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外一篇海森堡和德國原子彈計劃

Part 1

如果說玻爾-愛因斯坦之爭是20世紀科學史上最有名的辯論,那麼海森堡在第二次世界大戰中的角色恐怕就是20世紀科學史上最大的謎題。不知多少歷史學家為此費盡口水,牽涉到數不清的跨國界的爭論。甚至到現在,還有人不斷地提出異議。我們不妨在史話正文之外用一點篇幅來回顧一下這個故事的始始末末。

納粹德國為什麼沒能造出原子彈?戰後幾乎人人都在問這個問題。是政策上的原因?理論上的原因?技術上的原因?資源上的原因?或是道德上的原因?不錯,美國造出了原子彈,他們有奧本海默,有費米,有勞倫斯、貝特、西伯格、維格納、查德威克、佩爾斯、弗裡西、塞格雷,後來又有了玻爾,以致像費因曼這樣的小字輩根本就不起眼,而洛斯阿拉莫斯也被稱作「諾貝爾得獎者的集中營」。但德國一點也不差。是的,希特勒的猶太政策趕走了國內幾乎一半的精英,納粹上台的第一年,就有大約2600名學者離開了德國,四分之一的物理學家從德國的大學辭職而去,到戰爭前夕已經有40%的大學教授失去了職位。是的,整個軸心國流失了多達27名諾貝爾獲獎得者,其中甚至包括愛因斯坦、薛定諤、費米、波恩、泡利、德拜這樣最傑出的人物,這個數字還不算間接損失的如玻爾之類。但德國憑其驚人的實力仍保有對抗全世界的能力。

戰爭甫一爆發,德國就展開了原子彈的研究計劃。那時是1939年,全世界只有德國一家在進行這樣一個原子能的軍事應用項目。德國佔領著世界上最大的鈾礦(在捷克斯洛伐克),德國有世界上最強大的化學工業,他們仍然擁有世界上最好的科學家,原子的裂變現象就是兩個德國人——奧托.哈恩(Otto Hahn)和弗裡茲.斯特拉斯曼(Fritz Strassmann)在前一年發現的,這兩人都還在德國,哈恩以後會因此發現獲得諾貝爾化學獎。當然不止這兩人,德國還有勞厄(1914年諾貝爾物理獎)、波特(Bothe,1954年諾貝爾物理獎)、蓋革(蓋革計數器的發明者,他進行了α散射實驗)、魏扎克(Karl von Weizsacker)、巴格(Erich Bagge)、迪布納(Kurt Diebner)、格拉赫、沃茲(Karl Wirtz)……當然,他們還有定海神針海森堡,這位20世紀最偉大的物理學家之一。所有的這些科學家都參與了希特勒的原子彈計劃,成為「鈾俱樂部」的成員之一,海森堡是這個計劃的總負責人。

然而,德國並沒能造出原子彈,它甚至連門都沒有入。從1942年起,德國似乎已經放棄整個原子彈計劃,而改為研究製造一個能提供能源的原子核反應堆。主要原因是因為1942年6月,海森堡向軍備部長斯佩爾(Albert Speer)報告說,鈾計劃因為技術原因在短時間內難以產出任何實際的結果,在戰爭期間造出原子彈是不大可能的。但他同時也使斯佩爾相信,德國的研究仍處在領先的地位。斯佩爾將這一情況報告希特勒,當時由於整個戰場情況的緊迫,德國的研究計劃被迫採取一種急功近利的方略,也就是不能在短時間,確切地說是六周內,見效的計劃都被暫時放在一邊。希特勒和斯佩爾達成一致意見:對原子彈不必花太大力氣,不過既然在這方面仍然「領先」,也不妨繼續撥款研究下去。當時海森堡申請附加的預算只有寥寥35萬帝國馬克,有它無它都影響不大。

這個計劃在被高層放任了近2年後,終於到1944年又為希姆萊所注意到。他下令大力撥款,推動原子彈計劃的前進,並建了幾個新的鈾工廠。計劃確實有所進展,不過到了那時,全德國的工業早已被盟軍的轟炸破壞得體無完膚,難以進一步支撐下去。而且為時也未免太晚,不久德國就投降了。

1942年的報告是怎麼一回事?海森堡在其中扮演了一個什麼樣的角色?這答案撲朔迷離,歷史學家們各執一詞,要不是新證據的逐一披露,恐怕人們至今仍然在雲裡霧中。這就是科學史上有名的「海森堡之謎」。

