利奥·西拉德产生这个想法的时候正在伦敦罗素广场旁边等着过马路,那是1933年9月12日。差不多12年后,美国在广岛投下一枚原子弹,大约135000人因此丧生。
从西拉德的想法到其可怕的实现是科技史上最引人注目的章节之一,一系列非凡的人物参与其中。他们当中有很多是逃离法西斯主义的难民,在道德上反对原子弹,但又担心纳粹德国先发制人。
西拉德本人是匈牙利裔犹太人,希特勒当上德国总理两个月后,他从德国逃到了英国。当时英国正处于核物理学的前沿。詹姆斯·查德威克刚发现中子,剑桥的物理学家们很快就“劈开了原子”。他们用质子将一个锂原子核轰击成两半,证实了爱因斯坦的洞见,即质量与能量是同一的,一如方程E=mc2所表达的。
西拉德的灵光一现正是基于这一突破性的实验。他推理说,如果一个原子被中子分开,并且在此过程中释放出两个或两个以上的中子,那么,许多这种元素将在一次自我维持的链式反应中释放出大量能量。
西拉德的想法收效甚微。直到1938年,突破才出现——具有讽刺意味的是,这发生在柏林,当时德国物理学家奥托·哈恩和弗里茨·施特拉斯曼正在那里用中子轰击铀原子。他们在对碎片进行分析时,惊讶地发现了轻得多的元素钡的痕迹。
链式反应
幸运的是,哈恩和施特拉斯曼都是纳粹政权的反对者。哈恩写信给奥地利化学家莉泽·迈特纳,她曾与哈恩在柏林共事,后于1938年在纳粹占领维也纳之后逃到瑞典。迈特纳回信解释说,铀原子核会分裂成大致相等的两个部分。她把这个过程称为“裂变”。
接下来,逃离法西斯后在纽约哥伦比亚大学工作的意大利物理学家恩里科·费米发现,铀裂变会释放出发生链式反应所需的次级中子。西拉德很快就来到纽约与费米合作。
令人震惊的一刻
对纳粹有可能抢先制造出原子弹的担心促进了“曼哈顿计划”的实施。我们现在知道,纳粹永远也造不出原子弹。1945年德国投降后,10名最主要的德国核科学家被拘禁于剑桥附近的一座乡间别墅中。屋内安装了窃听器,录音记录清楚地表明,德国人距离造出原子弹还远得很,而且他们并不相信原子弹是可能的。
整件事我一个字都不信。
当德国核物理学家维尔纳·海森堡得知广岛被摧毁时,他断然拒绝相信这是核武器所致。
他们一同计算出,一千克铀可以产生的能量相当于20000吨TNT炸药。西拉德已经看到了发生核战争的可能性。他后来回忆说:“我认为世界无疑正在走向悲伤。”
但其他人的确有怀疑。1939年,当时正积极帮助德国科学家经由哥本哈根逃走的丹麦物理学家尼尔斯·玻尔给这种想法泼了冷水。他指出,铀-238(铀同位素,占天然铀的99.3%)不会释放次级中子。只有一种非常罕见的铀同位素铀-235会以这种方式发生裂变。
然而,西拉德仍然确信链式反应是可能的,他担心纳粹也知道这一点。他咨询了同样流亡美国的匈牙利同胞尤金·魏格纳和爱德华·泰勒,他们一致认为,爱因斯坦是提醒罗斯福总统注意危险的最佳人选。爱因斯坦那封著名的信在欧洲战争爆发之后不久便寄出了,但几乎没有什么影响。
到了1940年,有一个消息慢慢传开了,在英国工作的两位德国物理学家证明玻尔是错误的,事情发生了戏剧性的变化。鲁道夫·派尔斯和奥托·弗里施弄清楚了如何大量生产铀-235,如何用它来制造原子弹,以及投下原子弹之后的骇人后果。派尔斯和弗里施(玻尔曾帮助他们逃跑)也担心纳粹会造出原子弹。是年3月,他们给英国政府写信,敦促其迅速采取行动。他们的《关于一种放射性“超级炸弹”性质的备忘录》要比爱因斯坦写给罗斯福的信更成功,英国由此开始了代号“合金管”的原子弹发展计划。
这封信也促使美国采取了行动。1940年4月,政府任命资深物理学家阿瑟·康普顿领导一个核武器项目,它最终变成了“曼哈顿计划”。康普顿先是把各个链式反应研究小组聚集到芝加哥。那年夏天,该团队开始进行一系列实现链式反应的实验。
1941年12月日本偷袭珍珠港为这一计划提供了进一步的动力。一年后,“曼哈顿计划”的团队准备尝试用铀和石墨来实现链式反应,他们将这些材料堆在芝加哥大学足球场看台下方的一个壁球场上。星期三,1942年12月2日,他们做到了。
不幸的一天
庆祝活动悄无声息。反应被证实后,西拉德握着费米的手说:“这将是人类历史上不幸的一天。”
在接下来的4年里,美国、英国和加拿大为“曼哈顿计划”投入了大量资源。“合金管”持续了一段时间,最终被并入了美国的计划。纳粹发起了一项核武器计划,但进展不大。
1945年7月16日,美国在新墨西哥州的沙漠上引爆了世界上第一颗原子弹。这次测试最终可怕地证明,核能可被用作战争武器。这让奥本海默回想起印度教经典《薄伽梵歌》中的一句话:“我成为了死神,世界的毁灭者。”
对日本的攻击开启了全球范围的军备竞赛。1945年以后,美国研制出了大规模杀伤性氢弹,它利用的是核聚变,而不是裂变。苏联在1949年研制并测试了自己的核弹。全球核弹总数目前已达27000颗。
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