欧洲流亡科学家与美国“曼哈顿工程”

欧洲流亡科学家与美国“曼哈顿工程”_珞珈讲坛

欧洲流亡科学家与美国“曼哈顿工程”

◎李工真

李工真，1952年12月28日生，籍贯广东丰顺，历史学博士，1978年考入武汉大学历史系，1985年留校任教至今，1999年6月获历史学博士学位。现任武汉大学历史学院教授，博士生导师，武汉大学德国研究中心主任。主要研究方向为德意志历史与文化。1988—1990年留学德意志联邦共和国特里尔大学，师从德国著名历史学家库尔特·迪威尔教授，专攻德国现代化问题。1997年出版45万字代表作《德意志道路——现代化进程研究》一书，为国内第一部从现代化发展观点出发，全面、系统、详尽、深入研究德国自15世纪以来历史进程的学术专著。近年来将研究重点转移到德国政治文化关系、现代化大学教育体制、纳粹统治时期的犹太知识难民，以及世界科学、文化中心洲际大转移等问题上。主持国家人文社会科学基金项目3项，发表相关论文30余篇，其中有9篇发表在历史学权威期刊《历史研究》、《世界历史》上。由于在德国史研究方面的突出贡献，获国家及湖北省人文社会科学优秀成果奖4项(第三届中国高校人文社会科学研究优秀成果奖著作类三等奖；第一届湖北省社会科学优秀成果奖论文类三等奖；第二届湖北省社会科学优秀成果奖著作类三等奖；第六届湖北省社会科学优秀成果奖论文类二等奖)，并担任中国中央电视台12集大型电视纪录片《大国崛起》第6集《帝国春秋》以及“大国系列丛书”《德国》的学术指导，多次应邀前往北京大学、清华大学、南开大学、北京师范大学、厦门大学、华中科技大学等国内20多所著名高等学府从事讲学活动，受到各校师生一致、热烈、广泛的好评。

人类的原子核物理学研究始于第一次世界大战以前，20世纪20年代已形成了世界三大原子核物理研究中心：在英国的剑桥大学，有厄恩耐斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)领导下的卡文迪许试验室；在丹麦的哥本哈根大学，有尼耳斯·H.D.玻尔(Niels H.D.Bohr)领导下的理论物理研究所；在德国的哥廷根大学，则有赫赫有名的马克斯·玻恩(Max Born)、詹姆斯·弗兰克(James Franck)和大卫·希尔伯特(David Hilbert)“三巨头”。到30年代，法国和意大利的核物理研究也异军突起，在法国的巴黎大学，有弗雷德里克·约里奥·居里(Frederic Jolio Curie)和伊伦·约里奥·居里(Irene Jolio Curie)夫妇领导的放射试验室，在意大利的罗马大学，则有恩里科·费米(Enrico Fermi)领导的核研究小组。由于当时的核物理研究中心都在欧洲，而美国在这一新领域中还相当落后，因此，不少年轻的美国学者前往欧洲留学，尤其是德国的哥廷根这个中心，前来访学的美国人最多，如后来“曼哈顿工程”的总负责人罗伯特·奥本海默(Robert Oppenheimer)就是其中的杰出代表。

一、核裂变的发现

原子核物理学是研究原子核组成、变化规律以及内部结合力的科学。要探讨原子核的组成及其变化必须深入它的内部，为此就必须用能量足够大的“炮弹”来轰开它。在这方面最先获得成功的是英国物理学家厄恩耐斯特·卢瑟福。他于第一次世界大战结束后的1919年，利用α粒子轰击氮，成功地将氮变成了氧和氢。这是人类历史上第一次实现原子核的人工嬗变，从而使炼金术士们多年来追求的将一种物质变成了另一种物质的梦想变成了现实，但他当时断言：“人类在任何时候都不能利用蕴藏在原子中的能。”^[1]

自从卢瑟福进行原子核人工嬗变的试验获得成功之后，人们用α粒子轰击原子核，得到的都是稳定的元素，而1934年1月，法国科学家弗雷德里克·约里奥·居里和伊伦·约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝时，却得到了自然中不存在的磷的放射性同位素，它放出的正电子，半衰期约为3分钟，最后衰变成为稳定的元素硅。这表明，放射性同位素完全可能人为产生，即由稳定的化学元素经α粒子轰击而生成，这样的放射性元素会再放出某种粒子而衰变成另一种稳定元素。^[2]

年轻的意大利物理学家恩里科·费米(Enrico Fermi)在获悉这一人工放射性的发现以后，考虑到如果用英国物理学家詹姆斯·查德威克(James Chadwick)发现的中子，代替α粒子作为“炮弹”进行轰击，一定会出现更多的核反应。因此，从1934年开始，他和助手们一起用中子有系统地轰击一个又一个的元素，当轰击到第9个元素——氟的时候，发现了人工放射现象。在以后的短短几个月内，费米与他的学生们就先后制造出37种不同元素的放射性同位素，更为重要的是，他们用中子轰击第92号元素铀的时候，制造出原子序数为93的新元素。^[3]实际上这就是铀的裂变现象，但费米当时并没有能弄清中子轰击的这一结果。

