科学的双刃剑(诺贝尔奖和蘑菇云)

作者：杨建邺

页数：285 页

出版社：商务印书馆

出版日期：2008

ISBN：9787100054362

电子书格式：pdf/epub/txt

本书特色

  科学，作为推动人类文明进程的力量，长期影响着人类的 
  生活、思想和行为方式。正如古老的谚语所说：“每一个硬
      币都有它的正反两面。”科学也不例外。通过科学，人们可
  以探索世界、认识自然，进而改善生活，通过科学，人们也
  可以摧毁物质、破坏生态，甚至危及生命。通过无数天才科
  学家前赴后继的努力所发现的原子能，从它的奥秘被揭示后，
  便在战争的阴霾下成长。原子能促进了原子弹的诞生，最终导
  致了广岛和长崎的灾难。回顾这样一个历程，有利于人们反
  思自己的行为，从而全面地认识科学，理性地看待诺贝尔奖
   这个科学的桂冠。    

目录

节选

    1945年7月16日凌晨5点30分，在荒凉的新墨西哥州洛斯阿拉莫斯(Los
Alamos)，世界上第一颗实验性的原子弹点火爆炸了。随着那比1000个太阳还要
亮的光辐射和巨大的蘑菇云升上天空，一个新的时代开始了!
    一位在距离爆炸中心10英里(约16公里)以外大本营的科学家莫里森
(Philip Morrison，1915—2005)深感不安地说：
    10英里以外，我们看到了令人难以置信的明亮闪光。那
    还不是最令人难忘的东西。我们已经知道它是会令人目眩
    的。我们戴了焊工的眼镜。最使我难忘的不是闪光，而是在沙
    漠寒冷的清晨，你脸上所感受到的白天令人眼花缭乱的明亮
    阳光的灼热。这就像是打开一个熊熊燃烧的火炉．太阳JXY_
    面像日出那样冒出来。
    实验基地科学领导人奥本海默(J．R．Oppenheimer，1904–1967)的弟弟弗兰
克(Frank Oppenheimer)在回忆中说：
    ……这个令人感到不祥的云层悬浮在我们的头上。它呈
    现出如此光彩夺目的紫色，全带着放射性光芒。它看起来似
    乎永无止境地挂在那里了。当然，不会是永久的。它实际上只
      
