维尔纳·海森堡

美国普罗米修斯:奥本海默的胜利与悲剧

维尔纳·海森堡是量子力学的重要奠基者之一;第二次世界大战期间,这位德国物理学家的研究与忠诚成为盟军焦虑的焦点。《美国的普罗米修斯》中的海森堡故事,关键在于背景发生了鲜明转变——这位年轻理论家以其发现帮助重塑物理学,战时却成了原子武器竞赛中可能的对手,而他的行为究竟意味着什么,始终没有定论。

量子力学的年轻奠基者

海森堡进入本书的科学叙事时,正是重塑物理学的欧洲一代人中的一员。20世纪20年代初,他与尼尔斯·玻尔同为构建量子理论的物理学家;量子理论是一套用来理解原子和分子尺度物质的框架。到1925年,海森堡创立了矩阵力学,这是一种极为数学化的量子现象描述方式。这项工作十分陌生,以至于马克斯·玻恩将它寄给阿尔伯特·爱因斯坦时,不得不说它看起来像神秘学,同时仍坚称其深刻而正确。爱因斯坦依然不以为然,但这篇论文成为新物理学逐步形成时的一项重大突破。

变化的速度非同寻常。1925年至1927年间,研究者发展出一种激进且更为统一的量子理论,哥廷根成为其主要中心之一。1926年,海森堡年仅二十四岁,是一批格外年轻的研究者之一;沃尔夫冈·泡利给这群人起了个绰号,叫“物理学界的男孩们”。这个绰号既体现了该领域由年轻人开创,也暗示它与旧有科学秩序决裂。然而,这些突破并未获得普遍认同——爱因斯坦的怀疑始终未消,而海森堡关于不确定性以及无法同时精确确定粒子位置和动量之局限的论述,更使这种怀疑加深。

J.罗伯特·奥本海默初到剑桥时,还不理解量子力学或电子自旋;他后来回忆说,自己到了欧洲之后才学会这两者。1926年,他将海森堡的研究与埃尔温·薛定谔的波动力学对照阅读,怀疑这两种数学方法彼此相关。事实上,它们是同一理论的不同表述。海森堡的研究由此帮助奥本海默投入其早期生涯中的核心智力课题;奥本海默后来的研究也一再以海森堡及其他欧洲理论家的发现为基础。

平等的对手与相互较量

1927年,海森堡途经哥廷根时,奥本海默特意与他会面。海森堡年长三岁,善于表达、富有魅力,而且辩论时坚韧不拔。本书将这两位年轻物理学家写成智识上的同道,指出他们都意识到自己的独创性,同时强调奥本海默钦佩海森堡并尊重他的科学工作。他们没有成为亲密朋友;两人之间是一种相互尊重、但多少有所保留的关系。

这种尊重很快也体现在科学工作上。海森堡的一番话促使奥本海默转而研究量子理论如何解释分子为何能够结合。他很快找到了解答,把笔记拿给玻恩看,并与他合作撰写论文。这段经历表明,海森堡不仅是奥本海默欧洲求学经历中那些著名人物之一,也处在一连串帮助引导奥本海默研究方向的思想之中。

1927年,奥本海默还访问了莱比锡,聆听海森堡关于铁磁性的讲座。此时,海森堡已经在慕尼黑大学师从沃尔夫冈·泡利,并先后与玻尔和玻恩进行博士后研究。他和奥本海默都善于凭直觉直抵问题核心。本书也预示了战争将使两人渐行渐远——奥本海默在哥廷根钦佩的那位物理学家,后来成了他不得不审视其战时选择的人物。

德国计划与忠诚问题

1942年10月下旬,奥本海默收到维克托·魏斯科普夫的一封密信。魏斯科普夫报告说,海森堡已被任命为位于柏林的核研究机构威廉皇帝研究所所长,并计划在瑞士讲学。魏斯科普夫与汉斯·贝特讨论这一消息后,提议在那里绑架海森堡,并表示愿意参与。这个提议反映出人们担心海森堡的地位与专业知识可能有助于德国的原子计划;但它并不能证明盟军知道海森堡的意图,也不能证明盟军清楚德国实际上能够造出什么。

