核裂变的发现

美国普罗米修斯:奥本海默的胜利与悲剧

当J.罗伯特·奥本海默意识到,铀原子分裂可能释放出能够分裂更多原子的中子时,核裂变的发现成为一个决定性转折点。最初听闻这一惊人结果时,他觉得裂变不可能发生;不到一天,实验确认便改变了他的想法,他已经开始思考它在能源和炸弹方面的用途。这一事件展现了从备受质疑的观察结果,迅速发展为关乎军事政策、平民生活以及未来战争规模的前景。

报道传到伯克利

1939年1月29日星期日,年轻物理学家路易斯·阿尔瓦雷斯与欧内斯特·劳伦斯密切合作。当时他坐在理发椅上读《旧金山纪事报》,读到了一则来自德国的通讯报道。奥托·哈恩和弗里茨·施特拉斯曼已证明,用中子轰击铀能够使其原子核分裂成两块或更多部分。铀是最重的元素之一,这一报道的结果挑战了阿尔瓦雷斯及其同事对可能性的认知。他让理发师剪到一半便停下,跑到辐射实验室传播这一消息。

奥本海默的第一反应是不相信。听说德国化学家报告的发现后,他走到黑板前,试图用数学证明裂变不可能发生。在他看来,这一结果意味着有人犯了错。这种反应体现的是真正的科学分歧,而非漠不关心——这一消息如此令人震惊,以至于他试图依据自己掌握的物理学推理加以检验,而不是仅凭一篇报纸报道就予以接受。

实验确认与迅速转变

第二天,阿尔瓦雷斯在实验室重复了实验,并邀请奥本海默通过示波器查看结果。仪器显示,微弱的天然α粒子脉冲旁边,是大二十五倍的裂变脉冲。不到十五分钟,奥本海默便接受了这一反应确实存在。黑板上的初步证明与他面对实验室证据时的迅速回应形成对照,显示出一旦能够直接检验这一说法,他的判断改变得何其迅速。

他几乎立即从确认结果转向思考其后果。奥本海默提出,这一过程或许会释放出额外中子,继而使更多铀原子分裂。这种可能性意味着核连锁反应能够自我维持,并有两种截然不同的用途——发电或制造炸弹。他对已确认结果的第一反应中,已经包含了这种区别;这不只是一个不同寻常的实验室现象,而是一个具有潜在毁灭性用途的实用过程。

问题与影响

奥本海默早期的反应也充满了尚未解答的问题。在给一位加州理工学院同事的信中,他称铀的事情令人难以置信,并提出疑问——预期中那些寿命短、能量高的β粒子在哪里?铀原子核可能以多少种方式分裂?它是随机分裂,还是只以特定方式分裂?这些问题表明,这一发现并没有带来一套完整的解释。伯克利实验室已经证实了它的真实性,但这一过程的细节仍是有待解决的问题。

与此同时,奥本海默也在思考释放出的中子可能带来什么。他在致乔治·乌伦贝克的信中判断,如果有一种边长十厘米的氘化铀立方体,并加入能够减慢中子却不捕获它们的材料,那么它自行爆炸并彻底毁灭的可能性并非微乎其微。这一形象把尚未解决的技术问题转化成了具体警告——能够维持进一步裂变的条件,也可能使爆炸装置成为现实设想。科学上的不确定性与实际的警觉同时出现,而非前后相继。

从发现到核政策

书中后续讨论显示,裂变所带来的制造炸弹的可能性,始终是围绕原子武器用途及其限度展开争论的核心。1945年,洛斯阿拉莫斯的科学家举行会议,讨论这种武器在世界政治中的地位,以及对人类使用它会造成什么后果。奥本海默不赞成把有关炸弹的决策视为科学家独有的特殊政治权力;与此同时,同事们则争论,使用这种武器或许能够结束战争,还是会开启一个令人恐惧的未来。

到1949年,争论的焦点转向了拟议中的热核超级炸弹。奥本海默和美国原子能委员会总顾问委员会的多数成员认为,一种能够摧毁大片地区的武器可能成为灭绝种族的武器;他们希望,否决其制造或许能重新开启军备控制谈判。他们的报告还主张,建立一支适用于特定军事目的的武器库,而不是无止境地竞相扩充。这些后来的争论并非核裂变发现本身,却延续了阿尔瓦雷斯实验室里显现出的实际问题——当核过程能够转化为武器时,接下来会发生什么?这种力量又伴随着怎样的责任?

这一发现的重要性,在于从发现到后果显现的转变如此迅速。一篇报纸报道引发了数学上的否定;一条实验室记录推翻了这一判断;几分钟之内,奥本海默便已考虑到核连锁反应及其可能用途。这一事件将实验确认与不断扩大的影响领域联系起来,而奥本海默后来持续提出的问题,也让最初那一天的不确定性至今仍清晰可见。