    有很短一瞬间，然后它就往上升去。这是非常可怕的。     ：
    接着是爆炸的雷鸣声。它在山岩上跳跃，然后就远去     
    了——我不知道它还撞击在什么东西上。但是好像永远停不    
    下来。不像雷鸣的通常回音。它不断地在远处什么地方翻来    
    覆去回响。当它消逝时，那个时刻非常令人惶恐不安。
    我希望我能记得我哥哥当时说了些什么，但是我记不起
    来了——我想我们只说：“成功了!”我想这就是我们说的，我
    们两个都这样说：“成功了!”    ’
    拉比(I．I．Rabi，1898一1988，1944年获诺贝尔物理学奖)当时也在洛斯阿拉莫
斯，在这颗原子弹爆炸后，他感受到f一种从未有过的威胁。他这样写道：
    我们在黎明时刻躺在那里，非常紧张，东方刚刚现出了
    几缕金色的光线；你只能够朦朦胧胧地看到你旁边的人。那
    10秒钟是我经历过的最长的10秒钟。忽然间，出现了一束巨
    大无比的闪光，这是我所见过的最亮的光。它爆炸了，它猛然
    向前扑，它势如闪电般地向你袭来。这景象让人目不暇接，让
    人永生难忘。你只会低声祈求：停下来吧，停下来吧!但它只
    不过才持续了两分钟。最后，它终于过去了，逐渐停息……当
    我们朝着原子弹爆炸的地方看去的时候，那儿上空有一个巨
    大无比的火球．它越变越大，一边增大一边翻腾着向空中升
    去。它开始是黄色，继而又成鲜红色、绿色……它看起来像带
    有威胁性地向你奔来。
    一件新的东西诞生了。这是一种新的控制，一种全新的
    理解，一种人类征服自然过程中取得的新东西。
    最初几分钟，我们相互间无语凝视，继而相互祝贺；最
    后。却感到一阵透骨的凉气。这不是早上的寒冷，而是一种当
    人们思考时吹来的凉气。
    面对原子弹爆炸所显示的前所未有的威力，前所未有的可怕杀伤力，许多科
 学家都震惊了，都陷入了深深的思考。还有不少科学家有了深深的负罪感：他们是
为人间盗来天火的普罗米修斯(Prometheus)，还是普罗米修斯的弟弟厄庇米修斯
(Epimetheus)为人间打开了给人类带来不幸的潘多拉的盒子(Pandora’s box)?
    啊，那是哪一年?对，是1905年，那一年就有一位聪明的科学家在为他自己的
发现而担忧。这位睿智的科学家叫皮埃尔·居里(Pierre Curie，1859—1906)，他和玛
丽·居里(Marie Curie，1867–1934)发现了放射性。放射性物质中隐藏的巨大能量
曾让他们感到一种隐隐的担陇。在皮埃尔作诺贝尔演讲时，他道出了自己的担陇。
他说：
    可以想象到，如果镭落到恶人手中，它就会变成非常危
    险的东西。这里可能会产生这样一个问题：知晓了大自然的
    奥妙是否有益于人类，从新发现中得到的是裨益呢，还是它
    将有害于人类?诺贝尔的发明就是一个典型的事例。烈性炸
    药可以使人们创造奇迹，然而它在那些把人类推向战争的罪
    魁们的手中就成了可怕的破坏手段。我是信仰诺贝尔的人们
    当中的一个，我相信，人类从新的发现中获得的将是更美好
    的东西，而不是危害。
    如果说，1905年皮埃尔在担忧之余还有信心说出最后的这一句话，那么40年
之后，在格罗夫斯将军组织的几千人的庞大的科学“军营”所取得原子弹爆炸成功
的事实面前，拉比和奥本海默还有信心说出皮埃尔演讲最后的那一句话吗?恐怕
不能。科学家的工作方式彻底改变了。皮埃尔那时几乎没有用政府一分钱，靠他和
妻子两人艰苦卓绝的奋斗，在得不到任何支持下获得了成功；而现在，奥本海默如
果没有格罗夫斯将军的帮助，(格罗夫斯将军背后是美国国防部和美国政府!)他
是绝对不可能制造出一颗原子弹的!
    科学家已经失去了许多的自由。为了制造原子弹，他们要绝对服从，他们要像
军人一样在“军营”似的房子里工作，他们不能发表论文，他们每人只能用代号交
往，他们不能给家人说他们在干什么……他们甚至根本没有对研究成果的使用
权。这一切如限制、保密等不可思议的事情，在几年以前还只是天方夜谭般的神
话，但现在却都在一种“恐惧”“保密”“爱国”和“责任”的原因掩盖之下成了事实。潘
多拉的盒子已经打开，再想将那些已经布满大地的疾病、灾祸、不幸、猜疑、仇恨、
 痛苦和死亡收回来，已经太迟了!盒子里面只剩下唯一美好的东西——希望!
    但是，潘多拉的盒子是怎么打开的呢?自视清高而又绝不愿受人制约的科学
家们，怎么会制造出了这么可怕的毁灭人类的超级武器呢?
    这里有许多许多故事可以讲。而这许许多多的故事总是与诺贝尔奖获奖者
有关……
 柏林小组和巴黎小组之间的争论
    1934年，围绕着肯定和否定费米发现的第93号元素，展开了紧张的实验和激
烈的争论。一位出生在德国但在美国工作的化学家格罗赛(A．VOYI Grosse)在1934
年134卷的《自然科学》(Naturwissenschafien)上发表了一一篇实验报告，说他在重复费
米轰击铀的实验中发现了一件奇怪的事：他发现产物中有一种元素很像91号元
素镤(Pa)。格罗赛在20年代曾经与哈恩一起工作过，那正是1917年哈恩发现镤
后不久。
