemporânea, pois desembocam em praticamente toda a tecnologia que hoje utilizamos. A história é fascinante, mas aqui só pretendo abordar a questão nuclear, e para isso devemos voltar alguns anos na linha do tempo.

Enquanto Rutherford estava fazendo seus experimentos de espalhamento de partículas alfa, entre 1905 e 1908, que resultaram no modelo de Bohr em 1913, Einstein estava envolvido com quase a física inteira, menos com o núcleo atômico. Ele havia concluído sua tese de doutorado em 1905 e no mesmo ano publicou quatro artigos revolucionários, dois dos quais relacionados com a teoria da relatividade. De fato, apenas o primeiro é conhecido como sua teoria da relatividade. O segundo ficou famoso pela equação E=mc2 e pouca gente sabe que essa equação é consequência da teoria da relatividade. Trata-se de um artigo de apenas três páginas, que poderíamos considerar como um apêndice ao famoso artigo da teoria da relatividade. A equação ficou conhecida como equivalência massa-energia, e nesse trabalho de 1905 Einstein imagina que ela pode ser testada com sais de rádio. Ele poderia ter dito materiais radioativos em geral, mas, sei lá por quê especificou sais de rádio. Todavia, ao longo dos anos seguintes ele foi perdendo a esperança de que essa comprovação experimental fosse possível. Em artigo de revisão geral, publicado em 1910 nos Archives des scences physique et naturelles, ele declara ter perdido completamente a esperança na comprovação experimental: Infelizmente a mudança de massa é tão pequena que não podemos esperar detectá-la em experimentos nesses tempos atuais. Einstein estava enganado, a comprovação experimental veio anos depois, com a descoberta da fissão nuclear, mas essa descoberta não teve qualquer relação com a equação. Ou seja, mesmo que Einstein não tivesse deduzido a equação, os experimentos realizados entre 1919 e 1938 levariam à descoberta da fissão. Neste caso, ficaria a dúvida de onde viria a energia liberada, e seria muita especulação dizer como se chegaria a essa explicação sem a equação de Einstein.

No processo de fissão nuclear, por exemplo do isótopo 235 do urânio, U-235, este, ao absorver o nêutron, transforma-se no isótopo U-236, altamente excitado, e que imediatamente decai, ou seja, transforma-se numa mistura composta de criptônio, bário e três nêutrons. A soma das massas dessa mistura é menor do que a massa de U-235. A massa que falta é liberada sob a forma de energia conforme a equação E=mc2. Energia que pode ser controlada para fornecer eletricidade ou descontrolada para resultar em uma explosão.

Os nêutrons liberados na primeira reação serão absorvidos por outros núcleos de U-235, resultando em uma reação em cadeia. O processo de reação em cadeia tem alguma semelhança com a infecção viral de uma população. Outra semelhança é que no processo viral, a quantidade de infectados depende da concentração populacional. De modo similar, na fissão nuclear há necessidade de uma quantidade mínima de material físsil, a chamada massa crítica, para que se tenha uma reação em cadeia autossustentável. Em um reator nuclear essa reação é controlada, ao passo que em uma bomba ela é descontrolada, porque uma quantidade de material físsil acima da massa crítica é colocada em um pequeno volume, favorecendo a explosão.

Há diferenças básicas entre um reator e uma bomba atômica. No reator são necessários aproximadamente 4% de U-235, enquanto na bomba é necessário muito mais do que isso. Por exemplo, a bomba de Hiroshima tinha 89% de U-235. No reator há moderadores de nêutrons para controlar a reação. Na bomba não há moderadores, de modo que ao disparar o processo, a reação em cadeia ocorre sem controle e provoca a explosão.

Ilustração da fissão de U-235 e da reação em cadeia subsequente. (Fonte: Wikimedia Commons)

Entre a descoberta em dezembro de 1938 e a explicação do fenômeno nos anos seguintes, muitos cientistas estiveram envolvidos. Otto Hahn (1879-1968) ganhou o Prêmio Nobel de Química de 1944 pela descoberta do fenômeno. Contou com a colaboração de Fritz Strassmann (1902-1980), Lise Meitner (1878-1968) e Otto Frisch (1904-1979). Frisch era sobrinho de Meitner, e como filhos de judeus tiveram que fugir do nazismo. Em 1933 Frisch foi para a Dinamarca, e em 1938, Meitner foi para a Suécia. Portanto, apenas Hahn e Strassmann participaram dos últimos experimentos que finalmente permitiram a descoberta da fissão nuclear.

Lise Meitner, um ano antes de emigrar para a Suécia e Otto Frisch no ano que emigrou para a Dinamarca. Otto Hahn participou, a contragosto, do projeto nuclear alemão, ao contrário de Fritz Strassmann que se manteve distante do projeto. (Fonte das fotografias: Wilkimedia Commons (Hahn e Strassmann) e Ruth Lewin Sime (Meitner e Frisch) [3]).