戰後的海森堡、哈恩和勞厄

Part 2

1944年,盟軍在諾曼底登陸,形成兩面夾攻之勢。到1945年4月,納粹德國大勢已去,歐洲戰場戰鬥的結束已經近在眼前。擺在美國人面前的任務現在是盡可能地搜羅德國殘存的科學家和設備儀器,不讓他們落到別的國家手裡(蘇聯不用說,法國也不行)。和蘇聯人比賽看誰先攻佔柏林是無望的了,他們轉向南方,並很快俘獲了德國鈾計劃的科學家們,繳獲了大部分資料和設備。不過那時候海森堡已經提前離開逃回厄菲爾德(Urfeld)的家中,這個地方當時還在德國人手裡,但為了得到海森堡這個「一號目標」,盟軍派出一支小分隊,於5月3日,也就是希特勒夫婦自殺後的第四天,到海森堡家中抓住了他。這位科學家倒是表現得頗有風度,他禮貌地介紹自己的妻子和孩子們,並問那些美國大兵,他們覺得德國的風景如何。到了5月7日,德國便投降了。

10位德國最有名的科學家被秘密送往英國,關在劍橋附近的一幢稱為「農園堂」(Farm Hall)的房子裡。他們並不知道這房子裡面裝滿了竊聽器,他們在此的談話全部被錄了音並記錄下來,我們在後面會談到這些關鍵性的記錄。8月6日晚上,廣島原子彈爆炸的消息傳來,讓每一個人都驚得目瞪口呆。關於當時的詳細情景,我們也會在以後講到。

戰爭結束後,這些科學家都被釋放了。但現在不管是專家還是公眾,都對德國為什麼沒能造出原子彈大感興趣。以德國科學家那一貫的驕傲,承認自己技不如人是絕對無法接受的。還在監禁期間,廣島之後的第三天,海森堡等人便起草了一份備忘錄,聲稱:1.原子裂變現象是德國人哈恩和斯特拉斯曼在1938年發現的。2.只有到戰爭爆發後,德國才成立了相關的研究小組。但是從當時的德國來看並無可能造出一顆原子彈,因為即使技術上存在著可能性,仍然有資源不足的問題,特別是需要更多的重水。

返回德國後,海森堡又起草了一份更詳細的聲明。大致是說,德國小組早就意識到鈾235可以作為反應堆或者炸彈來使用,但是從天然鈾中分離出稀少的同位素鈾235卻是一件極為困難的事情[1]。

海森堡說,分離出足夠的鈾235需要大量的資源和人力物力,這項工作在戰爭期間是難以完成的。德國科學家也意識到了另一種可能的方法,那就是說,雖然鈾238本身不能分裂,但它吸收中子後會衰變成另一種元素——鈽。而這種元素和鈾235一樣,是可以形成鏈式反應的。不過無論如何,前提是要有一個核反應堆,製造核反應堆需要中子減速劑。一種很好的減速劑是重水,但對德國來說,唯一的重水來源是在挪威的一個工廠,這個工廠被盟軍的特遣隊多次破壞,不堪使用。

總而言之,海森堡的潛台詞是,德國科學家和盟國科學家在理論和技術上的優勢是相同的。但是因為德國缺乏相應的環境和資源,因此德國人放棄了這一計劃。他聲稱一直到1942年以前,雙方的進展還「基本相同」,只不過由於外部因素的影響,德國認為在戰爭期間沒有條件(而不是沒有理論能力)造出原子彈,因此轉為反應堆能源的研究。

海森堡聲稱,德國的科學家一開始就意識到了原子彈所引發的道德問題,這樣一種如此大殺傷力的武器使他們也意識到對人類所負有的責任。但是對國家(不是納粹)的義務又使得他們不得不投入到工作中去。不過他們心懷矛盾,消極怠工,並有意無意地誇大了製造的難度,因此在1942年使得高層相信原子彈並沒有實際意義。再加上外部環境的惡化使得實際製造成為不可能,這讓德國科學家鬆了一口氣,因為他們不必像悲劇中的安提戈涅,親自來作出這個道德上兩難的選擇了。

這樣一來,德國人的科學優勢得以保持,同時又捍衛了一種道德地位。兩全其美。

這種說法惹火了古茲密特。大家還記得古茲密特和烏侖貝克是電子自旋的發現者,但兩人的性格卻非常不同:烏侖貝克是最傑出的教師,而古茲密特則是天生的外交家和政治家。在戰時,古茲密特在軍方擔任重要職務,是曼哈頓計劃的一位主要領導人,本來也是海森堡的好朋友。他認為說德國人和盟國一樣地清楚原子彈的技術原理和關鍵參數是胡說八道。1942年海森堡報告說難以短期製造出原子彈,那是因為德國人算錯了參數,他們真的相信不可能造出它,而不是什麼虛與委蛇,更沒有什麼消極。古茲密特地位特殊,手裡掌握著許多資料,包括德國自己的秘密報告,他很快寫出一本書叫做ALSOS,主要是介紹曼哈頓計劃的過程,但同時也匯報德國方面的情況。海森堡怎肯苟同,兩人在Nature雜誌和報紙上公開辯論,斷斷續續地打了好多年筆仗,最後私下講和,不了了之。

