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看懂《奥本海默》需要认识的几位历史人物
由克里斯托弗·诺兰执导的电影《奥本海默》正在热映,影片讲述了美国著名物理学家、“原子弹之父”罗伯特·J.奥本海默的一生。通过还原他的生活,他所处的时代,我们回顾了美国研究原子弹以及“曼哈顿计划”的那段历史。
科学的初衷是为了人类的进步和发展,为了让这个世界越来越好,而原子弹研究成功,却让奥本海默成为了左手握着橄榄枝,右手握着摧毁世界终极武器的双重矛盾角色。而时至今日,核威胁一直是我们这个时代巨大的阴影。
如何去看待这段历史?虽然历史课本上对此有所提及,但绝大多数观众对奥本海默其人其事并不熟悉,更不要说影片中在他身边出现的一众历史人物。
除了奥本海默、爱因斯坦以外,今天为大家介绍几位跟原子弹息息相关的历史人物,有很多是影片中未出现的,其中也不乏女性的身影。1943 年,奥本海默和格罗夫斯在全国范围内寻找能够帮助他们实现目标的人。他们一视同仁,无论男女老少,无论是否拥有博士学位或技术经验——只要有贡献,他们都会考虑。
曼哈顿计划总共动员了13万人参与其中,其中11%是女性,她们在很多工作上比男性做得更加出色。曼哈顿计划的绝大多数参与者最后都没能让人记住名字,但历史不应该忘记他们和她们。
文 | 章和言 张磊 编辑整理
图片、资料来自网络
原子弹之父
——罗伯特·J.奥本海默
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奥本海默在洛斯阿拉莫斯的证件照
奥本海默是美国著名的物理学家,同时也因为领导研发了人类最早的原子弹而被人称为“原子弹之父”。
他于1925年毕业于哈佛大学化学系,但当时世界科学中心并不在美国而是在欧洲,尤其是德国,于是毕业后的他来到了剑桥大学,进入发现电子的约瑟夫·汤姆逊的门下,并被要求必须要完成帕特里克·布莱克特的实验课。
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电影剧照,左边的便是帕特里克·布莱克特,而右边的是尼尔斯·玻尔
1926年,奥本海默离开了剑桥前往德国的哥廷根,那里当时是新兴的量子物理的重要阵地之一,另一个便是玻尔所在的哥本哈根。在这里他结识了很多对物理学发展举足轻重的人物,包括他的博士导师玻恩,量子物理的领军人物海森堡、泡利与狄拉克,未来的物理核心人物费曼与费米,一生挚友、未来会发现核磁共振并因此获得诺贝尔奖的伊西多·拉比,等等。
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堪称物理学界最豪华阵容
1927年,奥本海默博士毕业。在哥廷根的这一年里,他发表了十多篇关于量子物理的论文,其中和导师玻恩一同发展起来的玻恩-奥本海默近似是关于量子化学的重要论文,也是奥本海默被引用次数最多的论文。
回到美国后的奥本海默,经常为实验物理学家们提供关于他们实验结果的理论解释,其中包括制造了第一台回旋加速器的劳伦斯,以及研究化学键的鲍林——奥本海默原打算让鲍林来做曼哈顿工程化学部主任,但后者以自己是一名和平主义者为由婉拒了。
奥本海默一生兴趣广泛,虽然未能获得诺贝尔奖,但他在很多领域都做出了重要贡献。除了前面提到的量子化学中的玻恩-奥本海默近似,在人工放射性方面的奥本海默-菲利普斯过程也是到今天也一直被使用的重要理论工具;他也论证了狄拉克所预言的“含正电的电子”不可能是狄拉克所认为的质子,而只能是“正电子”,且在不久之后就被卡尔·安德森所找到,后者也因为这个人类第一个发现的反物质而获得1936年的诺贝尔奖。
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奥本海默与爱因斯坦,摄于1950年前后
奥本海默在广义相对论方面的研究也非常著名,他是最早研究中子星、黑洞等广义相对论中的极致星体的物理学家之一。他和他的学生罗伯特·瑟伯尔一起研究了白矮星的性质,又和学生沃尔科夫一同使用当时还不完善的关于中子的物理理论预言了中子星的存在,并计算了中子星的质量上限也就是著名的“托勒曼-奥本海默-沃尔科夫极限”,并和学生哈特兰·施耐德一同预测了黑洞的存在。
当然,“黑洞”这个名字还要过好多年才会被约翰·惠勒正式提出,所以在电影中当奥本海默和施耐德在研讨会上讨论星体的引力坍缩时是不可能使用“黑洞”这个名词的,可能用“暗星”或者“引力星”,这算是电影的一个BUG。
