灌水:原子弹的前世今生(1)

来源: donau 2023-07-28 12:12:38 [] [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已被阅读: 次 (10403 bytes)

我们这里的学校,每学期最后一天叫证书日。孩子们被要求按正常时间到校只是没课,先去教堂搞个小仪式,然后回教室领成绩单,放人。

因为没有校车,我都会请假——也许拖到哪里吃吃玩玩让几个自己挑点什么作为证书礼物,也许直接回家Chill。很多商家也习惯趁机搞促销助兴,比如拿了成绩单的学童可以去学校旁边指定的店领一个免费冰激凌,或者去影院享受一欧元一张的超级优惠电影票——当然仅限下午的家庭儿童片。

今年陪孩子们看的,是Elemental。简单说是一个水火相爱的故事,有初相遇的欢喜,绝境中的挣扎和劫后重生的希望,不能说惊艳,但是也算看得。

提到这个,是因为那次很荣幸被“邀请爸爸妈妈一起看”——而刚收到的通知是,周末要去看Oppenheimer,是姐妹电影日,妈妈只需要订位子,交钱买票。

Oppenheimer我当然知道,连同他后面的故事。

原子弹之父(Principle Leader)的那个嘛,二战期间著名的曼哈顿计划研发工作的主要负责人之一,同时以反氢弹(hydrogen bomb)而闻名。

原子弹和氢弹都可以称为核弹,只有前者曾经被作为武器使用,为什么,区别在哪里?

——因为氢弹危害性太大了,威力可达原子弹的数千倍以上。原理?简单说氢弹是fussion,原子弹是fission(Splitting big atoms is called fission. Putting together smaill atoms is called fussion)。也就是说,你把大的原子打碎生成的能量,远远小于小的原子聚合产生的能量——是不是很有哲学的味道?

难怪学物理的举手投足都是哲学范儿。

1938年,德国的Otto Hahn和Friz Strassmann观测到一种新的核反应,如果用中子打击Uranium能生成新的元素Barium,同时释放出大量的能量。文章发表在Nature之后,消息迅速在物理界传开——很长时间以来的疑问,按照爱因斯坦的能量方程

原子弹(应该)是可行的,即用很少的原材料,生成超大强度的能量。Hahn的实验结果,直接把理论推到现实。

历史上在这个时期同时发生的大事是,希特勒对世人全面宣战。德国的物理学研究好到全球公认(Otto Hahn是1944年的诺贝尔化学奖获得者,由于战争原因1945年才被颁奖),那么很可能,德国物理学家第一时间造出原子弹,也就是说,希特勒大概率会是拿到原子弹的第一人。

1939年8月,通过爱因斯坦,美国总统罗斯福收到科学家签名的信(后来被称为Einstein-Szilárd-Brief),警告如果美国不尽快进行此项研究,很可能德国人会先把原子弹用到战场。

获得批准。项目启动。

总部最开始设在曼哈顿地区,所以史称Manhattan Project,其目标很明确,在最短时间内研制出原子弹。后来统计,共有50万人直接或间接参与了这个项目,前无古人是一定的,后面来者有没有,今天还不好说。

两年以后,日本在太平洋地区参战。美国在欧洲战场同德国人胶着的情况下,同时面临远东再受敌。罗斯福的原子弹研究计划突然变得意义无比重大。

因为属于军事研究的保密项目,被选中的项目总负责人是来自军队的Leslie Groves。

他的简历我不多说,有兴趣的可以去翻。值得提到的一点是,他先开始是拒绝这份工作的——本来仕途一片大好,衣食无忧,贸贸然跑去参与一个很可能是纸上谈兵的研究,如果失败那绝对断送锦绣前程。

所以啊,不是什么活都要接的,我自己都吃过亏,中间进行不下去那种走投无路的感觉,天昏地暗。

后来Groves提的条件是,接也行,但是我要一个General的Title。人中之精,当然人事世事洞悉如指掌,完全明白那些(傲慢的)科学家是很难对来自军队的一名工程师尊重并服从的。

