灌水:原子彈的前世今生(1)

來源: donau 2023-07-28 12:12:38 [] [博客] [舊帖] [給我悄悄話] 本文已被閱讀: 次 (10403 bytes)

我們這裏的學校,每學期最後一天叫證書日。孩子們被要求按正常時間到校隻是沒課,先去教堂搞個小儀式,然後回教室領成績單,放人。

因為沒有校車,我都會請假——也許拖到哪裏吃吃玩玩讓幾個自己挑點什麽作為證書禮物,也許直接回家Chill。很多商家也習慣趁機搞促銷助興,比如拿了成績單的學童可以去學校旁邊指定的店領一個免費冰激淩,或者去影院享受一歐元一張的超級優惠電影票——當然僅限下午的家庭兒童片。

今年陪孩子們看的,是Elemental。簡單說是一個水火相愛的故事,有初相遇的歡喜,絕境中的掙紮和劫後重生的希望,不能說驚豔,但是也算看得。

提到這個,是因為那次很榮幸被“邀請爸爸媽媽一起看”——而剛收到的通知是,周末要去看Oppenheimer,是姐妹電影日,媽媽隻需要訂位子,交錢買票。

Oppenheimer我當然知道,連同他後麵的故事。

原子彈之父(Principle Leader)的那個嘛,二戰期間著名的曼哈頓計劃研發工作的主要負責人之一,同時以反氫彈(hydrogen bomb)而聞名。

原子彈和氫彈都可以稱為核彈,隻有前者曾經被作為武器使用,為什麽,區別在哪裏?

——因為氫彈危害性太大了,威力可達原子彈的數千倍以上。原理?簡單說氫彈是fussion,原子彈是fission(Splitting big atoms is called fission. Putting together smaill atoms is called fussion)。也就是說,你把大的原子打碎生成的能量,遠遠小於小的原子聚合產生的能量——是不是很有哲學的味道?

難怪學物理的舉手投足都是哲學範兒。

1938年,德國的Otto Hahn和Friz Strassmann觀測到一種新的核反應,如果用中子打擊Uranium能生成新的元素Barium,同時釋放出大量的能量。文章發表在Nature之後,消息迅速在物理界傳開——很長時間以來的疑問,按照愛因斯坦的能量方程

原子彈(應該)是可行的,即用很少的原材料,生成超大強度的能量。Hahn的實驗結果,直接把理論推到現實。

曆史上在這個時期同時發生的大事是,希特勒對世人全麵宣戰。德國的物理學研究好到全球公認(Otto Hahn是1944年的諾貝爾化學獎獲得者,由於戰爭原因1945年才被頒獎),那麽很可能,德國物理學家第一時間造出原子彈,也就是說,希特勒大概率會是拿到原子彈的第一人。

1939年8月,通過愛因斯坦,美國總統羅斯福收到科學家簽名的信(後來被稱為Einstein-Szilárd-Brief),警告如果美國不盡快進行此項研究,很可能德國人會先把原子彈用到戰場。

獲得批準。項目啟動。

總部最開始設在曼哈頓地區,所以史稱Manhattan Project,其目標很明確,在最短時間內研製出原子彈。後來統計,共有50萬人直接或間接參與了這個項目,前無古人是一定的,後麵來者有沒有,今天還不好說。

兩年以後,日本在太平洋地區參戰。美國在歐洲戰場同德國人膠著的情況下,同時麵臨遠東再受敵。羅斯福的原子彈研究計劃突然變得意義無比重大。

因為屬於軍事研究的保密項目,被選中的項目總負責人是來自軍隊的Leslie Groves。

他的簡曆我不多說,有興趣的可以去翻。值得提到的一點是,他先開始是拒絕這份工作的——本來仕途一片大好,衣食無憂,貿貿然跑去參與一個很可能是紙上談兵的研究,如果失敗那絕對斷送錦繡前程。

所以啊,不是什麽活都要接的,我自己都吃過虧,中間進行不下去那種走投無路的感覺,天昏地暗。

後來Groves提的條件是,接也行,但是我要一個General的Title。人中之精,當然人事世事洞悉如指掌,完全明白那些(傲慢的)科學家是很難對來自軍隊的一名工程師尊重並服從的。