事实上,除了领导曼哈顿工程,奥本海默最为人乐道的便是他带动了美国现代科学的发展,并且是一位非常善于启发人的导师,这点和玻尔很像。他一生虽然没有获得过诺贝尔奖(有人说如果他能再活久一点的话或许能凭黑洞领域的研究而获得诺贝尔物理学奖),但却培养了不少诺贝尔奖得主。
二战后奥本海默应刘易斯·斯特劳斯的邀请到新泽西州担任普林斯顿高等研究院院长,这里就有日后因发现宇称不守恒而获得诺贝尔奖的杨政宁与李政道。
也是在这里,在奥本海默的带领下,费曼、施温格、朝永振一郎等人各自发展出了解决量子电动力学中无限大难题的重整化方案,极大地推进了量子场论的发展;汤川秀树也在此后提出了解释强相互作用力的量子理论方案;罗伯特·马沙克受奥本海默提问的启发,提出了存在π介子和μ子两种介子的双介子假说,而塞西尔·鲍威尔正是在此基础上最终发现了π介子并获得了诺贝尔奖。
奥本海默也是“大科学”时代的代表人物,更是科学与政界、军界沟通的象征。同时,他在战后也一直因感到人类的科学发明终会成为人类文明的威胁而惴惴不安,并认为原子弹的使用会让美苏陷入核武器的军备竞赛之中,对氢弹的研发也摇摆不定——既认为这可以阻止军备竞赛,又认为这会加剧军备竞赛。
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1946年洛斯阿拉莫斯的氢弹研讨会
同时他在大众文化中也有着极端重要的位置,有人曾说现代人对科学的不尊重,就是源于1954年对奥本海默的听证会。而杜鲁门之后两位总统(肯尼迪以及继任的约翰逊)都为他颁奖以示平反,同时也期望能弥补裂痕。肯尼迪支持奥本海默这一幕在电影中也有所暗示,这点由肯尼迪的遗孀在肯尼迪遇刺后告诉过奥本海默。
曼哈顿计划的总指挥
——莱斯利·格罗夫斯
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莱斯利·理查德·格罗夫斯(Leslie Richard Groves,1896-1970),美国陆军中将。1913年考入华盛顿大学,1914年转入麻省理工学院攻读工程学专业,1916年获推荐资格并考入西点军校,1918年毕业。1936年任陆军工程兵部部长助理。1938年进入陆军战争学院深造,1939年毕业后出任陆军建筑计划与供给部部长的特别助理。
1942年7月,五角大楼建设现场,在负责“曼哈顿计划”之前,格罗夫斯协助管理五角大楼的建设。
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位于田纳西州橡树岭(Oak Ridge, TN)的K-25工厂,使用气体扩散法生产用于原子弹的浓缩铀。K-25是“曼哈顿计划”赋予该项目的代号
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格罗夫斯和“原子弹之父”、加利福尼亚大学伯克利分校物理学教授罗伯特·奥本海默
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1945年前后,格罗夫斯与英国物理学家詹姆斯·查德威克(James Chadwick)爵士。查德威克爵士因1932年发现中子而获1935年诺贝尔物理学奖。1941年,他为穆德委员会核武器报告的最后稿本执笔,这份报告促使美国政府开始积极进行核武器研究,后来担任“曼哈顿计划”英国小组的组长。
1940年任陆军工程兵建筑部副部长。1942年9月任美国负责原子弹研制的曼哈顿计划区司令。1947年,原子能事务移交给新成立的文职的原子能委员会,格罗夫斯受命担任武装部队特种武器计划的负责人。1948年1月晋升中将,2月退役。
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1945年,格罗夫斯与“曼哈顿计划”副总指挥托马斯·弗朗西斯·法雷尔(Thomas Francis Farrell)少将,此前法雷尔在中缅印战区协助修筑了援助中国抗战的列多公路
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1945年7月,美国华盛顿州哥伦比亚河畔汉福德镇核武器研发基地,左起:科学研究局(OSRD)局长范内瓦·布什(Vannevar Bush)、哈佛大学校长詹姆斯·B.科南特(James B. Conant)、“曼哈顿计划”总指挥格罗夫斯少将和土木工程师富兰克林·马蒂亚斯(Franklin Matthias)上校
