原子彈的威力1903―1999(1)

關於原子的概念要追溯到古希臘，但是直到19世紀，科學家才開始揭開原子的秘密。他們毫不知情地釋放了一種可怕的新能量，這種能量是一柄雙刃劍，既可以作為一個幾乎是無窮盡的能量源而造福人類，也可以導致諸如廣島原子彈爆炸和切爾諾貝爾核泄漏等這樣人類的空前災難。我們關於原子的圖片有些過時，尤其是在如今理論物理學已經發展到內容令人眼花繚亂的地步——比如超弦理論和有關十維或十一維宇宙的理論。這些輝煌的理論物理假說，像耀眼的彗星一樣，一個接一個地劃過太空，在人類一望無際的求知海面激蕩起了巨大、互相影響的片片漣漪。在一個原子放大后的結構圖中，小的電子有序地在大的原子核周圍運行的軌道再次證實它反映了我們太陽系的結構——在物理層次上對古時候的煉丹術士們深信不疑的哲學信條“因為有上，所以有下”做出了回應。這種能夠使吸引、排斥和中立結合在一起的平衡力量把我們帶回到了地球引力上——或者如果你願意的話，也可以說是撞到了地上——電子沿着它們的軌跡在太空運轉，給人一種貌似真實可靠的錯覺。對外行人來說，原子結構使人想到一堆歡快地運轉的桌球，表現為合理的、可預測的和科學的方式。而艾薩克·牛頓先生（1642—1727）自己可能也只意識到了一點新的理論——但是他也僅僅是多思考了一點而已。要想回憶這個亞原子宇宙的首次發現是多麼的令人驚訝，我們至少需要回到75年前那些先驅者的時代。他們在黑暗中摸索前進，探索着無形的、否定了牛頓定律的各種粒子的奧秘。對一些人來說，這是一個非常美妙的神奇的世界。經過錯誤的開始和鑽死胡同一般、痛苦的試驗以及理論家們的直覺擦出的火花，這些探索者終於弄明白了這些一直以來被假定為“固體的”和惰性的東西實際上有着不可思議的活力。他們發現了以神秘的、有着巨大壓縮能量的基質，使人們用實實在在的術語衡量或定義世界變得更迷茫。事實上，“物質的成分”不是固定的。因為物質會自發地由一種狀態變成另一種狀態，如帶電的膠狀物。想一想阿爾伯特·愛因斯坦著名的方程式：E=mc2,你就知道原子的能量有多大。這個公式是1905年發表的，可改寫為m=E/c2。為了得到物質（m）和能量之間的數學關係式，我們用能量（E）除以光速（C）的平方。光速為約每秒300,000千米（176,000英里），也就是說1千克的物質產生900億焦耳的能量，而不到1焦耳的能量就可以舉起一隻10千克重的箱子。那麼1千克的物質產生的能量足以舉起同種重量的箱子900億次，或者舉起一隻重9000億千克的箱子——這麼重的箱子也許是上帝的造物箱？“物質”和“能量”之間的差異太大了。先驅者們在進行科學研究，實現發明的夢想，追尋諾貝爾獎或世界榮譽時，把物質看成是一個令人敬畏的能量儲藏室。一位科學家在1963年的一次講課中說：“毫無疑問我們周圍的亞原子能是可以利用的。也許有一天，人類能夠釋放和控制原子能的無窮力量。我們沒法阻止他這樣做，而只能希望他不會把這個用來傷害自己的鄰居。”很多科學家都看到了原子能可以給人類帶來的好處：使人類生活和工業水平大大改變。不到10年，這些充滿希望與略帶諷刺的話語實現了。1945年8月6日，美國在廣島投下了第一顆原子彈。它的昵稱是“小男孩”。這是一個極其錯誤的稱呼，因為它實際重40噸。它從一家醫院正上方投下，爆炸后在離地面1千米處產生了12500噸TNT炸藥所能產生的威力。這次爆炸像一把巨錘把整個城市夷為平地，只剩下少量鬼魅似的混凝土建築的殘殼矗立在那裏，爆炸也產生了巨大的焰火團。倖存的目擊者在人類災難史上記錄了這一恐懼和可悲的事情。1945年年底，死亡人數已達140,000，由於輻射的長期影響死亡人數5年後增加到200,000。從束縛中被釋放出來的原子能已被證明具有無法想像的殺傷力，令全人類戰慄的潘多拉魔盒從此打開了。所有的一切都源自人類最基本和明確的動機：好奇心。先驅者們的研究方式也是西方科學的發展模式——把東西組合起來，再把它們分開；分析現象，找出最初的物體是怎樣構成的。當然過程是非常艱難的，因為原子太小了。最初的“原子轟擊”最終導致可控制的裂變，這也成了設計原子彈的基本原理。但在爆炸發生之前，還需要一種特殊的熔解，這不是靠原子本身，也不是它的亞原子微粒，而是一組才華橫溢的物理學家們的共同努力研究完成的。他們分散在英國、德國、法國、丹麥、意大利、美國和日本。美國計劃中的幾個關鍵性人物是匈牙利或德國猶太人。他們在20世紀30年代中期從納粹分子的迫害中逃脫。他們在研究中使用了不同的但互為補充的方法。在核秘密還未解開之前，這些方法只能綜合起來。對原子的最初理解要追溯到古希臘。公元前5世紀的留基波和德謨克里特，及公元4世紀的伊壁鳩魯認為世界由小到不可分割的微粒構成。這是哲學上的論斷而不是科學上的，主張原子存在即是合理的。這個觀點遭到亞里士多德（384—322BC）和後世的基督教會的反對，但文藝復興時期還有很多人傾向於古希臘的原子說。多明我會的修士布魯諾（1548—1600）就是一個支持者。他在1586年宣稱：“對自然界物質的分割是有限的，不可分割的事物是存在的。分割自然界物質最後可得到最小的用儀器可看到的微粒。”不幸的布魯諾因擁護尼古拉·哥白尼（1473—1543）的理論被當做異教徒活活燒死。但在下一個世紀，皮埃爾·伽桑狄(1592—1655)的運氣就要好些。他更廣泛地散佈了原子論，抹去了它在無神論上的污點。17世紀相關的理論家羅伯特·波義耳（1627—1691）得到發展。波義耳出生在愛爾蘭，是一個有錢的煉丹家和自然物理學家。波義耳定律即以他的名字命名，該定律認為氣體的體積同它的壓強成反比。波義耳還提出了“微粒哲學”說。儘管波義耳的“微粒”說同古希臘的原子說並無大的區別，但波義耳堅持認為他並沒有受到希臘原子論的影響。他的理論通過微粒的位置和運動來解釋自然界的現象；該理論影響了英國哲學家約翰·洛克（1632—1704）和大名鼎鼎的物理學家艾薩克·牛頓。1660年波義耳協助成立了皇家學會。