1934年10月，恩里科·费米在试验中又意外地发现，中子通过石蜡后再射击原子核比直接射击所产生的核反应要强100倍。他对此做出了解释：这是由于中子同石蜡中大量存在的质子发生弹性碰撞而大大减速，从而延长了中子经过原子核附近的时间，因此，它被核俘获的机会大大增加了。这一慢中子的发现为核能释放和利用提供了又一必要的条件。^[4]费米在核物理学领域取得的这一系列的成就，使他成为1938年诺贝尔物理奖的得主。由于不满法西斯主义在意大利的统治，他趁同年11月前往北欧瑞典斯德哥尔摩领奖的机会，流亡到美国，成为芝加哥大学教授。

与此同时，在德国柏林的威廉皇家科学院化学研究所内，为查明由于中子轰击而形成的新物质的化学性质，著名放射化学家奥托·哈恩(Otto Hahn)以及与他一起工作过30多年的合作者、奥地利裔的著名女物理学家丽丝·梅特纳(Lies Meitner)，还有无机分析化学家弗里德里希·施特拉斯曼(Friedrich Strassmann)也在进行轰击铀的试验。1937年，他们至少得到了9种不同半衰期的放射性元素，并确认其中3种是铀的同位素，其他6种是原子序数在93～96之间的超铀元素。^[5]但他们当时都还没有认识到，当原子核在中子的作用下发生分裂时，就会产生核反应。

1938年3月15日纳粹德国吞并奥地利，导致丽丝·梅特纳必须离开柏林的威廉皇家科学院化学研究所。自1933年4月“文化清洗运动”开展以来，有犹太血统的科学家都遭到了驱逐，但梅特纳这位犹太女科学家是作为外国科学家被聘用的，因此在这5年时间里，她还能参与德国这家研究所的工作，然而在奥地利也成了“第三帝国”的一部分后，“文化清洗运动”中惯用的种族法令便自然涉及她。尽管奥托·哈恩以及马克斯·普朗克(Max Planck)都曾试图为研究所挽留这位同行，甚至还亲自在希特勒面前为她说情，但他们的努力还是无济于事。^[6]由于梅特纳的人身安全受到威胁，因此她被迫于同年7月流亡北欧国家瑞典，并在斯德哥尔摩的诺贝尔研究所找到了一个工作。^[7]

1938年9月，在法国巴黎，约里奥·居里夫人和她的助手运用放射化学的方法分析中子轰击铀的产物，发现其中有一种放射性元素，半衰期为3.5小时，他们用传统载体法进行分离沉淀，证明这个元素的化学性质接近于镧，而按当时关于超铀元素的概念，这个产物的性质应接近于锕。镧的原子序数为57，而锕的原子序数却是89，两者相距甚远，^[8]而他们一直没有找到合理的解释。

约里奥·居里夫人的这个实验引起了在柏林的哈恩与施特拉斯曼的注意。他们立即用居里夫人的方法重新验证自己以前的实验。1938年11月，他们在自己的第一份报告中认为，铀被中子轰击后的产物，至少有3种放射性物质的化学性质类似于钡，应该都是镭的同位素，是铀238吸收中子后成为铀239，然后又连续放出两个α粒子而成的。但他们始终找不到α粒子，也无法将他们设想中的镭的新同位素从载体钡中分离出来。最后他们断定，铀吸收中子后所产生的放射性物质，不是镭，而是钡的同位素。但是铀核受一个能量很低的慢中子轰击，怎可能出现如此规模的分裂呢?

出于对科学事业上同志的信任，哈恩将自己的实验结果寄给了已流亡到瑞典的丽丝·梅特纳，以征求这位治学严谨、目光敏锐的老合作者的意见。梅特纳此时正在哥德堡度过她流亡生涯中的第一个圣诞节，而她的外甥，从汉堡大学流亡到丹麦哥本哈根玻尔理论物理研究所的奥地利裔的犹太物理学家奥托·R.弗里施(Otto R. Frisch)，也正好利用这段假期前来看望她。接到哈恩的来信时，他们对该怎样解释哈恩的实验结果也感到很困惑，经过两人几天的热烈讨论，又联想到玻尔前不久提出的原子核液滴模型，最后他们确信，铀核吸收了中子后逐渐变形，中部变窄，最后分裂成两半。^[9]也就是说，分裂成两个几乎相等的原子核，一个是原子序数为56的钡，另一个则是原子序数为36的氪。他们把这种现象类比为细胞的增殖分裂，并将此称为核的“裂变”。同时，他们还根据爱因斯坦的质能相当性，估算出一个铀核裂变会释放出2亿电子伏的能量，这比一个碳原子氧化成二氧化碳时所释放的能量要大5000万倍。随后，他们利用长途电话与哈恩取得了联系，并商量好了公报，这份公报最后在1939年2月的《自然》杂志上发表。

