西拉德:原子时代的先知先觉者
2015-08-13尹传红
尹传红
身为原子时代最具远见的先驱者,利奥·西拉德在原子弹问世的整个历程中发挥了特殊的作用。他还深刻洞察了核技术滥用的危险性,并为此而不遗余力地奔走呼喊…
“一旦情况不妙,
我必须做的事情……”
聪颖睿智、爱读科幻小说的西拉德无疑是科学家中最棒的一个预言者。特别是对于最遭的事情他常常有着惊人的预见性,而且总能被后来的事实所印证。
1933年1月30日,阴险狂妄的阿道夫·希特勒被任命为德国总理,西拉德立刻敏锐地意识到,纳粹势力必将肆虐欧洲。随即他便走访其在匈牙利布达佩斯的亲属,郑重其事地劝说他们赶紧移居国外。
3月30日,西拉德将钱藏在鞋子里,提上行李箱,坐着空空荡荡的火车离开了柏林。后来他从报纸上获悉,他开溜的次日,纳粹士兵就在边境上拦截了拥挤不堪的同一趟列车,每个旅客都受到了盘查。“这刚好表明,如果你想在这个世界上成功,你不必比别人聪明多少,只需比别人早一天就行了。”事后他这样跟人打趣。
那时候,人们还没有看清希特勒及其纳粹党徒的真面目,总认为文明的德国决不会容忍任何野蛮的事情发生。然而,在德国生活了多年的西拉德并没有这样乐观。他注意到德国人由于愤世嫉俗而麻木,这正是第一次世界大战的失败对道德产生的可怕影响之一。因而他预言德国必将重整军备,再度崛起。
为以防万一,西拉德一直都是租房住,随处安居,家当都在两只手提箱里。“一旦情况不妙,我必须做的事情只是转转钥匙,然后走人。”
这一年4月7日,纳粹德国发布《公务员职位恢复法》,随后陆续公布了被解雇学术职位人员名单,国内各学院大批犹太裔学者和科学家因此失业。身为犹太人且一直抱持救世情怀的西拉德对此深为关切,他在维也纳发起并创立了一个主要由英国学者自愿资助的慈善机构——学术援助委员会,以帮助那些由于战争而逃离德国的科学家在国外重新开始生活。
5月上旬,尚未有稳定落脚点的西拉德热心奔走于英格兰,帮助遭受纳粹迫害的科学家迁出德国,替他们在英国、美国、印度、中国和中间各地找寻工作。9月,西拉德来到伦敦。此时,英国科学促进会正在这里举行年会。媒体对于会议的报道,意外地引出了一个影响了战争格局的、重要的科学话题。
“一个想法……
突然在我头脑中出现”
“英国科学促进会击碎原子元素的转化”“中子,神奇的转化”“转化任何原子的希望”……1933年9月12日,《泰晤士报》以一连串引人注目的标题,载文介绍了最近1/4世纪里科学家在原子嬗变方面的发现。
西拉德读了这一组报道,并特别注意到英国著名物理学家欧内斯特·卢瑟福的观点。卢瑟福认为,从原子嬗变中寻找能源,或是寄望于工业规模上的原子能释放,这完全是妄想。
西拉德对卢瑟福的“预见”不以为然,甚至有些气恼,心里也犯嘀咕:这位一直奋战于科学前沿的老前辈怎么变得如此保守了?
