奧本海默
1945年8月,隨著兩朵蘑菇雲在日本本土上升起,有一個名字開始為人們所熟悉。他就是朱利葉斯·羅伯特·奧本海默博士,美國加州大學的理論物理學家,領導了洛斯阿拉莫斯的秘密實驗室,研製成功世界上第一枚原子彈。以後又擔任了美國原子能委員會的總顧問委員會主席,擁有了任何科學家從未有過的巨大權利。他被譽為美國“原子彈之父”。
一、早年的求學生涯
1904年4月22日,奧本海默出生在美國紐約。他的父母都是歐洲猶太人的後裔。父親朱利葉斯17歲由德國來到紐約。其父知識淵博,風度翩翩,成為一位相當富裕的實業家;母親愛拉·弗裏德曼是一個頗有名望的畫家。正如奧本海默自己所描繪的那樣,他的家庭生活方式是如此正派,以致他從不沾染任何惡習。所以他長成了一個“乖得令人害怕的小男孩。”
當奧本海默5歲時,他回德國故鄉作了一次旅行。他的祖父送給他一批礦物標本。由此他產生了一種業餘愛好——研究礦物學,他對礦物學的研究持續了好幾年。他經常花費許多時間來整理他收藏的標本並進行分類與拋光。他在11歲時被選為紐約礦物學俱樂部的成員。一年之後在那裏發表了他的第一篇論文。
奧本海默自幼就聰明過人並且勤奮好學。他是中學裏的高材生,求知欲旺盛,他全神貫注地埋頭於讀書。他把課外時間都用在向希臘語教師學習荷馬(古希臘詩人)和柏拉圖(哲學家)的原著。因此,當他11歲時,奧本海默就曾和他的一位堂兄打賭:“問我任何問題,我都可以用希臘語回答!”他的化學老師啟發了他對自然科學的興趣,奧本海默曾經用了整整一個暑假的時間來幫助他的老師建立一個小型實驗室。
但是奧本海默不喜歡運動。18歲時,父親為他買了一艘28英尺長的單桅帆船,卻引起了他的興趣,他用一種化合物的名字稱它為“特裏梅恩”(Trimethy)號。奧本海默總是和他的小弟弟弗蘭克乘這艘船在海上航行,鍛煉成為一個很好的航海運動員。他愛好冒險,渴望以此來克眼自己內在的某些弱點。
他在中學的最後一年中拚命學習,以10門課程全部“優秀”的成績畢業。1922年秋季,奧本海默進入哈佛大學學習。他學的是化學專業,這是他作過各種可能的嚐試之後作出的最後抉擇。他曾經想過當建築師、當古典文學家,甚至當詩人和畫家。但他最後還是決定獻身科學並攻讀化學專業。在大學期間他專心學習,廢寢忘食,每天早晨8點就比別人更早地進入實驗室,隻在午餐時才稍微休息一下,啃一片“黑黃餅”——即塗上花生醬和巧克力的夾心麵包——他認為這是最富於營養的食物。據認識他的同學回憶,他在哈佛的3年中,從來沒有陪一位姑娘出去玩過。因此,他隻花了3年時間就以最優秀的成績在化學係畢業。
在他即將結束大學課程時,他選修了著名實驗物理學家珀西·希裏奇曼講授的一門高等熱力學。他深深地被這位教授所打動,這也使他第一次對物理學發生興趣。這門科學觸動了他心靈深處的哲學家氣質。他感到物理學不像化學那樣過份偏重於實用,而是偏重於基本理論。他曾說過:“這是一門研究自然規律與秩序的學科,它探索物質和諧地存在與運動的根源。”因此他決定申請到英國劍橋卡文迪許實驗室繼續從事物理學方麵的研究生深造。
1925年夏天,21歲的奧本海默進入當時國際上最著名的物理研究中心之一——劍橋的卡文迪許實驗室。由於他學的是化學專業,他深感缺乏物理學與相應的數學基礎,他必須加倍努力補習這些知識。緊張的學習和工作使他患了“早發性癡呆症”,不得不到科西嘉島度假療養。當他一年後回到英國時,已經從沮喪的心理恢複過來,他決定到德國哥廷根大學從事理論物理工作。
當奧本海默還在劍橋時,他已經在量子力學方麵做了一些工作。劍橋哲學學會的學報發表了他的兩篇及量子力學若幹方麵問題的論文,這使他大為振奮,加強了自信心。奧本海默的名聲先於他本人到達了哥廷根。因此當他一到,就被當看是一位已有名望的學者,立即應邀參加每周舉行的師生研究討論會。
1927年,奧本海默獲得名譽博士學位,啟程返美。他先是在哈佛當研究員,後來又到加州工學院進行教學與研究工作。在這一段時間裏他收到了不少大學的聘書,其中他選中了一所美國西海岸的大學——加州大學伯克利分校,職務是助理教授。這所學校對他具有特殊的吸引力,他認為:“那裏還是一張白紙。伯克利沒有理論物理的基礎,我可以從頭開始幹一番事業。”
二、年輕的激進派教授
1929年秋季,奧本海默到達西海岸的伯克利擔任教授。
