海森堡和德国原子弹计划
 
作者:castor_v_pollux
 

 
如果说玻尔-爱因斯坦之争是二十世纪科学史上最有名的辩论,那么海森堡在二战中的角色恐怕就是二十世纪科学史上最大的谜题。不知多少历史学家为此费尽口水,牵涉到数不清的跨国界的争论。甚至到现在,还有人不断地提出异议。我打算在这一章的饭后闲话里专门地来谈一谈这个话题,这件事说来话长,可能要用掉一整章,我们还是废话少说,这就开始吧。
 
纳粹德国为什么没能造出原子弹?战后几乎人人都在问这个问题。是政策上的原因?理论上的原因?技术上的原因?资源上的原因?或是道德上的原因?不错,美国造出了原子弹,他们有奥本海默,有费米,有劳伦斯、贝特、西伯格、魏格纳、查德威克、佩尔斯、弗里西、塞格雷,后来又有了玻尔,以致像费因曼这样的小字辈根本就不起眼,而洛斯阿拉莫斯也被称作“诺贝尔得奖者的集中营”。但德国一点也不差。是的,希特勒的犹太政策赶走了国内几乎一半的精英,纳粹上台的第一年,就有大约2600名学者离开了德国,四分之一的物理学家从德国的大学辞职而去,到战争前夕已经有40%的大学教授失去了职位。是的,整个轴心国流失了多达27名诺贝尔获奖者,其中甚至包括爱因斯坦、薛定谔、费米、波恩、泡利、德拜这样最杰出的人物,这个数字还不算间接损失的如玻尔之类。但德国凭其惊人的实力仍保有对抗全世界的能力。
 
战争甫一爆发,德国就展开了原子弹的研究计划。那时是1939年,全世界只有德国一家在进行这样一个原子能的军事应用项目。德国占领着世界上最大的铀矿(在捷克斯洛伐克),德国有世界上最强大的化学工业,他们仍然拥有世界上最好的科学家,原子的裂变现象就是两个德国人--奥托?哈恩(Otto Hahn)和弗里兹?斯特拉斯曼(Fritz Strassmann)在前一年发现的,这两人都还在德国,哈恩以后会因此发现获得诺贝尔化学奖。当然不止这两人,德国还有劳厄(1914年诺贝尔物理)、波特(Bothe,1954诺贝尔物理)、盖革(盖革计数器的发明者,他进行了α散射实验)、魏扎克(Karl von Weizsacker)、巴格(Erich Bagge)、迪布纳(Kurt Diebner)、格拉赫(Walther Gerlach)、沃兹(Karl Wirtz)……当然,他们还有定海神针海森堡,这位20世纪最伟大的物理学家之一。所有的这些科学家都参与了希特勒的原子弹计划,成为“铀俱乐部”的成员之一,海森堡是这个计划的总负责人。
 
然而,德国并没能造出原子弹,它甚至连门都没有入。从1942年起,德国似乎已经放弃整个原子弹计划,而改为研究制造一个能提供能源的原子核反应堆。主要原因是因为1942年6月,海森堡向军备部长斯佩尔(Albert Speer)报告说,铀计划因为技术原因在短时间内难以产出任何实际的结果,在战争期间造出原子弹是不大可能的。但他同时也使斯佩尔相信,德国的研究仍处在领先的地位。斯佩尔将这一情况报告希特勒,当时由于整个战场情况的紧迫,德国的研究计划被迫采取一种急功近利的方略,也就是不能在短时间,确切地说是六周内见效的计划都被暂时放在一边。希特勒和斯佩尔达成一致意见:对原子弹不必花太大力气,不过既然在这方面仍然“领先”,也不妨继续拨款研究下去。当时海森堡申请附加的预算只有寥寥35万帝国马克,有它无它都影响不大。
 
这个计划在被高层放任了近2年后,终于到1944年又为希姆莱所注意到。他下令大力拨款,推动原子弹计划的前进,并建了几个新的铀工厂。计划确实有所进展,不过到了那时,全德国的工业早已被盟军的轰炸破坏得体无完肤,难以进一步支撑下去。而且为时也未免太晚,不久德国就投降了。
 
1942年的报告是怎么一回事?海森堡在其中扮演了一个什么样的角色?这答案扑朔迷离,历史学家们各执一词,要不是新证据的逐一披露,恐怕人们至今仍然在云里雾中。这就是科学史上有名的“海森堡之谜”。
 
