芝大的不滅星辰：費米反應堆—科學家的請願—芝大華人學子（追尋父輩的足跡）之三

來源: 壹嘉人文沙龍於 2022-10-17 18:06:50 [檔案] [博客] [舊帖] [給我悄悄話] 本文已被閱讀：次 (170492 bytes)

本文作者何丹蕾的父母何國柱、劉豫琪都在戰後留學美國中西部，歸國後任職南開大學。何國柱先生成為南開核物理學科的主要創建人。他們的南開同事中，還有很多有著相同經曆。為了追尋父輩的足跡，何丹蕾在今年夏天做了兩次中西部之旅，這是她記錄她的尋找之旅的第三部分，我們繼續與讀者分享。

2022 年4月29日周五

1，二號堆

雖說我早已料到，旅行中芝加哥這站的內容將尤為豐富，可今天它還是給了我更多意外的收獲。這還要感謝南開大學化學係老教授何炳林陳茹玉夫婦的兒子何振宇兄介紹給我的專業導遊——山東青島人高先生。早上高先生準點來了，見他說話深思熟慮，靈敏精幹的樣子，我就猜到今天的尋訪行動難不住他。

細雨蒙蒙，老高載著我上路了。輕車熟路，老高的車來到那個叫“紅門森林”的地方停下。由於前兩天下大雨，林子裏不少地方都成了難以跨越的泥潭，加上手機信號時隱時現，路標比較少，我們在林子裏走了不少的冤枉路。老高幽默地說，“這也不錯，給我充分的時間聽聽你講這裏的曆史。”我笑答：“如果找不到那個地方，您就隻當是個小道消息吧。” 老高聽了嘴裏念叨：“不行，咱要對證曆史！”。

可不是，路上我把我知道的這林子裏曾經發生的故事一股腦都講給高先生了：

1942年，世界第一個鏈式自持性原子核反應堆在芝加哥大學裏的一個半地下工作室裏問世。同年它被悄然搬遷到這個地方。

科學家、工程師們在這裏又秘密地將反應堆重新組裝起來，建成了“芝加哥二號堆”。他們在這裏做實驗，解難題，吃住娛樂...... 從老圖片裏還能看到這一軍事研究重地邊上的網球場。“嘿，人家還真不是書呆子！”老高迎合著說。“聽我父說，那個統帥全美曼哈頓計劃的陸軍將軍 Groves 先生可是個網球高手呢！”我補充說。

我還告訴高先生，同時期美國還在田納西橡樹嶺（Oak Ridge， TN），華盛頓州漢福德區（ Hanford， WA），和新墨西哥州洛斯拉莫斯（Los Alamos， NM）三個不同州的基地上同時也正緊張地推進著曼哈頓計劃......

其實，一路上我聽高先生講的遠比我講的多得多。從芝加哥城百年前的“風城大火”，到她的建築藝術流派，甚至於芝城黑手黨的興亡......那麽多沉甸甸的曆史竟被高先生講得妙趣橫生。

中午，我們來到一個荒蕪寂靜的空地，遠遠看到了一尊素淨醒目的方塊大石頭，就是它！像是終於遇見了久仰多時的名人，我們三步並作兩步來到它的麵前。細讀了碑文又慢慢地巡視周圍，我居然還在藤蘿密布的樹叢裏找到一節當時的鐵絲網圍牆。

紅門森林原子核反應堆 CP-1，CP-2 和 CP-3的深埋處

方方正正的 “一號反應堆”

殘留的鐵絲網（何丹蕾攝）

我端詳著石方：方方正正的形體，成功的造型了用夾心鈾的固態石墨塊摞成的反應堆，端端正正的字體向世界驕傲地宣布，人類可控鈾核裂變的鏈式反應在此再次成功了。

是否還有什麽它忘記說了？它當時的緊急用途？我心裏納悶兒...... 老高走來提醒我，不早了，接下來我們還得找到芝加哥的 “一號堆”。

2.一號堆

午飯後，我們驅車疾駛芝大校園。雨停了，清澈幹淨的藍天下，陽光把色彩悄悄地還給了校園裏的一草一木。禮拜五的下午，剛剛還寧靜的街道漸漸布滿了行人。我按照老高手指方向走了一段路，果然，一尊巨型塑像閃電般占據了我的視野，它冰冷，黑裏透紫。它的造型既像頭盔又像骷髏。要不是陽光暖暖地照射在我的脖子上背上，我會實著地打個冷顫。