奥托·R.弗里施立即回到哥本哈根，并将这一消息告诉了正要启程赴美国进行学术访问的尼耳斯·H.D.玻尔，玻尔拍着自己的前额喊道：“我们大家全都当了什么样的白痴啊!当然是这样!早就应该想到了!”^[10]他马上安排了实验来验证铀裂变及其所释放的巨大能量。在玻尔到达美国后，他于1939年1月27日在华盛顿理论物理学讨论会上宣布了哈恩和施特拉斯曼的发现以及梅特纳和弗里施的解释，立即引起轰动，当场就有人回到自己的实验室去检验这一发现和解释，几小时后就得到了肯定的结果。当时就有人猜测，如果铀核裂变后放出一个以上的中子，这些中子又能引起邻近铀核的裂变，就能形成“链式反应”。

原子核裂变的这一系列发现具有划时代意义，它为人类开辟了一种新的能源——核能，即原子能，如果能有效地控制裂变速率，使链式反应能自动地持续进行，释放出的能量就可作为强大的动力，并造福于人类，如果对反应速率不加控制，就会发生强烈的爆炸，成为毁灭性的杀人武器——原子弹。^[11]

二、制造原子弹的建议

原子核裂变得到证实后，第一个预感到这一发现有可能导致原子武器制造危险的是利奥·西拉德(Leo Szilard)。在1933年以前，这位匈牙利裔的犹太学者曾在柏林大学工作，在“文化清洗运动”中遭到驱逐后，他先流亡到英国牛津大学，后又来到美国。他之所以会成为对原子武器有特殊敏感的人，是因为他“曾在1932年读过英国科幻作家H.G.Wells写的一本书名叫《释放世界》。这本书是1913年写的，书中描述了人造放射能的发现，原子能的释放对于工业的用途，原子弹的发展，以及对世界大战中争夺欧洲中心的领导权的用途。作者将这次大战放在1956年，并认为在这场战争中世界的主要城市都将被原子弹摧毁”。^[12]

1934年，利奥·西拉德还在伦敦流亡，得知法国的居里夫妇发现了人造放射能后，便“突然发现使一种链式反应发生的工具就在手中”。^[13]1938年2月2日西拉德流亡到美国时，除了身上有一块面包以外，一无所有。在美国漂泊了近一年，他才被哥伦比亚大学作为“访问学者”而接受。1939年2月初，他前往普林斯顿拜访他儿时的朋友、流亡到美国的匈牙利裔的德国物理学家尤金·P.维格纳(Eugene P.Wigner)。维格纳刚刚听过玻尔在华盛顿所作的报告，“便告诉了他哈恩的发现。那时，一切都已经很清楚了，我们正处在另一场世界大战的门槛上。对我们来说，必须立即进行这一试验，以揭示在铀分裂的过程中是否会发出中子。这意味着出现链式反应。如果铀的确发出了中子，那么这些就必须对德国保密。所以我非常急切地要与居里夫人、费米取得联系，因为这两个人很可能也想到了这种可能性”。但费米认为“铀裂开发出中子的可能性十分微小，只有十分之一的可能性”。^[14]

利奥·西拉德于1939年3月3日在哥伦比亚大学的试验室里自己进行了这个试验，结果证明，铀在发生分裂时发出了中子。与此同时，费米也通过一个完全不同的试验，证明发出了中子。而这时居里夫人已经向《自然》杂志递交了一篇短文，报道了铀裂变反应中发出了中子，并指出这有可能会引起链式反应。^[15]不仅如此，而且这三场实验都分别证实了链式反应不仅可能，而且速率极高，两次反应的时间间隔只有五十万亿分之一秒。这表明，铀核裂变链式反应一旦实现，极短时间内将有巨大的能量被释放出来。

维格纳不久来到纽约，利奥·西拉德便给维格纳看了他的实验报告，两人便开始担心起来。此时他们已经听说德国正在加紧链式反应研究，原来被征入伍的与核物理有关的科学家又重新回到了研究机构，成为不可替代的人物，而且德国已突然禁止所侵占的捷克斯洛伐克的铀矿石出口。“如果德国得到了比利时在刚果的大批量的铀时，将会出现一场灾难。所以我们开始思考，通过什么方法可以接近比利时政府，并警告他们不要卖铀给德国。”^[16]

利奥·西拉德回忆道：“我突然想到爱因斯坦认识比利时女王，便向维格纳提出建议，一起去找爱因斯坦。爱因斯坦当时正在长岛度假。在一位孩童的带领下，我们找到了他。这是爱因斯坦第一次听说链式反应的可能性。他很快就知道了其中的含义，并十分乐意做必须要做的事，当即就给比利时女王写了一封信。”^[17]但利奥·西拉德还感到了立即与美国政府建立联系的必要性。从1939年4月到7月末，西拉德与他的朋友们一直在苦苦思索怎样以最好的方式让美国政府了解到原子研究工作的巨大意义，以及它们对军事技术可能产生的影响。后来他通过德国流亡经济学家古斯塔夫·斯托尔帕(Gustav Stolper)的介绍，与罗斯福总统的私人顾问、美国经济学家亚历山大·萨克斯(Alexander Sachs)取得了联系。萨克斯认为，如果爱因斯坦能写信给罗斯福总统的话，他可以私人递送给总统，那就不用通过任何政府代理机构或部门了。

