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愛因斯坦傳

作者:聶運偉
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第九章 普林斯頓(二) 四 原子悲劇的由來

第九章 普林斯頓(二)

四 原子悲劇的由來

美國只有一些數量不多而品位很低的鈾礦。加拿大和以前的捷克斯洛伐克都有很好的鈾礦,而最重要的鈾資源是在比利時屬地剛果。
羅斯福沉默了。政治家對歷史的教訓畢竟是敏感的。
阿爾伯特.愛因斯坦
您的誠實的
白宮.華盛頓

最後,街上一個七歲的小孩——他很熟悉愛因斯坦——
但是希拉德說,原本沒有邀請愛因斯坦。這也是很可能的。在美國,也和在德國的時候一樣,愛因斯坦常常贏得「共產黨」的稱呼,這使許多美國有權勢的人頭疼。他們不想讓有「共產黨嫌疑」的人參加最新式武器的研究,也是美國官方的政策。
但是,已經不必「難道」了。一系列實驗都已觀察到:每個鈾核裂變的時候確實能放出幾個中子。就算放出三個吧。三個中子引起三個鈾核裂變,一共放出九個中子。這樣,一,三,九,二七,八一,二四三,七二九,二一八七,……像一條鏈子,鈾的裂變就能一直進行下去。億萬卡熱量就將衝出來,兇猛異常……
「可是亞歷山大,美利堅合眾國的總統不想做什麼拿破崙。」總統打斷了薩克斯以古喻今的故事。
一九三九年一月十七日,柏林《自然科學》雜誌報導:哈恩、施特拉斯曼合著,《論鈾在中子轟擊下……》。愛因斯坦與隨之趕來的玻爾進行了討論。
a)聯繫政府各部,經常告訴他們進一步發展的情況,並且提出政府行動的建議,特別要注意為美國取得鈾礦供應的問題。
阿爾貝特.愛因斯坦,
西拉德馬上行動起來了。
「亞歷山大,你到底要說多少時間?」
「是這樣。」薩克斯的心放下來了。
總統從上衣口袋裏掏出一個小本,寫了幾個字,撕下來交給在桌旁伺候的僕人。僕人很快帶回來一個紙包,原來是一瓶拿破崙時代的德國白蘭地。總統吩咐僕人倒上兩杯。餐室裏頓時漾起一股濃郁的芳香。總統和薩克斯乾杯後說:
鑒於這種情況,您會認為在政府同那批在美國做鏈式反應工作的物理學家之間有一種經常的接觸是可取的。要做到這一點,一個可行的辦法是,由您把這任務委託給一個您信得過的人,他不妨以非官方的資格來擔任這項工作。他的任務可以有以下幾方面:
美國的官方記載說,邀請過愛因斯坦教授參加,但是教授不願意出席。這是可能的。因為愛因斯坦是出自把人類從法西斯威脅下解救出來的責任心,才簽署了m.hetubook.com.com給羅斯福的信;但是他對於武器的研究,本能地不感興趣,所以推說自己不懂原子核子物理,謝絕了邀請。
薩克斯回到住處,怎麼也睡不著,他在華美的地毯上來回踱步,思忖著這件事情。他越想越覺得這件事情關係重大,越想越覺得自己的肩上擔子沉重。已經是秋涼天氣,但他還是感到悶熱。他走出房間,來到一個小公園內,在黑暗中陷入了沉思。
基於上述相對論的結論的推測可以斷定,在最重的核發生核反應時,同樣地在最輕的核參與反應時,將釋放出能量。