 
 
 
1944年,盟军在诺曼底登陆,形成两面夹攻之势。到1945年4月,纳粹德国大势已去,欧洲战场战斗的结束已经近在眼前。摆在美国人面前的任务现在是尽可能地搜罗德国残存的科学家和设备仪器,不让他们落到别的国家手里(苏联不用说,法国也不行)。和苏联人比赛看谁先攻占柏林是无望的了,他们转向南方,并很快俘获了德国铀计划的科学家们,缴获了大部分资料和设备。不过那时候海森堡已经提前离开逃回厄菲尔德(Urfeld)的家中,这个地方当时还在德国人手里,但为了得到海森堡这个“第一目标”,盟军派出一支小分队,于5月3日,也就是希特勒夫妇自杀后的第四天,到海森堡家中抓住了他。这位科学家倒是表现得颇有风度,他礼貌地介绍自己的妻子和孩子们,并问那些美国大兵,他们觉得德国的风景如何。到了5月7日,德国便投降了。
 
10位德国最有名的科学家被秘密送往英国,关在剑桥附近的一幢称为“农园堂”(Farm Hall)的房子里。他们并不知道这房子里面装满了窃听器,他们在此的谈话全部被录了音并记录下来,我们在后面会谈到这些关键性的记录。8月6日晚上,广岛原子弹爆炸的消息传来,这让每一个人都惊得目瞪口呆。关于当时的详细情景,我们也会在以后讲到。
 
战争结束后,这些科学家都被释放了。但现在不管是专家还是公众,都对德国为什么没能造出原子弹大感兴趣。以德国科学家那一贯的骄傲,承认自己技不如人是绝对无法接受的。还在监禁期间,广岛之后的第三天,海森堡等人便起草了一份备忘录,声称:1.原子裂变现象是德国人哈恩和斯特拉斯曼在1938年发现的。2.只有到战争爆发后,德国才成立了相关的研究小组。但是从当时的德国来看并无可能造出一颗原子弹,因为即使技术上存在着可能性,仍然有资源不足的问题,特别是需要更多的重水。
 
返回德国后,海森堡又起草了一份更详细的声明。大致是说,德国小组早就意识到铀235可以作为反应堆或者炸弹来使用,但是从天然铀中分离出稀少的同位素铀235却是一件极为困难的事情。(*这里补充一下原子弹的常识:当一个中子轰击容易分裂的铀235原子核时,会使它裂成两半,同时放出更多的中子去进一步轰击别的原子核。这样就引起一连串的连锁反应,在每次分裂时都放出大量能量,便是通常说的“链式反应”。但只有铀235是不稳定而容易裂变的,它的同位素铀238则不是,所以必须提高铀235的浓度才能引发可持续的反应,不然中子就都被铀238吸收了。但天然铀中铀238占了99%以上,所以要把那一点铀235分离出来,这在当时的技术来说是极困难的。)
 
海森堡说,分离出足够的铀235需要大量的资源和人力物力,这项工作在战争期间是难以完成的。德国科学家也意识到了另一种可能的方法,那就是说,虽然铀238本身不能分裂,但它吸收中子后会衰变成另一种元素--钚。而这种元素和铀235一样,是可以形成链式反应的。不过无论如何,前提是要有一个原子反应堆,制造原子的反应堆需要中子减速剂。一种很好的减速剂是重水,但对德国来说,唯一的重水来源是在挪威的一个工厂,这个工厂被盟军的特遣队多次破坏,不堪使用。
 
总而言之,海森堡的潜台词是,德国科学家和盟国科学家在理论和技术上的优势是相同的。但是因为德国缺乏相应的资源,因此德国人放弃了这一计划。他声称一直到1942年以前,双方的进展还“基本相同”,只不过由于外部因素的影响,德国认为在战争期间没有条件(而不是没有理论能力)造出原子弹,因此转为反应堆能源的研究。
 
海森堡声称,德国的科学家一开始就意识到了原子弹所引发的道德问题,这样一种如此大杀伤力的武器使他们也意识到对人类所负有的责任。但是对国家(不是纳粹)的义务又使得他们不得不投入到工作中去。不过他们心怀矛盾,消极怠工,并有意无意地夸大了制造的难度,因此在1942年使得高层相信原子弹并没有实际意义。再加上外部环境的恶化使得实际制造成为不可能,这让德国科学家松了一口气,因为他们不必像悲剧中的安提戈涅,亲自来作出这个道德上两难的决定了。
 
