“曼哈顿”工程

一、“曼哈顿”工程

(一)“曼哈顿”工程简介

美国陆军部于1942年6月开始实施利用核裂变反应来研制原子弹的计划，亦称“曼哈顿”计划。为了先于纳粹德国制造出原子弹，该工程集中了当时西方国家(除纳粹德国外)最优秀的核科学家，动员了10万多人参加这一工程，历时3年，耗资20亿美元，于1945年7月16日成功地进行了世界上第一次核爆炸，并按计划制造出两颗实用的原子弹，整个工程取得圆满成功。在工程执行过程中，负责人L·R·格罗夫斯和R·奥本海默应用了系统工程的思路和方法，大大缩短了工程所耗时间。这一工程的成功促进了第二次世界大战后系统工程的发展。

(二)“曼哈顿”工程背景

1939年，德国先召开了研制铀设备的会议，后成立了“德国铀协会”和“德国原子俱乐部”，设立了在帝国研究委员会领导之下的核研究机构。1940年，德国军方调集了德国当时世界著名的科学家制订了一份核研究的详细计划。参与这个计划的科学家包括获得1932年诺贝尔物理学奖的量子力学专家海森堡，著名物理学家布格雷博士，在分离同位素领域有极深造诣的哈塔克教授和格罗斯教授等人。一般人认为，以当时德国的工业实力、科技水平、获得原料的能力，制造原子弹应该只是个时间的问题。后来，尽管德国实施了一系列制造原子弹的试验，但是最终没能制造出原子弹。

德国未能制造出原子弹大概有四个原因。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。原子弹制造是个系统工程，仅仅依靠少数科学家是不行的。第二是纳粹分子对军事方面的科研组织得不好，同时纳粹政府对科研工作的意义也缺乏了解。第三是实验室缺乏进行这种复杂研究工作用的必要的设备。最后一个原因是，在德国从事原子能研究工作的德国科学家并不希望获得成功，他们因此有的消极怠工，没有采取任何积极的措施来克服各种障碍，以加速制造原子弹的进程；有的干脆破坏原子弹的制造计划。例如，石墨和重水是原子弹制造的两种重要材料，而负责石墨加工的科学家埃尔温·施密特是一个坚定的反纳粹战士，他用非常巧妙的办法使生产出来的石墨含有硫、二氧化硫和钙等杂质，导致布雷格在使用含有杂质的石墨进行实验时屡试屡败；负责重水生产的工厂遭到了英军的轰炸。

苏联的原子弹研究起步很早，在20世纪30年代初期就建立了三个核研究中心，但真正进入对原子弹的研制，则是在纳粹德国之后。1938年，斯大林在得知德国研制原子弹的计划后，立即决定集中力量研制原子弹，争取四年的时间内制造出原子弹。

苏联人的决心极大，态度也极为坚决，先是成立了“铀研究委员会”作为领导机构；后是将在大清洗中入狱的科学家放出来，全力进行研究工作。但由于当时苏联还没有发现铀矿，虽然列宁格勒的原子研究所已经论证出在快中子的持续链式反应中，只要几公斤的铀就可以实现核爆炸，而苏联人却只能进行理论研究，连原子弹反应堆也未建造。后来，由于苏德战争爆发，其原子弹的研究制造基本处于停滞状态。

1942年，苏联人得知了美国人的原子弹研制计划，斯大林再次亲自召开会议，决定全力以赴研制原子弹。1943年9月，苏联第一个核爆炸装置研制出来，并完成了试爆前的各项准备工作。苏联“铀原子研究委员会”决定9月10日在一个荒无人烟的湖心岛上，进行人类历史上的第一次核爆炸试验。

日本也认为要想成为一个世界强国，就应该在原子弹领域有所作为，特别是日本有核物理方面在世界上也颇有名气的几位专家，如东京理化所主任二阶义男，大阪大学教授菊池正士和京都大学教授荒胜文策等。尤其是荒胜文策教授，1934年曾进行过人工轰击原子的实验并获得了成功。

