波耳雖然以他在量子物理的開創性貢獻聞名於世,其實他也是最早研究原子核結構的先驅。他與美國物理學家,也是費曼的博士導師惠勒(John A. Wheeler)一起在二戰爆發當天,刊出解釋為什麼慢中子撞擊鈾235會產生核分裂,而鈾238卻不會發生核分裂的重要論文。但更重要的是,他是大戰期間盟軍得到德國原子彈計畫的情報來源之一。
這時候,原本當作備案的「內爆」就浮上檯面了。所謂「內爆」是使用化學炸藥,將鈽239的亞臨界球體壓縮成更緻密的形式。當鈽原子靠得更近時,中子捕獲率增加,系統就會達到臨界質量而爆炸。
一開始,只有內德米爾(Seth Henry Neddermeyer)敦促全面發展內爆並應用到原子彈。
儘管許多人不覺得內爆可行,但奧本海默還是任命內德米爾為測試內爆小組負責人。到了1943年9月,內德米爾的團隊已經從5人增加到50人。那個月,美籍猶太裔數學家馮紐曼(John von Neumann)應奧本海默的要求來到了洛斯阿拉莫斯,創建一個可靠的內爆數學模型,使內德米爾能夠提出一個大大擴展研究計劃的建議。
➤無法求和只能投降的局面
槍式小組的副負責人麥克米蘭(Edwin McMillan)和曼哈頓計畫顧問拉比(Isidor Isaac Rabi)建議聘請在精確使用炸藥方面具有專業知識的喬治.基斯蒂亞科夫斯基(George Kistiakowsky)來幫忙。1944年2月,基斯蒂亞科夫斯基成為內爆組的副手。兩個月後,塞格雷發現了鈽無法採用槍式設計以後,1944年6月中旬,基斯蒂亞科夫斯基交給奧本海默一份報告,詳細介紹了內爆小組內部的種種問題,最後導致內德米爾被撤換。1944年6月15日,基斯蒂亞科夫斯基取代內德米爾,成為E-5小組的負責人。
奧本海默 American Prometheus: The Triumph and Tragedy of J. Robert Oppenheimer
作者:凱.柏德、馬丁.薛文(Kai Bird, Martin J. Sherwin)
譯者:林鶯
出版:時報出版
定價:1200元
【內容簡介➤】
作者簡介:
凱.柏德
著作有:《The Chairman: John J. McCloy, the Making of the American Establishment》、 《The Color of Truth: McGeorge Bundy and William Bundy: Brothers in Arms》、 《The Outlier: The Unfinished Presidency of Jimmy Carter》,以及 《 The Good Spy: The Life and Death of Robert Ames》。他也跟Lawrence Lifschultz共同編輯了《Hiroshima’s Shadow: Writings on the Denial of History and the Smithsonian Controversy》。
他目前是The Leon Levy Center for Biography的主任,住在紐約市和邁阿密二地。
馬丁.薛文
擔任塔夫茨大學(Tufts University)的英國與美國史「 Walter S. Dickson教授」(名譽教授),以及喬治梅森大學(George Mason University)的正教授,直到他於2021年10月過世。他第一本關於美國對外關係史的著作《A World Destroyed: The Atomic Bomb & The Grand Alliance》(Knopf,1971)就贏得「Stuart L. Bernath」獎,並且入圍普立茲獎決選名單。他最後一本著作《Gambling with Armageddon: Nuclear Roulette from Hiroshima to the Cuban Missile Crisis》(Knopf)於2020年出版。 生前和妻子蘇珊住在華盛頓特區和科羅拉多州的亞斯本(Aspen)。
Tags:
(圖源:IMDb)