Como quase sempre na ciência, as descobertas têm seus antecedentes e suas consequências. Não considero a equação de Einstein como antecedente. A fissão seria descoberta mesmo que Einstein não a tivesse deduzido. A rota para a descoberta da fissão foi iniciada com Rutherford lá na década de 1900, com seus experimentos de espalhamento de partículas alfa, ou de bombardeio de núcleos com partículas alfa. Mas, o ponto de inflexão veio em 1919, quando ele descobriu o próton e previu a existência do nêutron, que seria descoberto em 1932, a partir de experimentos de Irène Joliot-Curie (1897-1956) e Frédéric Joliot-Curie (1900-1958) e da intepretação de James Chadwick (1891-1974), colaborador de Rutherford. Com esses trabalhos eles ganharam o Prêmio Nobel. O casal Joliot-Curie o de química, e Chadwick o de física, ambos em 1935.

Depois dessa descoberta, o nêutron passou a ser a bala de prata dos experimentos de física nuclear. Enrico Fermi (1901-1954), na Universidade de Roma, saiu na frente, bombardeando mais de 20 elementos químicos e observando que quase todos tornavam-se radioativos após o bombardeio. Em 1938 ele ganhou o Nobel de Física por essas descobertas. Uma pitada de suspense sobre Fermi. Sua esposa, Laura, era judia e, portanto, vítima potencial de Mussolini. Como membro do Comitê Nobel, Bohr sabia que Fermi ia ganhar o prêmio daquele ano, e sem que o Comitê soubesse informou a Fermi, e organizou sua fuga para Nova Iorque, depois da cerimônia de entrega do prêmio. Fermi foi uma peça fundamental no desenvolvimento do PM e na construção da bomba atômica. Em 1943 foi a vez de Bohr emigrar e juntar-se à equipe do projeto, onde assumiu o codinome Nicholas Baker [4].

Em 1934, Meitner começou a ler os artigos de Fermi e logo convenceu Hahn a iniciar estudos na mesma linha de Fermi, bombardeando núcleos de urânio com nêutrons. De 1934 a 1938, Hahn e seus colaboradores, Meitner e Strassmann, pavimentam uma estrada gloriosa, levando Hahn a ganhar o Prêmio Nobel de Química de 1944, pela descoberta da fissão nuclear. Mas, não foi sem percalço que essa estrada foi percorrida. Em primeiro lugar porque um membro da história, Frisch, não participou da travessia, se é que me faço entender. Ok, explico. Frisch era sobrinho de Meitner e fugiu em 1933, quando trabalhava em Hamburgo com Otto Stern (1888-1969). Permaneceu um ano em Londres, depois ficou cinco anos em Copenhague, voltou à Inglaterra em 1939, ficando um ano em Birmingham e outro em Liverpool. Em 1943 foi para os EUA incorporar-se ao PM. Em segundo lugar, porque assim como seu sobrinho, Meitner teve que fugir da Alemanha, em 1938, indo para a Suécia. Por isso ela não chegou ao final da travessia com Hahn e Strassmann, mas os últimos resultados obtidos por esses dois, foram interpretados pelos exilados Meitner e Frisch, que deram nome ao fenômeno: fissão. Tantos os resultados, como as interpretações foram publicados no mesmo ano de 1939. Também no mesmo ano, Bohr e John Wheeler (1911-2008) publicam um artigo importante descrevendo o mecanismo da fissão nuclear.

Então, este era o cenário da física nuclear em 1939, meses antes da invasão à Polônia. A pesquisa concentrava-se na Alemanha, mas tinha um grande líder na Itália, Fermi, o casal Joliot-Curie na França, o grupo de Bohr em Copenhague e Chadwick na Inglaterra. Naquele momento, os EUA só tinham cinco prêmios Nobel de Física, e apenas um fazia experimentos de alto nível em física nuclear, Ernest Lawrence (1901-1958), que desenvolveu o cíclotron, equipamento usado no bombardeio de núcleos atômicos. Com a instalação do PM, bons cientistas estadunidenses, como Robert Oppenheimer (1904-1967), Robert Millikan (1868-1953) e Arthur Compton (1892-1962) passaram a dedicar-se à física nuclear. Portanto, não fosse o presente de Hitler [5], aquela leva de cientistas judeus e meio-judeus, que fugiram da Alemanha, os EUA jamais chegariam a fabricar a bomba antes do final da guerra.

Cientistas e engenheiros estadunidenses envolvidos com o Projeto Manhattan, reunidos em Berkeley, março de 1940. A partir da esquerda: Ernest Lawrence, Arthur Compton, Vanevar Bush, James Conant (1893-1978), Karl Compton (1887-1954) e Alfred Loomis (1887-1975) (Fonte: Wilkimedia Commons)

Em 1940, quando ficou claro que um artefato nuclear poderia ser fabricado, os cientistas que trabalhavam fora da Alemanha resolveram, exceto os franceses, não mais publicar seus resultados de pesquisa. Portanto, ninguém sabia em que estágio estava a pesquisa na Alemanha, e os alemães não sabiam o que os aliados estavam fazendo. Aparentemente, foi para ficar a par dessa situação que Heisenberg visitou Bohr em 1941.