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1945年9月9日,格罗夫斯与奥本海默在新墨西哥州索科罗县托立尼提沙漠的“三位一体核试验”(Trinity test)现场,察看7月16日首次核爆炸实验中托举原子弹的钢架残留物。他们都穿着白鞋套,防止核烟尘粘在鞋底上。
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1945年9月9日,格罗夫斯与奥本海默率领科研人员在“三位一体核试验”的原爆点(Ground zero)
铀浓缩的推动者
——欧内斯特·劳伦斯
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1939年获诺贝尔奖时候的劳伦斯,时年38岁
欧内斯特·奥兰多·劳伦斯(Ernest Orlando Lawrence,1901-1958),美国物理学家,核物理学的先驱人物之一。
1925年获耶鲁大学物理学博士学位。1928年任加州大学伯克利分校物理学副教授,两年后成为最年轻的正教授。1930年设计和制造出第一台高能粒子回旋加速器,为此荣获1939年诺贝尔物理学奖。
二战期间参与曼哈顿计划,主管用电磁法分离制造原子弹用的铀同位素工作。化学元素周期表中第103号元素铹以及加利福尼亚州伯克利和利弗莫尔的两所劳伦斯实验室都是为纪念他而命名的。
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1939年,加利福尼亚州伯克利劳伦斯实验室,刚刚完成的60英寸(1.52米)回旋加速器。左三是劳伦斯
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在电磁型同位素分离器中分离铀同位素的示意图。电磁型同位素分离器是一种同位素质谱仪,其最初的设计和使用是为了分离铀的同位素,由美国物理学家欧内斯特·劳伦斯在“曼哈顿计划”期间根据他早前发明的回旋加速器研发而成。该仪器的英文名字“Calutron”来源于加州大学伯克利分校以及回旋加速器(cyclotron),以纪念它的发明地、也就是劳伦斯所在的加州大学伯克利分校。
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1944至1945年间,美国田纳西州橡树岭Y-12工厂的巨型电磁铀浓缩设施“阿尔法I”,环形排列的就是劳伦斯研发的电磁型同位素分离器。
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1946年,加州大学伯克利分校,劳伦斯与“原子弹之父”奥本海默(左)在查看184英寸的回旋加速器
原子弹之母
——吴健雄
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2021年美国邮政署发行了一张纪念人物“永久邮票”,这张邮票上,吴健雄身着旗袍,尽显东方女性的优雅。
吴健雄被誉为“物理世界女王”“中国的居里夫人”,但很可惜的是,因为她的女性身份,导致她虽然多次被提名诺贝尔奖,却始终与诺奖无缘。
生于1912年的吴健雄于1930年考入中央大学,并于1934年以全校第一的成绩顺利毕业,并前往美国加利福尼亚大学继续深造,仅用4年就获得了博士学位。她的老师中则包括了奥本海默、劳伦斯以及后来因为发现反质子而获得诺贝尔奖的埃米利奥·塞格雷,而她的博士论文便是关于铀核裂变的,这让她成为贝塔衰变领域的权威。
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在加州大学博士毕业的吴健雄
比那个年代饱受女性身份所带来的歧视更严峻的是,吴健雄身上“东方人”的身份为她带来了更多的麻烦。她不但在校期间多次申请奖学金无果,更无法在博士毕业后顺利得到对欧美人来说轻而易举的教职工作。同样,曼哈顿计划启动后,奥本海默原本想让被他亲切地称为“JieJie”的吴健雄参与到核心工程中,但却被军方拒绝,理由无外乎其华人身份。
1944年3月,定居普林斯顿并任讲师的吴健雄加入了曼哈顿计划下的位于哥伦比亚大学的代替合金材料实验室,参与到铀浓缩项目中。而铀浓缩与引爆是制造原子弹的两个关键项目。
