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Prose版 - 科学人文-从争议科学家海森堡聊起(4)
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近二年由漫画改编的美国超级英雄类电影风靡全球,其中时不时会提及介于神秘学和科
学之间的活动,例如《美国队长》系列里面的九头蛇军团,《地狱男爵》中的修黎社。
老一点的观众一定记得《印第安纳琼斯》系列中的《夺宝奇兵》和《最后远征》两集里
面纳粹分别对犹太约柜和耶稣圣杯的追逐。其实这些描写都并非空穴来风,我们上一篇
里面提到大刽子手希姆莱就是纳粹当中专门主管这方面工作的。
还是说回和我们主题相关的内容吧,上一期我们提到海森堡在以约翰内斯·斯塔克和菲
利普·莱纳德两位德国老牌的诺贝尔奖得主所鼓吹的“德意志物理”的政治运动中受害
不浅,要不是有希姆莱这层关系,可能真的会悄无声息的消失在这个世界上。其实,当
时很不少有名望的科学家勇敢的站出来反对斯塔克。他们当中比较著名要算是德国著名
物理学奖冯·劳厄(Max von Laue)了。看到他名字里面的“冯(von)”,大家一定已经
知道他是贵族出身了。不错,1913年时,劳厄的军官父亲获得了世袭贵族爵位,自此,
他的姓氏也从“劳厄”升级为了“冯·劳厄”。当时34岁的劳厄已经是苏黎世大学的特
聘物理学
教授,十年前,24岁的劳厄便在普朗克的指导下博士毕业,后来又在索末菲的指导下完
成通过了教师资格考试,也算是海森堡的半个师兄。1914年,冯·劳厄因为发现X射线
在经体制的衍射现象而获得了诺贝尔物理学奖。他一面潜心科研,一方面又通过他在政
府、科研和教育机构中的任职大力扶植和推动德国的基础科学的研究。当斯塔克开始大
肆叫嚣的时候,冯·劳厄一方面帮助被迫害和排挤的犹太科学家逃离德国,一方面不止
一次公开表达他对这种无耻行径的鄙视与强烈反对。前文我们曾经提到的因排犹法案从
哥廷根辞职的詹姆斯·弗兰克曾在事态严重之前和冯·劳厄商议把他们的金质诺贝尔奖章
偷偷送出德国,最终他们成功把奖牌运到了丹麦哥本哈根,波尔的研究所里。然而二战
爆发后的第二年的4月,德国便占领了丹麦。一队队德国士兵在哥本哈根的街道上巡逻
,并时不时四下打探搜寻着什么。波尔开始感觉有些紧张,他很清楚,投运黄金出德国
可是掉脑袋的罪,何况奖牌上都刻着获奖人的名字,一旦被查获,那么还留在德国的冯
·劳厄可能就有杀身之祸。 波尔唤来研究所里的一位匈牙利化学家乔治·德海韦西一
起商议。听了波尔对他讲了形势分析后德海韦西建议把奖牌埋起来。但波尔拒绝了,他
觉得这个方案还是不够安全,因为埋起来的奖牌还是有可能被重新挖出来。于是,德海
韦西想出了较为稳妥的办法——溶解金牌。接下来,就是我们在中学化学课上曾经听过
的那个故事了。德海韦西小心的取出两种试剂并按1比3的体积比把二者混合起来,这两
种试剂比例取1的人称浓硝酸,比例取3的人称浓盐酸,而它们混合的结果就是王水。王
水不稳定,而且溶解黄金是一个很慢的过程,但这也是没有办法的办法了。好在时间赶
得上,当纳粹来到研究所搜查的时候,两枚奖牌已经溶解,而溶液的瓶子已经静静的安
坐在实验室的架子上面了,对此一无所知的纳粹军士把研究所搜了个底儿掉也毫无所获
。1943年,德海韦西逃离哥本哈根到瑞典避难。战争结束后,他回到研究所找到当时存
放溶液的实验室,发现它还摆在架子上连位置都没有挪动过。 王水溶液里德黄金被重
新沉淀出来,被送还到瑞典斯德哥尔摩诺贝尔奖委员会重新铸造成奖牌完璧归赵。在纳