Olhando em retrospectiva, vê-se que naquele ano os EUA estavam bem à frente da Alemanha, mas, qual era o gargalo na busca de um artefato nuclear?

Havia duas questões básicas. A primeira era saber qual a quantidade mínima de material físsil para fabricar a bomba. Essa quantidade mínima é conhecida na literatura especializada como massa crítica. Essa questão foi levantada na peça Copenhague. A segunda questão era qual o moderador dever-se-ia usar no reator?

Calutron, acelerador desenvolvido por Lawrence e usado no Projeto Manhattan para a obtenção de U-235. O nome vem de California University Cyclotron (1945. Wikimedia Commons)

Sobre a segunda questão há uma história que entrou para o folclore e muitos historiadores dizem ser um mito. Talvez um mergulho profundo na literatura esclareça essa história, mas até à profundidade em que meu fôlego permitiu, ela continua nebulosa. A história é a seguinte. Para obter uma reação em cadeia autossustentável, é necessário moderar a velocidade dos nêutrons. Na época existiam dois candidatos para isso: grafite e água pesada. Qual dos dois usar? A resposta é simples: aquele que tiver a maior seção de choque para interação com o nêutron. Esse é um termo técnico referente à maior eficiência na redução da velocidade dos nêutrons. É preciso fazer cálculos complicados para determinar a seção de choque. Um auxiliar de Fermi deduziu que o grafite tinha seção de choque maior do que a água pesada. Enquanto isso, um auxiliar de Heisenberg deduziu o contrário. Foi por isso que os alemães usaram água pesada, produzida em uma fábrica na Noruega, e no PM se fez uso de grafite. Como diria Giordano Bruno, se non è vero, è ben trovato.

Uma versão igualmente curiosa, mas mais plausível, foi relatada por uma estrela fulgurante no universo científico, Hans Bethe (1906-2005), em artigo publicado na Physics Today [6]. Fugiu da Alemanha em 1933, primeiro para a Inglaterra e depois para os EUA, onde fixou residência. Em 1967 foi agraciado com o Prêmio Nobel de Física pelos trabalhos de reações nucleares, sobretudo pelos estudos da produção de energia nas estrelas. Conhecia bem a comunidade científica alemã.

A história é a seguinte. Em vez de determinar a eficiência das duas alternativas de moderadores pelo cálculo da seção de choque tanto o pessoal do PM quanto os alemães, o fizeram experimentalmente. Na Alemanha isso foi feito pelo renomado físico experimentalista Walter Bothe (1891-1957), que em 1954 dividiria o Prêmio Nobel de Física com Max Born (1882-1970), o primeiro mentor de Heisenberg. Seus resultados indicaram que o grafite não funcionava como moderador, razão pela qual passaram a usar água pesada, onde o hidrogênio comum é substituído pelo seu isótopo conhecido como deutério. Jamais repetiram os experimentos de Bothe para comprovar suas observações, e também jamais consultaram engenheiros químicos a respeito da questão, por uma razão simplória:  a briga entre físicos e engenheiros químicos na Alemanha era de tal ordem que impediu esse contato.

Nos EUA, os primeiros resultados experimentais também mostraram que o grafite era muito ineficiente, mas Fermi suspeitou de que alguma impureza nas barras de grafite poderia ser a responsável pelo resultado negativo. Leo Szilard convenceu um fabricante de grafite a melhorar o processo para produzir grafite puro. E foi assim que em 2 de dezembro de 1942 o pessoal do PM obteve a primeira reação em cadeia. Naquele mesmo ano, a fábrica de água pesada, instalada na Noruega ocupada pelos nazistas, foi destruída pela resistência.

Entrada do Museu da Adega Atômica, em Heigerloch, onde estava instalado o reator nuclear alemão. À direita, réplica de três tanques de água pesada. A inscrição original no tanque do meio diz: “O descanso é sagrado para o homem, porque apenas pessoas loucas têm pressa”. (Fonte: Wikimedia Commons).

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Quanto à primeira questão, da massa crítica, não há dúvidas de que ela tomou um bom tempo dos cientistas envolvidos. Os diálogos imaginados por Frayn correspondem bem à dimensão do problema. Em algum momento do segundo ato da peça, a personagem de Heisenberg narra a conversa que teve com Otto Hahn em Farm Hall, logo depois de ouvirem o noticiário sobre a explosão da bomba em Hiroshima, para explicar-lhe os princípios básicos do funcionamento de uma bomba. A personagem de Bohr pergunta se ele falou sobre a massa crítica, a coisa mais importante para o estabelecimento de uma reação em cadeia. Heisenberg disse que sim, e acha que foi 50 kg, mas em seguida corrige para uma tonelada, o que deixou Bohr espantado. Frayn sugere que Heisenberg não tinha calculado o valor da massa crítica para U-235. E tudo indica que não tinha mesmo. Esse cálculo foi feito em Birmingham, Inglaterra, no início de 1940, quando os estudos sensíveis sobre física nuclear não eram mais publicados. E quem foi o responsável pelo cálculo? Otto Frisch, o quarto personagem da fissão nuclear, aquele que teve de fugir da Alemanha antes de percorrer a estrada. Contou com a colaboração de Rudolf Peierls (1907-1995). Esse importante trabalho ficou conhecido como Memorando Frisch-Peierls, e obviamente foi avidamente consultado pela equipe do PM. Não era uma tonelada, como pensava a personagem de Heisenberg. Apenas alguns quilos. Exatamente 56 kg no caso da bomba de Hiroshima.