到了9月,正在建造世界上第一个核反应堆的恩里克·费米发现,反应堆中的核反应总是莫名其妙地停下来,并对此一筹莫展。后来提出了“黑洞”一词的约翰·惠勒猜测存在一种能大量吸收中子的“核毒素”污染了铀核的链式反应,而曾担任吴健雄博士论文导师的赛格雷则想到了吴健雄在一篇早就完成但尚未发表的论文中讨论过这一问题,便对军方说:“这个问题应该去问吴健雄。”
奥本海默也力排众议,坚决要求让吴健雄接触当时被定为最高机密的链式反应中断问题。临危受命的吴健雄也不负所托,不但确认在费米的核反应堆中阻止链式反应的元凶正是她自己早年论证过的氙-135,更是设计了一种在核反应中隔离这种中子毒素的装置,成功让链式反应得以持续进行下去。
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凭借铀浓缩与氙污染问题,吴健雄被人称为“原子弹之母”。美国媒体曾这样报道:“在一个进行原子撞击科学研究的实验室中,一位娇小的中国女孩,和美国一些最高水准的科学家并肩工作”。
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但也因为她的突出贡献,一直到二战结束,吴健雄都一直被美国政府限制自由,无法与家人取得联系——附带一说,她的丈夫袁家骝正是袁世凯的亲孙子,而她的父亲吴仲裔早年曾积极参与过反袁斗争。
当然,吴健雄最著名的工作自然要数验证了杨振宁与李政道所提出的宇称不守恒的钴核贝塔衰变实验了。1956年,刚与杨振宁一同提出宇称不守恒理论的李政道找到吴健雄,希望在实验方面久誉盛名的吴健雄能帮忙设计实验来验证他们的理论,而吴健雄也认识到他们的理论对基础物理来说非常重要,于是不顾其他知名物理学家的嘲笑,坚持组建团队进行了相关实验,并最终于1957年验证了宇称的确不守恒。
同年10月,杨振宁与李政道荣获诺贝尔物理学奖,他们是历史上首次获得诺贝尔奖的华人。但非常遗憾的是,无论杨振宁、李政道、奥本海默等人如何肯定吴健雄在宇称不守恒这一重大发现上的重要意义、如何向诺贝尔奖委员会争取,吴健雄最终还是无缘诺贝尔奖。此后的八年中,吴健雄五次被提名诺贝尔物理学奖,但可惜始终未能得到诺贝尔奖委员会的点头,这不得不说是诺贝尔奖历史上的又一重大遗憾与失误。
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1957年1月15日,吴健雄和她的同事,包括后来的诺贝尔奖获得者李政道(右),在哥伦比亚大学举行新闻发布会,宣布他们的突破性发现
后来,吴健雄成为首位获得美国国家科学院颁发的科姆斯托克物理学奖的女性科学家、首位美国物理学会女性会长、首位沃尔夫物理学奖得主,也是首位在世时就有以她命名的小行星的科学家。而除了验证宇称不守恒,吴健雄还验证了电荷共轭对称同样是不成立的,进而推测物理学家过去认为必然成立的时间反演对称同样是不成立的。
吴健雄在验证了宇称不守恒后所说的“永远不要把所谓不验自明的定律视为是必然的”,如今也一直回响在物理学家的耳畔。
信息时代的教父
——范内瓦·布什
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1940年代早期的范内瓦·布什
范内瓦·布什(Vannevar Bush,1890-1974),是二战时期美国最伟大的科学家、发明家和工程师之一,美国科学研究局(OSRD)局长。1919年加入麻省理工学院电气工程系,1922年创立了雷神公司。1932年,布什成为麻省理工学院副校长兼麻省理工学院工程学院院长。1938年5月任华盛顿卡内基研究所(CIW)主席。1939年10月任美国宇航局前身的国家航空咨询委员会(NACA)主席。
早在一战期间,布什就意识到平民科学家和军队之间的合作不畅。二战爆发后,布什担心科学研究缺乏协调,不符合国防动员的要求。
1940年5月德国入侵法国后,布什认识到时间紧迫,设法通过罗斯福总统叔叔弗雷德里克·德拉诺的介绍,6月12日布什拜见罗斯福总统,准备了一份建议在联邦政府内设立“国防研究委员会”(NDRC)作为国防科研总指导机构的提案,罗斯福在15分钟内就批准了该提案,并在纸上写下了“OK–FDR”。6月27日国防研究委员会(NDRC)成立,并得到总统应急基金的资金支持,布什担任主席。