雙方各有支持者。《紐約時報》的通訊記者Kaempffert為海森堡辯護,說了一句引起軒然大波的話:「說謊者得不了諾貝爾獎!」言下之意自然是說古茲密特說謊。這滋味對於後者肯定不好受,古茲密特作為電子自旋的發現者之一,以如此偉大發現而終究未獲諾貝爾獎,很多人是鳴不平的[2]。ALSOS的出版人舒曼(Schuman)乾脆寫信給愛因斯坦,問「諾貝爾得獎者當真不說謊?」愛因斯坦只好回信說:「只能講諾貝爾獎不是靠說謊得來的,但也不能排除有些幸運者可能會在壓力下在特定的場合說謊。」

愛因斯坦大概想起了勒納德和斯塔克,兩位貨真價實,童叟無欺的諾貝爾獎得主,為了狂熱的納粹信仰而瘋狂攻擊他和相對論(所謂「猶太物理學」),這情景猶然在眼前呢。

Part 3

玩味一下海森堡的聲明是很有意思的:討厭納粹和希特勒,但忠實地執行對祖國的義務,作為國家機器的一部分來履行愛國的職責。這聽起來的確像一幅典型的德國式場景。服從,這是德國文化的一部分,在英語世界的人們看來,對付一個邪惡的政權,符合道德的方式是不與之合作甚至摧毀它,但對海森堡等人來說,符合道德的方式是服從它——正如他以後所說的那樣,雖然納粹佔領全歐洲不是什麼好事,但對一個德國人來說,也許要好過被別人佔領,第一次世界大戰後那種慘痛的景像已經不堪回首。

原子彈,對於海森堡來說,是「本質上」邪惡的,不管它是為希特勒服務,還是為別的什麼人服務。戰後在西方科學家中有一種對海森堡的普遍憎惡情緒。當海森堡後來訪問洛斯阿拉莫斯時,那裡的科學家拒絕同其握手,因為他是「為希特勒製造原子彈的人」。這在海森堡看來是天大的委屈,他不敢相信,那些「實際製造了原子彈的人」竟然拒絕與他握手!也許在他心中,盟軍的科學家比自己更加應該在道德上加以譴責。但顯然在後者看來,只有為希特勒製造原子彈才是邪惡,如果以消滅希特勒和法西斯為目的而研究這種武器,那是非常正義和道德的。

這種道德觀的差異普遍存在於雙方陣營之中。魏扎克曾經激動地說:「歷史將見證,是美國人和英國人造出了一顆炸彈,而同時德國人——在希特勒政權下的德國人——只發展了鈾引擎動力的和平研究。」這在一個美國人看來,恐怕要噴飯。

何況在許多人看來,這種聲明純粹是馬後炮。要是德國人真的造得出來原子彈,恐怕倫敦已經從地球上消失了,也不會囉哩囉嗦地講這一大通風涼話。不錯,海森堡肯定在1940年就意識到鈾炸彈是可能的,但這不表明他確切地知道到底怎麼去製造啊!海森堡在1942年意識到以德國的環境來說分離鈾235十分困難,但這不表明他確切地知道到底要分離「多少」鈾235啊!事實上,許多證據表明,海森堡非常錯誤地估計了工程量,為了維持鏈式反應,必須至少要有一個最小量的鈾235才行,這個質量叫做「臨界質量」(critical mass),海森堡——不管他是真的算錯還是假裝不知——在1942年認為至少需要幾噸的鈾235才能造出原子彈!事實上,只要幾十千克就可以了。

誠然,即使只分離這麼一點點鈾235也是非常困難的。美國動用了15000人,投資超過20億美元才完成整個曼哈頓計劃。而德國整個只有100多人在搞這事,總資金不過百萬馬克左右,相比之下簡直是笑話。但這都不是關鍵,關鍵是,海森堡到底知不知道準確的數字?如果他的確有一個準確數字的概念,那麼雖然這對德國來說仍然是困難的,但至少不是那樣的遙不可及,難以克服。英國也同樣困難,但他們知道準確的臨界質量數字,於是仍然上馬了原子彈計劃。