1940年，日本军方得知苏联和美国等国正在进行威力巨大的原子弹的研制，立即引起密切注意，并决心着手进行研制。1941年5月，日本陆军航空兵科技所所长安田竹生将军正式接到研制原子弹的命令。安田竹生遂命令二阶义男主持代号为“二号研究”的项目，研究制造铀弹的可行性。

第二年，日本海军部也对原子弹的研制发生了兴趣，于7月在东京召开了“核物理成就利用委员会”第一次会议，讨论了原子能用于军事的可能性和日本能否在战争中制造出原子弹。于是，海军部将这一任务交给了京都大学的荒胜文策教授。这样，日本同时有两个机构在进行原子弹的研制工作。

日本研制原子弹最大的困难是没有铀原料，他们向德国求援得到的铀矿也未能运回日本；在中国东北采到了贫铀矿不具备提纯的可能，再加上美军的空袭炸毁了日本研究小组的大部分设备，使得日本已无力制造原子弹。

1938年，哈恩成功地实现铀原子的核分裂，震动了全球科学界。匈牙利血统的美国物理学家西拉德(1898～1964)1939年7月邀请了另外两名匈牙利血统的物理学家威格纳(1902～1995)和特勒，一起拜访了物理学家爱因斯坦和罗斯福总统的私人顾问萨克斯，陈述了研制核武器对于战争进程可能带来的巨大影响作用。8月，爱因斯坦即写信给美国总统罗斯福，详细阐述了研制原子弹的重要性。

萨克斯在白宫和罗斯福共进早餐的时候，还讲了一个历史故事，大意是拿破仑由于没有支持发明汽船的富尔顿，因此错过了用汽船装备法国海军打败美国的机会。罗斯福被萨克斯的论证所打动，决定支持研制原子弹的工作。1939年10月11日，美国总统罗斯福下令成立“铀顾问委会员”。1941年7月，英国政府派出科学家代表团到美国，并希望同美国合作研制开发原子弹。10月11日，美国总统罗斯福也写信给英国首相丘吉尔，建议两国科学家合作研制原子弹。

1942年初，美国科学家虽然对原子弹的机制、应该努力的方向、甚至费用和时间都有了大致的构想，但核研究的庞大工程已经超过了科学研究机构的能力。当时美国经济已经转向战争，没有一家工业公司能在短期内完成有关生产设施的建设。

美国核研究的负责人之一布什认为，只有给军队以最高的优先权，才能在战争结束前生产出核原料来。1942年3月9日，他在给罗斯福总统的报告中，强调了原子弹的光明前景，提出把全部的研制和生产管理移交给军队。6月17日，布什给罗斯福准备了一份将核计划全部交给军队领导执行的详细报告。罗斯福立即批复了布什的报告。在参谋长联席会议主席马歇尔的支持下，美国军方同意按原S-1委员会(负责铀研究的一个机构)的建议，开始建设四种分别采用不同方法的铀同位素分离工厂和其他的研制、生产基地。

军队把整个计划取名为“代用材料发展实验室”，指派美国军事工程部的马歇尔上校负责全部行动。由于马歇尔上校循规蹈矩，与科学顾问们又合不来，使研究计划优先权的升级和气体分离工厂地址的选择拖延了两个月。9月，政府战时办公室和军队高层领导决定，由领导修建美国国防部大楼——五角大楼的格罗夫斯上校接替马歇尔上校。格罗夫斯在赴任之前，被提升为准将。

格罗夫斯在上任后不到48小时内就成功地把计划的优先权升为最高级，并选定田纳西州的橡树岭作为铀同位素分离工厂基地。因为马歇尔上校的总办公室最初将设在纽约城，他们决定把新管区的名称命名为“曼哈顿”。于是，“曼哈顿工程区”就这样诞生了。美国整个核研究计划不久后取名为“曼哈顿”计划。