Os fundamentos científicos estavam bem claros para os aliados, e o comprometimento de uma enorme quantidade de cientistas e engenheiros levaram à fabricação de duas bombas, uma de urânio lançada sobre Hiroshima, no dia 6 de agosto de 1945 e outra de plutônio em Nagasaki, três dias depois.

Três meses antes desses lançamentos, a Alemanha já tinha se rendido. O documento de rendição foi assinado em Rheims, França, no dia 7 de maio de 1945, na presença de representantes da Força Expedicionária Aliada, do Alto Comando Soviético e do governo francês, que assinaram o documento como testemunhas.

Primeiro parágrafo e assinatura da autoridade alemã do documento de rendição, assinado em 7 de maio de 1945. (Fonte: Wikimedia Commons)

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Farm Hall: o projeto alemão desvendado

No final de abril de 1945, a Missão Alsos chegou a Haigerloch, onde estava instalado o reator nuclear alemão, para aprisionar os cientistas encarregados das pesquisas nucleares. Heisenberg escapou antes dos aliados chegarem. Viajou três dias e três noites, de bicicleta, até um vilarejo na Bavária, onde Elisabeth, sua esposa, estava refugiada com seus filhos. Ele andava à noite e dormia durante o dia, para escapar dos bombardeiros aliados. A Missão Alsos tinha à frente Samuel Goudsmit (1902-1978), físico holandês que emigrou para os EUA e se juntou ao grupo do PM. Entre 1 de maio e 30 de junho, por intermédio da Operação Epsilon, os aliados aprisionaram dez cientistas alemães que trabalhavam no programa nuclear alemão. Esses cientistas permaneceram presos em Farm Hall, entre 3 de julho de 1945 e 3 de janeiro de 1946, sob a guarda do major britânico T. H. Rittner.

A casa estava cheia de microfones escondidos, de modo que os aliados, exceto os russos, podiam ouvir praticamente todas as conversas entre os prisioneiros. O objetivo era saber o quão próximos eles estiveram de construir a bomba. Não havia grupo mais qualificado para fornecer essa informação: Heisenberg, Hahn, Max von Laue (1879-1960), Walther Gerlach (1889-1979), Weizsäcker, Paul Hartek (1902-1985), Karl Wirtz (1910-1994), Eric Bagge (1912-1996), Horst Korsching (1912-1998) e Kurt Diebner (1905-1964).

Antes desse aprisionamento, o serviço secreto do PM tinha incluído Strassmann na lista, mas logo descobriram que ele não havia participado do projeto alemão. Na verdade, descobriram que ele escondeu em seu apartamento, durante meses, um amigo judeu.

As transcrições dos diálogos captados ficaram em segredo durante 50 anos. Os serviços secretos dos EUA e da Inglaterra temiam que os russos usassem as revelações no seu programa nuclear, que certamente adviria depois da guerra. Não creio que esses diálogos tivessem qualquer relevância para o projeto nuclear soviético. Eles tinham cientistas suficientemente competentes para chegar, como chegaram, ao nível de expertise dos alemães, e até mesmo dos outros aliados. No entanto, do ponto de vista histórico os diálogos são fundamentais pelo simples fato de que foram absolutamente espontâneos. A partir deles é possível desenhar o cenário do conhecimento alemão a respeito das aplicações da física nuclear naquele fim de guerra. Vale a pena reproduzir alguns trechos publicados pelo serviço secreto britânico e disponíveis no capítulo The Bomb Drops, do livro de Jeremy Bernstein, Hitler’s Uranium Club [7]. Bernstein reproduz apenas os diálogos gravados depois de 6 de agosto de 1945 quando os alemães ouvem na BBC a notícia da bomba de Hiroshima. Todavia, o relatório original da Operação Epsilon (<https://discovery.nationalarchives.gov.uk/details/r/C4414534>) apresenta diálogos a partir de 6 de julho, quando Diebner questiona se não há microfones escondidos na casa. Rindo, Heisenberg responde:

Microfones instalados? Oh, não, eles não são assim tão inteligentes. Não creio que eles conheçam os métodos da Gestapo. Eles são um pouco antiquados nesse sentido.