海森堡爭辯說,他對此非常清楚,他引用了許多證據說明在與斯佩爾會面前他的確知道準確的數字。可惜他的證據全都模糊不清,無法確定。德國的報告上的確說一個炸彈可能需要10-100千克,海森堡也描繪過一個「菠蘿」大小的炸彈,這被許多人看做證明。然而這些全都是指鈽炸彈,而不是鈾235炸彈。這些數字不是證明出來的,而是猜測的,德國根本沒有反應堆來大量生產鈽。德國科學家們在許多時候都流露出這樣的印象,鈾炸彈至少需要幾噸的鈾235。

不過當然你也可以從反方面去理解,海森堡故意隱瞞了數字,只有天知地知他一個人知。他一手造成誇大了的假象。

至於反應堆,其實石墨也可以做很好的減速劑,美國人就是用的石墨。可是當時海森堡委派波特去做實驗,他的結果錯了好幾倍,顯示石墨不適合用在反應堆中,於是德國人只好在重水這一棵樹上吊死。這又是一個懸案,海森堡把責任推到波特身上,說他用的石墨不純,因此導致了整個計劃失敗。波特是非常有名的實驗物理學家,後來也得了諾貝爾獎,這個黑鍋如何肯背。他給海森堡寫信,暗示說石墨是純的,而且和理論相符合!如果說實驗錯了,那還不如說理論錯了,理論可是海森堡負責的。在最初的聲明中海森堡被迫撤回了對波特的指責,但在以後的歲月中,他,魏扎克,沃茲等人仍然不斷地把波特拉進來頂罪。目前看來,德國人當年無論是理論還是實驗上都錯了。

對這一公案的爭論逐漸激烈起來,最有影響的幾本著作有:R obert Jungk的《比一千個太陽更明亮》(Brighter Than a Thousand Suns,1956),此書讚揚了德國科學家那高尚的道義,在戰時不忘人類公德,雖然洞察原子彈的奧秘,卻不打開這潘多拉盒子。1967年David Irving出版了《德國原子彈計劃》(The German Atomic Bomb),此時德國當年的秘密武器報告已經得見天日,給作品帶來了豐富的資料。Irving雖然不認為德國科學家有吹噓的那樣高尚的品德,但他仍然相信當年德國人是清楚原子彈技術的。然後是Margaret Gowing那本關於英國核計劃的歷史,裡面考證說德國人當年在一些基本問題上錯得離譜,這讓海森堡本人非常惱火。他說:「(這本書)大錯特錯,每一句都是錯的,完全是胡說八道。」他隨後出版了著名的自傳《物理和物理之外》(Physics and Beyond),自然再次地強調了德國人的道德和科學水平。

海森堡本人於1976年去世了。在他死後兩年,英國人Jones出版了《絕密戰爭:英國科學情報部門》(Most Secret War:British Scientific Intelligentce)一書,詳細地分析了海森堡當年在計算時犯下的令人咂舌的錯誤。但他的分析卻沒有被Mark Walker所採信,在資料詳細的《德國國家社會主義及核力量的尋求》(German National Socialism and the Quest for Nubclear Power,1989)中,Walker還是認為海森堡在1942年頭腦清楚,知道正確的事實。這場爭論變得如此火暴,凡是當年和此事有點關係的人都紛紛發表評論意見,眾說紛紜,有如聚訟,誰也沒法說服對方。

1989年,楊振寧在上海交大演講的時候還說:「……很好的海森堡傳記至今還沒寫出,而已有的傳記對這件事是語焉不詳的⋯⋯這是一段非常複雜的歷史,我相信將來有人會寫出重要的有關海森堡的傳記。」

幸運的是,從那時起到今天,事情總算是如其所願,有了根本性的變化。

Part 4

1992年,Hofstra大學的戴維.卡西迪(David Cassidy)出版了著名的海森堡傳記《不確定性:海森堡傳》,這至今仍被認為是海森堡的標準傳記。他分析了整件事情,並最後站在了古茲密特等人的立場上,認為海森堡並沒有什麼主觀的願望去「摧毀」一個原子彈計劃,他當年確實算錯了。

但是很快到了1993年,戲劇性的情況又發生了。Thomas Powers寫出了巨著《海森堡的戰爭》(Heisenberg's War)。Powers本是記者出身,非常瞭解如何使得作品具有可讀性。因此雖然這本厚書足有607頁,但文字奇巧,讀來引人入勝,很快成了暢銷作品。Powers言之鑿鑿地說,海森堡當年不僅僅是「消極」地對待原子彈計劃,他更是「積極」地破壞了這個計劃的成功實施。他繪聲繪色地向人們描繪了一幕幕陰謀、間諜、計劃,後來有人挪揄說,這本書的前半部分簡直就是一部間諜小說。不管怎麼說,這本書在公眾中的反響是很大的,海森堡作為一個高尚的,富有機智和正義感的科學家形象也深入人心,更直接影響了後來的戲劇《哥本哈根》。從以上的描述可以見到,對這件事的看法在短短幾年中產生了多少極端不同的看法,這在科學史上幾乎獨一無二。