“曼哈顿”计划的最终目标是赶在战争以前造出原子弹。虽然在这个计划以前，S-1执行委员会就肯定了它的可行性，但要实现这一新的爆炸，还有大量的理论和工程技术问题需要解决。在劳伦斯、康普顿等人的推荐下，格罗夫斯邀请奥本海默负责这一工作。

为了使原子弹研制计划能够顺利完成，根据奥本海默的建议，军事当局决定建立一个新的快中子反应和原子弹结构研究基地，这就是后来闻名于世的洛斯阿拉莫斯实验室。奥本海默凭着他的才能与智慧，以及他对于原子弹的深刻洞察力，被任命为洛斯阿拉莫斯实验室主任。正是由于这样一个至关重要的任命，才使他在日后赢得了美国“原子弹之父”的称号。

奥本海默开始时对困难估计不足，认为只要6名物理学家和100多名工程技术人员就足够了。但到1945年时，实验室发展到拥有2 000多名文职研究人员和3 000多名军事人员，其中包括1 000多名科学家。鉴于大多数科学家都反对实验室的军事化，格罗夫斯同意加州大学成为洛斯阿拉莫斯名义上的管理单位和合同保证单位，基地的军队负责实验室建设、后勤供应和安全保障。

在“曼哈顿工程区”工作的15万人当中，只有12个人知道全盘的计划。其实，全体人员中很少有人知道他们是在从事制造原子弹的工作。例如，洛斯阿拉莫斯计算中心长时期内进行复杂的计算，但大部分工作人员不了解这些工作的实际意义。由于他们不知道工作目的，所以也就不可能使他们对工作发生真正的兴趣。后来一个年轻的理论物理学家费因曼，想方设法得到允许，向洛斯阿拉莫斯的工作人员说明了他们是在做什么样的工作。此后，这里的工作达到了高潮，并且有许多工作人员自愿留下来加班加点。

经过全体人员的艰苦努力，原子弹的许多技术与工程问题得到解决。1945年7月15日凌晨5点30分，世界上第一颗原子弹试验成功。8月6日和9日，美国分别在日本的广岛和长崎投下了原子弹。随着苏联军队出兵我国东北，日本天皇于14日宣布无条件投降，第二次世界大战结束了。

(三)“曼哈顿”工程遗产

赞成使用原子弹的一个重要的原因是英国和美国对苏联的恐惧和不信任。在1943年英美的一次会晤上，英国首相丘吉尔表示“不能让德国或者苏联赢得某些能够用于国际讹诈的东西的竞赛”。两个国家都害怕苏联赢得战争后扩大它的影响，因此它们谁都不希望看到苏联拥有原子弹从而丧失自己在国际谈判中的优势，因为这个时候苏联已经开始了对太平洋的关心，扩大了对东欧国家的影响。美英认为原子弹的爆炸可以缩短战争，把苏联控制在太平洋之外。

1945年夏天，尽管美国领导人相信日本最终除了投降之外别无选择，但他们对日本何时投降仍无法确定。尽管日本领导人也打算在1945年底结束战争，但不幸的是，日本政府为了自己皇室的尊严，于7月28日在东京广播了日本不投降而继续战斗的决定。美国出于结束战争越快越好的政治考虑，还是在8月6日投下了第一颗原子弹。

一些处于“曼哈顿”工程中心的科学家，虽然感受到了科学研究的乐趣，但是当他们预感到原子能一旦释放便会产生难以想像的破坏力，他们就开始担忧，成为反对原子弹研究的先行者。

很多参与研制的科学家反对原子弹的不道德使用，他们担心战争结束后会引起军备竞赛。在使用原子弹以前，最大的威胁德国已经投降，而那时日本根本就没有任何原子武器，因此可以认为投放原子弹是没有必要的。无辜的生命的损失是巨大的，人们可以统计成年人的损伤，而无法统计对儿童的损伤。