隨著大導演諾蘭的新片上映,奧本海默這個沉寂已久的名字一夕之間又浮上大家的腦海了。隨著廣島長崎原爆78周年逐漸逼近,再加上去年2月烏克蘭戰爭剛爆發時,俄羅斯方面持續的核恫嚇,那個似乎早已遠去的恐懼再次襲上許多人的心頭。
當然,諾蘭這部長達3小時的巨作包含了許多提得討論的議題,但是基於筆者的專業,在這裡先提供兩點澄清以及一點補充,不管有沒有看過這部電影的觀眾,應該都能得到一些有用的資訊。
➤毒蘋果與《哥本哈根》
首先要澄清的是,尼爾斯.波耳(Niels Bohr)並沒有差點吃下那顆毒蘋果!電影描寫奧本海默到了劍橋以後,面對他不擅長的物理實驗,搞到差點崩潰,結果他居然把蘋果泡在氰化物,放到他的導師布萊克特(Patrick Blackett)的桌子上,這一段是真實事件。
事實上,奧本海默的父親為此趕到劍橋,總算說服校方沒把寶貝兒子移送法辦,但奧本海默也被迫去看精神分析師。不過電影中,為了戲劇效果,安排大科學家波耳差點咬下那顆蘋果,這可就完全是電影的杜撰了。波耳在曼哈頓計畫中的重要性不容小覷,可惜電影限於時間,沒有辦法詳述,所以讓筆者在此交代一下。
波耳雖然以他在量子物理的開創性貢獻聞名於世,其實他也是最早研究原子核結構的先驅。他與美國物理學家,也是費曼的博士導師惠勒(John A. Wheeler)一起在二戰爆發當天,刊出解釋為什麼慢中子撞擊鈾235會產生核分裂,而鈾238卻不會發生核分裂的重要論文。但更重要的是,他是大戰期間盟軍得到德國原子彈計畫的情報來源之一。
1941年9月,與波耳情同父子的德國物理學家海森堡(Werner Heisenberg)到哥本哈根與波耳見面。但這次見面對兩人而言都十分尷尬,因為1940年4月,丹麥已經被納粹德國佔領了,而波耳的母親埃倫.阿德勒.波耳(Ellen Adler Bohr)出身於一個在銀行業和政界都聲名顯赫的猶太富商家族,依照納粹的標準,波耳也是猶太人,自然也是可能遭到迫害的對象。
波耳與海森堡的談話圍繞著德國正在進行中的原子彈計畫,氣氛更為凝重,最後不歡而散。後來波耳於1943年逃離丹麥,抵達瑞典。當波耳逃離丹麥的消息傳出後,英國馬上安排他來到英國。波耳乘英國海外航空所屬的一架德哈維蘭蚊式轟炸機10月6日抵達蘇格蘭。
途中由於飛行帽尺寸不合適,波耳沒有把飛行帽帶上,因此沒有聽到飛行員指示把氧氣面罩帶上,導致飛機在飛經挪威上空時,由於爬升至較高的飛行高度,波耳因高空缺氧而暈了過去。飛機飛到北海上空後,由於飛行高度略微下降,他才醒過來,可說是九死一生。後來他又前往美國,多次造訪拉斯阿摩斯實驗室。
電影中波耳告知奧本海默,海森堡告訴他德國的原子彈計畫並不如預期順利。事實上,美軍是到戰爭相當末期才得到確切的情報。海森堡與波耳在1941年的那次會面,由於兩人事後的回憶南轅北轍,所以被劇作家麥可.弗萊恩(Michael Frayn)寫成戲劇《哥本哈根》,成為科學史上有名的羅生門。
➤毀滅世界的300萬分之一
另一件需要澄清的是,當愛德華.泰勒(Edward Teller)提出原爆是否會造成大氣層發生大規模核融合的警告時,奧本海默求助的對象並不是電影中所說的愛因斯坦,而是亞瑟.康普頓(Arthur Holly Compton)。由於康普頓這個角色在劇中沒上場,導演只好安排讓愛因斯坦來露一下臉。
其實在美國的原子彈計畫中,康普頓是與勞倫斯(Ernest Orlando Lawrence)平起平坐的大咖人物。但是由於這部電影人物太多,所以只好讓他消失了。康普頓本身是1927年的諾貝爾獎得主,是他決定要發展以鈽239為原料的核彈。由於鈽可以用化學方法與鈾238分離,而鈾235,由於化學性質與鈾238完全相同,必須用非常昂貴的方法分離出來,所以曼哈頓計畫只產生64公斤的鈾235,只能做一顆原子彈,所以決定發展鈽彈,影響非常重大。
康普頓在芝加哥大學成立冶金實驗室,還決定在芝加哥大學球場看台下建造首個核反應爐芝加哥1號堆(Chicago Pile-1)。芝加哥1號堆在費米(Enrico Fermi)領導下,於1942年12月2日第一次成功地引發人工的連鎖核反應,康普頓的份量可見一斑。
