原子彈發明的故事(下)

張道穎

            當鈾原子分裂的實驗在美國和歐洲的實驗室被重做和證實的時候，費米注意到一件更重要的事情 ─ 他預測在鈾原子分裂的過程中，會有更多的中子放射出來。

            費米的預測很快地被幾個實驗室證實了，使事情變得嚴重複雜許多。假如一個中子為鈾原子所吸收，產生分裂時又釋放兩個中子；這兩個中子又使其他兩個鈾原子分 裂，再產生四個中子；再使四個鈾原子分裂，再產生八個中子…。這樣繼續下去，一直到所有在一起的鈾原子都被分裂為止，這樣的連鎻反應將會釋放出非常巨大的 能量。

            持續性的連鎻反應能否發生，取決於鈾的質量（即原子的數目）是否足夠。如果聚在一起的鈾原子數目不夠多，則連鎻反應將無法進行下去，鈾分裂也將停止。能夠讓連鎻反應持續進行的最低質量稱為「臨界質量」，因此計算鈾的臨界質量和人工引導連鎻反應，就成為下一個重要的課題。

            事情發展至此，就是美國政府必須出面的時刻了。在美國，一位匈牙利出生的物理學家史濟拉（Leo Szilard) 就非常擔心。他認為既然鈾分裂是德國科學家在德國發現的，希特勒政府會不會加緊這方面的研究，而將成果拿來應用？

            因此在1939年七月，史濟拉和另一位匈牙利出生的物理學家魏格納 (Eugene Wigner) 去拜訪愛因斯坦，企圖說服愛因斯坦出來勸說美國政府採取行動。八月二日，史濟拉和另外一個匈牙利人泰勒 (Edward Teller) 再去見愛因斯坦，讓愛因斯坦在一封寫給羅斯福總統的信上簽名。

            這封信開始是這樣寫的：「最近費米和史濟拉所得到的實驗結果，讓我預測到在不久的將來，鈾元素可能成為一種重要新的能量來源…」。接著，他直率地提出：「這新的現象將可能導致製造一種具有極大威力的新型炸彈。」

            史濟拉並請羅斯福總統的朋友經濟學家沙克斯 (Alexander Sacks)將這封信呈給總統。羅斯福總統被說服後，隨即指示成立一個「鈾顧問委員會」，馬上展開行動。

            同時，費米開始在紐約的哥倫比亞大學實驗室用石墨做成原子堆（atomic pile)，構想是要用石墨做為減慢中子速度的緩衝劑。他後來發現哥倫比亞大學的實驗室不夠大，就將原子堆的建構移到座落芝加哥的芝加哥大學。

物理學家費米(Dr. Enrico Fermi)

            費米及他所領導的科學家們將芝加哥大學足球場地下的一個手球場改成放置原子堆的實驗室，終於在1942年十二月在此實驗室完成了人類首次鈾原子分裂的連鎻反應。

            這個實驗非常成功，也非常大膽，因為他們是冒著把自己的生命與整個芝加哥大學炸掉的危險。十二月二日晚上，費米吿訴他的妻子要在家招待實驗室裏的人。

            當天晚上下著雪。第一個客人進門後，抖掉身上的雪，向費米講的第一句話是：「恭喜！」。蘿拉聽了，不明所以，乃追問什麼事？可是沒人理她。

            接著進來的每一個客人都向費米道賀。蘿拉繼續追問這一天到底發生了什麼事？但沒有一個人願意加以說明。

            蘿拉的謎團一直到戰後，費米給她看一些解密的文件才得到解答。她那時方才知道在她開派對的那天，費米領導的實驗使原子彈的製造向前躍進一大步。

3

            1942年中，鈾原子的研究和原子彈的製造改為由陸軍負責，其代號為「曼哈頓計劃」(Manhattan Project)。軍方的負責人為格羅夫斯(Leslie Groves)將軍。他聘請加州大學的歐本海默 ( J. Robert Oppenheimer) 擔任計劃主持人。

            有人對此提出批評，認為格羅夫斯將軍應該聘請一位得過諾貝爾獎或是年紀較大的人，但後來証明任命歐本海默是格羅夫斯最成功的一項成就。

             歐本海默當時是美國物理界的後起之秀。從小即被視為天才的他在德國哥亭根大學獲研究量子力學博士，回美國後執教於加州理工學院和加州大學柏克萊校區。他才華洋溢，深為年輕一代的物理學生們所傾服。他們模仿他講話和吸煙的神態，也跟著他在加州理工學院和柏克萊大學兩邊跑。

            歐本海默被任命為計劃主持人後，認為必須將科學家們與所有工作人員集中在一起，方能使計劃進行得更有效率。他選定座落在新墨西哥州沙漠地區的洛沙拉莫斯(Los Alamos)為新的實驗室地點，然後旅行美國各地，遊説全美優秀的物理學家們住到洛沙拉莫斯，共同展開研製原子彈的計劃。

            自1943年開始，有一批科學家神秘失蹤。他們的親友都不知道他們到那裏去？但在沙漠裡的洛沙拉莫斯，則由陸軍負責行政支援，供應這批科學家及其家屬們生活所需的一切必須設施。

            剛開始時，格羅夫斯將軍問歐本海默博士：「會有多少人到洛沙拉莫斯？」

            歐本海默博士回答：「大約三十個科學家與他們的家人。」

            結果他的估計和實際情形相差太遠，因為到第二次大戰結束時，洛沙拉莫斯營區內已住了六千人。

            格羅斯將軍深為一群頂尖的科學家們為他工作而感到光榮。他說，他自己的數理也不錯，有一次還指出這些科學家的算術錯誤，其中的幾位還是諾貝爾獎的得主呢！這 些科學家們顯然不太在意格羅夫斯將軍的數理天份，但對他的行政魄力與解決問題的能力頗為佩服，整個研究計劃進行得十分順利。