抱着借助爱因斯坦的名望给美国总统罗斯福写信、敦促美国赶在纳粹德国之前造出原子弹的想法，1939年8月2日，利奥·西拉德与他的朋友、1935年流亡美国并被华盛顿大学聘用的匈牙利裔的德国物理学家爱德华·特勒(Edward Teller)一起拜访了爱因斯坦。利奥·西拉德回忆道：“我随身还带了两份信件草稿，一封长信，一封短信，以供他选用。爱因斯坦觉得那封长信更好，就在那上面签了字。那封信注明的日期是1939年8月2日，同时还有一封给萨克斯的传递信，一份我给总统的四页纸的备忘录，而这两份注明的日期是1939年8月15日。我把信封交给了萨克斯，由他递交给白宫。”^[18]

在那封由西拉德起草、爱因斯坦签名的给美国总统罗斯福的信中这样写道：“在过去4个月的过程中，已经出现了一种可能，即有可能建立起大规模的核链式反应；这种反应，将产生巨大的动力和大量的新的类镭元素。新现象也将导致炸弹的制造。鉴于这种情况，您可能会觉得需要在政府当局和一群在美国进行链式反应工作的物理学家之间保持某种永久性的接触。我了解到，德国已经停止出售它从所占领的捷克斯洛伐克铀矿开采出的铀。它竟然采取这一早期动作，也许可以根据这一事实来加以理解，那就是，德国外交部副部长的儿子卡尔·F.冯·魏茨赛克(Carl F.von Weizs－ker)在柏林的威廉皇家化学研究所工作，一些美国关于铀的工作现在正在那里重做。”^[19]

在亚历山大·萨克斯接到这些信件后的约10个星期里，他一直找不到机会面见罗斯福总统，直到1939年10月11日，即第二次世界大战爆发40天以后，他才得到了机会，向罗斯福总统呈递了那封由西拉德起草的、爱因斯坦签署的信件，但罗斯福最初想推掉这件事，他表示：“这些都是很有趣的，不过政府若现阶段就干预此事，看来还为时过早。”但萨克斯并不甘心，他利用罗斯福邀请他第二天来白宫吃早饭的机会，再度重提制造原子弹一事，并向罗斯福讲了拿破仑当年拒绝美国发明家福尔顿想为法国建立一支蒸汽机舰队的建议的历史故事，并评价道：“这是由于敌人缺乏见识而使英国得到幸免的一个例子。如果当时拿破仑稍稍多动一动脑筋，再慎重考虑一下，那么19世纪的历史进程也许会完全是另一个样子。”^[20]

在这个故事的启发下，罗斯福做出了“立即采取行动”的决定，并于10月19日给爱因斯坦回了信。这封回信中写道：“我亲爱的教授：我很感谢您最近的来信和信中所谈到的极为有趣而重要的事。我发现这种资料是如此的重要，我已经设立了一个委员会，包括代表陆军和海军的度量衡局长，来彻底研究您关于铀的建议的可能性。”^[21]

罗斯福虽然对美国研制原子弹的计划很关心，但也只不过使该计划的进展稍稍加速了一点而已。在1940年6月西欧大陆被纳粹德国全面占领以前，这些在美国的流亡科学家们只从政府那里得到了6000美元的拨款来从事原子能研究。爱因斯坦于1940年3月7日给总统的第二封信也没有产生什么效果。这封信里特别谈道：“自战争爆发以后，对铀的兴趣已经在德国强化了。我现在听到，那里的研究正在高度保密地进行，而且已经扩展到了另一个威廉皇家研究所，即物理学研究所。”^[22]直到1941年12月6日，即日本偷袭珍珠港和美国正式参战的前一天，美国政府才通过了一项关于大量拨款和充分利用技术资源来制造原子武器的决议。^[23]

三、“曼哈顿工程”

1942年西方盟国的原子弹计划开始进入一个全新的阶段。罗斯福和丘吉尔达成了协议，把英国和美国科学部门的所有核研究工作都集中在加拿大和美国。美国原子能研究工作的最高控制权也由科学家们的手中转到了美国政府军事委员会手中。1942年8月13日，美国成立了由三名军政官员和两名科学家组成的军事政策委员会，领导代号为“曼哈顿工程”的制造原子武器的庞大工程计划，同时还规定，所有参与该计划的科学家都必须严格遵守军事保密制度的规定。

由于英国当局认为尼耳斯·H.D.玻尔是决不能落入德国人之手的“异常贵重的秘密工具”，因此决定把这位已于1943年9月30日流亡到瑞典的丹麦著名核物理学家经伦敦送到美国去。在将这个“危险的知识分子货物”从瑞典空运出来的时候，是把他安置在飞机的弹舱里的。为了保证他不会落入纳粹之手，进行这次偷运行动的飞行员甚至得到了这样的命令：如果真遇上德国人的攻击，就转动一下把手，将他丢到海里去。当玻尔到达伦敦时，已经是奄奄一息，因为在飞行中，他在全神贯注考虑某些物理问题，飞行员告诉他要戴上氧气面罩，他没有听到，所以当飞机升到30000英尺高空的时候，他很自然地昏迷过去了。^[24]到达伦敦后，这位著名的犹太科学家才得知了正在美国进行的原子弹制造计划，而且他很快就作为“英国方面的成员”于1943年10月底由伦敦飞往美国。