也被批準。開工。

星期五,買到1200噸Uranium,星期六,和同官方談判(要錢),星期三,到田納西買地建廠房,然後馬不停蹄輾轉各高校研究所,招兵買馬。

Groves很明白,自己來自軍隊,完全是另外一種文化,這一眾平均年齡25歲的科學界精英他招是招到手,指揮得動,是另外一件事。

需要一個中間人啦——條件是懂行(Groves幾乎方方麵麵不遜於人,唯獨物理知識欠缺),夠聰明,有權威,同時能協調各種矛盾。

他選的人,叫Robert Oppenheimer。理由很簡單,Robert Oppenheimer無論解釋什麽理論,Groves都能聽懂。

我自己也是這個理念。對成年人來說,如果一件事你明白,那是一定能講明白的,哪怕再高深的理論。反之,如果你發現別人說的你聽不懂,那大概率是他自己根本不明白。所以,我很厭惡那些什麽雲裏霧裏故弄玄虛胡亂解釋的所謂各種學說(貌似中文網很流行?)。

與此同時,日本已經占領了菲律賓,戰俘稍有風吹草動便被成批殺死。地球另一端的希特勒的軍隊全侵歐洲大陸和北非,甚至已經邁進UdSSR。明顯美國兩線戰場,歐洲和太平洋的戰況都不是很樂觀。至於德國人在原子彈方麵的研製工作,沒有人了解具體進展,隻是大家都很清楚,如果一旦對方先成功,那將再也沒有人能阻止希特勒。

於是變成誰先拿出原子彈的比賽。

首先當然需要一個合適的實驗場地。要求能做到差不多與世隔絕,有屏蔽功能,足夠保密——Groves接受了Oppenheimer對新墨西哥州的Los Alamos的建議,而遊說那些科學家過來的工作,Oppenheimer也完成的很好。

當時招人也很好玩。據參與曼哈頓計劃的一個工程師Hal Behl回憶,“我被約去談話,我們有一份很好的工作給你.但是要求你自願參加.....那你多介紹一點背景?不能說。那在哪兒?不能說。那我會做什麽?不能說?......

那我還要自願參加?!這太可笑了。

對方拿出這張海報。

在第一批被招募的400多人裏,女性不到10個,基本上留下的照片,是這樣。

翻這些照片真讓我笑出來,不就是我一直的工作環境?當然現在好很多(女的多多了),每次抱著孩子進會場,還不是一路跟人解釋,是我來開會。我。

當時每個人都被告知的是,你的工作有可能把戰爭縮短,另外?隻要知道自己做什麽就好,別的不必多問。關於整個計劃在同事間流傳的,隻有一些氣球,潛水艇的謠,連Atom Bomb這個詞都用“那個設備”代替。

“他們比我更知道我是誰更明白我為什麽會在這裏”——這是當時的工程師回憶的原話。

一年前還是荒地,突然變成有7萬人的城市。

草圖到1944年初已經有了,兩個帶核材料的裝置在一個類似試管的容器裏麵對麵放好,如果撞擊,將會發生核反應——簡單吧。不過沒有足夠的原材料來測試。

也就是,沒有原子彈需要的U235。自然界裏存在的,是U238。分離出U235太難了,一個原子彈需要一公斤左右的U235,花費的時間要用年來計算。

一名參與研究的化學家發現了可能的替代品,很容易得到的Plutonium。Groves於是把生產U235的工作重心轉移到生產Plutonium。不幸的是,第一次設計出的Plutonium bomb(gun design)不是按想象的爆炸而是自動溶解了。

Catastrophe,連Oppenheimer都想逃跑。

1944年夏天,盟軍在諾曼底登陸,隻是戰況仍舊不明朗。千裏之外的納粹科學家已經拿出第一架噴氣式飛機,V1和V2巡航導彈。原子彈?不知道,也許很快。

隻能再試。還是Plutonium。新的設想是一個壓縮的Plutonium球放在中間,令其implosion(內爆)——唯一的希望。

哈佛大學長期研究implosion的專家被請過來,可惜沒有搞定。求助目光轉向international,英法德物理化學界精英齊聚Los Alamos,其中包括一個叫Klaus Fuchs的流亡的德國人,他後來成為蘇聯研製氫彈的顧問。




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所有跟帖: 

我要是沒記錯,oppenheimer寫的唯一一本教科書是signal and system. 估計出了無數版了。最經典 -FEVRE- 給 FEVRE 發送悄悄話 FEVRE 的博客首頁 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:18:50

不知道。沒看過。我覺得他長得不錯,看了演員應該是50度灰那個。我沒看過50度灰顫音說是他 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:20:29

50度灰我看過,那個人很俗啊。我去找Oppenheimer看看 -FEVRE- 給 FEVRE 發送悄悄話 FEVRE 的博客首頁 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:26:07