粹统治时期,冯·劳厄始终站在斯塔克的对立面,向他妄图成为德国物理学界元首的野
心一次次的发起攻击,而斯塔克也利用他的关系不断的陷害冯·劳厄。其实,从德国本
身的利益角度来看,纳粹和斯塔克的鼠目寸光对德国的科学研究水平造成了无法挽回损
失,他们失去了一大批最优秀的科学家,同时也耽误了新一代科学工作者的教育和培养
。当时已经74岁高龄但忠心爱国的普朗克曾亲自面见希特勒,语重心长的向这个混世魔
王分析排犹法案实为损己利人的昏招。然而魔王反倒斥责普朗克袒护劣等民族。这之后
的故事大家都知道了,据统计,约有1100多名大学教师在这波排犹浪潮中离职,约占当
时全国师资力量的14%。其中单是哥廷根大学就解聘了45名教员,其中包括波恩。美国
之后的核武器计划曼哈顿工程中有8名核心成员都是波恩的故人(学生、助手或同事),
而首先计算出铀235临界质量的科学家也是犹太难民。直到1942年7月,纳粹制下的国家
教委才认识到问题的荒唐与严重,认可了普朗克当年的主张,只不过木已成舟,已经没
有(也幸好没有)挽回的可能了。
那么,我们故事的主角海森堡这个时候又有什么新动作呢?这还要从1938-1939年物理
和化学界一项即将震动世界的重要发现说起:这正是链式核裂变反应,也就是原子弹的
爆炸反应原理!1934年的时候,意大利物理学家费米发现用中子轰击铀元素的原子可以
产生新的元素,不过他认为生成的新元素应当比铀更重。这在当时没有引起太多的重视
,但却引起了德国物理学家和化学家奥托·哈恩的注意,他和他的助手丽泽·迈特纳、
弗利泽·斯特拉斯曼一起开始研究。1938年7月身为犹太人的迈特纳为逃避纳粹不得不
离开德国,前往荷兰后来也北上瑞典。不过他们仍然保持着通信联系。3个月后在远东
战场的武汉战役和广州战役以日军惨胜结束,虽然华中、华东部分地区被占领,但国军
主力安全退往西南,而日军方面由于绵长的战线和后方游击队的牵制已经无法再进一步
推进侵略,转而开始以诱降策略接触汪精卫。这一年的12月,费米在瑞典的斯德哥尔摩
接受了当年诺贝尔物理学奖的颁奖。然而,拿到奖牌的费米却不能返回意大利了——由
于费米教授的夫人是犹太人,而意大利也颁布了排犹法案,他们夫妇决定移民到大西洋
彼岸的美国。就在圣诞节前的一个礼拜,在柏林实验室里德哈恩和斯特拉斯曼通过实验
发现中子轰击铀(92号元素)原子会产生一个应当属于第二主族的放射性金属元素。他们
起初估计这应当是较重的镭(88号元素),但最后实验确定得到的较轻的钡(56号元素)。
这可是一个不可思议的发现,因为在这之前还没有人见过把原子核分裂开的情况。但就
像我在本系列第一篇所说的,科学就是在不断的观察、思考、怀疑和否定中前进的。哈
恩把论文整理好并在圣诞节前三天寄出,并在次年的1月6号发表(这一发现后来在1945
年为哈恩带来了诺贝尔化学奖)。而此时,费米已经到达纽约4天了。一个月之后,哈恩
发表了关于铀裂变的第二篇论文,预言了裂变反应将会产生一批新的中子(称为次生中
子)。来美国做学术访问的波尔把核裂变被发现的消息带到了纽约,这马上引起了一个
人的注意,他就是曾经师从冯·劳厄并屡获爱因斯坦赞赏的匈牙利裔犹太物理学家西拉
德。西拉德凭借着科学家的敏锐马上意识到次生中子将有可能继续轰击其他的铀原子延
续裂变反应。这样一来,不断有新的中子从裂变反应中产生,它们中又有一些会引发新
的裂变,一生二,二生三,三生万物,环环相扣,即形成我们所说的链式反应。由于每
次裂变反应都会放出能量,当链式反应形成时,所发出的总能量将十分惊人。西拉德和