我從費米和西拉德的手稿裏,知道了他們最近的工作,使我預料到不久的將來鈾元素會變成一種重要的新能源。這一情況的某些方面似乎需要加以密切注意,如有必要,政府方面還應迅速採取行動。因此,我相信我有責任請您注意下列事實和建議。
費米教授面對實驗結果驚呆了。可為什麼那樣幸運,不發生鏈式反應,「轟」地一下把實驗室送上天去呢?玻爾的研究得出了答案:鈾二三五,只有提煉出鈾的這種同位素,而且要達到一定的數量,才能發生鏈式反應。
「不要激動,年輕人。現在不是細談這事的時候,你知道嗎?」
沒過兩年,戰爭終於爆發了。一九三九年夏,愛因斯坦面臨一個按其重要性和尖銳性都是無可比擬的問題。
長島,一九三九年八月二日。
「教授先生,你提出了一個偉大的公式:E=MC2,我則發現了一種巧妙的機器,能把物質中億萬個原子所蘊藏的能量,統統釋放出來。到那時候……」
費米教授剛到美國不久。他是趁著到斯德哥爾摩領諾貝爾獎金的機會,帶著妻子逃到美國,加入難民行列的。費米教授本人不是猶太人,妻子卻是猶太人。要是希特勒、墨索里尼這兩條瘋狗手裏拿到這種炸彈……費米不禁又打了個寒噤。
總統按了一下電鈴,他的秘書,外號叫「帕」的瓦森將軍進來了。總統把愛因斯坦的信遞給他,說:
致美國總統
當天晚上,就成立了一個秘密的委員會,十天以後,舉行了首次會議。薩克斯、費米、西拉德、維格納、泰勒都出席了。只是愛因斯坦沒有出席。
不久又弄明白,鈾核裂變時會產生中子,這些中子又可以引起鄰近的核的裂變,於是裂變過程便具有鏈式反應的性質,並且,裂變一旦開始後,就會蔓延到裂變由以開始的鈾的全部質量。這結果是居里在德國得出的,費米也得出這樣的結果,他是在義大利開始從事鈾的裂變研究,不久從默索里尼政權下逃亡並定居在美國。在美國,西拉德和其他一些人也在研究鈾的裂變問題。
和圖書一九三九年七月,西拉德和另一位物理學家維格納前往長島海邊,愛因斯坦正在那兒避暑。羅伯特.容克在《比一千個太陽還亮》一書中,用西拉德和維格納的話記述了此行的經過。
「帕,需要行動起來了。」
「怎樣才能引起總統的注意,重視這個問題呢?」
八月二日,這一次西拉德偕同愛德華.泰勒再次去見愛因斯坦。後來,當這件事的所有參與者在某種程度上感覺到責任的重擔時,他們很想回記起所有的細節,特別是想說清楚,是誰寫成信的最後一稿的。
信的原文照錄如下:
在羅斯福總統的首肯下,籌備製造原子彈的機器轉動起來了。起初,它轉動得並不快。一九四〇年三月,愛因斯坦給總統寄去第二封信,其中再次談到納粹德國對鈾的興趣提高了。儘管有羅斯福的支援,但政界和工商界阻礙了工作的開展。最後在納粹炸彈的威脅下,各方才齊心協力,加快了研製原子彈進程,使美國在第二次世界大戰結束前有了原子彈。
還有一個人,也和費米一樣憂心忡忡。他就是那位幹勁十足、滿肚子主意的匈牙利猶太人西拉德。西拉德在柏林當過愛因斯坦的學生,還和愛因斯坦一起發明過一種熱泵(就是製冷機),取得了專利。後來,西拉德逃難到美國,專門研究鏈式反應。他與費米教授一樣,深信鏈式反應正在漸漸地從理論變為實際,在不久的將來,就能將鏈式反應用到軍事上,製造出一種威力無比的新型炸彈。如果讓希特勒德國搶在前頭,那將是多麼可怕的前景。
那索點,畢科尼克,
難道那不可能發生的事情就將發生?E=MC2,無窮無盡的能量,將不可遏止地向我們衝來?