至於原爆是否會造成大氣層發生大規模核融合這件事,根據科學家漢斯.貝特(Hans Bethe)的回憶,當時他針對兩個氮原子融合成一個碳加一個氧的核反應,簡單地算了一下,很快就得到泰勒這個考量是危言聳聽的結論。
貝特還提到,計畫中另一個重量級人物費米也不相信原爆會造成大氣層的核融合,他還在三位一體的核試前故作輕鬆,建議來打賭這件事會不會發生呢。導演諾蘭在接受專訪時特別提到這段插曲,因為這正是他拍攝這部電影的動機之一:要探討科學家冒著毀滅世界的風險,仍然堅持製造核彈的心情。
這聽起來的確很聳動,但是,根據康普頓在1959年的訪談,他回憶道,當年他批准繼續推動曼哈頓計畫是因為,原爆會造成大氣層核融合的機率低於300萬分之一!儘管電影裡也不斷強調毀滅世界的極低機率,但不等於0的懸念焦慮,顯然與當時科學家的冷靜並不相符。
➤槍式與內爆,一枚鈾彈一枚鈽彈
提到三位一體核試(Trinity),可以算是這部電影的一大焦點。儘管畫面驚心動魄,但是電影沒有交代得很清楚,為何鈽239無法採用簡單的槍式設計,而必須採用非常複雜的「內爆」設計。就是科學家對這個設計沒有足夠的信心,才不得不實行這次核試。所以筆者在這裡要做個補充。把來龍去脈交代清楚。
原先採用鈽239的鈽彈設計,也是採用與鈾235相同的設計,稱為「瘦子」(Thin man)。1943年11月4日,橡樹嶺國家實驗室使用氣冷的X-10石墨反應爐生產了首批反應爐合成鈽之後,眼看大功即將告成,不料1944年4月,費米的學生、後來也得到諾貝爾獎的塞格雷(Emilio Gino Segrè)發現一個嚴重的問題——
橡樹嶺核反應堆生產的第一個樣品鈽於1944年4月送到拉斯阿摩斯,幾天之內,塞格雷小組觀察到自發核分裂的速率是迴旋加速器生產的鈽的5倍。鈽放出中子的速率太快,會提早啟動連鎖反應。釋放的能量會吹散周遭尚未發生核分裂的鈽,這樣就無法達到臨界質量了!
塞格雷的小組得出結論:鈽樣本的核分裂活動增加是由於鈽240所致。從加速器生產的鈽中,鈽240的含量遠低於用反應爐產生的鈽,所以之前他們都沒發現這個問題。而鈽240自發核分裂速度遠高於鈽239,無法用化學方法來分離它們,所以這下問題大條了。1944年7月,奧本海默決定停止在鈽的槍式組件,這是曼哈頓計畫最大的危機!
這時候,原本當作備案的「內爆」就浮上檯面了。所謂「內爆」是使用化學炸藥,將鈽239的亞臨界球體壓縮成更緻密的形式。當鈽原子靠得更近時,中子捕獲率增加,系統就會達到臨界質量而爆炸。
一開始,只有內德米爾(Seth Henry Neddermeyer)敦促全面發展內爆並應用到原子彈。
儘管許多人不覺得內爆可行,但奧本海默還是任命內德米爾為測試內爆小組負責人。到了1943年9月,內德米爾的團隊已經從5人增加到50人。那個月,美籍猶太裔數學家馮紐曼(John von Neumann)應奧本海默的要求來到了洛斯阿拉莫斯,創建一個可靠的內爆數學模型,使內德米爾能夠提出一個大大擴展研究計劃的建議。
➤無法求和只能投降的局面
槍式小組的副負責人麥克米蘭(Edwin McMillan)和曼哈頓計畫顧問拉比(Isidor Isaac Rabi)建議聘請在精確使用炸藥方面具有專業知識的喬治.基斯蒂亞科夫斯基(George Kistiakowsky)來幫忙。1944年2月,基斯蒂亞科夫斯基成為內爆組的副手。兩個月後,塞格雷發現了鈽無法採用槍式設計以後,1944年6月中旬,基斯蒂亞科夫斯基交給奧本海默一份報告,詳細介紹了內爆小組內部的種種問題,最後導致內德米爾被撤換。1944年6月15日,基斯蒂亞科夫斯基取代內德米爾,成為E-5小組的負責人。
為了產生將鈽核心壓縮到所需密度所需的對稱內爆,需要同時引爆32個炸藥在球形核心周圍,在1微秒內同時爆破!為了確定內爆這個想法可行,曼哈頓計劃特定執行了放射性鑭測試(Radioactive Lanthanum,縮寫成RaLa),目的是研究匯聚震波,從而研製出核武器鈽彈芯壓縮所需的球形內爆。
這項實驗使用了大量的短壽命放射性同位素鑭-140,該物質能產生大量的伽馬射線,當內爆發生時,這些伽馬射線會因為金屬殼向內擠壓而變弱。這個實驗是由義大利實驗物理學家布魯諾.羅西(Bruno Benedetto Rossi)領導的團隊研發。測試雖然很成功,但還是無法保證到時候鈽彈的內爆真的奏效。三位一體核爆試驗正是為了要確認內爆是可行的。