1945年6月11日，芝加哥科学家在弗兰克的主持下完成了著名的“弗兰克报告”。该报告建议，不用原子弹轰炸日本，而把原子弹投掷到沙漠或者荒岛上以作威力演示，并请联合国代表参观，但是政治家们不愿意听。爱因斯坦曾说:我一生最大一个错误就是签署了那封给罗斯福总统推荐制造原子弹的信。西拉德曾联合冶金实验室69名科学家给杜鲁门总统写信抗议使用原子弹，但杜鲁门继续支持。1962年，西拉德建立了一个委员会，宗旨在于呼吁控制军备并影响外交政策。

并非所有的科学家都反对使用原子弹，在一份有康普顿、劳伦斯、奥本海默和费米署名，奥本海默执笔的“建议立即使用原子弹”的报告，认为“没有其他的技术展示能够结束战争，没有其他的替代方法能够指导军事应用”。许多科学家认为美国不是在攻击日本，而是在自我防御，是日本先进攻了美国，例如“珍珠港”事件。但是科学家反对美国很快地投放第二颗原子弹，美国应该等待日本投降更长一点时间。

1945年7月16日上午5时24分，美国在新墨西哥州阿拉莫戈多的“三一”试验场内30米高的铁塔上，进行了人类有史以来的第一次核试验。这颗钚弹装药重6.1千克，TNT当量2.2万吨，试验中由于核爆炸产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体，并在地面上形成一个巨大的弹坑。核爆炸腾起的烟尘若垂天之云，极为恐怖。在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物全部死亡。这颗原子弹的威力，要比科学家们原来估计的大出了近20倍。

面对巨大的爆炸，“曼哈顿”工程负责人之一、被称为“原子弹之父”的著名科学家奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊，他想起了印度一首古诗:“漫天奇光异彩，有如圣灵逞威，只有一千个太阳，才能与其争辉。我是死神，我是世界的毁灭者。”

爆炸时，费米撕了几片碎纸抛在空中，在没有听到爆炸声时就迫不及待地想要知道爆炸冲击波的威力。爆炸结束，费米就坐上坦克去检查损失情况，爆炸的威力超出了他原来的想像。费米本来是一个冷静而有理智的人，这时也受到了很大的惊动，甚至无法自己开车回家。他对所有持反对意见的同事只能重复这样的回答:“不要让我跟你们一块受良心的折磨吧。无论如何，这毕竟是物理学上的一个杰出成就。”

战争和“曼哈顿”工程结束后，奥本海默就感到了核武器发现的遗憾，而特勒开始积极倡议进行氢弹的研制。氢弹利用核聚变原理，其能量比核裂变更大。奥本海默后来投入了对原子能的国际控制和和平利用，反对美国率先制造氢弹。军方和军队企业对于削减军费的不满，苏联原子弹试验成功打破了美国的核垄断地位，氢弹研究还是启动了，这一切使奥本海默的努力化为泡影。1953年，奥本海默反而因为一系列反对意见和行为被剥夺了安全特许权。

特勒阐述了自己对进行氢弹研究的立场。特勒认为，自己选择科学家这个职业，是因为他热爱科学，除了纯科学之外他不会作其他任何工作。他自己也热爱和平，不爱武器，但为了和平世界需要武器。因此他把自己献身给了普通和平的事业。

特勒的这番辩白也说明了他从事科学研究的基本出发点:对科学的兴趣和为和平的良心驱使。对其他许多科学家而言，对科学的兴趣可能是更重要的原因，因为如果他们放弃这些工作，就会错过解决有趣的问题的机会，对科学原始的冲动使得他们把后果抛到了一边。