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Farm Hall, casa de campo nas proximidades de Cambridge, Inglaterra, onde dez cientistas alemães ficaram aprisionados de 3 de julho de 1945 e 3 de janeiro de 1946. (Escaneado de [8])
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Nos diálogos que seguem a este, eles falam generalidades sobre o bom tratamento que recebem em Farm Hall, e das possibilidades de continuarem suas atividades no pós-guerra. Eles não sabem quem tomará a Alemanha, se os russos ou os outros aliados. Falam sobre aspectos de teoria quântica na solução de problemas de física nuclear. A primeira vez que mencionaram problemas científicos ou tecnológicos referentes a reator nuclear ou bomba atômica, foi em uma conversa entre Hahn e Diebner, em 31 de julho. Mas, a cópia disponível na Internet do relatório da Operação Epsilon é praticamente ilegível. Dá para entender que Hahn fala de um artigo que leu sobre a bomba de urânio, mas sua longa fala é ilegível. De qualquer modo, o mais relevante nesse sentido são os diálogos depois que eles foram informados pelo major Rittner sobre o lançamento da bomba em Hiroshima. Primeiramente Rittner informou a Hahn, em seus aposentos, que ficou visivelmente abalado com a notícia. Sentiu-se pessoalmente responsável pela morte de centenas de milhares de pessoas. Confessou que pensou em suicidar-se quando percebeu a potencialidade terrível da sua descoberta. Só ficou calmo depois de generosas doses alcoólicas. Desceram para a sala de jantar para contar a novidade ao resto do grupo. Como era de se esperar, a notícia foi recebida com incredulidade. Os diálogos que mantiveram durante o jantar talvez sejam o mais relevante testemunho sobre o projeto nuclear alemão durante a guerra.

Hahn começa a conversa, dizendo que “Eles só podem ter feito isso se tiverem uma separação isotópica de urânio”. Von Laue pergunta: 235? “Sim, 235”, responde Hahn. Eles estavam se referindo ao isótopo U-235. Mas, Harteck toma outro rumo, ao afirmar que “Isso não é necessário. Se fizerem um reator de urânio funcionar, eles separam o 93”. Harteck referia-se ao netúnio, elemento químico com número atômico Z=93, e que se transforma em plutônio, com Z=94, que os alemães pensavam em usar como material físsil para sua bomba. Nesse momento, Hahn diz: “Se os americanos têm uma bomba de urânio, vocês são todos de segunda classe. Pobre Heisenberg”. “Eles usaram a palavra urânio em conexão com esta bomba atômica?”, indaga Heisenberg. “Não”, todos respondem. A informação de que a bomba era de urânio só veio a público no noticiário do dia seguinte.

O plutônio resulta de uma série de reações nucleares a partir do bombardeamento de U-238 com nêutrons. Portanto, a partir de U-238 é possível a obtenção de dois materiais físseis. Como a obtenção de U-235 em quantidade suficiente para a confecção de uma bomba era muito difícil, os alemães optaram pelo plutônio. No PM, eles optaram pelas duas alternativas. Em uma instalação produziam U-235, e em outra produziam plutônio. A bomba de urânio foi lançada sobre Hiroshima, e a de plutônio sobre Nakasaki. Naquela noite de 6 agosto, os alemães não sabiam disso e faziam hipóteses em cima das duas alternativas.

Voavam em voo cego. Por exemplo, Gerlach pergunta: “Seria possível que eles tivessem um reator funcionando razoavelmente bem, e que tivessem tempo suficiente para separar 93?”. Ao que Hahn responde: “Não acredito”. Como se vê, o descobridor da fissão nuclear estava totalmente enganado.

Facsimile de parte da edição de 7 de agosto de 1945, do The Times, onde é dito que a bomba de Hiroshima foi confeccionada com urânio

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Os diálogos mostram os condutores do programa nuclear alemão, sobretudo Heisenberg, incrédulos com o que aconteceu em Hiroshima. Eles não sabem como os aliados fizeram a bomba e nem como conseguiram os recursos financeiros e tecnológicos para isso. Hahn é cruel com Heisenberg, ao afirmar novamente: “De qualquer forma, Heisenberg, você é apenas um dos de segunda classe e pode fazer as malas (…) Eles estão 50 anos mais avançados do que nós.”

Há um momento em que Heisenberg mostra-se completamente confuso a respeito da massa crítica de uma bomba.

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Heisenberg: Ainda não acredito em uma palavra sobre a bomba, mas posso estar errado. Considero perfeitamente possível que eles tenham cerca de dez toneladas de urânio enriquecido, mas não que possam ter dez toneladas de puro U-235.

Hahn: Eu pensei que era preciso muito pouco U-235.

Heisenberg: Se o enriquecerem um pouco, poderão construir um mecanismo que funcione, mas com isso eles não podem fazer um explosivo que irá …

Hahn: Mas se eles tiverem, digamos, 30 kg de U-235 puro, não poderiam fazer uma bomba?

Heisenberg: Mas ainda não daria certo, pois o caminho livre médio ainda é muito grande.

Hahn: Mas, me diga por que você costumava me dizer que era necessário 50 kg de U-235 para fazer qualquer coisa. Agora você diz que precisa de duas toneladas?

Heisenberg: Eu não gostaria de me comprometer no momento, mas certamente é um fato que os caminhos livres médios são muito grandes.