農圖堂(F arm Hall、 Powers 1993)

1992年披露了一件非常重要的史料,那就是海森堡他們當初被囚在Farm Hall的竊聽錄音抄本。這個東東長期來是保密的,只能在幾個消息靈通者的著作中見到一星半點。1992年這份被稱為Farm的傳記對這件事是語焉不詳的……這是一段非常複雜的歷史,我相信將來有人會寫出重要的有關海森堡的傳記。」

《海森堡的戰爭》一書被英國記者兼劇作家Michael Frayn讀到,後者為其所深深吸引,不由產生了一個巧妙的戲劇構思。在「海森堡之謎」的核心,有一幕非常神秘,長期為人們爭議不休的場景,那就是1941年他對玻爾的訪問。當時丹麥已被德國佔領,納粹在全歐洲的攻勢勢如破竹。海森堡那時意識到了原子彈製造的可能性,他和魏扎克兩人急急地假借一個學術會議的名頭,跑到哥本哈根去會見當年的老師玻爾。這次會見的目的和談話內容一直不為人所知,玻爾本人對此隱諱莫深,絕口不談。唯一能夠確定的就是當時兩人鬧得很不愉快,玻爾和海森堡之間原本情若父子,但這次見面後多年的情義一朝了斷,只剩下表面上的客氣。發生了什麼事?

有人說,海森堡去警告玻爾讓他注意德國的計劃。有人說海森堡去試圖把玻爾也拉進他們的計劃中來。有人說海森堡想探聽盟軍在這方面的進展如何。有人說海森堡感到罪孽,要向玻爾這位「教皇」請求寬恕……

Michael Frayn著迷於Powers的說法,海森堡去到哥本哈根向玻爾求證盟軍在這方面的進展,並試圖達成協議,雙方一起「破壞」這個可怕的計劃。也就是說,任何一方的科學家都不要積極投入到原子彈這個領域中去,這樣大家扯平,人類也可以得救。這幾乎是一幕可遇而不可求的戲劇場景,種種複雜的環境和內心衝突交織在一起,糾纏成千千情結,組成精彩的高潮段落。一方面海森堡有強烈的愛國熱情和服從性,他無法拒絕為德國服務的命令。但海森堡又掙扎於人類的責任感,感受到科學家的道德情懷。而且他又是那樣生怕盟軍也造出原子彈,給祖國造成永遠的傷痕。海森堡面對玻爾,那個偉大的老師玻爾,那個他當做父親一樣看待的玻爾,曾經領導夢幻般哥本哈根派的玻爾,卻也是「敵人」玻爾,視德國為仇敵的玻爾,卻又教人如何開口,如何遣詞……少年的回憶,物理上的思索,敬愛的師長,現實的政治,祖國的感情,人類的道德責任,戰爭年代……這些融在一起會產生怎樣的語言和思緒?還有比這更傑出的戲劇題材嗎?

《哥本哈根》的第一幕中為海森堡安排了如此的台詞:

「玻爾,我必須知道(盟軍的計劃)!我是那個能夠作出最後決定的人!如果盟軍也在製造炸彈,我正在為我的祖國作出怎樣的選擇?……要是一個人認為如果祖國做錯了,他就不應該愛她,那是錯誤的。德意志是生我養我的地方,是我長大成人的地方,她是我童年時的一張張面孔,是我跌倒時把我扶起的那雙雙大手,是鼓起我的勇氣支持我前進的那些聲音,是和我內心直接對話的那些靈魂。德國是我孀居的母親和難纏的兄弟,德國是我的妻子,是我的孩子,我必須知道我正在為她作出怎樣的決定!是又一次的失敗?又一場惡夢,如同伴隨我成長起來的那個一樣的惡夢?玻爾,我在慕尼黑的童年結束在無政府和內戰中,我們的孩子們是不是要再一次挨餓,就像我們當年那樣?他們是不是要像我那樣,在寒冷的冬夜裡手腳並用地爬過敵人的封鎖線,在黑暗的掩護下於雪地中匍匐前進,只是為了給家裡找來一些食物?他們是不是會像我17歲那年時,整個晚上守著驚恐的犯人,長夜裡不停地和他們說話,因為他們一早就要被處決?」