“核能”紀念雕塑（何丹蕾攝）

就是這兒！父親講過，“這裏原本是芝大的一個廢棄的（Stagg Field football stadium）橄欖球場，在它的西看台下麵是一些室內壁球場。那裏, 1942年, 活躍著費米博士的一班五十多號人馬......” 。這兒就是一號反應堆的所在地！在這裏，他們秘密地進行著緊張而激動人心的原子核反應堆 CP-1的實驗。CP-1 實際是由有毒的鈾和石墨材料建成，控製棒由銦、銀和鎘製成，沒有冷卻係統和輻射屏蔽可言的一個危險的裝置。但科學家們此刻想到的是核能源利帶給人類的遠景，他們相信核武器，它的威懾將使提早結束殘酷的二戰成為可能。注意，科學家們那時想的是核威懾而不是投放。

廢棄的芝加哥大學 Stagg Field 球場

3.導師

羅伯特·穆恩 Robert J. Moon（1911-1989)

父親1995 來美國探望我們時多次提到1950年代他在芝加哥大學的事情。當時我對爸爸談起它們時心潮澎湃的樣子還真是難以理解。最近終於有了答案。

不久前我找到了父親和羅伯特·穆恩教授共同署名，1953 四月在《應用物理學》發表的一篇學術論文* 。原來，父親的導師穆恩教授是二戰時期曼哈頓計劃費米團隊的核心科學家之一。穆恩教授是芝大的物理和物理化學雙博士，為 Chicago Pile-I（鈾鏈反應堆）的成功發揮了重要作用。二戰前，他成功地研製了世界上第二個回旋加速器，對歐內斯特·勞倫斯的第一台回旋加速器進行了多項改進。

4.遠見

父親說“穆恩十分和藹並且從不掩飾他厭戰觀點”。

循著爸爸的提示，我發現，厭戰且不掩飾觀點的教授並不止穆恩一個。美國第一次核試爆（the "Trinity" test）成功的第二天，在眾人歡呼聲中，穆恩和67名伊利諾伊州費米的反應堆實驗室、冶金實驗室（Met Lab）和許多名田納西州橡樹嶺國家實驗室的科學家們包括數名諾獎獲得者一同在《西拉德請願書》（The Szilard Petition）》上簽名。這是由西拉德博士於1945年7月17日起草的一封致美國總統哈裏·杜魯門的請願書。它是諾獎得主 James Franck 遞交《弗蘭克報告》（Franck Report）被拒之後的一份科學精英的集體請願。

當時，二戰已進入尾聲：1945年4月30日希特勒自殺； 1945 年5月7日德國向西方盟軍投降； 1945 年5月9日德國向蘇軍投降； 1945年5 月盟軍攻克日本衝繩島。

美國政府計劃在太平洋戰區孤行投放原子彈的消息傳來，穆恩等科學家預見到一個快速核擴張，核威脅時代的到來。這些科學家懷著維護人類生存的責任心，告訴美國總統曼哈頓計劃的初衷是保護美國免受德國可能的核攻擊，然而這種威脅已被根除。曼哈頓計劃不可能長久保密，許多國家和非政府實體如果擁有核裂變材料，將能夠製造原子武器，未來的戰爭不堪設想...... 他們懇求杜魯門總統公開投降的全部條件，並在投下原子彈之前等待日本的回應，並考慮他的“克製義務”。

西拉德請願書（The Szilard Petition）

就在請願書上交不到三周後的1945年8月，美國在日本廣島和長崎先後投下了原子彈，第一顆當場殺死8萬人。到1945年底，大約有另外6萬名廣島核爆受害者人因核放射性塵埃的損害死去。死於長崎原子彈的人數將近15萬。

這兩張長崎的航拍照片顯示了原子彈爆炸前後的零地（Ground Zero）影像。在上圖中，可以看到各種規模的建築物以及清晰勾勒的商業和住宅區。在下圖中，所有設施的特征都被抹去。爆炸和隨之而來的大火幾乎把所有東西都氣化成了無蹤無跡的灰燼。

