9.奧本海默——原子彈之父
他是美國猶太人物理學家,曼哈頓計劃的主要領導者之一,被稱為美國“原子彈之父”。奧本海默的研究範圍很廣,從天文、宇宙射線、原子核、量子電動力學到基本粒子。他有辯才,長於組織管理能力,精通八種語言,尤愛讀梵文《薄伽梵歌》經典,為此自修梵文。派斯曾經說:“奧本海默是我們時代科學的偉大領袖,是本世紀最傑出的人物之一。”
早年的求學生涯
奧本海默於1904年4月22日出生在美國紐約。他的父母都是歐洲猶太人的後裔。他父親朱利葉斯17歲由德國移民到美國,後來成為紡織界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,她鼓勵奧本海默接觸藝術和文學,但在奧本海默九歲時去世。正派的家庭的教育使奧本海默長成了一個“乖得令人害怕的小男孩。”
他在5歲時回德國故鄉作了一次旅行。他的祖父送給他一批礦物標本,使得他對礦物學研究產生了濃厚的興趣,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,這樣的研究持續了好幾年。他在11歲時被選為紐約礦物學俱樂部的成員,並在一年之後發表了他的第一篇論文。
奧本海默很早就顯示出過人的才智,他把課外時間都用在向希臘語教師學習荷馬和柏拉圖的原著。據說,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!”
奧本海默以10門課程全部“優秀”的成績從中學畢業。1922年秋季,他進入哈佛大學學習,學的是化學專業,在大學期間他專心學習。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。為此,父親為他買了一艘28英尺長的單桅帆船作為獎勵。奧本海默經常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。
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,缺乏物理學與相應的數學基礎,他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。經過一年的休養之後,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過他的兩篇及量子力學若幹方麵問題的論文,這使得他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,被邀請參加每周舉行的師生研究討論會。在哥廷根大學,他跟隨玻恩研究,1927年以量子力學論文獲德國哥廷根大學博士學位,據稱論文發表當天,在座的評審教授竟無一人敢發言反駁。
1927年夏,奧本海默學成歸國,先去哈佛大學,然後到伯克利加州大學和帕薩迪納加州理工學院任教。其間1928-1929年他曾又赴歐洲,先後在萊頓大學和蘇黎士大學與艾倫菲斯特和泡利一起切磋研究,其後的工作也深受泡利影響,始終矚目於物理學發展的最前沿。奧本海默的研究範圍很廣,從天文、宇宙射線、原子核、量子電動力學到基本粒子。
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。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。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,取得了許多極其重要的科學成就。
與此同時,奧本海默也逐步展示出他作為一個優秀教師的潛能和素質。他的周圍總是聚集著一群才華橫溢、思想敏銳的優秀青年,伯克利逐步成為美國的理論物理中心,他培養出的年輕物理學家後來也大多成為物理學界的頂尖高手,並由此形成美國物理學界著名的理論物理學派。
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。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,奧本海默是當時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。”
這一性格對他涉足政治起到了一定的影響。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。
1936年,奧本海默追求過一位名叫珍·泰特洛克的研究神經病學的女學生,她是一個共產黨員。1940年,他跟生物學家凱塞琳·哈利生結婚,凱塞琳是左翼份子。奧本海默的妻子、前女友、弟弟等人和共產黨有深淺不一的關係。若幹年後,因為這些關係,奧本海默被別人說成“一個相當頑固的共產黨員”,向蘇聯遞送情報,指控他犯了“叛國罪”,這是後話。
曼哈頓計劃