这一点可以解释下面的事实:一些参加过原子弹制造的科学家，因为原子弹爆炸受到良心的谴责后便公开反对进行氢弹的研究，可是当氢弹得到政府支持正式启动后，他们又放弃了过去的想法，以极大的热情投入了氢弹的研究。这些科学家包括贝特、乌拉姆、费米、冯·诺依曼、费因曼等，而汉斯·贝特是一个极端的例子。贝特曾拒绝特勒的劝说回到洛斯阿拉莫斯，曾在著名的《科学美国人》杂志上发表了从科学、政治和道义上反对制造氢弹的文章，甚至还同其他11位科学家签名发出了谴责政府制造氢弹的决定的声明，可最后贝特还是在研究氢弹的过程中起到了决定性作用。

冷战时期美国和苏联两个超级大国进行了更大的军备竞赛。美国可能从中得到了好处，因为它刺激了国民经济的发展，很多的民用技术来自于军事科学；但是苏联由于体制上的原因，军事竞赛的科技成果没有转化为经济发展的动力，使国内经济大伤元气。

对于极端的悲观主义者而言，核科学的发展和核科学家的暧昧态度令人担忧。人类社会有太多的科学家，而很少有仁慈的上帝。科学家们抓住了原子的奥秘，却忘记了布道宣传和科学的危害，因此，世界有了辉煌而失去理智，获得了能量而失去了良心。科学家是核的巨人和道德伦理的矮子，他们对战争知道得比和平多，对杀戮知道得比生存多。

对于乐观主义者而言，由于核武器具有威慑性和具有遏制性的双重功能，对维护世界和平、制约世界大战特别是核战争，起到了积极作用。科学家是和平力量最强大的组成部分。没有了科学家，世界大战可能更频繁地发生。

只要科学存在一天，关于科学的伦理讨论就会继续，过去是原子科学，现在是基因克隆。无论如何，“曼哈顿”工程改变了人类和文明的历史。它提醒科学家作为一个社会公民必须对自己的行为负责。科学家不仅需要思考他们能做些什么，也应该思考他们应该做些什么。

原子弹、氢弹和中子弹及其由它们组装起来的各种导弹统称为核武器。核武器有5种杀伤因素。既有快如闪电、比太阳光还亮的光辐射，即热辐射，又有形同飓风的冲击波；既有早期可使人致命的核辐射，又有斩不断、理还乱的长期放射性污染。除这些杀伤因素之外，还有一种电磁脉冲，它被称为原子弹的第5大破坏因素。

美国最先于1945年7月16日爆炸原子弹成功，随后苏联于1949年8月29日、英国于1952年10月3日、法国于1960年2月13日、中国于1964年10月16日也相继拥有了原子弹，核竞赛的局面正式形成。

1968年7月1日签订、1970年3月5日生效的《不扩散核武器条约》第9条规定，凡1967年1月1日前掌握核武器的国家为有核国家，允许保留核武器。美、苏、英、法、中五国都符合上述条件，成为有核国家。

以美、苏为首的两大阵营冷战的一个明显特点，是以发展核武器、争夺核优势为中心。一场惊心动魄、疯狂持久的核军备竞赛，使世界核武库达到超饱和状态。据世界原子科学家通报，到1986年，美、俄、英、法等4国，耗资约8万亿美元，共制造了近7万枚核弹头，其中:美国2.3万枚、苏联约4.5万枚、英国约300枚、法国300多枚，核弹头威力达200亿吨TNT当量，世界人均3吨，足以毁灭人类50次。同时，四国还相应地发展了数万件导弹、飞机、潜艇等核弹头运载工具，组建了三位一体、攻防兼备的核作战集团。

到1996年9月10日联合国通过《全面禁止核试验条约》止，全世界共进行了2 000多次核试验。频繁的核试验使核武器的性能不断精良完备，也使地球生态环境遭到严重破坏。

目前，核武器的发展经历了三代。第一代为原子弹，第二代为氢弹，第三代是以中子弹为代表的、效应可转换的特种弹。三代核武器其综合战术技术性能一代比一代先进，既显示了原子能科学技术水平的发展和提高，也满足了核武器用于战场的企图和要求。美国在开发核武器方面，始终走在世界各国的前头。目前，美国正在积极研究性能更先进的第四代核武器。