成员包括当时最顶级的科学家:麻省理工学院院长卡尔·泰勒·康普顿、哈佛大学校长詹姆斯·B.科南特、国家科学院院长和贝尔实验室主席弗兰克·朱厄特等人。布什实际上也成为了第一位总统科学顾问,当时有科学家评论说,“如果有哪个人在1940年夏天去世将给美国带来最大的灾难,总统排名第一,布什不是第二就是第三。”
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1940年3月,加利福尼亚大学伯克利分校研究184英寸(4.67米)回旋加速器的会议,左起:回旋加速器的发明者欧内斯特·劳伦斯,获1927年诺贝尔奖的物理学家阿瑟·霍利·康普顿,麻省理工学院副校长、物理学家范内瓦·布什,哈佛大学校长、化学家詹姆斯·B·科南特,麻省理工学院校长、物理学家卡尔·泰勒·康普顿(也是阿瑟·霍利·康普顿的亲哥哥),物理学家阿尔弗雷德·李·罗米斯
1941年6月28日,罗斯福总统命令组建美国科学研究局(OSRD),布什担任局长;科南特接替他担任“国防研究委员会”主席。
新机构的职责更加广泛,资金保障更加雄厚,二战期间科学研究局一共参与了大约2500份合同,价值超过5.36亿美元;协调大约六千名顶尖科学家将科学技术应用于战争方面的活动,对美国赢得二战胜利起到了重要作用。当时几乎所有的军事研究计划都出自他的领导,包括近炸引信、雷达技术、发展核武器的“曼哈顿计划”、登月飞行直到“星球大战计划”的众多重大科学技术工程。
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美国科学研究局组织研发的近炸引信“马克53”(Mark 53)
近炸引信的使用,令美国海军的防空火力有效度大为增加。据战后统计,美军舰载防空火炮的主力,127mm炮使用近炸引信时击落每架敌机平均需要500发炮弹;而使用常规炮弹时则要多四倍,即2000发。在战争末期,防御日本神风敢死队攻击的火炮,大部分都得助于近炸引信。在欧洲战场上,近炸引信是英国在1944年成功阻挡德国V-1火箭攻势的主要原因之一。
1945年,布什在提交给总统的报告《科学,无尽的前沿》(Science, The Endless Frontier)中布什呼吁扩大政府对科学的支持,美国政府依据布什的建议和构想批准成立的国家科学基金会(NSF)和高级研究规划署(ARPA)等科研机构,保证了美国在尖端科技领域的长期领先地位。同时他还是模拟计算机的开创者,信息论之父克劳德·艾尔伍德·香农是他的学生。
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1945年7月,美国华盛顿州汉福德镇核武器研发基地,左起:范内瓦·布什、哈佛大学校长詹姆斯·B·科南特、“曼哈顿计划”指挥官格罗夫斯少将和富兰克林·马蒂亚斯上校
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1969年11月,尼克松总统授予范内瓦·布什、詹姆斯·B·科南特、格罗夫斯将军“原子弹先驱奖”
布什在1930年代就引入了“memex”的概念,他将其想象为一种记忆增强形式,基于一种类似“缩微胶卷”的设备,个人可以在其中存储他所有的书籍、笔记和通信,并且能够以超快的速度和灵活性进行查询,这是对个人记忆的放大和补充。
1945年7月,布什在《大西洋月刊》发表了具有划时代意义的论文《诚如所思》(As We May Think),预测“全新形式的百科全书将出现,由贯穿其中的联想轨迹网组成,置入memex中并在那里得到放大”;几个月后,《生活周刊》杂志刊载了精华版的《诚如所思》,并配有插图,展示了memex机器及其配套设备的可能外观。
布什的这篇论文具有远见的影响力,可以说开创了数字计算机和搜索引擎时代,因此也被称为“信息时代的教父”,鼠标的发明者道格拉斯·恩格尔巴特和创造“超文本”和“超媒体”术语的泰德·纳尔逊等后世科学家均深受布什论文的影响。美国国内两个著名的高科技工业园区——加利福尼亚的“硅谷”和波士顿128号公路的“高科技走廊”的诞生,也都凝结了布什的心血。
1974年6月28日,布什在马萨诸塞州贝尔蒙特因肺炎去世,享年84岁。时任麻省理工学院校长杰罗姆·威斯纳在追悼会上称:“在科学和技术的发展方面,没有一个美国人比范内瓦·布什具有更大的影响力”。