这样一来,德国人的科学优势得以保持,同时又捍卫了一种道德地位。两全其美。
 
这种说法惹火了古德施密特,他战时是曼哈顿计划的重要领导人,本来也是海森堡的好朋友。他认为说德国人和盟国一样地清楚原子弹的技术原理和关键参数是胡说八道。1942年海森堡报告说难以短期制造出原子弹,那是因为德国人算错了参数,他们真的相信不可能造出它,而不是什么虚与委蛇,更没有什么消极。古德施密特地位特殊,手里掌握着许多资料,包括德国自己的秘密报告,他很快写出一本书叫做ALSOS,主要是介绍曼哈顿计划的过程,但同时也汇报德国方面的情况。海森堡怎肯苟同,两人在Nature杂志和报纸上公开辩论,断断续续地打了好多年笔仗,最后私下讲和,不了了之。
 
双方各有支持者。《纽约时报》的通讯记者Kaempffert为海森堡辩护,说了一句引起轩然大波的话:“说谎者得不了诺贝尔奖!”言下之意自然是说古德施密特说谎。这滋味对于后者肯定不好受,大家知道古德施密特是电子自旋的发现者之一,以如此伟大发现而终究未获诺贝尔奖,很多人是鸣不平的。ALSOS的出版人舒曼(Schuman)当真写信给爱因斯坦,问“诺贝尔得奖者真的不说谎?”爱因斯坦只好回信说:“说谎是得不了诺贝尔的,但也不能排除有些幸运者会在压力下在特定的场合可能说谎。”
 
爱因斯坦大概想起了勒纳德和斯塔克,两位货真价实的诺贝尔得主,为了狂热的纳粹信仰而疯狂攻击他和相对论,这情景犹然在眼前呢。
 
 
 
 
玩味一下海森堡的声明是很有意思的:讨厌纳粹和希特勒,但忠实地执行对祖国的义务,作为国家机器的一部分来履行爱国的职责。这听起来的确像一幅典型的德国式场景。服从,这是德国文化的一部分,在英语世界的人们看来,对付一个邪恶的政权,符合道德的方式是不与之合作甚至摧毁它,但对海森堡等人来说,符合道德的方式是服从它--正如他以后所说的那样,虽然纳粹占领全欧洲不是什么好事,但对一个德国人来说,也许要好过被别人占领,一战后那种惨痛的景象已经不堪回首。
 
原子弹,对于海森堡来说,是“本质上”邪恶的,不管它是为希特勒服务,还是为别的什么人服务。战后在西方科学家中有一种对海森堡的普遍憎恶情绪。当海森堡后来访问洛斯阿拉莫斯时,那里的科学家拒绝同其握手,因为他是“为希特勒制造原子弹的人”。这在海森堡看来是天大的委屈,他不敢相信,那些“实际制造了原子弹的人”竟然拒绝与他握手!也许在他心中,盟军的科学家比自己更加应该在道德上加以谴责。但显然在后者看来,只有为希特勒制造原子弹才是邪恶,如果以消灭希特勒和法西斯为目的而研究这种武器,那是非常正义和道德的。
 
这种道德观的差异普遍存在于双方阵营之中。魏扎克曾经激动地说:“历史将见证,是美国人和英国人造出了一颗炸弹,而同时德国人--在希特勒政权下的德国人--只发展了铀引擎动力的和平研究。”这在一个美国人看来,恐怕要喷饭。
 
何况在许多人看来,这种声明纯粹是马后炮。要是德国人真的造得出来原子弹,恐怕伦敦已经从地球上消失了,也不会罗里罗嗦地讲这一大通风凉话。不错,海森堡肯定在1940年就意识到铀炸弹是可能的,但这不表明他确切地知道到底怎么去制造啊!海森堡在1942年意识到以德国的环境来说分离铀235十分困难,但这不表明他确切地知道到底要分离“多少”铀235啊!事实上,许多证据表明,海森堡非常错误地估计了工程量,为了维持链式反应,必须至少要有一个最小量的铀235才行,这个质量叫做“临界质量”(critical mass),海森堡--不管他是真的算错还是假装不知--在1942年认为至少需要几吨的铀235才能造出原子弹!事实上,只要几十千克就可以了。
 