    迈特纳知道这件事以后动了心，就极力劝哈恩参加“超铀元素”的实验研究。
她认为，既然镤元素是哈恩发现的，那么，由他们来检验格罗赛的发现是否正确，
并从而证实费米发现的到底是不是超铀元素，当然是再合适也没有的了。而且这
件工作的重大价值更是众所周知的。
    哈恩被说服了。他们很快就发现，格罗赛的说法是错误的。哈恩的结论，对费
米的“超铀元素”无形中是一种肯定，而且以后柏林小组的工作进一步“肯定了”费
米的工作。在1937年5月发表于德国《物理学杂志》的一篇总结性的文章中，哈恩
小组(这时另一位高明的分析化学家斯特拉斯曼已经加入这个小组)报道说他们
在轰击铀时发现了9种新的放射性，确认出至少4种“超铀元素”，其原子序数分
别为93–96，可能还有97号元素。这些新放射的半衰期分别为：10秒、2分2秒、
59分,66小时、2．5小时、40分、16分、5．7小时和23分。为此，他们还不得不假设有
几种同位素同时具有3个不同的半衰期，这种不同寻常的性质他们用“同质异能
素”(isomer)来解释。
    由于迈特纳和哈恩当时分别在理论物理和放射化学上有很大的名声，于是费
米和绝大部分科学家都认为费米发现超铀元素已是不争的事实。当时只有伊达·
诺达克一个人提出批评的意见，但她的意见被人们忽略了。伊达·诺达克曾在回忆
往事时说：
    我还是怀疑这是独立的超铀元素。我的丈夫和我很早就
    知道哈恩，而且他还经常关心我们的工作……有一次我的丈
 夫在和哈恩谈话时提出了一个想法：哈恩是否能在自己的讲
课或著作中提到我对费米实验的批评。可是哈恩回答说，他
不想让我成为笑柄。因为我的关于铀核分裂成几个大碎片的
假设，纯粹是谬论。
    哈恩这么肯定地否定铀核分裂这样-5’物理学问题，恐咱主要受迈特纳的影
响。迈特纳是研究小组的“灵魂”，她在小组里常以权威的口气对哈恩说：“去你的
吧，对于物理你什么也不懂。”虽然有调侃的味道，但哈恩的确有点迷信迈特纳在物
理学方面的见解。而迈特纳恰好又笃信原子核在中子的轰击下，只可能嬗变为邻近
的元素，因此她只致力于寻找超铀元素，对伊达-诺达克的意见根本听不进去。她的
态度基本上可以左右哈恩在这个问题上的看法。斯特拉斯曼(F．Strassman，1902–
1980)是1935年才进入这个小组的年轻化学家，当然在物理问题上唯迈特纳马首
是瞻。在1978年写的一篇文章中，斯特拉斯曼曾忆及一件往事：
    1936年，斯特拉斯曼在一次用中子轰击铀的实验中，发现在产物中有钡，(注
意，两年以后这被证实是真的!)他把实验数据给迈特纳看，迈特纳说：“你最好把
这些数据扔到废纸篓里。从测量中得出什么结果的事还是让我们物理学家来考虑
吧。”
    正如我国著名科学家何泽慧(1914–)院士所说：
    在迈特纳的主宰下，哈恩小组的研究，长期局限于具有
    分离过渡元素性质的放射性成分，并囿于寻找超铀元素的框
    框，是绝非偶然的。只是由于居里和萨维奇实验的激发，才远
    非自觉地转向碱土及稀土元素载体，而使研究出现了转机。
    巴黎的伊伦娜·居里在1935年也开始研究超铀元素。到1937年和1938年，
她与萨维奇(P．Savitch)合作，改变了哈恩小组只研究过渡元素放射性的一贯做
法，而研究辐照铀后所有物质的放射性。从1937年8月到1938年11月，他们连
续发表了5篇实验研究报告．正是这些报告才使哈恩的研究“出现了转机”。但开
始的情形却十分具有戏剧性。
    1937年8月，巴黎小组发现在用慢中子轰击铀以后，出现了一种以前从未报
道过的新的放射性，其半衰期为3_5小时，其化学性质似乎与钍(原子序数为90)
相似。哈恩和迈特纳认为这不可能，提出强烈的质疑。巴黎小组在进一步研究之
后，放弃了新放射性产物是钍的看法，但却进一步肯定了3-5小时半衰期的存在，
他们暂时把它称为R3．
    迈特纳在1933年10月举行的第七届索尔维会议上，曾经与约里奥一居里夫
妇有过激烈的争论。在上一节我们提起过这次争论，这儿在作一点补充。约里奥一
居里夫妇在会上报告一项发现，说当他们用α粒子轰击硼、氟、钠、铝等轻元素时，
有两种反应：一是放出质子，二是放出中子和正电子。两种反应的最后产物是同一
个稳定的元素。迈特纳对此不以为然，她显然以权威的身份，连珠炮似的提出了许
多问题，如“假如真发射出一个正电子，那么，它从哪儿来”，等等。最后她还声称，
她也做过同样的实验，除了放出质子以外，她什么也没有发现。迈特纳坚持说约里
奥一居里夫妇的实验不可靠。迈特纳平时羞涩、腼腆，可是争论起来颇有点得势不
饶人和盛气凌人的味道。至少约里奥当时有这样的想法。约里奥后来曾回忆说：
    我们的报告引起了激烈的争论。迈特纳小姐声称，她也
    进行了同样的实验，但没有得到类似的结果。最后，出席会
    议的绝大多数物理学家作出结论说，我们的实验是不准确
    的。会后，我们很不痛快。这时玻尔教授到我们这里来了，他
    说他认为我们的实验报告非常重要。此后，泡利也同样鼓励
    了我 们。
    结果约里奥一居里夫妇是对的，而且两年后
(1935年)为这一发现获得了诺贝尔化学奖。此后，
柏林小组与巴黎小组之间，总有不和谐的因素使双
方不太愉陕。如果详细探讨其间原因，恐怕与性格、
科学竞争和政治都有潜在的关联。