這樣的殘酷的兩難,造成觀眾情感上的巨大衝擊,展示整個複雜的人性。戲劇本質上便是一連串的衝突,如此精彩的題材,已經注定了這是一出偉大的戲劇作品。《哥本哈根》於1998年5月21日於倫敦皇家劇院首演,隨後進軍法國和百老匯,引起轟動,囊括了包括英國標準晚報獎(Evening Standard),法國莫裡哀戲劇獎和美國東尼獎等一系列殊榮。劇本描寫玻爾和夫人瑪格麗特,還有海森堡三人在死後重聚在某個時空,不斷地回首前塵往世,追尋1941年會面的前因後果。時空維度的錯亂,從各個角度對前生的探尋,簡潔卻富有深意的對話,平淡到極點的佈景,把氣氛塑造得迷離惝恍,如夢如幻,從戲劇角度說極其出色,得到好評如潮。後來PBS又把它改編成電視劇播出,獲得的成功是巨大的。

《哥本哈根》的劇本封面( Frayn 1998)

但從歷史上來說,這樣的美妙景象卻是靠不住的。Michael Frayn自己承認說,他認為Powers有道理,因為他掌握了以前人們沒有的資料,也就是Farm Hall Transcript,可惜他過於信任了這位記者的水平。《海森堡的戰爭》一書甚至早在《哥》劇大紅大紫之前,便遭到眾多歷史學家的批評,一時間在各種學術期刊上幾乎成為眾矢之的。因為只要對Farm Hall Transcript稍加深入研究,我們很快會發現事實完全和Powers說的不一樣。海森堡的主要傳記作者Cassidy在為Nature雜誌寫的書評裡說:「……該作者在研究中過於膚淺,對材料的處理又過於帶有偏見,以至於他的精心論證一點也不令人信服。(Nature V363)」而Science雜誌的評論則說:「這本書,就像鈾的臨界質量一樣,需要特別小心地對待。(Science V259)」紐約大學的Paul Forman在《美國歷史評論》雜誌上說:「(這本書)更適合做一本小說,而不是學術著作。」他統計說在英美的評論者中,大約3/5的人完全不相信Powers的話,1/5的人認為他不那麼具有說服力,只有1/5傾向於贊同他的說法。

而在1998年出版的《海森堡與納粹原子彈計劃》一書中,歷史學家Paul Rose大約是過於義憤填膺,用了許多在學者中少見的尖刻詞語來評價Powers的這本書,諸如「徹頭徹尾虛假的」(entirely bogus)、「幻想」(fantasy)、「學術上的災難」(scholarly disaster)、「臃腫的」(elephantine)等等。

OK,不管人們怎麼說,我們還是回過頭來看看海森堡宣稱的一切。首先非常明顯可以感受到的就是他對於德國物理學的一種極其的自負,這種態度是如此明顯,以致後來一位德國教授評論時都說:「我真不敢相信他們竟能有如此傲慢的態度。」海森堡大約是死也不肯承認德國人在理論上「技不如人」的了,他說直到1942年雙方的進展還「基本相當」,這本身就很奇怪。盟國方面在1942年已經對原子彈的製造有了非常清楚的概念,他們明確地知道正確的臨界質量參數,他們已經做了大量的實驗得到了充分的相關數據。到了1942年12月,費米已經在芝加哥大學的網球場房裡建成了世界上第一個可控反應堆,而德國直到戰爭結束也只在這方面得到了有限的進展。一旦萬事具備,曼哈頓計劃啟動,在盟國方面整個工程就可以順利地上馬進行,而德國方面顯然不具備這樣的能力。

海森堡的這種驕傲心理是明顯的,當然這不是什麼壞事,但似乎能夠使我們更好地揣摩他的心理。當廣島的消息傳來,眾人都陷入震驚。沒心計的哈恩對海森堡說:「你只是一個二流人物,不如捲鋪蓋回家吧。」而且……前後說了兩次。海森堡要是可以容忍「二流」,那也不是海森堡了。

早在1938年,海森堡因為不肯放棄教授所謂「猶太物理學」而被黨衛軍報紙稱為「白猶太人」,他馬上通過私人關係找到希姆萊要求澄清,甚至做好了離國的準備。海森堡對索末菲說:「你知道離開德國對我來說是痛苦的事情,不是萬不得已我不會這樣做。但是,我也沒有興趣在這裡做一個二等公民。」海森堡對個人榮譽還是很看重的。

但是,一流的海森堡卻在計算中犯了一個末流,甚至不入流的錯誤,直接導致了德國對臨界質量的誇大估計。這個低級錯誤實在令人吃驚,至今無法理解為何如此,或許,一些偶然的事件真的能夠改變歷史吧?

