1943年7月，在密歇根州的一个度假别墅中，美国科学家阿瑟·康普顿（Arthur Compton）正与妻儿在湖边共享天伦之乐。突然，他接到了他的同僚打来的电话，希望能和康普顿当面商议一件十万火急的事情。电话的那头是一位中年男子，他正准备千里迢迢从新墨西哥州的洛斯·阿拉莫斯一路坐火车赶赴密歇根州。这个男人，就是曼哈顿计划的领导者，尤利乌斯·罗伯特·奥本海默（Julius Robert Oppenheimer）。


奥本海默的同僚，康普顿是著名的物理学家。康普顿因对光和物质相互作用的研究而获得诺贝尔物理学奖。同时，康普顿也是美国曼哈顿计划的核心科学家之一。曼哈顿计划是第二次世界大战期间美国在洛斯·阿拉莫斯进行的秘密行动，旨在领先于纳粹制造出原子弹。曼哈顿计划由奥本海默领导进行。奥本海默是一位神秘莫测、烟不离手的美国理论物理学家，在量子力学、核物理和分子物理、天文学和广义相对论等领域均作出了重要贡献。


一场登上荧幕的豪赌


当奥本海默到达密歇根州的度假别墅时，康普顿开车把他送到湖边，在那里他们可以进行一番秘密交流。在康普顿后来的叙述中，奥本海默和他说，洛斯·阿拉莫斯的科学家们发现，除了通过核裂变释放原子能外，像氢这样非常轻的原子还可以通过聚合形成更重的原子核来释放能量。这个过程只有在极高的温度下才会启动——但这种条件正是核裂变所能提供的。如果曼哈顿计划成功，核弹是否会引发海水中的氢或大气中的氮原子发生无法控制的连锁聚变反应？如果这样，那么核弹会把地球本身变成一个不断膨胀的火球吗？


康普顿后来告诉作家、诺贝尔文学奖获得者赛珍珠（Pearl Buck），面对奥本海默描述的“终极灾难”的可能性，“与其冒着对人类造成毁灭性灾难的危险，不如接受战争的失败。”


由于担心为希特勒工作的德国科学家们会优先研制出核弹，康普顿和奥本海默决定着手开展第一颗原子弹的研制工作。同时，他们还要评估原子弹引发环境中的轻原子核发生不可控核聚变反应的可能性。


为时已晚：1965年，奥本海默被问及美国是否应该与苏联展开阻止核武器的扩散条约的谈判。在电影《奥本海默》所根据的原著《美国普罗米修斯》中，作家凯·伯德和马丁·J·舍温记录到这样的场景：“奥本海默用力地吸着烟斗说，‘已经晚了二十年……应该在新墨西哥州三一核试验（Trinity）后的第二天就应该完成的。’”。来源：HauptmannSchlaf/维基共享


根据赛珍珠1959年发表在《美国周刊》上的文章《核弹——世界末日？》的叙述：当时康普顿决定，只有在计算出原子弹毁灭世界的可能性不足百万分之三的情况下，该项目才应该继续进行。据称，科学家们的理论计算满足了这一阈值。但直到1945年7月，第一枚核弹在新墨西哥沙漠的三一核试验场引爆时，这些讨论才尘埃落定。这场生死攸关的豪赌最终被搬上了大荧幕。


现实没有影视剧中那么多戏剧性。奥本海默似乎很快就摆脱了对世界末日的恐惧。最终，奥本海默的担忧并不是他在洛斯·阿拉莫斯的团队开发的核弹会意外引发核聚变——也就是三年后被首次用于广岛和长崎实战的核弹——点燃的担忧，而是对核聚变过程也会被用来制造更可怕的破坏力武器的担忧。


实际上，第二次世界大战只是加速了核弹的出现。自19世纪末，人们就知道某些重金属元素，尤其是铀，会裂变并释放能量。赫伯特·乔治·威尔斯（Herbert George Wells）在他1914年出版的《获得自由的世界》（The World Set Free）一书中推测，原子核蕴含的巨大能量正被用来制造一种他称之为“原子弹”的超级炸弹，这是一种能够毁灭城市的武器。但直到第二次世界大战爆发前不久，科学家们才搞清楚实现原子弹的原理。