「我記得,是愛因斯坦用德語對泰勒口述了這封信,而我把他的口述作為寫這封信的兩個方案的基礎。這兩個方案,一個較短,另一個卻很長,都是寫給總統的。我把這兩個方案都拿給愛因斯坦看,請他選定他所喜歡的一個。結果他選擇那個長的了。我隨後又寫了一個備忘錄,作為愛因斯坦對這封信的說明。」
這種新現象也可以用來製造炸彈,並且能夠想像——儘管還很不確定——由此可以製造出極有威力的新型炸彈來。只要一個這種類型的炸彈,用船運出去,並且使之在港口|爆炸,很可能就會把整個港口連同他周圍的一部分地區一起毀掉。但是要在空中運送這種炸彈,很可能會太重。
愛因斯坦靜靜地聽著,笑著說:
我瞭解到德國實際上已經停止出售由它接管的捷克斯洛伐克鈾礦出產的鈾。它之所以採取這種先發制人的行動,只要從德國外交部副部長的兒子馮.魏茨克參加柏林威廉皇帝研究所工作這一事實,也許就可以得到解釋,這個研究所目前正在重複著美國關於鈾的某些工作。和*圖*書
相反,泰勒肯定說,愛因斯坦只簽署了帶去的信。關於這一點,愛因斯坦的說法也是如此。
「我們應當跑在納粹德國的前頭,否則他們將我們炸得粉碎,對不對,亞歷山大?」
「愛因斯坦並沒想到在鈾內可能產生鏈式反應。但是當我剛一向他提到這種可能性的時候,他可以說是立刻對這種反應可能產生的後果作出了評價,並且表示願意幫助我們。但是我們覺得在通知比利時政府以前,還是應當把我們的計劃報告給美國國務院。於是把維格納建議起草的給比利時政府的信,抄送美國國務院一份,這樣決定之後,我和維格納就離開了愛因斯坦的別墅。」
「可是柏林的那個冒險家卻是野心勃勃,要征服全世界呢!」薩克斯說:「我剛才講的那個歷史故事,有人認為沒有多大意義,不過是軼事一樁。但是英國歷史學家阿克頓卻認為,這是由於拿破崙缺乏見識,英國才得以倖免。如果當時拿破崙多動動腦筋,再慎重考慮一下,那麼十九世紀的歷史進程,也許會完全不同於現在呢!」
給他們指出了愛因斯坦居住的別墅。
「總統先生,我想講一個歷史事實。」薩克斯顧不上羅斯福的態度,就說起來。
相反,位於門捷列夫週期表最開端的輕核,在聚合為稍大一些的核時,又會發生「緻密性」的賺取。當氫核結合為氦核時,大量的能量被釋放出來。
愛因斯坦的信經薩克斯之手呈交羅斯福,十月十一日才呈上。起初,羅斯福還沒意識到問題的嚴重性,他未置可否地聽取了薩克斯的陳述。事情擱淺了。
西拉德回憶說:
可是,E=MC2卻有著理論上的真實性。原子能的釋放是建立在由於把相對論運用到原子核子物理學而發現的規律上。在原子核子物理學中,實驗研究表明,原子核的質量小於所有組成這個核的粒子(質子和中子)的質量的總和。同核子質量之和相比核的質量的這種虧損,在原子物理學中根據愛因斯坦發現的質能關係式得到了解釋。在各種不同的核內,粒子就像以各種不同的緻密性被裝進去似的;為了把粒子和其餘的粒子分開,需要不同的能量。在元素週期表上的一種元素向另一種元素過渡的時候,核內的粒子的結合就能發生變化。根據愛因斯坦關係式,質量的不同和能量的不同是一致的;核的質量或多或少地都小於構成核的粒子質量之和的精確值。
羅斯福
一種核轉變為另一種核——重核分裂或輕核結合為較重的核——引起裝填「緻密性」的變化。在這類反應中得到的核的質量可能小於原來的核的質量。質量的這種減少與能量的釋放相對應;釋放出來的能量等於減少的質量乘以光速的平hetubook.com.com方,即E=MC2。
正當政治地平線上烏雲密佈之際,原子時代的曙光冉冉升起。面對希特勒德國迅速增強的戰爭潛力,愛因斯坦比任何時候都考慮得更多的問題是:物理學研究的成果將落到誰的手中?
