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灌水:原子弹的前世今生(1)

(2023-07-28 11:42:38) 下一个

我们这里的学校,每学期最后一天叫证书日。孩子们被要求按正常时间到校只是没课,先去教堂搞个小仪式,然后回教室领成绩单,放人。

因为没有校车,我都会请假——也许拖到哪里吃吃玩玩让几个自己挑点什么作为证书礼物,也许直接回家Chill。很多商家也习惯趁机搞促销助兴,比如拿了成绩单的学童可以去学校旁边指定的店领一个免费冰激凌,或者去影院享受一欧元一张的超级优惠电影票——当然仅限下午的家庭儿童片。

今年陪孩子们看的,是Elemental。简单说是一个水火相爱的故事,有初相遇的欢喜,绝境中的挣扎和劫后重生的希望,不能说惊艳,但是也算看得。

提到这个,是因为那次很荣幸被“邀请爸爸妈妈一起看”——而刚收到的通知是,周末要去看Oppenheimer,是姐妹电影日,妈妈只需要订位子,交钱买票。

Oppenheimer我当然知道,连同他后面的故事。

原子弹之父(Principle Leader)的那个嘛,二战期间著名的曼哈顿计划研发工作的主要负责人之一,同时以反氢弹(hydrogen bomb)而闻名。

原子弹和氢弹都可以称为核弹,只有前者曾经被作为武器使用,为什么,区别在哪里?

——因为氢弹危害性太大了,威力可达原子弹的数千倍以上。原理?简单说氢弹是fussion,原子弹是fission(Splitting big atoms is called fission. Putting together smaill atoms is called fussion)。也就是说,你把大的原子打碎生成的能量,远远小于小的原子聚合产生的能量——是不是很有哲学的味道?

难怪学物理的举手投足都是哲学范儿。

1938年,德国的Otto Hahn和Friz Strassmann观测到一种新的核反应,如果用中子打击Uranium能生成新的元素Barium,同时释放出大量的能量。文章发表在Nature之后,消息迅速在物理界传开——很长时间以来的疑问,按照爱因斯坦的能量方程

原子弹(应该)是可行的,即用很少的原材料,生成超大强度的能量。Hahn的实验结果,直接把理论推到现实。

历史上在这个时期同时发生的大事是,希特勒对世人全面宣战。德国的物理学研究好到全球公认(Otto Hahn是1944年的诺贝尔化学奖获得者,由于战争原因1945年才被颁奖),那么很可能,德国物理学家第一时间造出原子弹,也就是说,希特勒大概率会是拿到原子弹的第一人。

1939年8月,通过爱因斯坦,美国总统罗斯福收到科学家签名的信(后来被称为Einstein-Szilárd-Brief),警告如果美国不尽快进行此项研究,很可能德国人会先把原子弹用到战场。

获得批准。项目启动。

总部最开始设在曼哈顿地区,所以史称Manhattan Project,其目标很明确,在最短时间内研制出原子弹。后来统计,共有50万人直接或间接参与了这个项目,前无古人是一定的,后面来者有没有,今天还不好说。

两年以后,日本在太平洋地区参战。美国在欧洲战场同德国人胶着的情况下,同时面临远东再受敌。罗斯福的原子弹研究计划突然变得意义无比重大。

因为属于军事研究的保密项目,被选中的项目总负责人是来自军队的Leslie Groves。

他的简历我不多说,有兴趣的可以去翻。值得提到的一点是,他先开始是拒绝这份工作的——本来仕途一片大好,衣食无忧,贸贸然跑去参与一个很可能是纸上谈兵的研究,如果失败那绝对断送锦绣前程。

所以啊,不是什么活都要接的,我自己都吃过亏,中间进行不下去那种走投无路的感觉,天昏地暗。

后来Groves提的条件是,接也行,但是我要一个General的Title。人中之精,当然人事世事洞悉如指掌,完全明白那些(傲慢的)科学家是很难对来自军队的一名工程师尊重并服从的。