1938年，在柏林工作的德国科学家奥托·哈恩（Otto Hahn）和弗里茨·斯特拉斯曼（Fritz Strassmann）发现，铀原子核可以发生裂变，分裂成两个轻的原子核，释放出巨大的能量。哈恩和斯特拉斯曼最初对他们的发现感到困惑，而他们的前同事莉泽·迈特纳（Lise Meitner），由纳粹德国流亡瑞典的犹太人，将这个过程解释为一个裂变过程。


研究原子核物理的科学家们立刻就意识到，如果这一过程在足够大（“临界”）质量的裂变同位素铀-235中展开，它可能会引发一种失控的持续连锁反应，并在瞬间释放出所有能量。在了解到这一点后，当时的美国总统富兰克林·D·罗斯福被说服在洛斯·阿拉莫斯开展曼哈顿计划。这一项目由奥本海默主持。


康普顿讲述与奥本海默在湖边会面的故事实际上有一些奇怪。因为，康普顿最初认为他们的讨论是出于对洛斯·阿拉莫斯团队发现的核聚变过程的担忧。他的意思似乎是轻原子核聚变可以用于实现核弹，科学界数十年前就研究发现轻原子核可以聚变释放能量。


“我一开始并不相信”


在20世纪20年代，英国天体物理学家亚瑟·埃丁顿（Arthur Eddington）曾提出氢核聚变可能是太阳等恒星的能量来源的研究观点。1932年，在英国剑桥工作的欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）组内的研究人员马克·奥列芬特（Mark Oliphant）在粒子加速器中演示了核聚变过程。1939年，诺贝尔奖获得者、洛斯阿拉莫斯理论小组组长、物理学家汉斯·贝特（Hans Bethe）阐明了太阳内发生的主要聚变反应的机理，并且俄裔美国物理学家乔治·加莫与匈牙利移民爱德华·特勒完善了这一观点，并在加莫1940年出版的《太阳的诞生与死亡》一书中对这一观点进行了推广。


洛斯·阿拉莫斯团队的另一名成员爱德华·泰勒（Edward Teller）首次提出了由氢核的热核聚变（更具体地说，是重氢同位素氘）实现“超级核弹”的可能性。引发氢的核聚变过程需要巨量的热量，这些能量可由核裂变反应提供——这让人担忧核弹是否会点燃大气。泰勒提出，同位素氮-14（氮是空气的主要成分）的两个原子核在巨大的能量下有可能会发生核聚变，并形成各种其他元素，释放大量的热量。


但是发生这个过程的可能性到底有多大？“我从一开始就不相信。”物理学家汉斯·贝特在1982年的一次采访中说到。他承认，如果是由他而非奥本海默作为项目主管，他就不会去密歇根州与康普顿讨论此事。贝特说，他在泰勒的计算中发现了一些不合理的假设，这些假设才导致了错误的结论。


泰勒与物理学家埃米尔·科诺宾斯基（Emil Konopinski）、马尔文（Cloyd Marvin）一起进一步计算了核裂变点燃大气的可能性。他们得出的结论是，即使对原子弹产生的最高温度进行了非常充分的估计，也不存在点燃大气的危险。他们在洛斯·阿拉莫斯发表了他们的报告，代号“LA-602”，直到1973年这份报告才被解密。


在赛珍珠1959年的文章发表之前，公众对科学家们关于核弹点燃地球的讨论一无所知。贝特觉得，没有科学背景的赛珍珠女士完全误解了康普顿的话。1975年，辐射物理学家达德利（H. C. Dudley）在《原子科学家公报》上发表了一篇危言耸听的文章，重新讲述了这个故事。贝特随后发表了另一篇文章驳斥道：“这种说法纯属无稽之谈。”坦白讲，你不得不怀疑赛珍珠的采访有多少真实性，因为文章中的许多内容基本上逐字逐句地重复了康普顿在1956年的自传《原子探索》中关于曼哈顿计划所写的内容。


贝特说，尽管赛珍珠的文章中声称康普顿点燃大气的危险阈值为百万分之三，但事实并非如此。“核裂变点燃地球不是一个概率问题；它根本不可能。”正如科学哲学家和曼哈顿计划的官方历史学家大卫·霍金斯（David Hawkins）在1947年的一部技术史所记录的那样，计算表明，“无论温度有多高，在合理推算下，核聚变的能量损失都会超过聚变产生的能量。”这个过程很快就会失去动力，因此，“科学和常识保证了核弹点燃大气层是不可能的。”贝特补充道，这不仅对空气来说是如此，对海洋中的氢核来说更是这样。