也被批准。开工。

星期五,买到1200吨Uranium,星期六,和同官方谈判(要钱),星期三,到田纳西买地建厂房,然后马不停蹄辗转各高校研究所,招兵买马。

Groves很明白,自己来自军队,完全是另外一种文化,这一众平均年龄25岁的科学界精英他招是招到手,指挥得动,是另外一件事。

需要一个中间人啦——条件是懂行(Groves几乎方方面面不逊于人,唯独物理知识欠缺),够聪明,有权威,同时能协调各种矛盾。

他选的人,叫Robert Oppenheimer。理由很简单,Robert Oppenheimer无论解释什么理论,Groves都能听懂。

我自己也是这个理念。对成年人来说,如果一件事你明白,那是一定能讲明白的,哪怕再高深的理论。反之,如果你发现别人说的你听不懂,那大概率是他自己根本不明白。所以,我很厌恶那些什么云里雾里故弄玄虚胡乱解释的所谓各种学说(貌似中文网很流行?)。

与此同时,日本已经占领了菲律宾,战俘稍有风吹草动便被成批杀死。地球另一端的希特勒的军队全侵欧洲大陆和北非,甚至已经迈进UdSSR。明显美国两线战场,欧洲和太平洋的战况都不是很乐观。至于德国人在原子弹方面的研制工作,没有人了解具体进展,只是大家都很清楚,如果一旦对方先成功,那将再也没有人能阻止希特勒。

于是变成谁先拿出原子弹的比赛。

首先当然需要一个合适的实验场地。要求能做到差不多与世隔绝,有屏蔽功能,足够保密——Groves接受了Oppenheimer对新墨西哥州的Los Alamos的建议,而游说那些科学家过来的工作,Oppenheimer也完成的很好。

当时招人也很好玩。据参与曼哈顿计划的一个工程师Hal Behl回忆,“我被约去谈话,我们有一份很好的工作给你.但是要求你自愿参加.....那你多介绍一点背景?不能说。那在哪儿?不能说。那我会做什么?不能说?......

那我还要自愿参加?!这太可笑了。

对方拿出这张海报。

在第一批被招募的400多人里,女性不到10个,基本上留下的照片,是这样。

翻这些照片真让我笑出来,不就是我一直的工作环境?当然现在好很多(女的多多了),每次抱着孩子进会场,还不是一路跟人解释,是我来开会。我。

当时每个人都被告知的是,你的工作有可能把战争缩短,另外?只要知道自己做什么就好,别的不必多问。关于整个计划在同事间流传的,只有一些气球,潜水艇的谣,连Atom Bomb这个词都用“那个设备”代替。

“他们比我更知道我是谁更明白我为什么会在这里”——这是当时的工程师回忆的原话。

一年前还是荒地,突然变成有7万人的城市。

草图到1944年初已经有了,两个带核材料的装置在一个类似试管的容器里面对面放好,如果撞击,将会发生核反应——简单吧。不过没有足够的原材料来测试。

也就是,没有原子弹需要的U235。自然界里存在的,是U238。分离出U235太难了,一个原子弹需要一公斤左右的U235,花费的时间要用年来计算。

一名参与研究的化学家发现了可能的替代品,很容易得到的Plutonium。Groves于是把生产U235的工作重心转移到生产Plutonium。不幸的是,第一次设计出的Plutonium bomb(gun design)不是按想象的爆炸而是自动溶解了。

Catastrophe,连Oppenheimer都想逃跑。

1944年夏天,盟军在诺曼底登陆,只是战况仍旧不明朗。千里之外的纳粹科学家已经拿出第一架喷气式飞机,V1和V2巡航导弹。原子弹?不知道,也许很快。

只能再试。还是Plutonium。新的设想是一个压缩的Plutonium球放在中间,令其implosion(内爆)——唯一的希望。

哈佛大学长期研究implosion的专家被请过来,可惜没有搞定。求助目光转向international,英法德物理化学界精英齐聚Los Alamos,其中包括一个叫Klaus Fuchs的流亡的德国人,他后来成为苏联研制氢弹的顾问。




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所有跟帖: 

我要是没记错,oppenheimer写的唯一一本教科书是signal and system. 估计出了无数版了。最经典 -FEVRE- 给 FEVRE 发送悄悄话 FEVRE 的博客首页 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:18:50

不知道。没看过。我觉得他长得不错,看了演员应该是50度灰那个。我没看过50度灰颤音说是他 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:20:29

50度灰我看过,那个人很俗啊。我去找Oppenheimer看看 -FEVRE- 给 FEVRE 发送悄悄话 FEVRE 的博客首页 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:26:07