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》上發表了一篇文章,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,這就暗示了製造原子武器的可能性。
這篇文章引起了全世界所有物理中心的注意,也受到德國法西斯的重視。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,加緊研製原子武器。
這種情況引起一些富於遠見的科學家的注意。匈牙利物理學家西拉德與美國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。他們還爭取了愛因斯坦的簽名加以支持。羅斯福立即指示進行這項工作,但由於過於保密,經費缺乏,所有研究項目後來都陷於停頓。
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。
1942年1月奧本海默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,認為裂變彈不但能點燃氘(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。他指定專人核對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。
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。
根據格羅夫斯的建議,奧本海默開始著手招募關鍵性的人物。但是美國聯邦調查局聽到奧本海默可能被考慮擔任這個重要職務的消息後,立即通過曼哈頓計劃的內保安機構與格羅夫斯接觸,警告他不要讓奧本海默參加這項計劃的任何一項活動。但格羅夫斯認為奧本海默能力非凡,足以抵消他可能成為保安危險分子的風險,因此格羅夫斯讓奧本海默陪同他去選擇新實驗室的地址。
他們提出了許多建議,查看了許多地址,但因各種原因否定掉了。最後選定了奧本海默本人建議的場所——洛斯阿拉莫斯。
奧本海默製定了建立實驗室的計劃。1943年3月,他編出了一份詳細的實驗室人員組織表,總人數由原來的100人擴充到1500人,同時他又親自動手解決另一個主要問題——招聘科學家。
奧本海默進行招聘工作有雙重的不利條件:他沒有獲得諾貝爾獎金這種最高獎賞作為吸引別人的資本,而且由於保安的原因在進行招聘時他又不能說明工作的內容,還必須說明參加這項工作的人必須與外界斷絕一切聯係,這樣,被招聘者會對這種朦朧的“重要的”計劃的價值感到懷疑而猶豫不決。
這真是一件棘手的工作,但奧本海默很巧妙地進行這項工作。他首先集中精力聘請了一小批最有名望的科學家,然後再利用他們的聲譽去吸引別人。但這些科學家中有些人對於參軍問題表示擔心,他們不願意直接在軍事領導下工作。奧本海默曾和格羅夫斯商定,要動員所有招聘來的科學家參軍,他本人還曾訪問了舊金山征兵處,並辦理入伍和擔任中校的手續。
人們對這位激進派人士居然會同意參軍感到難以理解。巴勃·威爾遜認為理由是:“他已經受高度的愛國情緒所支配,因此,他的思想已經轉變,不再對教師聯合會或西班牙退伍軍人組織感到興趣。他深信這場戰爭是推翻納粹與法西斯主義的偉大群眾鬥爭,因此他總是提到人民軍隊與人民戰爭,認為這是美國愛國運動的高潮。”
雖然曼哈頓計劃所有領導人都支持任命奧本海默,但軍隊反情報部門認為任用他太危險。1943年1月,勞倫斯再次為他擔保,並寫了保證書:“我很高興用最美好的措詞來推薦這位智力出眾,品德非凡的人。他的人格正直是無庸置疑的。”
然而,問題在以後的6個月裏仍未得到解決。後來格羅夫斯感到不耐煩了,簽署了一道命令:“請立即為任用J·羅伯特·奧本海默發出批準書。這個人對於本計劃是絕對不可缺少的。”隨後科南特與格羅夫斯簽署了奧本海默的任命書。
與此同時,工程的建設工作也在迅速進行了。4月15日,實驗室正式開始工作,當天奧本海默主持了落成儀式,會上為新來的全體科研人員作了一係列介紹研究情況的報告。
奧本海默把整個實驗室分為四個部:理論部、實驗物理部、化學與冶金部和軍械部,於是研製工作全麵展開。後來有關部門又把發展提煉純鈾的特殊方法的工作也歸並到洛斯阿拉莫斯實驗室內來進行。
由於增加了這項任務,同時軍械部的工作量也越來越大,使得洛斯阿拉莫斯的規模又擴大了一倍。還隻在6個月之前,奧本海默還曾設想這個實驗室隻需要雇傭100人就夠了,而現在這裏的總人數已經超過3000。曼哈頓計劃在很短時間內就變成了曆史上規模最大的一項科學研究計劃之一。
在最初幾個星期內,各條戰線都開展了工作。奧本海默從一個關鍵部門走向另一個關鍵部門,去解決各種問題。他從一開始就決心保證科學家之間盡可能自由地交換意見,現在洛斯阿拉莫斯與外界已完全隔絕了。他發現,即使在實驗室內部,在陸軍以及由它任命的保安官員中對進行這種交流還存在若幹阻力;盡管在這種情況下,至少在這個區域內,或多或少還是可以保證有一定自由的。不過,陸軍方麵堅決不同意與洛斯阿拉莫斯以外的任何研究組織進行技術討論。