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Vale lembrar que a bomba de Hiroshima tinha 56 kg de urânio, com 89% de U-235. Portanto, Heisenberg e Hahn estavam completamente por fora do que os aliados estavam fazendo no PM!

Na sequência eles passam a discutir aspectos técnicos do enriquecimento de urânio sem relevância para o contexto desse ensaio. Parte desses aspectos técnicos dos diálogos já haviam sido expostos por Heisenberg em uma conferência que ele apresentou para autoridades governamentais em 26 de fevereiro de 1942 [9]. No entanto, há uma questão interessante, levantada por Hahn, e que indica uma bobeada dos alemães. Disse o descobridor da fissão nuclear: “Eles poderiam obter U-235 com um espectrógrafo de massa”. Não só ele estava certo, como foi exatamente isso que os aliados fizeram no PM.

Há um momento na peça em que as personagens de Heisenberg e Bohr mencionam o cíclotron instalado em Copenhague. É no início do primeiro ato, quando cada um pergunta o que o outro está fazendo. Heisenberg diz que tem muito inveja do cíclotron de Bohr, e este pergunta se esta seria a razão da visita. Ou seja, se ele queria “tomar emprestado” o acelerador de partículas. Naquela época, já deveria haver uns trinta instalados nos EUA, e nenhum na Alemanha.

Esse diálogo não deve ter ocorrido, ele deve ter sido criado por Frayn porque este tinha conhecimento dos documentos de Farm Hall. Só para não deixar em branco, o cíclotron é um tipo de acelerador de partículas inventado por Ernest Lawrence, no final dos anos 1920, na Universidade da Califórnia, em Berkeley. Como escrevi acima, no PM ele foi adaptado para funcionar como um espectrógrafo de massa, e nomeado Calutron. Com esse equipamento os aliados conseguiram separar U-235 na quantidade necessária para construir a bomba de urânio.

Há uma fala de Heisenberg meio que justifica a ideia de que os alemães não estavam mesmo convencidos de que seria possível construir a bomba durante a guerra.

O ponto é que toda a estrutura do relacionamento entre o cientista e o estado na Alemanha era tal que, embora não estivéssemos 100% ansiosos para fazê-lo, por outro lado, tínhamos tão pouca confiança do estado que, mesmo se quiséssemos fazer isso, não teria sido fácil.

No entanto, Bernstein e Cassidy [10] questionam esse posicionamento de Heisenberg:

A história teria sido totalmente diferente se no início da guerra um reator tivesse sido construído com sucesso. (…) Embora seja verdade que no início da guerra os cientistas não eram muito confiáveis, em 1942 eles, especialmente Heisenberg, eram. De que outra forma ele e outros poderiam obter permissão para viajar para territórios ocupados e até para a Suíça neutra, se não fossem confiáveis? Além disso, suas conexões diretas com Speer, Goering e Himmler poderiam ter-lhe permitido levar adiante esse projeto, se ele tivesse visto a necessidade e a possibilidade de fazê-lo.

Há uma informação no relatório do major Rittner que contradiz a fala da personagem de Heisenberg na peça, embora a essência seja a mesma do que ocorreu em Farm Hall. Em certo momento a personagem de Margrethe informa que Goudsmit havia dito que Heisenberg não entendia a diferença crucial entre um reator e uma bomba, ao que Heisenberg responde:

Eu disse a Otto Hahn. Naquela noite terrível em Farm Hall, depois das notícias. Em algum lugar, tarde da noite, depois que todo mundo finalmente foi dormir, e estávamos sozinhos. Dei-lhe uma resposta razoavelmente boa de como a bomba poderia ser fabricada.      

Não se sabe se o texto de Frayn tem o objetivo de simplificar e acomodar sua estrutura cênica, ou se ele não se deu conta do que continha no relatório do major Rittner. O fato é que o ambiente em Farm Hall estava muito mais nervoso do que a personagem de Heisenberg sugere. Especialmente era dramático o estado de espírito de Gerlach, conforme relata o major Rittner:

Quando Gerlach saiu da sala, foi direto para o quarto, onde foi ouvido soluçando. Von Laue e Harteck foram vê-lo e tentaram consolá-lo. Ele parecia se considerar na posição de um general derrotado, a quem a única alternativa aberta é se matar. Felizmente, ele não tinha arma e acabou sendo acalmado pelos colegas. No decorrer da conversa com von Laue e Harteck, ele fez as seguintes observações:

Quando assumi o cargo [representante do programa nuclear, em 1944], conversei com Heisenberg e Hahn e disse à minha esposa: “A guerra está perdida e o resultado será que, assim que o inimigo entrar no país, serei preso e levado embora.” Só o fiz porque, disse a mim mesmo, é um caso alemão e devemos ter em conta que a física alemã será preservada. Por um momento, nunca pensei em uma bomba, mas disse a mim mesmo: “Se Hahn fez essa descoberta, pelo menos sejamos os primeiros a usá-la.” Quando voltarmos para a Alemanha, teremos momentos terríveis. Seremos vistos como aqueles que sabotaram tudo. Nós não permaneceremos vivos por muito tempo. Você pode ter certeza de que muitas pessoas na Alemanha dizem que é nossa culpa. Por favor, deixe-me só.