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《诚如所思》的封面介绍:在不远的将来,人制造的机器开始了思考
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布什将未来的百科全书设想为具有贯穿其中的关联轨迹网,类似于超链接,存储在memex系统中
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1947年1月20日,杜鲁门总统与国防研究委员会成员合影。坐者左起:哈佛大学校长詹姆斯·B·科南特博士,杜鲁门总统,科学研究局的药理学家阿尔弗雷德·牛顿·理查兹博士。站立者左起:麻省理工学院院长卡尔·泰勒·康普顿博士,国家科学院刘易斯·H·威德博士,科学研究局局长范内瓦·布什博士,贝尔实验室主席弗兰克·朱厄特,麻省理工学院的杰罗姆·克拉克·胡萨克博士,伊利诺伊大学化学家罗杰·亚当斯博士,哈佛医学院生物化学家艾伯特·贝尔德·黑斯廷斯博士,哥伦比亚大学微生物学家阿方斯·雷蒙德·窦哲思博士
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1948年5月27日,杜鲁门总统(中)授予哈佛大学校长詹姆斯·B·科南特(右)“功勋勋章”,布什教授(左)出席授勋仪式
科学界的女权主义者
——莉莉·霍尼希
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参与曼哈顿计划时的身份照
在电影《奥本海默》中,莉莉是少数有台词的女性人物之一,尤其在那场争论她是否应该离开钚元素研究组时她的反驳“你们男人的生殖系统更暴露也更容易受影响”相当地振聋发聩。
而在真实历史上,莉莉是一位出生于捷克的化学家,更是一位女权主义活动家,为那个时代的女性,尤其是女性科学家不断争取着应得的权益。
她在随丈夫一同前往拉斯阿拉莫斯后,便主动要求参与到曼哈顿计划的化学相关项目中。
电影中有一幕场景便是描绘了这件事:莉莉被拦在外面,并要求进行打字测试,因为当时的科学家认为女性只能做打字员,而她向正好经过的奥本海默大声说:“哈佛大学化学系不教打字!”这也最终让奥本海默同意她前往钚元素研究组进行相关研究。
莉莉也是唯二见证了三位一体实验的两位女性之一。
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电影中搭建实验装置的场景,基本还原了历史,其中背对镜头的就是莉莉,而面对镜头的是三位一体实验中仅剩的另一位女性科学家琼·辛顿
历史上的莉莉曾签署了一份请愿书,希望第一枚原子弹的实验能在无人岛上进行而不是新墨西哥州的沙漠。
虽然军方早就将当地的土著都迁走,但由于当时人们对原子弹所能产生的核污染有多严重、范围有多广并没有具体的认识,所以事实上,三位一体实验之后,依然有上万毫不知情的平民受到了辐射指数超出目前规定安全上限上万倍的核灰尘的严重伤害,且无论是他们还是他们的后代,癌症发生率都远高于常人。从这点回望莉莉他们当年的那份请愿书,无疑是非常正确的。
而在眼见三位一体实验中原子弹的巨大威力后,莉莉和一同见证实验的部分其他科学家(包括另一位女性科学家琼·辛顿)一同参加了反对原子弹用于实战的抗议活动。
二战结束后,莉莉还曾出任 HERS(高等教育资源服务)的创始主任,也曾在美国国家科学基金会、美国国家癌症研究所和美国科学促进会的平等机会委员会任职。
她曾担任哈佛大学妇女平等委员会的研究主席,并参与了许多有关女性科学教育和职业的研究。她一生总共生育了四个孩子并活到了96岁,比绝大部分当初在钚元素研究组以辐射影响生育而要她离开的男性科学家都活得久。
附带一提,和莉莉一同亲眼见证了三位一体实验的另一位女性科学家琼·辛顿,在广岛原子弹爆炸后便离开了曼哈顿计划。琼是一位物理学博士,同时也是一位出色的滑雪运动员,本来是要参加1940年的奥运会的。她还曾在上海和宋庆龄一同工作过。
量子力学的创始人
——马克斯·普朗克
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1933年时候的普朗克
马克斯·普朗克(Max Planck,1858-1947),德国著名物理学家,量子力学的重要创始人,和爱因斯坦并称为20世纪最重要的两大物理学家。因发现能量量子化而对物理学的又一次飞跃做出重要贡献,1918年荣获诺贝尔物理学奖。