为了原子弹的设计和试制工作，美国组织了大量的人力、物力，整个“曼哈顿工程”由加利福尼亚大学的理论物理学家罗伯特·奥本海默负责领导。1943年3月，美国在新墨西哥州的洛斯—阿拉莫斯建立了规模庞大的实验室，一大批有才干的欧洲流亡科学家成为了这个工程的中坚力量，在最为著名的人物中，不仅有尼耳斯·H.D.玻尔、恩里科·费米、利奥·西拉德、爱德华·特勒、约翰·冯·诺伊曼，还有这个工程中担任理论研究部主任的来自德国的著名物理学家汉斯·A.贝特(Hans A.Bethe)。这些流亡科学家与美国本土科学家紧密合作，不断取得了新的进展。在这方面，美国本土科学家也作出了不小的贡献。

例如，玻尔曾经认为，在天然铀中，同位素铀235只占0.7％，其余的99.3％都是同位素铀238，而铀238嗜食中子却不发生裂变，且会妨碍链式反应的进行，因此，要获得足够数量的可裂变材料，除了分离铀235外，必须另辟新路。但1940年美国物理学家埃德温·M.麦克米伦(Edwin M.McMillan)通过试验证明，铀238在俘获中子后，变成了原子序数为93的新元素镎。同年，美国核化学家G.T.西柏格(G.T.Seaborg)发现，镎239经过β蜕变，成为了另一种新元素钚，钚239也是放射性元素，半衰期为24400年，性质类似于铀235，也能在慢中子作用下发生裂变，因此，铀238仍然可以作为制造原子弹的原料。^[25]

为研究链式反应实现的实际条件以及利用天然铀中的铀238来制造钚，1942年10月，在意大利流亡核物理学家恩里科·费米的领导下，芝加哥大学建造了一个6米高的核反应堆。1942年12月2日，这个反应堆开始运行，标志着人类第一次实现了自持链式反应，并开创了可控核能释放的历史。但由于这个反应堆功率太小，其运行功率只达到200瓦，所生产的钚不能满足制造原子弹所需的量，因此，在1943年又建造了1000千瓦的反应堆，每天可生产1克钚。^[26]

要制造原子弹还必须解决两个关键性问题：一是要用实际有效的方法把可裂变物质铀235或钚239分离出来；二是要从理论上计算出各种可裂变物质实现核爆炸的临界质量，若小于这个质量，链式反应便无法维持。而制造原子弹所需的裂变材料总量必须超过临界质量，平时分成几块，隔离封闭装置，当需引爆时再迅速合拢。据计算，纯铀235的临界质量为15公斤，纯钚239则为5公斤。通过大量人力、物力的投入，美国终于在1945年7月16日，在新墨西哥州离阿拉莫戈多96公里的荒漠上成功爆炸了第一颗原子弹，这颗铀弹的爆炸力相当于2万吨TNT炸药。但是纳粹德国已于2个多月以前的5月8日无条件投降了，西方盟国这时才发现，纳粹德国并没有制造出原子弹，甚至连生产铀235或钚239的工厂都没有，也没有能与美国相比的铀锅炉。

爱因斯坦在战后曾深感遗憾地说：“如果当时我知道德国人在制造原子弹方面不能获得成功，那我连手指也不会动一动的。而当时我们对第三帝国在制造解决战争的新式武器的能力方面，估计得过高了。”^[27]盟国委员会的调查报告中也说明，纳粹头子们犯了严重的错误，他们盲目地相信，只用当时他们拥有的武器，采取闪电式进攻的办法来发动战争，就能取得决定性的胜利。直到1942年德国还没有注意到制造新武器的问题，希特勒当时甚至还下过这样一道命令：如果提出的新武器计划不能保证在6个星期内制造出用于战场的武器，那么任何计划都不能进行。^[28]而且德国在战争期间制造出的最新式武器是远程火箭“V2”，当他们使用这种武器的时候，德国的败局已无可挽回了。

德国科学史专家罗伯特·容克(Robert Jungk)分析了德国之所以未能制造出原子弹的原因，他指出：“第一个原因是缺乏有才干的物理学家，因为他们都被希特勒驱逐出境了。第二是纳粹分子们对军事方面的科研工作组织得不好，同时纳粹政府对于科研工作的意义也缺乏了解。第三是实验室里缺乏进行这种复杂研究工作用的适当设备。最后一个原因是在德国从事原子研究工作的德国专家们并不希望获得成功。他们由于政府方面的忽视，未采取任何措施来克服各种障碍以加速制造原子弹的进程。当然，到1942年底，苏联空军开始了大规模的轰炸也给他们带来了无法克服的技术上的困难。”^[29]德国铀计划设计的负责人维尔纳·海森堡(Werner Heisenberg)也于1946年底在《自然科学》杂志上证实说，“‘外部环境’帮助了德国从事原子研究的科学家们对制造还是不制造原子弹这一难题做出了决定”。^[30]