漫步于伦敦街头的西拉德不时陷入沉思。
“正当红灯变成绿灯、我横穿大街时,一个想法突然在我头脑中出现。我们是否能找到一种元素,当中子穿越它时,它吸收一个中子,放出两个中子。如果能积聚这样一种元素到充分大的质量,就能维持一个原子核链式反应。”西拉德后来回忆道。
此刻他并没有想出将怎样找到这样一种元素,但这一想法一直萦绕在他心头。后来他设想了一种机制——凭借这种机制,通过中子对原子核的轰击,多于中子自身所带的能量就可以被释放出来。“在某一特定情况下,实现原子核链式反应,以工业规模释放原子能,制造原子弹,都应该是可能的。”
“有一种武器,只要他愿意……”
回溯到一年前,当中子于1932年被詹姆斯·查德威克(1935年诺贝尔物理学奖获得者)发现时,西拉德就原子核链式反应的可能性迷住了。就在这一年,他读到了他所熟识的英国著名科幻作家赫伯特·乔治·威尔斯1914年出版的一部科幻小说《获得自由的世界》。
这部作品设想在1956年将发生一场世界大战,世界主要城市全被一种利用雪崩式的链式反应来制造的原子弹所摧毁,由此才实现了对核武器的限制和真正的和平。小说不仅形象地描述了核武器令人震撼的施用效果,还精确地预言了人工放射性问题将在1933年得到解决——约里奥·居里夫妇确实是在这一年发现了人工放射性,并因此获得了1935年的诺贝尔化学奖。
有趣的是,威尔斯曾坦承,《获得自由的世界》的创作灵感,其实来自索迪提出的科学观点。1904年,索迪在给英国皇家工程兵部队做有关镭的演讲,谈到原子能的应用时说:
“有可能所有的重物质都拥有跟镭类似的、隐藏在原子结构内的能量。如果这些能量能够被人开发出来并加以控制,拥有这种能力的人就可以改变世界的命运。吝啬的大自然有一根用于小心调节这种能量输出的杠杆,能够控制这根杠杆的人将拥有一种武器,只要他愿意,就可以用它来摧毁整个地球。”
《获得自由的世界》令西拉德印象深刻,并产生了诸多联想,尤其是其军事意义。可以说,正是这部小说触发了西拉德对链式反应、能量产生和原子弹的思考。在随后进行的研究、探索中,他正确地预测了这种反应的结果及其潜在的能量来源,仔细描述了后来称为“临界质量”的概念的基本特征,并在1934年3月12日提交了链式核反应的专利申请。不过,他将专利交给了英国海军部,并根据禁令保守秘密。
“这一举动,或许拯救了全世界……”
1938年,德国放射化学家、物理学家奥托·哈恩首次用中子轰击铀发现了核裂变现象。裂变反应释出的能量远大于放射性的能量,令人畏惧的核链式反应的可能性与大规模利用核能的途径同时展现在人们面前。
1939年夏天,德国成为第一个为研究核裂变的军事用途而设立研究所的国家。另外一些学者的研究结果也暗示着,从理论上讲制造原子弹是可能的。西拉德为此深感忧虑,担心纳粹德国会抢先造出这种可怕的武器。当时有物理学家估计,仅仅28.35克的铀裂变就会产生相当于600吨梯恩梯(TNT)黄色炸药的爆炸威力,如果将其应用于战争,后果不堪设想。
随后一段时间,西拉德积极奔走协调,规劝他的科学家同行不要公开发表与裂变和链式反应相关的研究成果,以免为纳粹德国的研究者所借鉴。那期间,西拉德与意大利裔美籍物理学家、世界上第一座核反应堆的设计者和建造者恩利克·费米(1938年诺贝尔物理学奖获得者)合作,通过研究和实验证明,某种高纯度的石墨吸收中子的量少到足以维持一个链式反应。费米曾想发表这项研究成果,但被西拉德劝阻。
这绝非多虑,后来人们知道德国人也做了相同的实验,只不过他们用的是低纯度石墨,因而得出了错误的结论,认为石墨会吸收太多的中子,以致无法维持一个链式反应。于是他们采用重水来代替石墨作减速剂,结果反倒给建立链式反应设置了障碍……美国一位科学家就此评价说,如果不是西拉德的劝阻,那么可以设想,第二次世界大战的进程就会改变。也有人说:“这一举动,或许拯救了全世界。”
而真正让西拉德青史留名的,是其后他劝导爱因斯坦在1939年夏天写信给美国总统罗斯福,力陈链式核反应的巨大潜力,建议美国赶在纳粹德国之前研制出原子弹,这直接催生了影响甚巨的“曼哈顿工程”。