開始講課時,由於他對學生估計太高,學生們經常抱怨他講課太快。兩三個月以後,他開始了解了他的聽眾,放慢了講課進度,盡力把各種概念之間的關係講清楚。他很快就吸引了一批最優秀的學生,他們認為奧本海默是前所未有的最能引人入勝的教員。
不久,另一位傑出的物理學家歐內斯特·勞倫斯來到伯克利。勞倫斯是美國“回旋加速器”之父。30多歲就獲得了諾貝爾獎。“回旋加速器”的工作原理是:使荷電的原子核在磁場內不斷地回旋並被加速,高速離子最後打到一個原子靶上。這樣的轟擊所產生的原子核碎片,可以提供有關原子內部結構的線索。作為理論物理學家的奧本海默與實驗物理學家勞倫斯互相配合,成為摯友,取得了許多極其重要的科學成就,並在10年之內使伯克利成為國際聞名的物理學主要中心之一。
與勞倫斯相比較,奧本海默更擅長評論別人的成果,而不是自己發表獨創性的見解。他特別善於理解別人創造性思想的實質並加以發揮,所以他更願意當一名教師,而不是研究工作者。30年代,在他的指導下,大約有12名左右的學生獲得了博士學位,繼而成為當代最優秀的理論物理學家。伯克利成為美國理論物理學的中心。盡管奧本海默本人也作出了一些優秀的研究成果,但他從未能進入爭取諾貝爾獎金的最高水平科學家的行列。許多諾貝爾獎金獲得者坦率地承認,奧本海默是當代最聰明的科學家之一,但他缺少某種必要的氣質。“他博學多才,但不求甚解。他不願意集中精力去鑽研一個具體問題。他具有這樣的才能,但卻缺乏必要的耐心。”
也可能這一性格是使他涉足政治的原因之一。30年代,他留居德國的親屬受到納粹排猶太人的迫害;美國的經濟大衰退對他的學生畢業後的就業產生了嚴重的影響,對此他深感憤慨和不安。他說:“通過這些事件,我開始懂得人們的生活是如何密切地受到政治與經濟狀況的影響。我開始感到有必要進一步參加社會活動。”然後,正如他自己所說,當時他還沒有“任何政治信仰或政治經驗足以引導自己從事這種活動。”他經人介紹參加了許多與共產黨有聯係的組織。他還通過共產黨的渠道向西班牙內戰時各種救濟團捐款。盡管奧本海默從來沒有成為一個共產黨員,但他已被認為是一位“激進派教授”。若幹年後,有人故意無視這一事實,竟誣告他是“一個相當頑固的共產黨員,”向蘇聯遞送情報,說他犯了“叛國罪”,使他長時期受到保安審查。
三、參與研製原子彈
1939年4月22日,法國科學家約裏奧·居裏在英國科學雜誌《自然》上發表一篇通訊,證實核裂變過程中除了產生巨大能量外,同時每次裂變平均放出3~4個新的中子,這些中子內有一大部分可以使其餘的原子核繼續發生裂變,從而產生更多的能量與更多的中子,這樣就導致一種“鏈式反應。”在比一秒鍾短得多的瞬間,鏈式反應將產生極為巨大的能量——一次空前未有的威力的大爆炸。這篇通訊暗示了製造原子武器的可能性。
這篇通訊引起了全世界所有物理中心的注意,也受到法西斯德國的重視。德國迅速召開了高級秘密會議,決定征用全部的當時鈾庫存,加緊製造原子武器。
這種情況引起一些富於遠見的科學家的注意。西拉德與銀行家薩克斯共同起草了一封致美國總統羅斯福的信件,呼籲美國政府參加這場研製核武器的競賽。他們還爭取了偉大的科學家愛因斯坦簽名加以支持。羅斯福立即指示進行這項工作。但由於過於保密,經費缺乏,所有研究項目都陷於停頓。
1941年9月,勞倫斯等科學家也向美國政府提出了研製原子彈的緊迫性和現實性,並且強調,如果德國人首先製成原子彈,他們就可以“主宰全世界”。羅斯福指示盡一切可能作出最大努力加快發展核武器。
勞倫斯立即著手將回旋加速器改裝為分離鈾—235——原子彈芯所需的稀有同位素——的機器。他請奧本海默從理論上幫助他,以便分析與評價英國的研究成果。這是奧本海默第一次參與核武器發展計劃。此後的短短兩三個月內,他接連出席了一係列最高級會議,參加討論與編製發展這種新式武器的戰略計劃。勞倫斯堅持認為,這個項目太重要了,不能不征求像奧本海默這樣一個卓越的人的深思熟慮的意見。他讓奧本海默參加了10月21日在坎布裏奇召開的委員會會議。
這次會議的總結報告成為以後研製原子彈的一份藍圖,其中明確地描述了他們所設想的原子彈的機理。報告中引用了奧本海默的計算數據。