费米马上开始自己的实验,之后他们又一起合作初步证实了他们设想的可能性。为了安
全起见,西拉德和费米都没有把实验结果写成论文发表。另一方面,西拉德找到他两位
匈牙利老乡——尤金·维格纳和前文书提到的爱德华·泰勒,并他二人的协助下,找到
了爱因斯坦。于是,就有了那封由西拉德执笔起草,爱因斯坦落款签名的、送交当时美
国总统罗斯福的历史性信件。这里我也把这封信件翻译如下:
“总统先生,
我阅读了费米和西拉德最新的一些研究成果,发现铀这种元素可以在不远的将来用作重
要的能量来源。在现在的形势下,政府需要警惕起来,并且在必要的时候采取快速果断
的措施。因此,我认为我有责任提醒您注意以下的一些事实和我个人的建议:
在过去的四个月里,法国的弗雷德里克·约里奥-居里[博主注:居里夫人的女婿,后文
会以更隆重的方式登场]以及我们国家的费米和西拉德的工作都证明,有可能通过足够
大质量的铀实现链式核裂变反应,从而产生巨大的能量以及新的放射性元素。而且现在
基本可以确定,实现这种可能性大概并不需要太长时间。
这一新发现可以用于制造炸弹,而且从原理上讲是绝对可行的。但不能确定的是,是否
应开发一种新型的具有巨大杀伤力的炸弹武器。这种炸弹如果由船只装载并在港口引爆
,则很可能摧毁整个港口连同周围的一些土地。但是另一方面,这种炸弹可能会因为其
自重的原因而无法通过航空手段运送。
美国本土的铀矿十分匮乏而且质地较差。加拿大和捷克斯洛伐克则有非常优质的铀矿资
源,而最重要的铀矿是在比属刚果。
基于现在的形势,我建议您与美国境内所有从事链式核裂变反应的物理学家建立永久联
系。一种可行的方法是通过一个您所信任的人,以非官方的形式,负责实施这一项任务
。而这个负责人的主要工作包括以下几项:
a) 联络各个政府部门,向他们传达项目进展方向,并指导部门的具体行为以确保美国
的铀矿资源供应。
b) 为推进试验工作提供财政支持。现阶段所有相关试验均依赖大学实验室十分有限的
研究经费。在需要时,任务负责人应联络愿意为此提供资助的个人以及争取工业实验室
的设备与合作。
我听说德国在占领捷克斯洛伐克后已经停止了它境内铀矿的销售。德国国务卿魏茨泽克
的儿子就在柏林的威廉皇帝研究所里工作,而那里正有人试图重复美国科学家关于铀的
试验。这可能正是德国已经开始行动的原因。
您十分真诚的,
阿尔伯特·爱因斯坦”
这封信8月初便签署好,并送在8月15号到了国家政策委员会的亚历山大·萨奇斯手中。
不料,9月1日德国闪击波兰,二战爆发,整个白宫忙的不可开交,信件直到10月送交到
罗斯福总统手中。之后经过两年多的探索,举世闻名曼哈顿工程在1942年正式启动;而
这封信发出的六年之后,两枚原子弹在日本本土的爆炸……
西拉德的先知先觉事后证明是十分准确的。在德国,以研究可持续链式核裂变反应在军
事行动中的应用为目标的“铀俱乐部”在1939年4月就已经开始。闪击波兰的当天,第
二阶段的铀俱乐部正式成立,9月16号第一次会议召开,与会者包括哈恩和盖格[博主注
:盖格计数器发明人,有传闻说他是忠实的纳粹拥护者]等人。之后不久第二次会议召
开,海森堡和爱因斯坦信中提到的小冯·魏茨泽克也加入进来。这时的威廉皇家物理研
究所已经处于陆军武器办公室制下,宣告了德国核武器研究正式启动。海森堡究竟会在
其中扮演什么角色?又发生了怎样的故事呢?
欲知后事,请继续关注本博,敬请期待本系列的下一篇,也希望是本系列的下一篇。
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