也不算是我喜歡的那一類。我甚至覺得氣質長相不如本人。顫音說這個演員是個小模特 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:29:47

Oppenheimer: Cillian Murphy; 50 shades grey: James Peter Ma -FEVRE- 給 FEVRE 發送悄悄話 FEVRE 的博客首頁 (583 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:37:35

那是顫音弄錯了我說Anthropoid他說是50度灰那個。那人50度那個年輕多了 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:47:38

俺說的男2 -顫音- 給 顫音 發送悄悄話 顫音 的博客首頁 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 15:29:03

本山是個大忽悠~~ -核桃小丸子- 給 核桃小丸子 發送悄悄話 核桃小丸子 的博客首頁 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:52:05

這還需要說嘛 -FEVRE- 給 FEVRE 發送悄悄話 FEVRE 的博客首頁 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:55:18

對啊我一轉身把這茬兒忘了 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:55:44

那是Alan oppenheim, not Oppenheimer. 寫書的可是我祖師爺。 -SabrinaD- 給 SabrinaD 發送悄悄話 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 15:39:00

厲害的。那你祖師爺是不是隻寫過這本教材? -FEVRE- 給 FEVRE 發送悄悄話 FEVRE 的博客首頁 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 16:04:35

大的事情,各種條件都契合,即使多磨,最後能成就,裏麵總有天意。 -核桃小丸子- 給 核桃小丸子 發送悄悄話 核桃小丸子 的博客首頁 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:56:38

一方麵是這麽說,另一方麵是功成的那一將還不是踩著千千萬萬成灰的枯骨才能站出來 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 07/29/2023 postreply 00:15:15

為什麽這麽嚴肅的文章弄個”灌水“的頭銜? -一劍無痕- 給 一劍無痕 發送悄悄話 一劍無痕 的博客首頁 (50 bytes) () 07/28/2023 postreply 13:04:02

你說得對我下次注意 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 07/29/2023 postreply 00:15:48

覺得基本就是科普的水平吧,裏頭用了一些洋文的名字,顯得有科學氣兒。 -Shubin- 給 Shubin 發送悄悄話 Shubin 的博客首頁 (0 bytes) () 07/29/2023 postreply 08:38:52

謝謝donau,很喜歡讀這樣的科普文章。什麽時候寫(2)呀?翹首以待! -酒綠春濃- 給 酒綠春濃 發送悄悄話 酒綠春濃 的博客首頁 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 13:06:08

那等我看看今天晚一點有沒有時間貼上來 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 07/29/2023 postreply 00:16:18

在多瑙孩子們眼裏,爸爸媽媽一定是神奇人物,《皮埃爾·居裏+瑪麗·居裏》這類,以後還有伊雷娜·約裏奧-居裏,艾芙·居裏…… -土豆-禾苗- 給 土豆-禾苗 發送悄悄話 土豆-禾苗 的博客首頁 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 16:04:11

當然不是了。誰家孩子也不會當父母是什麽人吧。我覺得夫妻知己的朋友也不會。容易想岔的大半是不了解的 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 07/29/2023 postreply 00:18:12

我發現文科生想事情還是有點飄在半空 -糯米粥- 給 糯米粥 發送悄悄話 糯米粥 的博客首頁 (0 bytes) () 07/29/2023 postreply 06:54:00

上周 -糯米粥- 給 糯米粥 發送悄悄話 糯米粥 的博客首頁 (592 bytes) () 07/28/2023 postreply 17:39:08

聽了 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 07/29/2023 postreply 00:19:30

好文,長知識了,據說德國的海森保算錯了參數,否則很有可能德國會先研發出原子彈 -jinjiaodw- 給 jinjiaodw 發送悄悄話 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 21:59:04

好像是有這個說法不過我不是特別信。個人數量級算錯或是筆誤是有可能的但是TEAMWORK應該有他人驗證 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (126 bytes) () 07/29/2023 postreply 00:25:40

有可能,興許是特意算錯的,但是別人看不出來,或者看出來了但就是裝傻。 : ) -Shubin- 給 Shubin 發送悄悄話 Shubin 的博客首頁 (0 bytes) () 07/29/2023 postreply 08:40:34

寫得好,我參觀過田納西Oakridge 那個博物館,還拍過愛因斯坦那封信 -polebear- 給 polebear 發送悄悄話 polebear 的博客首頁 (80 bytes) () 07/29/2023 postreply 17:28:00

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