1945年3月，当垂死挣扎的纳粹德国还没有拿出原子弹来的时候，利奥·西拉德已经敢断言，德国没有制成原子弹的可能了。这位原子武器的创始人开始认为，制造和使用原子弹的理由已不存在了。他后来谈到了他当时的真实想法：“1943年和1944年年初，我们主要担心的是德国可能在我们打入欧洲之前就制成原子弹。到1945年，我们就不再担心德国会用原子弹轰炸我们了，而我们担心的却是美国政府可能用原子弹轰炸别的国家。”^[31]

出于这种担心，他早在美国还没有爆炸成功第一颗原子弹以前的1945年3月25日，就起草了一份文件，由爱因斯坦署名，同时爱因斯坦自己也给美国总统写了一封信，一并呈递给罗斯福。这份文件也最早地预言了原子军备竞赛和洲际导弹的危险：“关于铀的工作现在已经进行到了最后阶段。在不久的将来军方就可以爆炸原子弹了。这种炸弹的演习期马上就要到，自然，战争署很关注这种炸弹在战争中对付日本的作用。然而，许多科学家们对这个领域在将来的发展持保留态度，他们认为，我们正在走上一条摧毁美国迄今在世界上拥有的强势地位的道路。可能只要几年的时间，这就会变得非常明显。也许我们马上要面对的最大威胁是，原子弹的演习将使美国和俄国陷入制造这种发明的军备竞赛之中。如果我们继续追求我们现在的成果，我们在开始所具有的优势将在这场竞赛中化为乌有。”^[32]但是，罗斯福并未见到这两份文件，因为当这两份没有看过的文件还在总统的办公桌上放着的时候，他却在1945年4月12日突然逝世了，而接任的杜鲁门却对此置之不理。

同年6月，在利奥·西拉德的串联下，芝加哥大学的物理学家们组织了一个“反对使用原子弹委员会”，由德国流亡科学家、诺贝尔奖得主詹姆斯·弗兰克担任主席。这些科学家认为自己有责任行动起来，因为只有他们才深知那种人们所不能想象的严重危险性。1945年6月11日，他们向美国陆军部长递交了一份请愿书，即著名的《弗兰克报告》。这份报告指出：“现代的科学家不同于过去数百年前的发明家那种情况，科学家提不出防御新式武器的足够有效的方法，因为原子弹的破坏力超过了现有一切武器的破坏力，这种防御是不能通过科学家的种种发明来保证的，而只有通过世界性新的政治组织才能实现。”根据这一论点，他们还十分正确地预见到，科学知识是任何人也无法垄断的，如此下去，将来一定会展开军备竞争。这份报告还表示，“为了避免这种竞赛，必须在相互信任的基础上刻不容缓地采取对原子军备建立国际监督的措施”。^[33]他们希望，立即由美国倡议召开一次国际性的原子研究会议。

1945年7月3日，利奥·西拉德又联合69位著名科学家写了一份《紧急请愿书》送交白宫。《紧急请愿书》中这样写道：“我们相信美国不应该在现在的战争时期采用原子弹，至少要在公开强迫日本投降，而日本拒绝投降时再使用。前几年，世界呈现出很明显的残暴上升趋势。现在我们的空军攻击日本城市，与前几年美国公众谴责德国应用于英国城市的战争手段一样。若我们在这场战争中使用原子弹，会使世界在残暴的道路上更进一步。”^[34]但所有这些努力都无济于事，杜鲁门等人不顾一切正义呼声，当7月16日原子弹爆炸成功之后，便悍然下令向日本城市广岛和长崎投下了刚制造出来的、仅有的两颗原子弹，8月6日和8月8日的这两次原子弹攻击，造成了对这两座城市毁灭性的破坏。

四、氢弹的问世

美国当局之所以要一意孤行地对日本使用原子弹，除了减少美国士兵的伤亡外，主要是为了显示原子弹的威力和美国的国力，以达到主宰世界的目的。由于原子弹是动员了15万人，历时3年，耗资20亿美元才制成的，他们估计，别的国家在近期内不可能集中如此庞大的人力、物力，只要美国垄断了制造原子弹的秘密，就能称霸世界。然而，要想使任何一个具有第一流科学水平的大国在短期内不了解原子的秘密是不可能的。就在战争结束后不到一年，苏联便建成了大型反应堆，并于1949年制成了原子弹，美国的核垄断已被打破，与此同时，一场美苏之间的核军备竞赛开始了。在这种气氛下，制造更大威力的超级核武器——氢弹——在美国迅速提上了议事日程。

与原子弹所依据的核裂变原理不同，氢弹的基本原理在于核聚变，即将某些轻核聚合成较重的核，这种聚变时放出的能量要比裂变大几倍甚至十几倍。早在1938年，流亡到美国康乃尔大学的德国物理学家汉斯·A.贝特(Hans A.Bethe)和德国的物理学家卡尔·F.冯·魏茨赛克(Carl F.von Weizs－ker)已分别证明，依靠氢核聚变成氦核，是太阳能不断发出强大辐射的原因。^[35]