            1945年夏天，在洛沙拉莫斯的科學家們成功做出了三枚原子彈，其中一枚用來作試爆。試爆前的氣氛非常緊張，試爆過程也極為戲劇性。

           七月十六日早晨五點三十分，人類第一顆原子彈被引爆了！艾力森（Sam Allison) 負責倒數計時。當他喊到最後幾秒時，想到大爆炸可能送出強大電子脈，會衝到手上的麥克風，因此喊出最後一聲「零！」後，便將麥克風像燙手的洋山芋般地甩開。

            緊接著，是一段暴風雨前的寧靜。心跳、甚至時間本身似乎都暫時停止了…。然後，陣陣光芒突然閃起，轟隆如雷的響聲穿越天地，一團火球冉冉上升，離開沙漠地表。在這令人眼盲心驚的時刻，歐本海默想起印度古詩所描述的死神的降臨。

            費曼（Richard Feynman)決 定不戴上實驗室發的墨鏡，而選擇躱在卡車的擋風玻璃後面。因為紫外線不會穿過玻璃，他認為躱在擋風玻璃後面才看得清楚，又兼顧安全。他說，當遠處出現強大 的閃光時，他立刻躲了下來。在卡車內看到一團紫色的東西時，他再度抬起頭來，看到一道白光轉變成黃光，再變成橘光，最後出現一個巨大的橘色球，充滿閃光， 慢慢上升翻騰，火焰的熱力同時不斷地往外冒出。

            雖然爆炸的威力事先計算過，但在現場的科學家還是飽受爆炸狀況的震憾。向來鎮靜的費米在試爆後的那天，覺得無法開車，乃請一位朋友幫他開車回家。到了家後，蘿拉說費米顯得精疲力竭，一句話也沒説，就上床倒頭睡覺。

            成功的試爆使營區內充滿歡樂的氣氛。連續數天，內到處都有慶祝派對，但普林斯頓來的物理學家威爾遜 (Robert Wilson)卻悶悶不樂。同樣來自普林斯頓的費曼問道：「你怎麼這麼不快樂？」

            威爾遜說：「我們做出來的怪物太可怕了。」

            費曼說：「嘿，當初還是你勸我加入這項計劃呢！」

             幾天後的八月六日和八月九日，原子彈在廣島和長崎爆炸的消息傳來，這些科學家的反應顯然錯綜複雜。他們像盜取天火的普羅密修斯，探索到本來只有上帝才知道的祕密，而且加以利用發揮，其成就究竟對人類是福是禍？自己也不全然明白。

              第二次大戰末期，當盟軍進入德國境內後，便立刻尋找漢恩等科學家。當他們找到漢恩、海森堡 (Werner Heisenberg)等十名德國科學家後，將他們送到英國劍橋附近的古德曼徹斯特 (Godmanchester)，軟禁在一個名為法瑪廳(Farm Hall) 的建築物裡。

              盟軍這樣做，一方面是想調查德國研製原子彈的情況，另一方面是避免這些德國科學家被俄國人擄走。這幾個科學家們在法瑪廳得到超乎尋常的禮遇，使得看管他們的美國士兵都大惑不解，不明白他們拘留的德國人是何許人物。

              結果，盟軍發現德國根本沒有進行製作原子彈。但在法瑪廳的漢恩聽到原子彈在廣島和長崎爆炸的消息，大為震驚。他接著陷入極度的沮喪與不安，臉色蒼白地喃喃自語道：「什麼？幾萬人在剎那間喪失了生命？」

              漢恩的沮喪使他的同伴們互相警告：「注意漢恩的行動，不要讓他發生意外。」這十名德國科學家於1946年一月被釋放回國。

              在他們仍被拘留在法瑪廳的1945年十一月十五日，瑞典皇家科學院宣佈漢恩得到一九四四年的諾貝爾化學獎。漢恩從報上得知他獲獎的消息後，寫了一封信給瑞典皇家科學院，感謝他們頒獎給他，並說明在當時的情況下，他無法前往領獎。

              漢恩直到1946年十二月才前往斯德哥爾摩，出席頒獎典禮，親自從瑞典國王手中接受獎金和獎牌。有些研究這段歷史的人說：「邁特納其實應該和漢恩一起獲獎。」

              邁特納在一封寫給朋友的信中提到：「漢恩絕對應該得獎。他即使沒有發現核分裂，也應該在其他方面的成就得獎。」

              1979年，德國發行紀念漢恩的郵票。郵票上面除了漢恩的肖像外，只有一條化學方程式：

               U + n → Ba + Kr + energy + n

              這方程式表示：「鈾加上中子變為鋇和氪，並放出能量和多餘的中子」。這方程式代表漢恩一生中最重要的發現與最高的成就，確是改變人類歷史的一個化學方程式！ (End)

參考書目：

1. "Brighter than a thousand suns：A personal history of the atomic scientists" by Robert Jungk, 1956. Translated by James Cleugh. Harcourt, Inc.

2. "Atoms in the family- My life with Enrico Fermi" by Laura Fermi, 1954. The university of Chicago press.

3. "The making of the atomic bomb" by Richard Rhodes, 1986, Simond & Schuster, Inc.

4. "Surely you're joking, Mr. Feynman! " by Richard Feynman, 1985, Norton & Company, Inc.