如前所述,中子與鈾—235核產生裂變反應是引起鏈式爆炸反應的核心過程,第一次裂變所產生的新中子越穿鈾塊,直到它們與另一個鈾—235核相撞而引另一次裂變,如此反複地進行下去。而鈾是由許多相距很遠的原子核組成的,這些核由巨大的原子間的力聯係著,因而,鈾塊尺寸必須足夠大,才能使中子有足夠的機會擊中另一個鈾核而產生裂變,引起迅速的鏈式反應。奧本海默計算,大約100公斤左右那樣大的鈾—235塊,就足以引起爆炸。這個質量稱為“臨界質量”。低於這一質量的鈾塊就沒有足夠的碰撞機會來產生鏈式反應,因為大部分中子都泄露到鈾塊以外的空間去了。超過這一質量的鈾塊將在一瞬間爆炸。100公斤鈾—235,意味著原子彈爆炸的威力可能相當於幾千噸梯恩梯。這使科學家們第一次麵對麵地看到了他們準備製造的新式炸彈的威力。
此後奧本海默繼續進行計算工作並不斷提出建議。1942年1月如他被聘請參加研製原子彈計劃,並被安排與布萊特共同負責研究原子彈的機理。5月,布萊特因工作無力而辭職,奧本海默單獨負責這項計劃。
奧本海默清醒地認識到,有必要時原子彈內部機理的研究工作進行一次徹底審查。他親自挑選組織了一批理論物理學家研究和計算一些問題,幾周之內,這個小組不僅已研究和整理了已有的研究成果,而且弄清楚了最後製成原子彈之前還需要經過多少步驟。人們都將這些成績歸功於奧本海默的非凡領導才能。特勒認為,“奧本海默作為全組的領導人,表現出一種精明能幹、穩重而又平易近人的氣質。我不明白他是如何學會這種領導才能的。凡是過去了解他的人都為他這種變化吃驚。隻有一個政治家或行政官員才會具備這種才能。”不僅如此,奧本海默所固有的那種天賦,即思想敏捷、能領會別人思想而加以闡明並進行指導的能力,對他的工作同樣是非常寶貴的。
研製原子彈是前所未有的事情,經常會有許多未知數提出。奧本海默的沉著冷靜很快遇到了挑戰。特勒在研究裂變現象以外可能發現新情況的時候,形成了“熱核武器”的新概念。他計算了裂變彈(原子彈)能達到的溫度,認為裂變彈不但是以點燃氘(重氫)的聚變,而且足以使氘和氨發生核聚變。而地球的大層層內約有80%的氮氣,因此,按照特勒的計算,由裂變彈開始發生的熱量足以將整個地球的大氣層點燃,而且還有可能點燃整個海洋!
奧本海默立即下令中止這種討論。他指定專人校核特勒的計算結果並研究其結論。他自己立即趕往密執安州會見正在度假的上司康普頓。康普頓聽到彙報後也大吃一驚。他們感到,“果真如此,的確是世界末日式的大災難!我們寧可受納粹的奴役,也不能冒全人類毀滅的風險!”兩人決定繼續進行計算,除非計算結果確實無誤地表明原子彈不可能使大氣層或海洋發生爆炸,否則決不可以再繼續研製這種炸彈。
四、建立洛斯阿拉莫斯實驗室
正當美國研製原子彈的工作進退維穀之際,1942年5月,德國已進行了一次實驗,製成了第四座原子反應堆,並證實了鏈式反應確已發生。美國總統科學顧問布什和科南特開始認識到時間的緊迫性和他們所主持的研究任務規模的龐大,於是邀請陸軍一起參加製造原子彈的工作。
1942年6月,美國政府設置了“曼哈頓工區”,以後這項計劃就被人們稱為“曼哈頓計劃”。9月,格羅夫斯被任命為主管這項工作的準將,掌握了這項工作的領導權。格羅夫斯參觀了很多實驗室,一路西行,在伯克利會見了歐內斯特·勞倫斯,又與奧本海默探討了原子彈的前景。
奧本海默領導的理論小組已經發現特勒在計算原子彈爆炸過程中的熱量積累時,忽略了包括由輻射而引起的熱損失,他們計算出點燃大氣層的可能性為百萬分之三,於是原子彈的研製工作繼續進行。
從外表看,衣著隨便,頭發亂糟糟的奧本海默是不大可能給西點軍校出身的將軍留下印象的,但格羅夫斯很欣賞在外表下麵所掩蓋著的敏捷和洞察的智慧,康普頓曾經向他介紹過奧本海默的能力。歐內斯特更是用高度誇獎的語言介紹了奧本海默。奧本海默在參加原子彈研製工作以後的這一年裏,不僅對這項工作的技術與管理問題感到極大興趣,而且還發現了自己的領導才能。他感到對別人的活動進行指導與組織協調工作特別適合自己的口味。他具有非凡的感染與說服別人的本領,他有能力可以將性格完全不同的一批人組織起來成為一個高效率的工作集體。他思想敏捷,可以及時抓住討論中不同意見的問題實質並引導它們不離主題。同時,他對科學知識的涉獵麵很廣,但卻抓不住問題的實質,這一點特別適合於處理研製原子彈過程中所遇到的極為廣泛的各種問題。因此,由於種種原因,奧本海默很希望保持他在研製原子彈計劃的負責人地位。