費米教授決定去拜訪海軍部,報告關於鏈式反應的研究情況。他帶著哥倫比亞大學物理系主任的介紹信,來到海軍軍械部長胡柏將軍的辦公室。可將軍不懂什麼「中子」、「同位素」。再說,費米的英語結結巴巴,中間還雜夾著不少義大利字,不但將軍聽不懂,連記錄的參謀軍官也弄不懂他的意思。最後,將軍只能向教授先生道謝,請他「繼續努力」。
老格羅夫路
一九二一年,愛因斯坦在布拉格講學時,曾接見了一個非見他不可的年輕人。這位不知名的年輕人說:
位於門捷列夫週期表末端的最重的元素(原子量最大的元素)的核,比起中等元素的核,具有較小的「緻密性」。因此,當重核轉變為中等核時,換句話說,當由大量質子和中子組成的重核分裂為較小的核時,就釋放出能量。愛因斯坦對此現象作過形象的描述:
「原子M是一個吝嗇的財主,他在世時不花一個錢(能量)。但是在他的遺囑中,他把他的財產留給他的兩個兒子M′和MC,條件是他們給社會一小部分——少於全部財產(能量或者質量)的千分之一。兩個兒子所得的財產比父親所有的財產要少些(質量M′+MC的和略少於放射性原子的質量M)。但是,給社會的部分雖然比較小,也已經如此之大(作為動能來看),以致帶來了一種嚴重的禍害威脅。預防這種威脅已成為我們這個時代的最迫切的問題。」
最近四個月來,通過約裏奧等在德國的工作以及費米和西拉德在美國的工作,已經有幾分把握地知道,在大量的鈾中建立起原子核的鏈式反應會成為可能,由此,會產生出巨大的能量和大量像鐳一樣的元素。現在看來,幾乎可以肯定,這件事在不久的將來就能做到。
在三〇年代末,發現了鈾核的裂變反應。這些重核當它們被中子轟擊時,每個核一分為二,分成兩個中等元素的核。這時,釋出的能量應等於減少的質量乘以光速的平方。
西拉德說道:
「我們還是放下這個念頭回家去吧!莫非命該如此?我們想通過愛因斯坦把這件事轉達給政府,也許這樣做是大錯特錯。既然政府可以從這件事情上得到利益,那它無論如何也是不會放過的……」
「當年,美國發明家富爾頓發明了以蒸汽為動力的輪船。他聽說拿破崙皇帝想征服英國,就向皇帝陛下提出建議,造一支新型艦隊。這支艦隊不用掛帆,不管刮什麼風,都能夠橫渡英吉利海峽。可拿破崙對這個建和圖書議卻置之一笑……」
可是,鈾的鏈式反應就是炸彈,是炸彈啊!它的威力,比普通炸彈不知高出多少倍。剎那間,千萬萬生命會被燒成灰燼。想到這些,費米不禁打了個寒噤。太可怕了。
閣下:

他們長時間徒勞地尋找愛因斯坦租用的別墅。最後,西拉德感歎地說:
b)設法加速實驗工作。目前實驗工作是在大學實驗室的預算限度內進行的。如果需要這項資金,可通過他同那些願意為這一事業作出貢獻的私人進行接觸,或者還可以由取得那些具有必要裝備的工廠實驗室的合作來解決。
前去尋找愛因斯坦是想要防止一場「可怕災難」,就是納粹德國將製成鈾彈。從德國傳來的消息,使西拉德和其他幾個物理學家想到了希特勒軍隊擁有核武器的可能性。為了預告這種危險性並使美國政府警覺,西拉德敲遍了所有的大門!可是,西拉德當時缺少關係,領導階層不熟悉他的名字,他們也還沒有把「核的結合能」、「核聚變」等等概念和當時的政治、軍事實際聯繫起來。西拉德決定求助於愛因斯坦向比利時王太后伊莉莎白呼籲。比利時當時貯存有鈾,西拉德希望它不被德國所利用。他還有一個不太明確的打算:通過愛因斯坦使美國政府機構注意到鈾彈問題。看來,西拉德感覺到這個倡議責任太大了,他焦躁不安,認為各種偶然的和小小的障礙乃是命中註定。在他的記憶中深深地印下了這次決定命運之行的全部細節。
當時的物理學還沒有發展到這樣的地步:能把E=MC2這個公式應用到實際中去。多數物理學家認為,把原子的質量中蘊藏著的能量釋放出來,那是一百年後的事情。有人乾脆說,那是永遠也實現不了的事情。
西拉德同自己的熟人、朋友商量了一下,最後會見了芬蘭人亞歷山大.薩克斯,他是羅斯福的朋友和非正式顧問,經常待在總統身邊。薩克斯認清了關於鈾裂變的情報的意義。他們決定把愛因斯坦的信寄給羅斯福,並預先準備好一份信稿。
羅斯福正在用早餐,他知道薩克斯又要舊話重提,便諷刺地問道:
「但是,這樣做是我們的責任」,維格納打斷他說,「我們應該在預防這個可怕災難的事情上,作出我們的貢獻。」
這樣,在核子物理學中運用相對論,便可以預見兩類反應:重核的分裂和最輕核的聚合。這些反應都能釋出能量;這些反應後生成的核,其質量小於原來的核的質量。在這些反應中應析出巨額能量,它等於減少的質量乘以光速的平方。從一克實物中將獲得比實物燃燒時多數十萬倍的能量。
黑暗中只有風吹樹葉的「沙沙」聲。突然,一個歷史故事浮現出來。薩克斯知道該怎麼說服總統了。他立即趕回住處,洗澡更衣,天一亮就向白宮走去。
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