诚然,即使只分离这么一点点铀235也是非常困难的。美国动用了15000人,投资超过20亿美元才完成整个曼哈顿计划。而德国整个只有100多人在搞这事,总资金不过百万马克左右,这简直是笑话。但这都不是关键,关键是,海森堡到底知不知道准确的数字?如果他的确有一个准确数字的概念,那么虽然这德国来说仍然是困难的,但至少不是那样的遥不可及,难以克服。英国也同样困难,但他们知道准确的临界质量数字,于是仍然上马了原子弹计划。
 
海森堡争辩说,他对此非常清楚,他引用了许多证据说明在与斯佩尔会面前他的确知道准确的数字。可惜他的证据全都模糊不清,无法确定。德国的报告上的确说一个炸弹可能需要10-100千克,海森堡也描绘过一个“菠萝”大小的炸弹,这被许多人看作证明。然而这些全都是指钚炸弹,而不是铀235炸弹。这些数字不是证明出来的,而是猜测的,德国根本没有反应堆来大量生产钚。德国科学家们在许多时候都流露出这样的印象,铀炸弹至少需要几吨的铀235。
 
不过当然你也可以从反方面去理解,海森堡故意隐瞒了数字,只有天知地知他一个人知。他一手造成夸大了的假相。
 
至于反应堆,其实石墨也可以做很好的减速剂,美国人就是用的石墨。可是当时海森堡委派波特去做实验,他的结果错了好几倍,显示石墨不适合用在反应堆中,于是德国人只好在重水这一棵树上吊死。这又是一个悬案,海森堡把责任推到波特身上,说他用的石墨不纯,因此导致了整个计划失败。波特是非常有名的实验物理学家,后来也得了诺贝尔奖,这个黑锅如何肯背。他给海森堡写信,暗示说石墨是纯的,而且和理论相符合!如果说实验错了,那还不如说理论错了,理论可是海森堡负责的。在最初的声明中海森堡被迫撤回了对波特的指责,但在以后的岁月中,他,魏扎克,沃兹等人仍然不断地把波特拉进来顶罪。目前看来,德国人当年无论是理论还是实验上都错了。
 
对这一公案的争论逐渐激烈起来,最有影响的几本著作有:Robert Jungk的《比一千个太阳更明亮》(Brighter Than a Thousand Sunds,1956),此书赞扬了德国科学家那高尚的道义,在战时不忘人类公德,虽然洞察原子弹的奥秘,却不打开这潘多拉盒子。1967年David Irving出版了《德国原子弹计划》(The German Atomic Bomb),此时德国当年的秘密武器报告已经得见天日,给作品带来了丰富的资料。Irving虽然不认为德国科学家有吹嘘的那样高尚的品德,但他仍然相信当年德国人是清楚原子弹技术的。然后是Margaret Gowing那本关于英国核计划的历史,里面考证说德国人当年在一些基本问题上错得离谱,这让海森堡本人非常恼火。他说:“(这本书)大错特错,每一句都是错的,完全是胡说八道。”他随后出版了著名的自传《物理和物理之外》(Physics and Beyond),自然再次地强调了德国人的道德和科学水平。凡是当年和此事有点关系的人都纷纷发表评论意见,众说纷纭,有如聚讼,谁也没法说服对方。
 
1989年,杨振宁在上海交大演讲的时候还说:“……很好的海森堡传记至今还没写出,而已有的传记对这件事是语焉不详的……这是一段非常复杂的历史,我相信将来有人会写出重要的有关海森堡的传记。”
 
幸运的是,从那时起到今天,事情总算是如其所愿,有了根本性的变化。
 
 
 
 
海森堡本人于1976年去世了。在他死后两年,英国人Jones出版了《高度机密战争:英国科学情报部门》(Most Secret War:British Scientific Intelligentce)一书,详细地分析了海森堡当年在计算时犯下的令人咋舌的错误。但他的分析却没有被Mark Walker所采信,在资料详细的《德国国家社会主义及核力量的寻求》(German National Socialism and the Quest for Nubclear Power,1989年出版)中,Walker还是认为海森堡在1942年头脑清楚,知道正确的事实。
 
到了1992年,Hofstra大学的戴维·卡西迪(David Cassidy)出版了著名的海森堡传记《不确定性:海森堡传》,这至今仍被认为是海森堡的标准传记。他分析了整件事情,并最后站在了古德施密特等人的立场上,认为海森堡并没有什么主观的愿望去“摧毁”一个原子弹计划,他当年确实算错了。
 