5.良知

科學家們的呼籲遭到了漠視。《弗蘭克報告》沒有被采納，僅是部分公開，而《西拉德請願書》，則從未被指揮係統上交給總統，直到1961 年才被解密並公開。當時的美國政府也並沒有容忍他們。因為他們的反核武立場，不少曼哈頓計劃研發部門的重要成員，包括西拉德教授，失去了安全許可，不能繼續任職。

裏奧·西拉德 Leo Szilard 1898 -1964

西拉德教授是鈾核裂變的首次發掘者。1938年為逃離納粹的統治移民到美國，受任為芝加哥大學冶金實驗室的首席物理學家。他與費米先生，當時的哥倫比亞大學教授，率先證明了核裂變鏈式反應的可行性。

所幸，二戰後芝加哥大學不少物理科學家，包括因發現慢中子引起的核反應和由中子轟擊產生新放射性元素等研究而獲諾獎的費米先生，他的班底中的核心人物，開始轉向生物物理和醫學的課題。於是芝加哥大學1945年在曼哈頓計劃費米團隊的原子核物理所的基礎上建立了放射生物和生物物理研究所（IRB**），開啟了長達近十年的眾多聯合研究。IRB是科學史上罕見的多學科綜合學院，物理學、化學、醫學、遺傳學生物……

IRB 由芝加哥大學獨立資助和領導，醉翁之意也是為那些失去安全許可的物理和化學科學家提供繼續科學研究的安全島，像我父親他們這樣的外籍專家學者也得以深造和錄用。西拉德教授接到了IRB研究所社會和生物物理學領域的聯合任命。

後來，西拉德教授與愛因斯坦等人共同創建了原子核科學家緊急委員會，一同遊說修訂了1946年《原子能法》，將核能的控製轉離軍隊。

那時父親跟隨穆恩夜以繼日的做科研，同時有幸聆聽了費米，泰勒，弗蘭克，西拉德等人的大課與小課和他們之間的專題討論。當父親博士後研究結束時，西拉德教授為他寫了求職推薦信。父親於1953 年前往佛羅裏達大學物理係核物理專業任教。1955 年他從佛大回國。

這些科學家們和芝加哥大學的正義之舉給了像我父親這樣的後來者，年輕有誌的科學家，以心靈上的巨大震動。在這些曆史人物中間工作的那段日子父親終身難忘。

檔案: 芝加哥大學官方刊物 1951-1952 LD909

上圖為1951-1952 芝加哥大學放射生物和生物物理研究所的科學家人名錄

芝加哥大學特殊刊物中心提供

（何丹蕾拍攝）

Enrico Fermi Institute High Energy Physics

費米高能物理研究院

何丹蕾 9/9/2022 在此留念

6.聖殿

傍晚，我來到芝大老校園一大片綠幽幽的草坪廣場輕鬆一下。在廣場的中心放慢了腳步，我打量起從此處伸往廣場四周老教學樓的條條小徑，心裏無法平靜。真不知它們靜靜地迎接和送走過多少學生，更不知它們是不是屢次見到那 94 位從這裏經過的諾獎得主，見證了他們登上聖壇之前，那一場場破繭成蝶般孤獨和痛苦的鏖戰。

走近實驗樓群，我看到的竟然是一幢幢雕欄玉砌裝飾精美的殿堂！

那肉感的貝德福德石壁襯托著濃鬱宗教感召力的棕色木門，在夕陽下顯得格外的細膩聖潔。難道，陳榮悌伯伯，查伯母和我父親曾經就在這般富麗堂皇的聖殿裏瓶瓶罐罐地做試驗不成？這情形讓我頓覺趣味盎然。

Ryerson 物理實驗室

它是首次進行油滴實驗的地方。這裏計算出了一個電子的電荷，為 1940 年代的量子力學理論鋪平了道路（何丹蕾攝）

Jones Hall 化學實驗室

第一個人造元素鈈被分離和測量的地方（何丹蕾攝）

Eckhart Hall

冶金實驗室（“Met Lab”曼哈頓計劃早期實驗樓)