也被批准。开工。

星期五,买到1200吨Uranium,星期六,和同官方谈判(要钱),星期三,到田纳西买地建厂房,然后马不停蹄辗转各高校研究所,招兵买马。

Groves很明白,自己来自军队,完全是另外一种文化,这一众平均年龄25岁的科学界精英他招是招到手,指挥得动,是另外一件事。

需要一个中间人啦——条件是懂行(Groves几乎方方面面不逊于人,唯独物理知识欠缺),够聪明,有权威,同时能协调各种矛盾。

他选的人,叫Robert Oppenheimer。理由很简单,Robert Oppenheimer无论解释什么理论,Groves都能听懂。

我自己也是这个理念。对成年人来说,如果一件事你明白,那是一定能讲明白的,哪怕再高深的理论。反之,如果你发现别人说的你听不懂,那大概率是他自己根本不明白。所以,我很厌恶那些什么云里雾里故弄玄虚胡乱解释的所谓各种学说(貌似中文网很流行?)。

与此同时,日本已经占领了菲律宾,战俘稍有风吹草动便被成批杀死。地球另一端的希特勒的军队全侵欧洲大陆和北非,甚至已经迈进UdSSR。明显美国两线战场,欧洲和太平洋的战况都不是很乐观。至于德国人在原子弹方面的研制工作,没有人了解具体进展,只是大家都很清楚,如果一旦对方先成功,那将再也没有人能阻止希特勒。

于是变成谁先拿出原子弹的比赛。

首先当然需要一个合适的实验场地。要求能做到差不多与世隔绝,有屏蔽功能,足够保密——Groves接受了Oppenheimer对新墨西哥州的Los Alamos的建议,而游说那些科学家过来的工作,Oppenheimer也完成的很好。

当时招人也很好玩。据参与曼哈顿计划的一个工程师Hal Behl回忆,“我被约去谈话,我们有一份很好的工作给你.但是要求你自愿参加.....那你多介绍一点背景?不能说。那在哪儿?不能说。那我会做什么?不能说?......

那我还要自愿参加?!这太可笑了。

对方拿出这张海报。

在第一批被招募的400多人里,女性不到10个,基本上留下的照片,是这样。

翻这些照片真让我笑出来,不就是我一直的工作环境?当然现在好很多(女的多多了),每次抱着孩子进会场,还不是一路跟人解释,是我来开会。我。

当时每个人都被告知的是,你的工作有可能把战争缩短,另外?只要知道自己做什么就好,别的不必多问。关于整个计划在同事间流传的,只有一些气球,潜水艇的谣,连Atom Bomb这个词都用“那个设备”代替。

“他们比我更知道我是谁更明白我为什么会在这里”——这是当时的工程师回忆的原话。

一年前还是荒地,突然变成有7万人的城市。

草图到1944年初已经有了,两个带核材料的装置在一个类似试管的容器里面对面放好,如果撞击,将会发生核反应——简单吧。不过没有足够的原材料来测试。

也就是,没有原子弹需要的U235。自然界里存在的,是U238。分离出U235太难了,一个原子弹需要一公斤左右的U235,花费的时间要用年来计算。

一名参与研究的化学家发现了可能的替代品,很容易得到的Plutonium。Groves于是把生产U235的工作重心转移到生产Plutonium。不幸的是,第一次设计出的Plutonium bomb(gun design)不是按想象的爆炸而是自动溶解了。

Catastrophe,连Oppenheimer都想逃跑。

1944年夏天,盟军在诺曼底登陆,只是战况仍旧不明朗。千里之外的纳粹科学家已经拿出第一架喷气式飞机,V1和V2巡航导弹。原子弹?不知道,也许很快。

只能再试。还是Plutonium。新的设想是一个压缩的Plutonium球放在中间,令其implosion(内爆)——唯一的希望。

哈佛大学长期研究implosion的专家被请过来,可惜没有搞定。求助目光转向international,英法德物理化学界精英齐聚Los Alamos,其中包括一个叫Klaus Fuchs的流亡的德国人,他后来成为苏联研制氢弹的顾问。

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评论
jzjz 回复 悄悄话 喜欢听你娓娓道来这段历史。说起原子弹的前世今生,怎么没提纳粹这边的Werner Heisenberg?
donau 回复 悄悄话 回复 '全球战略' 的评论 : 没看过。不过我按你的介绍买了。先看看再说
全球战略 回复 悄悄话 写的不错,期待下集!Now It Can Be Told (by Gen. L. Groves, 1983) 估计你看过,但值得向广大网友推荐
玉器晚成 回复 悄悄话 期待后續。
悠然恬淡 回复 悄悄话 有趣!
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