但是很快到了1993年,戏剧性的情况又发生了。Thomas Powers写出了巨著《海森堡的战争》(Heisenberg’s War)。Powers本是记者出身,非常了解如何使得作品具有可读性。因此虽然这本厚书足有607页,但文字奇巧,读来引人入胜,很快成了畅销作品。Powers言之凿凿地说,海森堡当年不仅仅是“消极”地对待原子弹计划,他更是“积极”地破坏了这个计划的成功实施。他绘声绘色地向人们描绘了一幕幕阴谋、间谍、计划,后来有人挪揄说,这本书的前半部分简直就是一部间谍小说。不管怎么样说,这本书在公众中的反响是很大的,海森堡作为一个高尚的,富有机智和正义感的科学家形象也深入人心,更直接影响了后来的戏剧《哥本哈根》。从以上的描述可以见到,对这件事的看法在短短几年中产生了多少极端不同的看法,这在科学史上几乎独一无二。
 
1992年披露了一件非常重要的史料,那就是海森堡他们当初被囚在Farm Hall的窃听录音抄本。这个东东长期来是保密的,只能在几个消息灵通者的著作中见到一星半点。1992年这份被称为Farm Hall Transcript的文件解密,由加州大学伯克利出版,引起轰动。Powers就借助了这份新资料,写出了他的著作。
 
《海森堡的战争》一书被英国记者兼剧作家Michael Frayn读到,后者为其所深深吸引,不由产生了一个巧妙的戏剧构思。在“海森堡之谜”的核心,有一幕非常神秘,长期为人们争议不休的场景,那就是1941年他对玻尔的访问。当时丹麦已被德国占领,纳粹在全欧洲的攻势势如破竹。海森堡那时意识到了原子弹制造的可能性,他和魏扎克两人急急地假借一个学术会议的名头,跑到哥本哈根去会见当年的老师玻尔。这次会见的目的和谈话内容一直不为人所知,玻尔本人对此隐讳莫深,绝口不谈。唯一能够确定的就是当时两人闹得很不愉快,玻尔和海森堡之间原本情若父子,但这次见面后多年的情义一朝了断,只剩下表面上的客气。发生了什么事?
 
有人说,海森堡去警告玻尔让他注意德国的计划。有人说海森堡去试图把玻尔也拉进他们的计划中来。有人说海森堡想探听盟军在这方面的进展如何。有人说海森堡感到罪孽,要向玻尔这位“教皇”请求宽恕……
 
Michael Frayn着迷于Powers的说法,海森堡去到哥本哈根向玻尔求证盟军在这方面的进展,并试图达成协议,双方一起“破坏”这个可怕的计划。也就是说,任何一方的科学家都不要积极投入到原子弹这个领域中去,这样大家扯平,人类也可以得救。这几乎是一幕可遇而不可求的戏剧场景,种种复杂的环境和内心冲突交织在一起,纠缠成千千情结,组成精彩的高潮段落。一方面海森堡有强烈的爱国热情和服从性,他无法拒绝为德国服务的命令。但海森堡又挣扎于人类的责任感,感受到科学家的道德情怀。而且他又是那样生怕盟军也造出原子弹,给祖国造成永远的伤痕。海森堡面对玻尔,那个伟大的老师玻尔,那个他当作父亲一样看待的玻尔,曾经领导梦幻般哥本哈根派的玻尔,却也是“敌人”玻尔,视德国为仇敌的玻尔,却又教人如何开口,如何遣词……少年的回忆,物理上的思索,敬爱的师长,现实的政治,祖国的感情,人类的道德责任,战争年代……这些融在一起会产生怎样的语言和思绪?还有比这更杰出的戏剧题材吗?
 
《哥本哈根》的第一幕中为海森堡安排了如此的台词:
 
“玻尔,我必须知道(盟军的计划)!我是那个能够作出最后决定的人!如果盟军也在制造炸弹,我正在为我的祖国作出怎样的选择?……要是一个人认为如果祖国做错了,他就不应该爱她,那是错误的。德意志是生我养我的地方,是我长大成人的地方,她是我童年时的一张张面孔,是我跌倒时把我扶起的那双双大手,是鼓起我的勇气支持我前进的那些声音,是和我内心直接对话的那些灵魂。德国是我孀居的母亲和难缠的兄弟,德国是我的妻子,是我的孩子,我必须知道我正在为她作出怎样的决定!是又一次的失败?又一场恶梦,如同伴随我成长起来的那个一样的恶梦?玻尔,我在慕尼黑的童年结束在无政府和内战中,我们的孩子们是不是要再一次挨饿,就像我们当年那样?他们是不是要像我那样,在寒冷的冬夜里手脚并用地爬过敌人的封锁线,在黑暗的掩护下于雪地中匍匐前进,只是为了给家里找来一些食物?他们是不是会像我17岁那年时,整个晚上守着惊恐的犯人,长夜里不停地和他们说话,因为他们一早就要被处决?”
 