奥本海默回复说,他已就海森堡计划中的访问一事与华盛顿当局讨论过。他把魏斯科普夫的信转交给范内瓦·布什和莱斯利·格罗夫斯,但没有赞成绑架。他认为,行动若成功,可能会让纳粹政府察觉盟军对核研究的重视。与此同时,他告诉布什,此次访问似乎提供了一个不同寻常的机会。他的回应兼顾战略上的关注与谨慎——海森堡重要到值得监视,但试图抓捕他本身也可能加大危险。

这项设想并未随着那次交流而终止。1944年,格罗夫斯继续考虑绑架或刺杀海森堡的可能性,并派美国战略情报局特工莫·伯格前往瑞士。伯格曾是棒球运动员,12月跟踪了这位德国物理学家,却没有试图刺杀他。这段经历显示,海森堡的科学家身份已与情报行动以及对德国核武器的恐惧交织在一起,尽管本书没有把他描写成知晓这些盟军计划。

哥本哈根——无法定论的讯息

围绕海森堡最深的疑团,集中在他1941年9月于纳粹占领下的哥本哈根与昔日老师兼朋友尼尔斯·玻尔的会面上。玻尔后来向洛斯阿拉莫斯的科学家讲述了这次会面。海森堡获得纳粹政权的特别许可,得以参加一场会议,并主动找玻尔交谈。他是一位留在纳粹德国的德国爱国者,也是德国最杰出的物理学家,显然是领导任何德国原子计划的可能人选。

海森堡后来坚持说,他曾谨慎地提出铀问题,意在表明裂变武器虽有可能制造,却需要极大的技术努力,而他希望这种努力在战争期间无法实现。按照这种说法,他想暗示德国物理学家希望劝阻政权追求这种武器,但他们担心受到监视,无法明说。玻尔听到的却完全不同——他认为,德国首席物理学家是在说原子武器可行,而且能够决定战争胜负。玻尔深感不安,便匆匆结束了谈话。

玻尔的回忆并未弄清海森堡的本意。多年后,玻尔在一封未寄出的信的草稿中回忆说,海森堡曾表示,只要战争持续足够久,原子武器就必将决定战局,随后又谈到自己一直在研究这个问题。玻尔的草稿清楚表明,提及原子武器令他多么震惊,却无法证实海森堡的意图。奥本海默后来将玻尔所理解的这次会面描述为一场僵持——海森堡及其同事卡尔·弗里德里希·冯·魏茨泽克或许是在试探玻尔掌握了什么,而非单纯传达他们自己掌握的信息。

从战时恐惧到经久不散的谜团

1943年12月30日,玻尔抵达洛斯阿拉莫斯时,警告奥本海默和实验室的资深科学家,说海森堡正在研究一种铀反应堆,能够产生失控的链式反应。玻尔还向他们展示了一张他说是海森堡所画的炸弹草图。仔细查看后,这张图看起来画的似乎是反应堆,而非炸弹。汉斯·贝特开玩笑说,德国人似乎打算把反应堆扔到伦敦;科学家们由此认为,图中所示的设计不具备军事用途。奥本海默随后告诉格罗夫斯,爆炸的铀堆无法成为有效的军事武器。

这一区别十分重要。玻尔离开哥本哈根时担心德国可能造出原子武器;洛斯阿拉莫斯的科学家看到他的报告和草图后,则有理由认为这一具体设计并不实用。两种反应都无法确定海森堡1941年的本意,也无法说明德国更广泛的努力究竟进展如何。正因为各种说法无法有把握地相互吻合,这次会面才一直备受争议。

海森堡在奥本海默生命中的位置因此发生了变化,却并未变得简单。在科学叙事中,他是一位杰出的同代人,其工作帮助开启量子力学,奥本海默也发展了他的思想。在战时叙事中,他则是可能的敌手、绑架计划的目标,也是那次会面的另一方;关于那次会面的记忆,是通过玻尔含有不确定性的证词传下来的。本书保留了这种反差,并未给出确定的判断——海森堡在科学上的重要性清楚无疑,而他的战时目的仍是一个谜团。