要使氢发生聚变，首先需要10亿度以上的高温，这在地球上是难以实现的。即使是氢的同位素氘或氚，聚变温度虽要低些，但也分别在4亿度和数百万度以上。氘可以直接从海水中提取，而氚是自然界中不存在的放射性元素，因而需要人工来制备。1934年，卢瑟福等人用氘打氘靶，获得了弱放射性的氚。1944年，费米又计算出，氘—氚混合核燃料的聚变点火温度为5000万度以上，比氘—氚的聚变温度要低得多。但即使是这样的温度，在当时的实验条件下，也同样无法达到。^[36]

流亡到美国的匈牙利裔的德国物理学家爱德华·特勒(Edward Teller)曾多年从事星球热核反应研究，早在1942年，他就已经想到，在原子弹的外层包上一层聚变燃料，利用原子弹爆炸时产生的高温和高压来点燃聚变燃料，从而引起氢核聚变，这样就可以制成比原子弹威力大1000倍的超级炸弹，即氢弹。从那时开始，他就领导了一个小组致力于被称为“我的宝贝”的超级炸弹的研究工作。但由于当时遭到罗伯特·奥本海默等人的反对，有关氢弹的设想和研究工作才被搁置下来。战争结束后，他成为芝加哥大学物理学教授，并继续进行制造氢弹方面的研究工作。到1946年，他已满有把握地认为，在两年时间里就可能制造出这样的炸弹。^[37]

战后美苏之间进行的核军备竞赛愈演愈烈，为了领先于苏联，美国总统杜鲁门于1950年1月下达了制造氢弹的命令。当白宫一发出指令，洛斯—阿拉莫斯的理论研究室便又开始紧张地工作起来。在氢弹的具体制造方面，扮演主角也同样是这些欧洲来的科学家，如爱德华·特勒、恩里科·费米、约翰·冯·诺伊曼等人，但关键性的人物是博学多才的德国流亡物理学家汉斯·A.贝特。“他在制造自己又怕又恨的炸弹过程中起了决定性的作用，正是他受委托写出了超级炸弹的制造技术规程。”^[38]

要成功地制成氢弹，首先必须进行周密的计算工作。因为要制造这种超级炸弹，就要准确地计算出与热核爆炸有关的一切，这的确是一个非常复杂的问题，因为这关系到瞬间内发生的最复杂的物理过程的顺序，而它的每一个步骤都必须事先料到，并以最大的精确度计算出来。因此，要想达到这一切，就必须有极复杂的计算机。在这个问题上，被称为“世纪天才”的约翰·冯·诺伊曼立了大功，根据他的设计，美国制造出第一台“数学分析数值积分器和计算机”，即“曼尼阿克”大型电子计算机，并将它用于氢弹制造的计算工作中。^[39]有了这部计算机，“以前需要三个人计算三个月的问题，现在只需要10个小时就行了，这对于氢弹的设计有着很大的意义”。^[40]不仅如此，它还同时标志着人类“计算机时代”的到来。

由于解决了计算问题，氢弹的制造也就变得顺利得多了。1952年10月31日，美国在马绍尔群岛的一个珊瑚岛上爆炸了第一颗氢弹，其爆炸力相当于300万吨TNT。几个月后，苏联也同样制成了氢弹，并于1953年8月12日爆炸成功。从此，这场战后的核军备竞赛在更高的水准上以更大的规模开展起来。

原子能的释放，是20世纪最激动人心的科学成就，它使整个人类的生活发生了深刻的变化，并极大地加速了社会进步。不幸的是，原子能的实际应用，最初却是以毁灭性的杀人武器的形式出现的，从而使本来能为人类创造幸福的能源，竟成为悬在人类头上最危险的利剑。广岛事件的发生，使1939年8月呈递那封历史性的信件的流亡科学家爱因斯坦、西拉德等人受到了极大的震动。他们为了摆脱德国的民族主义和军国主义，流亡到几千英里之外的美国来，可是他们现在却惊讶地发现，这些力量已经闯入了美洲大陆，而且无论是他们充满愤慨的演说，还是他们发出的宣言和抗议都无法阻挡这样的力量。他们深深地为世界的命运感到担忧，并决定采取更为坚决的行动。于是，在爱因斯坦、西拉德、弗兰克等人的倡导之下，一个以“对核能实行国际监督”以及“和平利用原子能”为目标的强大运动在各国广泛开展起来，从而使利用原子能为战争还是为和平服务的问题，成为战后国际斗争的焦点之一。历史上还从来没有哪一个科学技术问题，像原子能问题那样，在社会、政治和思想上产生如此直接而严重的影响。^[41]

毫无疑问，在制造原子弹和制止核战争的问题上，20世纪30年代流亡美国的这些欧洲科学家始终都是真正的主角。当他们的智慧与美国强大的工业生产力结合在一起的时候，便迎来了人类的“原子时代”，但是当他们发现他们“无权支配自己所创造的科学成果”的时候，又用他们科学家的良心和社会责任感，唤起了各国人民为保卫世界和平、防止核战争的努力。