这样的残酷的两难,造成观众情感上的巨大冲击,展示整个复杂的人性。戏剧本质上便是一连串的冲突,如此精彩的题材,已经注定了这是一出伟大的戏剧作品。但从历史上来说,这样的美妙景象却是靠不住的。Michael Frayn后来说他认为Powers有道理,至少他掌握了以前人们没有的资料,也就是Farm Hall Transcript,可惜他的这一宝似乎押错了。
 
 
 
 
《哥本哈根》一剧于1998年5月21日于伦敦皇家剧院首演,随后进军法国和百老汇,引起轰动,囊括了包括英国标准晚报奖(Evening Standard),法国莫里哀戏剧奖和美国东尼奖等一系列殊荣。剧本描写玻尔和夫人玛格丽特,还有海森堡三人在死后重聚在某个时空,不断地回首前尘往世,追寻1941年会面的前因后果。时空维度的错乱,从各个角度对前生的探寻,简洁却富予深意的对话,平淡到极点的布景,把气氛塑造得迷离惝恍,如梦如幻,从戏剧角度说极其出色,得到好评如潮。后来PBS又把它改编成电视剧播出,获得的成功是巨大的。
 
但Thomas Powers《海森堡的战争》一书的命运却大相径庭。甚至早在《哥》剧大红大紫之前,它便开始被许多历史学家所批评,一时间在各种学术期刊上几乎成为众矢之的。因为对Farm Hall Transcript稍加深入的研究很快就表明事实完全和Powers说的不一样。海森堡的主要传记作者Cassidy在为Nature杂志写的书评里说:“……该作者在研究中过于肤浅,对材料的处理又过于带有偏见,以致于他的精心论证一点也不令人信服。(Nature V363)”而Science杂志的评论则说:“这本书,就像铀的临界质量一样,需要特别小心地对待。(Science V259)”纽约大学的Paul Forman在《美国历史评论》杂志上说:“(这本书)更适合做一本小说,而不是学术著作。”他统计说在英美的评论者中,大约3/5的人完全不相信Powers的话,1/5的人认为他不那么具有说服力,只有1/5倾向于赞同他的说法。
 
而在1998年出版的《海森堡与纳粹原子弹计划》一书中,历史学家Paul Rose大约是过于义愤填膺,用了许多在学者中少见的尖刻词语来评价Powers的这本书,诸如“彻头彻尾虚假的(entirely bogus)”、‘幻想(fantasy)”、“学术上的灾难(scholarly disaster)”、“臃肿的(elephantine)”……等等。
 
OK,不管人们怎么说,我们还是回过头来看看海森堡宣称的一切。首先非常明显可以感受到的就是他对于德国物理学的一种极其的自负,这种态度是如此明显,以致后来一位德国教授评论时都说:“我真不敢相信他们竟能有如此傲慢的态度。”海森堡大约是死也不肯承认德国人在理论上“技不如人”的了,他说直到1942年双方的进展还“基本相当”,这本身就很奇怪。盟国方面在1942年已经对原子弹的制造有了非常清楚的概念,他们明确地知道正确的临界质量参数,他们已经做了大量的实验得到了充分的相关数据。到了1942年12月,费米已经在芝加哥大学的网球场房里建成了世界上第一个可控反应堆,而德国直到战争结束也只在这方面得到了有限的进展。一旦万事具备,曼哈顿计划启动,在盟国方面整个工程就可以顺利地上马进行,而德国方面显然不具备这样的能力。
 
海森堡的这种骄傲心理是明显的,当然这不是什么坏事,但似乎能够使我们更好地揣摩他的心理。当广岛的消息传来,众人都陷入震惊。没心计的哈恩对海森堡说:“你只是一个二流人物,不如卷铺盖回家吧。”而且……前后说了两次。海森堡要是可以容忍“二流”,那也不是海森堡了。
 