7.小插曲

陳榮悌院士1952年畢業於印第安納大學

曾在南開大學化學係任教的陳榮悌教授，他和查良錚周與良夫婦還有我父親都一度在芝加哥大學讀書和工作。來芝大前，陳伯伯在印第安納大學和坐落在芝加哥邊緣的西北大學分別接受博士和博士後的深造，故而與同在那裏就讀的何炳林陳茹玉夫婦也是熟人。

在美國中西部的日子裏，他們四家人都是興趣繁多的青年人，他們的回憶中都談論到那時愉快的旅行和聚會。下麵是我父多年前講過陳伯伯留美回國故事中的一個小插曲，從中可以看到陳伯伯對攝影和音樂藝術的濃厚愛好和他歸途的曲折。

那是1954年，朝鮮戰爭剛剛結束，為了能夠擺脫美國政府的阻攔而順利回國，陳伯伯繞道從法國回國。不料到了巴黎、走進旅行社安排的旅店，美國駐法國領事館已經派人在那裏恭候了。那人客氣地“提醒”他當晚得返回美國。陳伯伯靈機一動乘火車直接去了瑞士，向駐日內瓦的中國領事館求助。經過一番調查，確認了陳伯伯的身份之後，中國領事更新了陳伯伯的護照，並出主意讓他放棄坐船，改程飛經莫斯科回國。這可難住了歸心似箭的陳伯伯，他實有不少東西舍不得丟掉呢，特別是他心愛的精密攝像器材和一個個頭不小，在當時是世界上最新式的錄音機。“結果他上了飛機”，爸爸笑著接著說，“他的行李票比飛機票還要貴很多”。陳伯伯的兒子陳昌亞也記得這個波折有趣的故事。

年過八旬的陳榮悌伯伯在南開表演名段《四郎探母》

2022 年4月30日周六

今天，是我這次美國中部旅行的第一站---芝加哥之行的最後一天，振宇兄在百忙中趕來陪伴我。

當振宇提議我們當天在芝加哥附近遊覽，上午參觀振宇母親陳茹玉先生工作過的大學城，下午參觀他本人工作的地方的時候，我心中暗喜，這兩個選擇根本就是不謀而合。

8.親人

雨後的早上，天氣格外晴朗，我們驅車沿著密西根湖西岸來到位於伊利諾伊州的芝加哥郊外的埃文斯頓小城，它是何伯母陳茹玉先生當年做博士後研究的西北大學所在的大學城。路上才知道它還是振宇的出生地。

當時何伯母身懷振宇，又開始新的研究課題，實為不易。隨後，振宇的出生，引出何家二兄弟的一個一生銘刻不忘的故事。

（第一篇已有介紹這個故事，但過於簡短而且不夠準確。此篇予以糾正）

哥哥何振墀出生在印第安納大學所在的布魯明頓市。那時候他的父母一起在這裏讀博士研究生，學習極為忙碌，自習時經常把振墀用搖籃吊在校園裏的大樹上睡覺。來來往往的同學們都喜歡抱抱他，弄得他休息不好。振墀生來愛哭且身體瘦弱，後來父母隻好將他寄養在當地的一家美國人家裏，男主人是木工，叫麥考伊；女主人是家庭主婦，叫梅姬。

1952年何伯伯何伯母畢業後雙雙去了伊利諾伊州，在埃文斯頓暫時安頓下來。何伯父在芝加哥市的一家納爾哥化學公司工作，何伯母則在那裏開始博士後的新課題，所以振宇滿月後也和哥哥一並寄養在了印第安納大學的那個美國家庭。父母常常從芝加哥開車過去探望。那家姐妹們後來說，她們父母親照料小哥倆兒非常精心、周到，時間花得更多於養育自己的親生兒女，有時她們真的很是嫉妒。

1953年攝於印第安納州的布魯明頓城（Bloomington, Indiana）

圖中的美國夫婦就是當年照顧何家哥倆的“親人”，他們身邊的是振墀（左）和振宇（右）兩兄弟。何振墀提供

1952年何伯伯何伯母於芝加哥市裏的林肯動物園

振宇全家回國時，由於擔心分別時美國養父養母會由於過於激動而難分難舍，隻好對他們說是全家到香港度假。全家回到祖國後才告知他們真情，女主人感到無以名狀的悲傷和思念，流淚多日，把小哥倆兒的衣物打包寄到了中國。女主人於1960年代去世，去世前曾多次囑咐家人，“將來Frank（振墀）丶Norman（振宇）回來後，一定要照顧好他們。”