【注释】

[1]转引自［德］罗伯特·容克：《比一千个太阳还亮》，原子能出版社1966年版，第4页。

[2]参见李佩珊、许良英：《20世纪科学技术简史》，科学出版社1999年版，第63页。

[3]参见李佩珊、许良英：《20世纪科学技术简史》，科学出版社1999年版，第63页。

[4]参见李佩珊、许良英：《20世纪科学技术简史》，科学出版社1999年版，第63页。

[5]参见李佩珊、许良英：《20世纪科学技术简史》，科学出版社1999年版，第64页。

[6]参见［德］罗伯特、容克：《比一千个太阳还亮》，原子能出版社1966年版，第43页。

[7]参见［丹麦］尼耳斯·布莱依耳：《和谐与统一：尼耳斯·玻尔的一生》，戈革译，东方出版中心1998年版，第281页。

[8]参见李佩珊、许良英：《20世纪科学技术简史》，科学出版社1999年版，第64页。

[9]参见［德］罗伯特·容克：《比一千个太阳还亮》，原子能出版社1966年版，第46页。

[10]转引自［丹麦］尼耳斯·布莱依耳：《和谐与统一：尼耳斯·玻尔的一生》，戈革译，东方出版中心1998年版，第283页。

[11]参见李佩珊、许良英：《20世纪科学技术简史》，科学出版社1999年版，第65页。

[12]Donald Fleming and Bernard Bailyn(eds.).The Intellectual Migration，Europe and America，1930-1960.Cambridge，1969，p.99.

[13]Donald Fleming and Bernard Bailyn(eds.).The Intellectual Migration，Europe and America，1930-1960.Cambridge，1969，p.101.

[14]Donald Fleming and Bernard Bailyn(eds.).The Intellectual Migration，Europe and America，1930-1960.Cambridge，1969，p.107.

[15]Donald Fleming and Bernard Bailyn(eds.).The Intellectual Migration，Europe and America，1930-1960.Cambridge，1969，p.110.

[16]Donald Fleming and Bernard Bailyn(eds.).The Intellectual Migration，Europe and America，1930-1960.Cambridge，1969，p.111.

[17]Donald Fleming and Bernard Bailyn(eds.).The Intellectual Migration，Europe and America，1930-1960.Cambridge，1969，p.112.

[18]Donald Fleming and Bernard Bailyn(eds.).The Intellectual Migration，Europe and America，1930-1960.Cambridge，1969，p.113.

[19]转引自［美］亚伯拉罕·派斯：《一个时代的神话：爱因斯坦的一生》，戈革等译，东方出版中心1998年版，第303页。

[20]转引自［德］罗伯特·容克：《比一千个太阳还亮》，原子能出版社1966年版，第73～74页。

[21]转引自［美］亚伯拉罕·派斯：《一个时代的神话：爱因斯坦的一生》，东方出版中心1998年版，第304页。

[22]转引自［美］亚伯拉罕·派斯：《一个时代的神话：爱因斯坦的一生》，戈革等译，东方出版中心1998年版，第304页。

[23]参见［德］罗伯特·容克：《比一千个太阳还亮》，原子能出版社1966年版，第76页。

[24]参见［丹麦］尼耳斯·布莱依耳：《和谐与统一：尼耳斯·玻尔的一生》，戈革译，东方出版中心1998年版，第296页。

[25]参见李佩珊、许良英：《20世纪科学技术简史》，科学出版社1999年版，第66页。

[26]参见李佩珊、许良英：《20世纪科学技术简史》，科学出版社1999年版，第66页。

[27]转引自［德］罗伯特·容克：《比一千个太阳还亮》，原子能出版社1966年版，第58页。

[28]参见自［德］罗伯特·容克：《比一千个太阳还亮》，原子能出版社1966年版，第114页。

[29]［德］罗伯特·容克：《比一千个太阳还亮》，原子能出版社1966年版，第59页。

[30]转引自［德］罗伯特·容克：《比一千个太阳还亮》，原子能出版社1966年版，第60页。

[31]转引自［德］罗伯特·容克：《比一千个太阳还亮》，原子能出版社1966年版，第124页。

[32]Donald Fleming and Bernard Bailyn(eds.).The Intellectual Migration，Europe and America，1930-1960.Cambridge，1969，p.146.

[33]转引自［德］罗伯特·容克：《比一千个太阳还亮》，原子能出版社1966年版，第128～129页。

[34]Donald Fleming and Bernard Bailyn(eds.).The Intellectual Migration，Europe and America，1930-1960.Cambridge，1969，p.150.

[35]参见李佩珊、许良英：《20世纪科学技术简史》，科学出版社1999年版，第68页。

[36]参见李佩珊、许良英：《20世纪科学技术简史》，科学出版社1999年版，第68页。

[37]参见［德］罗伯特·容克：《比一千个太阳还亮》，原子能出版社1966年版，第188页。

[38]［德］罗伯特·容克：《比一千个太阳还亮》，原子能出版社1966年版，第200页。

[39]这种计算机的英文名字中的每个词的头一个字母组成“MANIAC”，汉译为“曼尼阿克”。

[40]［德］罗伯特·容克：《比一千个太阳还亮》，原子能出版社1966年版，第207页。

[41]参见李佩珊、许良英：《20世纪科学技术简史》，科学出版社1999年版，第67页。