Part 5

海森堡把計算臨界質量的大小當成一個純統計問題。為了確保在過多的中子逃逸而使鏈式反應停止之前有足夠的鈾235分子得到分裂,它至少應該能保證280個分子(大約1摩爾)進行了反應,也就是維持80次分裂。這個範圍是多大呢?這相當於問,一個人(分子)在隨機地前進並折返了80次之後大約會停留在多大的半徑裡。這是非常有名的「醉鬼走路」問題,如果你讀過蓋莫夫的老科普書《從一到無窮大》,也許你還會對它有點印象。海森堡就此算出了一個距離:54厘米,這相當於需要13噸鈾235,而在當時要分離出如此之多是難以想像的。

但是,54厘米這個數字是一個上限,也就是說,在最壞的情況下才需要54厘米半徑的鈾235。實際上在計算中忽略了許多的具體情況,比如中子的吸收,或者在少得多的情況下也能夠引起鏈式反應,還有種種海森堡因為太過「聰明」而忽略的重要限制條件。海森堡把一個相當複雜的問題過分簡化,從他的計算中可以看出,他對快中子反應其實缺乏徹底的瞭解,這一切都導致他在報告中把幾噸的鈾235當做一個下限,也就是「最少需要」的質量,而且直到廣島原子彈爆炸後還帶著這一觀點(他不知道,佩爾斯在1939年已經做出了正確的結果)。

這樣一個錯誤,不要說是海森堡這樣的一流物理學家,哪怕是一個普通的物理系大學生也不應該犯下。而且竟然沒有人對他的結果進行過反駁!這不免讓一些人浮想聯翩,認為海森堡「特地」炮製了這樣一個錯誤來欺騙上頭從而阻止原子彈的製造。可惜從一切的情況來看,海森堡自己對此也是深信不疑的。

1945年8月6日,被囚在Farm Hall的德國科學家們被告知廣島的消息,各個震驚不已。海森堡一開始評論說:「我一點也不相信這個原子彈的消息,當然我可能錯了。我以為他們(盟國)可能有10噸的富鈾,但沒想到他們有10噸的純鈾235!」海森堡仍然以為,一顆核彈要幾噸的鈾235。哈恩對這個評論感到震驚,因為他原以為只要很少的鈾就可以製造炸彈(這是海森堡以前說過的,但那是指一個「反應堆炸彈」,也就是反應堆陷入不穩定而變成爆炸物,哈恩顯然搞錯了)。海森堡糾正了這一觀點,然後猜測盟國可能找到了一種有效地分離同位素的辦法(他仍然以為盟國分離了那麼多鈾235,而不是自己的估計錯了)。

9點整,眾人一起收聽了BBC的新聞,然後又展開熱烈討論。海森堡雖然作了一些正確的分析,但卻又提出了那個「54厘米」的估計。第二天,眾人開始起草備忘錄。第三天,海森堡和沃茲討論了鈽炸彈的可能性,海森堡覺得鈽可能比想像得更容易分裂(他從報紙上得知原子彈並不大),但他自己沒有數據,因為德國沒有反應堆來生產鈽。直到此時,海森堡仍然以為鈾彈需要幾噸的質量才行。

投降廣島的第一顆原子彈「小男孩」

但是,海森堡不久便從報上得知了炸彈的實際重量:200千克,真正分裂的只有幾千克[3]。他顯得煩躁不安,對自己的估計錯在何處感到非常納悶。他對哈特克說:「他們是怎麼做到的?如果我們這些曾經幹過同樣工作的教授們連他們(理論上)是怎麼做到的都搞不懂,我感到很丟臉。」德國人討論了多種可能性,但一直到14日,事情才起了決定性的轉變。

到了8月14日,海森堡終於意識到了正確的計算方法(也不是全部的),他在別的科學家面前進行了一次講授,並且大體上得到了相對正確的結果。他的結論是6.2厘米半徑——16千克!而在他授課時,別的科學家對此表現出一無所知,他們的提問往往幼稚可笑。德國人為他們的驕傲自大付出了最終的代價。

對此事的進一步分析可以在1996年出版的《希特勒的鈾俱樂部》(Jeremy Bernstein著)和1998年出版的《海森堡與納粹原子彈計劃》(Paul R ose著)二書中找到非常詳盡的資料。大體上說,近幾年來已經比較少有認真的歷史學家對此事表示異議,至少在英語世界是如此。