也不算是我喜欢的那一类。我甚至觉得气质长相不如本人。颤音说这个演员是个小模特 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:29:47

Oppenheimer: Cillian Murphy; 50 shades grey: James Peter Ma -FEVRE- 给 FEVRE 发送悄悄话 FEVRE 的博客首页 (583 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:37:35

那是颤音弄错了我说Anthropoid他说是50度灰那个。那人50度那个年轻多了 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:47:38

俺说的男2 -颤音- 给 颤音 发送悄悄话 颤音 的博客首页 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 15:29:03

本山是个大忽悠~~ -核桃小丸子- 给 核桃小丸子 发送悄悄话 核桃小丸子 的博客首页 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:52:05

这还需要说嘛 -FEVRE- 给 FEVRE 发送悄悄话 FEVRE 的博客首页 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:55:18

对啊我一转身把这茬儿忘了 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:55:44

那是Alan oppenheim, not Oppenheimer. 写书的可是我祖师爷。 -SabrinaD- 给 SabrinaD 发送悄悄话 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 15:39:00

厉害的。那你祖师爷是不是只写过这本教材? -FEVRE- 给 FEVRE 发送悄悄话 FEVRE 的博客首页 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 16:04:35

大的事情,各种条件都契合,即使多磨,最后能成就,里面总有天意。 -核桃小丸子- 给 核桃小丸子 发送悄悄话 核桃小丸子 的博客首页 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 12:56:38

一方面是这么说,另一方面是功成的那一将还不是踩着千千万万成灰的枯骨才能站出来 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 07/29/2023 postreply 00:15:15

为什么这么严肃的文章弄个”灌水“的头衔? -一剑无痕- 给 一剑无痕 发送悄悄话 一剑无痕 的博客首页 (50 bytes) () 07/28/2023 postreply 13:04:02

你说得对我下次注意 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 07/29/2023 postreply 00:15:48

觉得基本就是科普的水平吧,里头用了一些洋文的名字,显得有科学气儿。 -Shubin- 给 Shubin 发送悄悄话 Shubin 的博客首页 (0 bytes) () 07/29/2023 postreply 08:38:52

谢谢donau,很喜欢读这样的科普文章。什么时候写(2)呀?翘首以待! -酒绿春浓- 给 酒绿春浓 发送悄悄话 酒绿春浓 的博客首页 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 13:06:08

那等我看看今天晚一点有没有时间贴上来 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 07/29/2023 postreply 00:16:18

在多瑙孩子们眼里,爸爸妈妈一定是神奇人物,《皮埃尔·居里+玛丽·居里》这类,以后还有伊雷娜·约里奥-居里,艾芙·居里…… -土豆-禾苗- 给 土豆-禾苗 发送悄悄话 土豆-禾苗 的博客首页 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 16:04:11

当然不是了。谁家孩子也不会当父母是什么人吧。我觉得夫妻知己的朋友也不会。容易想岔的大半是不了解的 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 07/29/2023 postreply 00:18:12

我发现文科生想事情还是有点飘在半空 -糯米粥- 给 糯米粥 发送悄悄话 糯米粥 的博客首页 (0 bytes) () 07/29/2023 postreply 06:54:00

上周 -糯米粥- 给 糯米粥 发送悄悄话 糯米粥 的博客首页 (592 bytes) () 07/28/2023 postreply 17:39:08

听了 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 07/29/2023 postreply 00:19:30

好文,长知识了,据说德国的海森保算错了参数,否则很有可能德国会先研发出原子弹 -jinjiaodw- 给 jinjiaodw 发送悄悄话 (0 bytes) () 07/28/2023 postreply 21:59:04

好像是有这个说法不过我不是特别信。个人数量级算错或是笔误是有可能的但是TEAMWORK应该有他人验证 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (126 bytes) () 07/29/2023 postreply 00:25:40

有可能,兴许是特意算错的,但是别人看不出来,或者看出来了但就是装傻。 : ) -Shubin- 给 Shubin 发送悄悄话 Shubin 的博客首页 (0 bytes) () 07/29/2023 postreply 08:40:34

写得好,我参观过田纳西Oakridge 那个博物馆,还拍过爱因斯坦那封信 -polebear- 给 polebear 发送悄悄话 polebear 的博客首页 (80 bytes) () 07/29/2023 postreply 17:28:00

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