為什麼鈽彈這麼重要呢?因為日本軍方認為,即使美國已經生產出1枚,也不可能有更多資源來製造第二枚原子彈。所以當1945年8月6日B-29美軍在廣島上空投下「小男孩」時,日本政府雖然大吃一驚,但是並沒有馬上商議投降。
局勢變化是發生在兩天後,8月8日晚間10時,蘇聯突然向日本宣戰,2個小時後蘇聯紅軍隨即發動攻勢。但是一直到8月9日凌晨4時,日本政府才從莫斯科的電台廣播中得知,蘇聯已經廢止《日蘇中立條約》並向日本宣戰的消息。8月9日上午10時30分,日本政府召開了軍事參議官會議,還在開會中的日本政府高層隨即被告知九州西海岸的長崎市,在11點2分也遭到原子彈的攻擊。第二顆原子彈正是採用內爆的鈽彈。
8月10日凌晨2時,天皇決定向盟軍投降。持平來講,讓日本政府屈服的,是失去透過蘇聯斡旋中介向盟軍求和的一絲希望,還有不確定美國手上還有多少原子彈的這個事實。終戰詔書特地加上一句:
原子彈的確令頑強的日本屈膝了。
諾蘭這部大片,值得深思的地方非常多,希望觀眾在享受聲光娛樂之餘,也能對此片的主題——人類如何負責地面對自己的才能——有所思索。身為少數在臺灣開設核子物理課程的筆者,忍不住野人獻曝,希望這篇短文多少能引發大眾對核子物理的幾分好奇心,吾願足矣。●
奧本海默
American Prometheus: The Triumph and Tragedy of J. Robert Oppenheimer
作者:凱.柏德、馬丁.薛文(Kai Bird, Martin J. Sherwin)
譯者:林鶯
出版:時報出版
定價:1200元
【內容簡介➤】
作者簡介:
凱.柏德
著作有:《The Chairman: John J. McCloy, the Making of the American Establishment》、 《The Color of Truth: McGeorge Bundy and William Bundy: Brothers in Arms》、 《The Outlier: The Unfinished Presidency of Jimmy Carter》,以及 《 The Good Spy: The Life and Death of Robert Ames》。他也跟Lawrence Lifschultz共同編輯了《Hiroshima’s Shadow: Writings on the Denial of History and the Smithsonian Controversy》。
他目前是The Leon Levy Center for Biography的主任,住在紐約市和邁阿密二地。
馬丁.薛文
擔任塔夫茨大學(Tufts University)的英國與美國史「 Walter S. Dickson教授」(名譽教授),以及喬治梅森大學(George Mason University)的正教授,直到他於2021年10月過世。他第一本關於美國對外關係史的著作《A World Destroyed: The Atomic Bomb & The Grand Alliance》(Knopf,1971)就贏得「Stuart L. Bernath」獎,並且入圍普立茲獎決選名單。他最後一本著作《Gambling with Armageddon: Nuclear Roulette from Hiroshima to the Cuban Missile Crisis》(Knopf)於2020年出版。 生前和妻子蘇珊住在華盛頓特區和科羅拉多州的亞斯本(Aspen)。
手指點一下,您支持的每一分錢
都是推動美好閱讀的重要力量
閱讀通信 vol.303》在這間酒吧看書,不會有人覺得你很奇怪
延伸閱讀
書評》未曾有過畫面的戰事日常,非虛構漫畫的記憶再現:評《阿蘭的戰爭》
閱讀更多
書評》從妖魔化到溫柔天真,從仇恨敵對轉身攜手合作:評《美國的藝伎盟友》
閱讀更多
2018Openbook 年度好書.翻譯書》福島第一核電廠廢爐全紀錄
閱讀更多