原子時代的先知先覺者
- 發佈時間:2015-08-15 01:30:45 來源:科技日報 責任編輯:羅伯特
1933年9月,執教于柏林大學的匈牙利裔猶太學者利奧·西拉德(Leo Szilard,1898—1964),在擺脫納粹德國的魔爪後來到了倫敦。此時,英國科學促進會正在這裡舉行年會。12日的《泰晤士報》以專題形式介紹了最近四分之一世紀裏科學家在原子嬗變方面的發現。
西拉德讀了相關報道,並特別注意到英國著名物理學家歐內斯特·盧瑟福的觀點:從原子嬗變中尋找能源,或是寄望于工業規模上的原子能釋放,完全是妄想。他對盧瑟福的“預見”不以為然,心裏也犯嘀咕:這位一直奮戰于科學前沿的老前輩怎麼變得如此保守了?
盧瑟福因“對放射性物質元素的嬗變和放射性化學所做的研究”而獲得了1908年諾貝爾化學獎,並早在1902年就與他的英國同行弗雷德里克·索迪(1921年諾貝爾化學獎獲得者)提出了原子嬗變假説--放射性物質由一些不穩定的原子組成,每單位時間裏都有確定的一部分原子通過發射(α、β、γ)射線而蛻變成其他元素。第二年,他們已經定量分析出這些衰變過程放出的巨大能量。
漫步于倫敦街頭的西拉德不時陷入沉思。橫穿大街時,一個想法突然涌現:我們能否找到一種元素,當中子穿越它時,它吸收一個中子,同時卻釋放出兩個中子。如果能積聚起足夠多的這種元素,就可以維持核反應。
回溯到一年前,當中子于1932年被詹姆斯·查德威克(1935年諾貝爾物理學獎獲得者)發現時,西拉德就被原子核鏈式反應的可能性迷住了。也正是在這一年,他讀到了他所熟識的英國著名科幻作家赫伯特·喬治·威爾斯1914年出版的一部科幻小説《獲得自由的世界》。這部作品設想在1956年發生了一場世界大戰,世界主要城市全被一種利用雪崩式的鏈式反應來製造的原子彈所摧毀。
《獲得自由的世界》的創作靈感其實來自索迪提出的科學觀點。1904年,索迪在一次演講中談到:有可能所有的重物質都擁有跟鐳類似的、隱藏在原子結構內的能量。如果這些能量能夠被開發出來並加以控制,那麼就可以改變世界的命運。
而《獲得自由的世界》又觸發了西拉德對鏈式反應和能量産生的科學思考。在隨後進行的研究中,他正確地預測了這種反應的結果及其潛在的能量來源,仔細描述了後來稱為“臨界品質”的概念的基本特徵,並在1934年3月12日提交了鏈式核反應的專利申請。不過,他將專利交給了英國海軍部,並根據禁令保守秘密。
1938年底,德國放射化學家、物理學家奧托·哈恩首次用中子轟擊鈾,發現了核裂變現象(哈恩因此而被授予1944年諾貝爾化學獎)。裂變反應釋出的能量遠大於放射性的能量,令人畏懼的核鏈式反應的可能性與大規模利用核能的途徑同時展現在人們面前。
第二年夏天,德國成為第一個為研究核裂變的軍事用途而設立研究所的國家。另外一些學者的研究結果也暗示,從理論上講製造原子彈是可能的。西拉德為此深感憂慮,擔心納粹德國會搶先造出這種可怕的武器。為此他積極奔走協調,規勸他的科學家同行不要公開發表與裂變和鏈式反應相關的研究成果,以免為納粹德國的研究者所借鑒。
隨後,西拉德與義大利裔美籍物理學家恩利克·費米(世界上第一座核反應爐的設計者和建造者,1938年諾貝爾物理學獎獲得者)合作,通過研究和實驗證明,某種高純度的石墨吸收中子的量少到足以維持一個鏈式反應。費米曾想發表他們的這項研究成果,但被西拉德勸阻。
後來知道,德國人也做了相同的實驗,只不過他們用的是低純度石墨,因而得出了錯誤的結論,認為石墨會吸收太多的中子,以致無法維持一個鏈式反應。於是他們決定採用重水來代替石墨作減速劑,結果反倒給建立鏈式反應設置了障礙。美國一位科學家就此評價説,如果不是西拉德的勸阻,“那麼可以設想,第二次世界大戰的進程就會改變。”也有人説,“這一舉動,或許拯救了全世界。”
而真正讓西拉德青史留名的,當是其後他的一個更大的舉動——勸導愛因斯坦在1939年夏天寫信給美國總統羅斯福,力陳鏈式核反應的巨大潛力,建議美國盡一切努力趕在納粹德國之前研製出原子彈。這直接催生了影響甚巨的“曼哈頓工程”。
1945年5月,歐洲戰事結束。1945年8月,美國在日本的廣島和長崎投下兩顆原子彈,遠東的戰爭也停止了。戰後,西拉德跟愛因斯坦一樣,懷著一種懊悔與反思的心境,積極投身於反戰的和平運動之中,不斷地警告人們使用原子武器的危險性。
後來有人談到西拉德時,説了這樣一句意味深長的話:原子彈“留給他一個極有吸引力的目標,即試圖幫助人們消除恐懼時代,而這個時代卻是在他幫助下創造出來的。”
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