Depois Hahn também foi consolá-lo. Exceto Gerlach, todos continuam na sala, e continuam a debater o problema da bomba e suas consequências políticas na Alemanha, quando eles retornarem, e se retornarem. Alguns tinham dúvidas se voltariam, outros pensavam em emigrar. Em certo momento, Heisenberg e Hahn têm uma conversa a sós, mas os outros continuavam na sala. É interessante aqui destacar os comentários do autor do relatório da Operação Epsilon a respeito dessa conversa:

Hahn e Heisenberg discutiram o assunto sozinhos. Hahn explicou a Heisenberg que ele próprio estava muito chateado com a coisa toda. Ele realmente não conseguia entender por que Gerlach havia levado aquilo tão mal. Heisenberg disse que podia entender porque Gerlach era o único que realmente queria uma vitória alemã, porque, apesar de ter percebido os crimes dos nazistas e desaprová-los, ele não conseguiu se livrar do fato de estar trabalhando para a Alemanha. Hahn respondeu que também amava seu país e por isso, por mais estranho que pareça, era por esse motivo que esperava a derrota dela. Heisenberg continuou dizendo que achava que a posse da bomba de urânio fortaleceria a posição dos americanos em relação aos russos. Eles continuaram discutindo o mesmo tema de que nunca quiseram trabalhar em uma bomba e ficaram satisfeitos quando decidiu-se concentrar tudo no motor [reator]. Heisenberg afirmou que o povo na Alemanha poderia dizer que ele deveria ter forçado as autoridades a colocar os meios necessários à sua disposição e liberar 100.000 homens para fazer a bomba (…) Hahn admitiu, no entanto, que nunca pensou que uma derrota alemã produziria uma tragédia tão terrível para seu país. Eles então discutiram os sentimentos dos cientistas britânicos e americanos que aperfeiçoaram a bomba, e Heisenberg disse que achava que era uma questão diferente no caso deles, pois consideravam Hitler um criminoso. Ambos esperavam que a nova descoberta fosse um benefício para a humanidade. Heisenberg continuou especulando sobre os usos aos quais os Estados Unidos colocariam a nova descoberta e se perguntou se eles a usariam para obter o controle da Rússia ou esperariam até Stalin copiá-la. Eles ficaram imaginando quantas bombas existiam.

O major Rittner não destaca em seus comentários as questões científicas dos diálogos. Não devem ser de seu conhecimento, mas é interessante observar a confissão que Heisenberg fez a Hahn de que nunca tinha calculado a massa crítica de U-235 para fazer a bomba. Como se sabe, a bomba de Hiroshima tinha 56 kg de urânio enriquecido com 89% de U-235. Será que Heisenberg estava mentindo para seu respeitável amigo Hahn? Ou ele esquecera que em algum momento anterior, teria dito a Manfred von Ardenne (1907-1997) que a quantidade era algo como 50 kg? Ou von Ardenne estava confuso, e não teria ouvido essa informação de Heisenberg? Ninguém sabe. O fato é que Heisenberg errou os cálculos quando tentou reproduzi-los para Hahn. Isso sugere que de fato Heisenberg não tinha feito anteriormente os cálculos corretos. É muito difícil imaginá-lo errando um cálculo que ele conhecia. Outra coisa impressionante é que na conversa ele deixou claro que sabia a diferença entre um reator e uma bomba. Essa questão era a essência da fala da personagem de Heisenberg, quando Margrethe sugere que ele não sabia essa diferença.

A conversa foi longa naquela dramática noite, se estendeu até 1h30 da manhã. No dia seguinte, von Laue escreveu ao filho dizendo que provavelmente ninguém dormiu naquela noite. Bagge registrou em seu diário que von Laue bateu à sua porta para dizer que ele estava muito preocupado com Hahn. Ficaram acordados até ter certeza de que Hahn estava dormindo.

Todos leram com grande avidez o noticiário no dia seguinte. Quando souberam que se tratava de uma bomba de urânio, passaram a discutir o mecanismo de explosão, e a respeito da participação dos físicos na fabricação da bomba. Em sua última declaração transcrita no relatório, Hahn disse que se Bohr tinha ajudado os aliados a fazer isso, ele deixaria de estimá-lo como o fez até agora. Longe de apresentar uma reação emocional, Heisenberg foi de uma frieza impressionante, ao declarar que “Se os americanos não chegaram tão longe com o motor [reator] como nós – é assim que parece -, estamos com sorte. Existe a possibilidade de ganhar dinheiro”.

Ele estava enganado quanto ao avanço da tecnologia que os aliados conseguiram.