末日武器成为那个男人的梦魇


科学家对核弹点燃大气的关注——尽管再次发现这根本不可能——实际上是在关注另一件事，即泰勒提出的更具威力的核弹。泰勒大力推动氢弹的概念，尽管对贝特来说这似乎是“一件可怕的事情”。然而，由于贝特认为德国科学家会得出同样的结论，他决定在研发原子弹的同时研发氢弹。直到战争结束，冷战开始后，这个项目还在继续。1952年，第一颗代号为“迈克”的氢弹炸毁了太平洋埃内韦塔克环礁的埃鲁格拉布岛，形成了一个直径三英里的蘑菇云。



代号为“迈克”的氢弹爆炸时产生的蘑菇云。图片来源：维基百科


1942年，以沃纳·卡尔·海森堡（Werner Karl Heisenberg）为首的德国物理学家向德国最高司令部提出了制造铀弹的可能性后，德国军备和战争生产部长阿尔伯特·斯佩尔（Albert Speer）和阿道夫·希特勒（Adolf Hitler）在讨论中也提出了对原子弹点燃地球的担忧，但是他们对科学问题几乎一无所知。斯佩尔曾问海森堡，他是否确信裂变链式反应不会无限期地继续下去，但没有得到明确的答案。


斯佩尔在1970年出版的《第三帝国内部》一书中写道：“希特勒显然对他统治下的地球可能变成一颗发光的恒星的可能性感到不安。”然而，德国未集中资源研发原子弹并非出于这个原因，而是出于德国科学家对是否能够按时研发出影响世界大战进程的核弹的不确定性。因此，德国将大量能源和资金转而投入到V-2火箭的研发过程中。



V-2导弹的结构原理图。图片来源：维基百科


对于任何读过库尔特·冯内古特（Kurt Vonnegut）在1963年出版的小说《猫的摇篮》的人来说，物理学家无意中摧毁世界的故事情节都有一种熟悉的感觉。小说的主人公根据“美国人在广岛投下第一颗原子弹的那一天美国人所做的重要事情”的第一手资料正在编写一本名为《世界末日》的书。他去见了曼哈顿计划的一位科学家，虚构的费利克斯·霍尔尼克（Felix Hoenikker），他现在正在研究如何制造一种在室温下保持冻结的新型冰，称为冰-9。这本书的结尾是一块冰-9落入大海，引发了海洋的冻结。世界不是在火中结束的，而是在冰中结束的。


冯内古特笔下的霍尔尼克是以美国化学家、诺贝尔奖获得者欧文·朗缪尔（Irving Langmuir）为原型，朗缪尔在20世纪30年代，对访问通用电气研究公司朗缪尔实验室的威尔斯提出了一种在室温下稳定的冰的想法。冯内古特说，朗缪尔“对谁会以何目的应用他所发现的科学规律漠不关心。尽管他所发现的科学规律在正确的用途中大放异彩，但他根本不在乎谁又会拿这些东西干什么”。


《猫的摇篮》中所描述的世界末日与其说是由人内心的不道德因素导致的，不如说是由纯粹的疏忽引发的。至少，曼哈顿计划的科学家们似乎谨慎地计算了发生危险的可能性。如果他们的核弹最终摧毁了我们所有人，那不是因为他们错误地引燃了大气层，而是因为我们人类故意把世界的毁灭带给我们自己。


这才是奥本海默真正的恐惧。虽然起初他支持氢弹项目（代号“Super”），但到1949年，他已经开始反对项目的推进。他认为，如果美国继续推进该项目，只会引发与苏联的军备竞赛。在1954年的美国原子能委员会的听证会上，听证会委员列举了奥本海默的消极态度作为对奥本海默的不利证据，这次听证会出于奥本海默同情左翼运动的嫌疑，撤销了奥本海默的安全特许权。当奥本海默被问及他何时出于道德信念开始抵制氢弹研发计划时，他回答说：“当我清楚地知道我们会使用我们拥有的任何武器时。”


原文链接：The Day Oppenheimer Feared He Might Blow Up the World


本文来自微信公众号：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：Philip Ball，翻译：*0