早在1938年,海森堡因为不肯放弃教授所谓“犹太物理学”而被党卫军报纸称为“白犹太人”,他马上通过私人关系找到希姆莱要求澄清,甚至做好了离国的准备。海森堡对索末菲说:“你知道离开德国对我来说是痛苦的事情,不是万不得已我不会这样做。但是,我也没有兴趣在这里做一个二等公民。”海森堡对个人荣誉还是很看重的。
 
但是,一流的海森堡却在计算中犯了一个末流,甚至不入流的错误,直接导致了德国对临界质量的夸大估计。这个低级错误实在令人吃惊,至今无法理解为何如此,或许,一些偶然的事件真的能够改变历史吧?
 
 
 
 
计算临界质量的大小本质上是一个统计问题。为了确保在过多的中子逃逸而使链式反应停止之前有足够的铀235分子得到分裂,它至少应该能保证2^80个分子(大约1摩尔)进行了反应,也就是维持80次分裂。这个范围是多大呢?这相当于问,一个人(分子)在随机地前进并折返了80次之后大约会停留在多大的半径里。这是非常有名的“醉鬼走路”问题,如果你读过盖莫夫的老科普书《从一到无穷大》,也许你还会对它有点印象。海森堡就此算出了一个距离:54厘米,这相当于需要13吨铀235,而在当时要分离出如此之多是难以想象的。
 
但是,54厘米这个数字是一个上限,也就是说,在最坏的情况下才需要54厘米半径的铀235。实际上在计算中忽略了许多的具体情况比如中子的吸收,或者在少得多的情况下也能够引起链式反应,还有种种海森堡因为太过“聪明”而忽略的重要限制条件。海森堡把一个相当复杂的问题过分简化,从他的计算中可以看出,他对快中子反应其实缺乏彻底的了解,这一切都导致他在报告中把几吨的铀235当作一个下限,也就是“最少需要”的质量,而且直到广岛原子弹爆炸后还带着这一观点(他不知道,佩尔斯在1939年已经做出了正确的结果!)。
 
这样一个错误,不要说是海森堡这样的一流物理学家,哪怕是一个普通的物理系大学生也不应该犯下。而且竟然没有人对他的结果进行过反驳!这不免让一些人浮想联翩,认为海森堡“特地”炮制了这样一个错误来欺骗上头从而阻止原子弹的制造。可惜从一切的情况来看,海森堡自己对此也是深信不疑的。
 
1945年8月6日,被囚在Farm Hall的德国科学家们被告知广岛的消息,各个震惊不已。海森堡一开始评论说:“我一点也不相信这个原子弹的消息,当然我可能错了。我以为他们(盟国)可能有10吨的富铀,但没想到他们有10吨的纯铀235!”海森堡仍然以为,一颗核弹要几吨的铀235。哈恩对这个评论感到震惊,因为他原以为只要很少的铀就可以制造炸弹(这是海森堡以前说过的,但那是指一个“反应堆炸弹”,也就是反应堆陷入不稳定而变成爆炸物,哈恩显然搞错了)。海森堡纠正了这一观点,然后猜测盟国可能找到了一种有效地分离同位素的办法(他仍然以为盟国分离了那么多铀235,而不是自己的估计错了!)。
 
9点整,众人一起收听了BBC的新闻,然后又展开热烈讨论。海森堡虽然作了一些正确的分析,但却又提出了那个“54厘米”的估计。第二天,众人开始起草备忘录。第三天,海森堡和沃兹讨论了钚炸弹的可能性,海森堡觉得钚可能比想象得更容易分裂(他从报纸上得知原子弹并不大),但他自己没有数据,因为德国没有反应堆来生产钚。直到此时,海森堡仍然以为铀弹需要几吨的质量才行。(这个专题再有一节就结束了,呵呵。)
 
 
 
 
海森堡不久便从报上得知了炸弹的实际重量:200千克,核心爆炸物只有几千克。他显得烦躁不已,对自己的估计错在何处感到非常纳闷。他对哈特克说:“他们是怎么做到的?如果我们这些曾经干过同样工作的教授们连他们(理论上)是怎么做到的都搞不懂,我感到很丢脸。”德国人讨论了多种可能性,但一直到14号,事情才起了决定性的转变。
 