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Epílogo

Três dias depois de Hiroshima, foi a vez de Nagasaki ser bombardeada, dessa vez com uma bomba de plutônio. À parte razões políticas e militares, que certamente são questionáveis, podemos dizer friamente, sem considerar o drama humano, que os lançamentos dessas bombas registram o sucesso científico e tecnológico jamais visto na história da humanidade devido ao tempo em que se deu. Em menos de cinco anos os aliados conseguiram desenvolver uma tecnologia que se imaginava possível somente depois de décadas. Como em quase todos os empreendimentos científicos e tecnológicos grandiosos, no início ninguém sabe com precisão no que vai resultar, para o bem ou para mal. Fica para a história a responsabilidade desse registro. O foco neste ensaio, cuja primeira parte foi publicada há poucos dias, infelizmente desembocou em uma tragédia humana de proporção gigantesca, mas também trouxe muitos benefícios para esta civilização que testemunhou a hecatombe.

Sem contar o uso pacífico da energia nuclear, cujo desenvolvimento sempre esteve ao lado de projetos armamentistas e por diversas razões merece questionamentos éticos e ambientais, não podemos deixar de considerar o uso médico dessa tecnologia, como a radioterapia e a ressonância magnética nuclear. Saindo de suas fases embrionárias durante a guerra, esses recursos tecnológicos tiveram avanços extraordinários ao longo dos últimos cinquenta anos.

O caso da energia nuclear ilustra como a ciência e a tecnologia que emergiram da física e da química no início do século 20 estão de tal modo imbricadas, que é praticamente impossível isolar completamente alguma parte desse desenvolvimento. Por exemplo, enquanto no início dos anos 1930, os precursores da bomba atômica estavam preocupados com os fundamentos conceituais dos fenômenos pertinentes, sem imaginar que chegariam nas tragédias de Hiroshima e Nagasaki, sem falar em Chernobyl e similares, pesquisadores nos Laboratórios Bell, nos EUA, começavam a desenvolver detectores de ondas de radar usando válvulas a vácuo. Não obtiveram bons resultados e nas tentativas seguintes descobriram que o silício era um excelente material para a fabricação de detectores de ondas de rádio. Dez anos depois, exatamente em 1947 é inventado o transistor, que atualmente está em qualquer equipamento de medicina nuclear.

Infelizmente, e em toda a história da civilização, os contextos científico e tecnológico não estão imunes ao contexto político, para o bem e para o mal. Para ficar no tema deste ensaio e mais ainda, na restrita comunidade dos físicos, é inescapável a necessidade de olhar para o início dos anos 1920 na Alemanha. É ali que germina o caldo cultural da perseguição ao que os alemães arianos denominavam de ciência judia. É ali que o presente de Hitler aos aliados começa a se configurar. E grande parte da população civil alemã só terá clareza desse fenômeno depois das bombas de Hiroshima e Nagasaki.

Enfim, quando observamos os tempos modernos de negação da ciência, não podemos deixar de lembrar que em discurso de 1920, quando a teoria da relatividade de Einstein era considerada algo que tinha sido produzido por um desejo malévolo de solapar a clareza da ciência, Hitler proclamava: “sofremos hoje um excesso de cultura. Somente se dá valor ao conhecimento (…) O que precisamos é de instinto e vontade” [11].

Deu no que deu.

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Notas
[1]      C. A. dos Santos, Ciência Hoje 19, 26 (1995).

[2]      A. Villani, C. A. dos Santos, J. M. F. Bassalo, and R. A. Martins, Da Revolução Científica à Revolução Tecnológica: Tópicos de História Da Física Mo-Derna e Contemporânea (Livraria da Física, São Paulo, 2019).

[3]      R. L. Sime, Lise Meitner: A Life in Physics (University of California Press, Berkeley, 1996).

[4]      A. Pais, Niels Bohr’s Times, in Physics, Philosophy, and Polity (Clarendon Press, Oxford, n.d.).

[5]      J. Medawar and D. Pyke, O Presente de Hitler: Cientistas Que Escaparam Da Alemanha Nazista (Record, São Paulo, 2003).

[6]      H. A. Bethe, Phys. Today 53, 34 (2000).

[7]      J. Bernstein, in Hitler’s Uranium Club, edited by J. Bernstein (Springer, New York, 2001), pp. 113–150.

[8]      T. Powers, Heisenberg’s War (Little, Brown and Company, New York, 1993).

[9]      W. Heisenberg, D. Cassidy, and W. Sweet, Phys. Today 48, 27 (1995).

[10]    J. Bernstein and D. Cassidy, Phys. Today 48, 32 (1995).

[11]    T. Levenson, Einstein Em Berlim (Objetiva, Rio de Janeiro, 2003).

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Agradeço ao professor Luiz Fernando Ziebell, do Instituto de Física da UFRGS, pela cuidadosa leitura do manuscrito.

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Carlos Alberto dos Santos

Carlos Alberto dos Santos é professor aposentado pelo Instituto de Física da UFRGS. Foi Pró-Reitor de Pesquisa e Pós-Graduação da UNILA e pesquisador visitante sênior do Instituto Mercosul de Estudos Avançados. Premiado com o Jabuti em 2016 (3º. Lugar na categoria Ciências da Natureza, Matemática e Meio Ambiente), atualmente é professor visitante no Instituto de Física da UFAL.