回國後的日子裏，每次看到照片裏孩子們的小模樣，還有小哥腿上燙出直線的褲子，小弟挽得高高的袖子，何伯母心裏就充滿對這對善良的美國夫婦的深深的感激。

多年後振墀、振宇先後回到美國留學，當振宇前去醫院探望病重的男主人，本已神智不清並患有老年智弱的老人家居然認出了他，喜出望外，口中重複著喊道：“Norman！Norman！”。三天之後，老人家永遠地離開了人世。振墀講他和振宇至今每年還去探望老人家的兒女。

9. 不滅的星辰

下午，我們驅車奔向西南方向距芝加哥城區約25英裏的一處郊外森林，那裏是振宇工作的地方——以費米命名的阿貢國家加速器實驗基地，它是1960年代建造的。雖然費米先生於1954去世，從未在此落足，可他對人類原子能事業的貢獻，為以後這裏發生的一切築起了堅實奠基。

振宇留學畢業後來到此地，他說雖然至今已經在此工作三十多年，因所做項目持續性的要求還是不太可能在近期退休。

進了實驗基地的頭一道門，我遠遠望去，相比昨天去過的紅門森林，這裏看不到靜悄悄的幽徑，拔地而起的費米大樓是個毫不掩飾其驕傲的建築。但它沒有直指蒼天的尖頂，沒有顯示權勢的圓柱，也沒有一絲華麗的浮雕。它是個二戰後以人才和技術實力雄厚、多領域領先而舉世聞名的大型核物理科學設施。它的一邊是片令學者寧靜致遠的湖水，另一側是占地約六平方公裏的大型加速器基地。

費米國家加速器實驗大樓（何丹蕾攝）

由於疫情我們隻能在園區內做室外參觀，不過振宇的介紹和曾在網上讀到的介紹足以讓我理解和想象出這裏的實驗規模和成就。

振宇介紹說：他的工作是計算應用和整合開發數據庫數據方麵的。自從他開始在這裏工作，費米加速器實驗室和芝加哥大學一直都是合作夥伴，一起進行下一代 μ 子實驗。簡單說來，他們一直研究難以捉摸的中微子的難題，借助先進的加速器技術和大型強子對撞機 (LHC) 的幫助來探尋物理粒子的新發現。這是物質能量世界的“物質無限細分”的研究領域，而另一“大”的研究方向就是宇宙生成的研究。

難道振宇兄第二次來美也在中部讀書，也在費米先生知識遺產的光環下工作，是個偶然？還是某種形式的輪回？

當塵埃終於落定，穆旦先生的後代查英傳、查明傳、查瑗和查平繼續完成父母沒有完成的任務，出版發行了穆旦的詩歌，“把父親獻給讀者們的美好文字帶入人間”，哥倫比亞大學博士查瑗說。

西南聯大校友王積濤教授和陳天池教授留美回國後一次工作會議中合影（王靖提供）

前南開大學教授王積濤先生的女兒、教育家王靖，和前南開大學教授陳天池先生的兒子，現任印第安納大學、普渡大學、印第安納波利斯聯合分校機械係教授、係主任陳傑博士，都曾各自出行，親臨西南聯大舊址。他們在父輩當年的書屋中和講台前流連，暢想和緬懷......

斯坦福大學東亞圖書館

南開老教授的第三代，畢業於祖輩母校的也大有人在。他們與我們父母求學之路的每個重合，即使是偶然的，都帶給了我們的父母莫大的驚喜和安慰。查伯伯查伯母的外孫女畢業於芝加哥大學的管理學院。我父母的長孫和長孫女（我大哥何乃君的子女）分別畢業於我我二伯何國樑的母校普林斯頓大學的物理係和父親何國柱的母校聖母大學的經濟係。並且他們都像祖母劉豫麒一樣酷愛音樂，中學時分別考入費城青年交響樂團。我母親十分歡喜他們小兄妹也受到過如此優良正規的音樂訓練。