關於1941年海森堡和玻爾在哥本哈根的會面,也就是《哥本哈根》一劇中所探尋的那個場景,我們也已經有了突破性的進展。關於這場會面的討論是如此之多之熱烈,以致玻爾的家屬提前10年(原定保密50年)公佈了他的一些未寄出的信件,其中談到了1941年的會面(我們知道,玻爾生前幾乎從不談起這些),為的是不讓人們再「誤解它們的內容」。這些信件於2002年2月6日在玻爾研究所的官方網站(https://www.nbi.dk)上公佈,引起一陣熱潮,使這個網站的日點擊率從50左右猛漲至15000。

當年的玻爾和海森堡

在這些首次被披露的信件中,我們可以看到玻爾對海森堡來訪的態度。這些信件中主要的一封是在玻爾拿到R obert Jungk的新書《比一千個太陽更明亮》之後準備寄給海森堡的,我們在前面已經說到,這本書讚揚了德國人在原子彈問題上表現出的科學道德(基於對海森堡本人的採訪)。玻爾明確地說,他清楚地記得當年的每一句談話,他和妻子瑪格麗特都留下了深刻的印象:海森堡和魏扎克努力地試圖說服玻爾他們,德國的最終勝利不可避免,因此採取不合作態度是不明智的。玻爾說,海森堡談到原子彈計劃時,給他留下的唯一感覺就是在海森堡的領導下,德國正在按部就班地完成一切。他強調說,他保持沉默,不是海森堡後來宣稱的因為對原子彈的可行性感到震驚,而是因為德國在致力於製造原子彈這件事本身!玻爾顯然對海森堡以及Jungk的書造成的誤導感到不滿。在別的信件中,他也提到,海森堡等人對別的丹麥科學家解釋說,他們對德國的態度是不明智的,因為德國的勝利十分明顯。玻爾似乎曾經多次想和海森堡私下談一次,以澄清關於這段歷史的誤解,但最終他的信件都沒有發出,想必是思量再三,還是覺得恩恩怨怨就這樣讓它去吧[4]。

容易理解,為什麼多年後玻爾夫人再次看到海森堡和魏扎克時,憤怒地對旁人說:「不管別人怎麼說,那不是一次友好的訪問!」

這些文件也部分支持了海森堡的傳記作者Cassidy在2000年的Physics Today雜誌上的文章(這篇文章是針對《哥本哈根》一劇而寫的)。Cassidy認為海森堡當年去哥本哈根是為了說服玻爾德國佔領歐洲並不是最壞的事(至少比蘇聯佔領歐洲好),並希望玻爾運用他的影響來說服盟國的科學家不要製造原子彈,只是他剛想進入主題就被玻爾憤怒地阻止了。

當然,仍然有為海森堡辯護的人。主要代表是他的一個學生Klaus Gottstein,當年一起同行的魏扎克也仍然認定,是玻爾犯了一個「可怕的記憶錯誤」。

不管事實怎樣好,海森堡的真實形象也許也就是一個普通人——毫無準備地被捲入戰爭歲月裡去的普通德國人。他不是英雄,也不是惡棍,他堅持教授所謂的「猶太物理學」,他對於納粹的不認同態度也是有目共睹。對於海森堡來說,他或許也只是身不由己地做著一切戰爭年代無奈的事情。儘管歷史學家的意見逐漸在達成一致,但科學界的態度反而更趨於對他的同情。R ice大學的Duck和Texas大學的Sudarshan說:「再偉大的人也只有10%的時候是偉大的……重要的只是他們曾經做出過原創的,很重要,很重要的貢獻……所以海森堡在他的後半生是不是一個完人對我們來說不重要,重要的是他創立了量子力學。」

在科學史上,海森堡的形象也許一直還將是那個在赫爾格蘭島日出時分為物理學帶來了黎明的大男孩吧?

【註釋】

[1]鈾有兩種同位素:鈾235和238。只有鈾235是容易裂變的,但它在天然鈾中只佔1%不到。所以工程的關鍵是要把鈾235分離出來以達到足夠的濃度。

[2]更何況,海森堡和古茲密特間的恩怨還不止這些。作為好朋友,海森堡在戰時對古茲密特保護其父母的請求反應冷淡,動作遲緩,結果兩位老人死在奧斯威辛的毒氣室,這使古茲密特極為傷心和憤怒。

[3]200千克是當時報紙上的數字,指的顯然是鈾彈核燃料的重量。整個原子彈則有好幾噸重。這個數字也並不準確,實際上投在廣島的「小男孩」含鈾燃料約63.5千克,真正分裂的不到1千克。

[4]這些文件可以在https://www.nbi.dk/NBA/papers/docs/cover.html找到。