20世纪20年代以后,普朗克成为德国科学界的中心人物。他的公正、正直和学识,使他在德国受到普遍尊敬,具有决定性的权威。纳粹统治时期,他反对种族灭绝政策,并坚持留在德国,尽力保护各国科学家和德国的物理学家。
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1931年11月11日,德国柏林,1914年诺贝尔物理学奖获得者、德国物理学家马克斯·冯·劳厄(Max von Laue)(右一)请客吃饭,左起:1920年诺贝尔化学奖获得者、德国化学家瓦尔特·能斯特(Walther Nernst),爱因斯坦,普朗克,1923年诺贝尔物理学奖获得者、美国物理学家罗伯特·密立根(Robert Millikan),以及马克斯·冯·劳厄
核时代的奠基人
——奥托·哈恩
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奥托·哈恩(Otto Hahn,1879-1968),德国放射化学家和物理学家,被称为“核时代的奠基人”。
1938年,哈恩和F.斯特拉斯曼一起发现核裂变现象,开创了人类利用原子能的新纪元,哈恩因此荣获1944年诺贝尔化学奖。他不愿让纳粹政权掌握原子能技术,拒绝参与任何研究。1945年春,他和海森堡等几位原子科学家被送往英国拘禁。1946年初获释回德国,担任威廉皇帝学会(1948年改名为马克斯·普朗克学会)会长,1960年后任荣誉会长。
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1913年,德国柏林,哈恩与奥地利裔物理学家莉泽·迈特纳(Lise Meitner)在实验室
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1938年,哈恩与德国物理学家、化学家弗里茨·斯特拉斯曼(Fritz Strassmann)成功进行核裂变实验的装置,现存德国慕尼黑德意志博物馆(Deutsches Museum)
第一位解释了核裂变现象的人
——莉泽·迈特纳
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莉泽·迈特纳(Lise Meitner)是一位奥地利的犹太裔原子物理学家。在那个对女性从事科研工作普遍持歧视态度的时代,她还是在原子物理领域做出了杰出的贡献,与奥托·哈恩一同发现了镤的稳定同位素,并率先给出了核裂变现象的理论解释,被爱因斯坦誉为“德国的居里夫人”。
从1924年到1948年,迈特纳曾被19次提名诺贝尔化学奖、30次提名诺贝尔物理学奖,只可惜始终未曾摘取诺贝尔奖的桂冠,这不得不说是诺贝尔奖的一大遗憾。为了纪念迈特纳,1997年国家纯化学与应用化学联合会将109号元素正式定名为“Meitnerium”。
迈特纳最早师从著名的统计物理学家路德维希·玻尔兹曼,并于1906年成为维也纳第二位女博士。次年她来到德国的柏林,在马克思·普朗克的帮助下在对女性歧视严重的德国柏林大学成为一名“无薪客席”,并开始了与当时还很年轻的放射化学家奥托·哈恩长达30年的合作关系。
1938年当奥地利被纳粹德国吞并后,犹太血统成了迈特纳生命遭受威胁的重要原因,于是她逃到了瑞典并获得了瑞典国籍,一直在诺贝尔研究所工作到1946年。在瑞典期间,迈特纳一直与哈恩保持书信往来,也就是在这个时候她得知了哈恩与斯特拉斯曼一起进行的一次核实验中出现了哈恩无法理解的奇怪现象。
哈恩他们当时用中子轰击铀原子核,希望能看到铀核吸收中子后发生阿尔玛衰变,并得到比铀核略轻的镭核。但实际上得到的东西却大大出乎他们意料,衰变产物比铀核轻了很多,根本不可能是镭核。
擅长实验但不擅长理论的哈恩将这一结果写信告诉了更擅长理论的迈特纳。而迈特纳在一次与同为物理学家的外甥奥托·弗里施一起散步的时候突然意识到了哈恩的实验中究竟发生了什么,那便是铀核在吸收了中子后并没有发生过去大家所认为的阿尔法衰变从而放出阿尔法射线并留下较轻的镭核,而是直接被打碎、分裂成了两个较小的原子核,而这就是哈恩的实验中所真正得到的产物:钡原子核。
这样不单可以解释哈恩的实验数据,更重要的是通过计算迈特纳发现这种原子核的分裂过程中可以释放非常巨大的能量——这便是核裂变乃至整个核能时代的开端。
