钚弹内爆设计危机
美国普罗米修斯:奥本海默的胜利与悲剧钚弹内爆设计危机是一个转折点,使内爆而非枪式组件成为研制钚弹的绝对优先路线。早期钚试验揭示了提前爆炸的危险后,J.罗伯特·奥本海默必须在谨慎但势必延误的计划,与一项实际进展寥寥无几的大胆设计之间作出选择。他的决定使实验室押注于一项艰难的工程冒险,也让钚武器研制工作的存续岌岌可危。
背景——压力下的实验室
奥本海默已成为武器实验室的主任,负责协调曼哈顿计划分散各地的工作,并将其整合为可用的武器。这项任务既要求他发挥科学领导力,也要求他运用不熟悉的行政与组织技能。洛斯阿拉莫斯本身是在新墨西哥一处偏远地区仓促建成的,实验室条件简陋,设备和技术资源严重匮乏。因此,从理论上的可能性到实际建造之间的距离并非抽象概念——实验室必须在战时压力下,既设计武器,也创造实现这些设计的条件。
奥本海默曾授权塞思·内德迈耶研究内爆——将松散堆积的裂变材料球体压缩,直至达到临界状态。然而,他仍希望能通过较为直接的枪式设计,将钚射入靶体。1944年7月,对首批少量钚进行的试验改变了局势。枪式组件无法有效引爆这种材料,而且尝试可能导致武器在预定爆炸发生之前就发生灾难性爆炸。曾被视为有前途的替代方案,如今成了唯一正在考虑的可行路线。
所涉利害远不止一枚炸弹的设计。分离出有害的钚同位素与有用的钚同位素或许能使材料稳定下来,但这需要复制规模庞大的铀分离厂,而时间已经所剩无几。彻底放弃钚,则意味着抛弃生产钚的链式反应以及对汉福德工厂的投资。因此,这场危机既是技术问题,也是组织问题——除非实验室找到可行的装配方法,否则一项重大的工业与科学努力可能无法产出任何武器。
押注内爆的决定
1944年7月17日,奥本海默在芝加哥召集莱斯利·格罗夫斯、詹姆斯·B·康南特、恩里科·费米等人开会。康南特提出先迈出有限的一步——制造一种低效率内爆武器,使用铀钚混合物,爆炸威力仅相当于几百吨三硝基甲苯。他认为,如果这种小型装置试验成功,实验室便能获得信心,进而尝试制造威力更大的武器。这个方案提供了一种降低风险的办法,但也意味着要分阶段推进计划,而当时工期已经十分紧迫。
奥本海默否决了谨慎方案,因为他认为这会造成无法接受的延误。尽管他最初对内爆持怀疑态度,此时却主张项目应全力投入其中。内爆的理论基础比工程成果更加扎实——约翰·冯·诺伊曼已经计算出内爆可行,但内德迈耶的小组几乎没有取得进展。尽管如此,奥本海默仍判断,替代方案无法满足项目的需要。次日,他告诉格罗夫斯,设法获取更纯的钚与工期不相容,内爆应享有绝对优先地位。
这一决定并不意味着他相信装置即将研制成功。戴维·霍金斯后来将内爆描述为唯一真正的希望,同时强调其前景依然十分渺茫。奥本海默的选择,实际上是把不确定性转化为一项指令——集中资源研制一种理论上可行、实践中却尚未得到证明的设计。这场危机的解决之道并非消除风险,而是决定实验室能够承担哪一种风险。
洛斯阿拉莫斯的重组与冲突
技术僵局加剧了人们对工作方式的分歧。内德迈耶偏好独自、有条不紊地工作,而奥本海默认为研究必须以战时速度推进。奥本海默因进展缓慢而感到沮丧,变得异乎寻常地不耐烦,对内德迈耶说话时也可能尖刻伤人。这场交锋暴露了奥本海默平日激励和说服他人的能力所受到的限制——内德迈耶尊重他作为科学家的一面,却不把他视为个人权威的来源。
从哈佛大学招募来的爆炸物专家乔治·基斯蒂亚科夫斯基,也与内德迈耶及其名义上的上级帕森斯上尉发生冲突。基斯蒂亚科夫斯基扬言辞职时,奥本海默迅速采取行动,告诉内德迈耶基斯蒂亚科夫斯基将接替他。内德迈耶愤怒而受伤地离开了会议,但仍留在洛斯阿拉莫斯,担任高级技术顾问。奥本海默事先没有征求帕森斯的意见便宣布了这项变动,帕森斯因被绕过而勃然大怒。重组让一位更有力的透镜研究倡导者担任领导,但也付出了人际关系上的代价,并使实验室的军方与文职指挥体系承受压力。
推动人员分享想法的压力,也对陆军的知识分隔政策构成挑战。随着各项工作日益相互依赖,科学家需要跨越原本旨在限制信息流通的界限讨论问题。奥本海默坚持认为,持有安全许可的科学家之间必须进行开放讨论;在内爆研发的紧急关头,严格保密的实际局限尤其明显。武器的工程要求与实验室的组织方式无法分开——解决问题需要协作,而知识分隔政策可能妨碍这种协作。
难题的解决及其更广泛意义
到1944年末,基斯蒂亚科夫斯基的小组仍未制成能够将一个葡萄柚大小的钚球对称压缩至大约高尔夫球大小的异形炸药透镜。没有透镜,内爆似乎就不可行。1945年1月,帕森斯提议尝试一种不依赖透镜的内爆形式。基斯蒂亚科夫斯基坚持认为,没有透镜设计就无法成功,并承诺他的团队会把透镜制出来。奥本海默支持基斯蒂亚科夫斯基,再次作出一项影响重大的选择——不放弃这一方案的核心要求,而是支持这条困难的路线。
在接下来的几个月里,团队完善了设计;到1945年5月,奥本海默相当有信心地认为钚装置会成功。这项兼具工程与理论物理学挑战的计划,离不开他的领导——他必须组织人员、在不确定中作出决策,并在一次次技术障碍面前推动集体努力继续前进。这场危机之所以得到解决,不仅依靠最初确立优先次序的决定,也依靠各领域专家坚持不懈的工作;正是这些工作使这一决定得以实现。
这一事件也展现了奥本海默所运用的一种判断力,与他后来关于核政策的论述有所不同。1944年,面对具体的武器设计瓶颈,他接受了工程上的冒险,因为其他选择可能导致延误,或使钚计划付诸东流。与之相反,1949年他反对制造热核超级炸弹,认为其巨大的威力可能使它成为种族灭绝武器,而且美国的赶制计划无法阻止苏联发展这种武器。这些立场针对的是不同问题,并非简单的立场逆转——内爆决定旨在使一件战时武器得以奏效,而他后来提出的批评,则是在追问是否应当制造威力大得多的毁灭性武器。两者共同揭示了,当技术判断进入一个由军事必要性和战略后果塑造的世界时,它所能发挥的作用及其局限。