到了8月14号,海森堡终于意识到了正确的计算方法(也不是全部的),他在别的科学家面前进行了一次讲授,并且大体上得到了相对正确的结果。他的结论是6.2厘米半径--16千克!而在他授课时,别的科学家对此表现出一无所知,他们的提问往往幼稚可笑。德国人为他们的骄傲自大付出了最终的代价。
 
对此事的进一步分析可以在1998年出版的《海森堡与纳粹原子弹计划》(Paul Rose)和2000年出版的《希特勒的铀俱乐部》(Jeremy Bernstein)二书中找到非常详尽的资料。大体上说,近几年来已经比较少有认真的历史学家对此事表示异议,至少在英语世界是如此。
 
关于1941年海森堡和玻尔在哥本哈根的会面,也就是《哥本哈根》一剧中所探寻的那个场景,我们也已经有了突破性的进展。关于这场会面的讨论是如此之多之热烈,以致玻尔的家属提前10年(原定保密50年)公布了他的一些未寄出的信件,其中谈到了1941年的会面(我们知道,玻尔生前几乎从不谈起这些),为的是不让人们再“误解它们的内容”。这些信件于2002年2月6日在玻尔的官方网站(http://www.nbi.dk/)上公布,引起一阵热潮,使这个网站的日点击率从50左右猛涨至15000。
 
在这些首次被披露的信件中,我们可以看到玻尔对海森堡来访的态度。这些信件中主要的一封是在玻尔拿到Robert Jungk的新书《比一千个太阳更明亮》之后准备寄给海森堡的,我们在前面已经说到,这本书赞扬了德国人在原子弹问题上表现出的科学道德(基于对海森堡本人的采访!)。玻尔明确地说,他清楚地记得当年的每一句谈话,他和妻子玛格丽特都留下了强烈的印象:海森堡和魏扎克努力地试图说服玻尔他们,德国的最终胜利不可避免,因此采取不合作态度是不明智的。玻尔说,海森堡谈到原子弹计划时,给他留下的唯一感觉就是在海森堡的领导下,德国正在按部就班地完成一切。他强调说,他保持沉默,不是海森堡后来宣称的因为对原子弹的可行性感到震惊,而是因为德国在致力于制造原子弹!玻尔显然对海森堡的以及Jungk的书造成的误导感到不满。在别的信件中,他也提到,海森堡等人对别的丹麦科学家解释说,他们对德国的态度是不明智的,因为德国的胜利十分明显。玻尔似乎曾经多次想和海森堡私下谈一次,以澄清关于这段历史的误解,但最终他的信件都没有发出,想必是思量再三,还是觉得恩恩怨怨就这样让它去吧。
 
这些文件可以在http://www.nbi.dk/NBA/papers/docs/cover.html找到。
 
容易理解,为什么多年后玻尔夫人再次看到海森堡和魏扎克时,愤怒地对旁人说:“不管别人怎么说,那不是一次友好的访问!”
 
这些文件也部分支持了海森堡的传记作者Cassidy在2000年的Physics Today杂志上的文章(这篇文章是针对《哥本哈根》一剧而写的)。Cassidy认为海森堡当年去哥本哈根是为了说服玻尔德国占领欧洲并不是最坏的事(至少比苏联占领欧洲好),并希望玻尔运用他的影响来说服盟国的科学家不要制造原子弹。
 
当然仍然有为海森堡辩护的人,主要代表是他的一个学生Klaus Gottstein,当年一起同行的魏扎克也仍然认定,是玻尔犯了一个“可怕的记忆错误”。
 
不管事实怎样也好,海森堡的真实形象也许也就是一个普通人--毫无准备地被卷入战争岁月里去的普通德国人。他不是英雄,也不是恶棍,他对于纳粹的不认同态度有目共睹,他或许也只是身不由己地做着一切战争年代无奈的事情。尽管历史学家的意见逐渐在达成一致,但科学界的态度反而更趋于对他的同情。Rice大学的Duck和Texas大学的Sudarshan说:“再伟大的人也只有10%的时候是伟大的……重要的只是他们曾经做出过原创的,很重要,很重要的贡献……所以海森堡在他的后半生是不是一个完人对我们来说不重要,重要的是他创立了量子力学。”
 
在科学史上,海森堡的形象也许一直还将是那个在赫尔格兰岛日出时分为物理学带来了黎明的大男孩吧?
 

 
发表自《新浪》,转载请注明作者与出处。内容仅供参考。