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1937年哥本哈根会议上,第一排从左到右一次是:尼尔斯·玻尔、维纳·海森堡、沃尔夫冈·泡利、奥拓·斯特恩(因发现质子磁矩而获1943年诺贝尔物理学奖)、莉泽·迈特纳、鲁道夫·拉登堡(早期通过实验验证量子理论的物理学家之一,也为激光的理论发展做出奠基性贡献,更计算了中子-质子反应截面等从而推动了原子弹的研发,同时也是在美国的德国流亡物理学家与政府之间的重要协调人)以及J. 雅各布森。
当弗里施将这个发现告诉量子物理与原子物理、核物理的先驱玻尔时,玻尔兴奋地大叫“天哪,我们全都笨得可以啊!我的天,这也太妙了!就只能是这个样子!”而弗里施更是在玻尔领导的实验室里确切验证了重原子核分裂的真实性,并将这一过程正式定名为“核裂变”。
不过非常可惜的是,迈特纳并没能因为发现核裂变而获得诺贝尔奖,这只能归咎于当时的时代环境,包括科学界对女性的过时观点。而迈特纳也一直被人谣传是在发现了核裂变的秘密后才偷偷逃离德国,并将核裂变原理告诉了同盟国、帮助同盟国更快地制成了原子弹。
为科学家们打掩护的图书总管
——夏洛蒂·塞伯
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参与曼哈顿计划时的身份照
最后我们来看一位很特殊但同时也很重要的曼哈顿计划的参与者:夏洛蒂·塞伯(Charlotte Serber)。
这位在电影中只有一闪而过的一个镜头的夏洛蒂原本只是一位记者,毕业于宾夕法尼亚大学,1943年随身为物理学家的丈夫一同加入曼哈顿计划,并开始担任基地图书馆总管,领导了一个12人的团队,她们大多是科学家的妻子。
由于曼哈顿的高度机密性,所以所有的期刊、论文、新书都必须由她们自己驱车到圣塔菲用保险箱装运回来,全程都不能被外人看到,最后由夏洛蒂亲自保管的钥匙打开保险箱将书取出并分拣、归类、补页。这些期刊、论文、书籍对奋战在曼哈顿计划中的科学家来说则是至关重要的东西,不但能帮助他们完成手上的研究、克服难题、提供新的思路与灵感,更能帮他们一窥德国人是否走在了自己的前头。
而最重要的是,夏洛蒂时不时要去周围的镇上转转,到酒吧里佯装喝醉,然后“无意间”将基地正在研究一种电力火箭这样的“绝密信息”透露给周围的人听,让间谍们搞不清楚洛斯阿拉莫斯到底是在研究什么——这对曼哈顿计划来说是至关重要的,不但提供了安全性,也迷惑了德国人。
曼哈顿计划总共动员了13万人参与其中,其中11%是女性,她们在很多工作上比男性做得更加出色(在Y-12的一场劳伦斯的博士们与尼科尔斯的女操作员的“生产竞赛”中,后者狠狠地赢了一把,这也极大地鼓舞了Y-12员工的士气)。曼哈顿计划的绝大多数参与者最后都没能让人记住名字,但历史不应该忘记他们和她们。
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在Y-12国家安全大楼控制电磁型同位素分离器的女性操作员。她们中的很多人一直到50年后这里被解密并对公众开放后才知道自己当年参加的到底是什么项目。
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参与到曼哈顿计划的众多女性工作者们
1943 年,奥本海默和格罗夫斯将军在全国范围内寻找能够帮助他们实现目标的人。他们一视同仁,无论男女老少,无论是否拥有博士学位或技术经验——只要有贡献,他们都会考虑。
相关新书预告:《哥本哈根的浮士德》
预计2023年出版
何谓“哥本哈根精神”?
玻尔、海森堡、泡利、狄拉克、德尔布吕克……
天才,为何结伴而来?
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“让历史感同身受”丛书之“二战盟军三大文件”——《全球使命》《身历其境》《战争日记》,这套书的作者全部都是参与二战同盟国核心决策圈的高级将领,让我们有机会可以从顶层设计的角度全面了解这场战争的决策过程,也可以深入了解那段历史时期的政治、经济和科技发展状况。这套书既对我们理解、把握当今风云变幻的国际形势大有裨益,也有助于我们锻炼、提高自己的战略思维和宏观把握能力。
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原标题:《看懂《奥本海默》需要认识的几位历史人物》
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