《奥本海默》:科学无国界,但科学家有江湖

《奥本海默》:科学无国界,但科学家有江湖
2023年09月06日 22:00 红星新闻

《奥本海默》热映,全球观众在了解“原子弹之父”的同时,也通过银幕认识了二十世纪上半叶众多的知名科学家尤其是物理学家。

奥本海默虽然造出了原子弹,但并非诺贝尔奖得主。而他的这些师友到后辈里,诺奖得主却层出不穷。论在科学史上的地位,不少人比奥本海默只高不低。他们在电影中一一亮相,共同汇聚成为二十世纪物理学的璀璨星空。正是这些人类最智慧的大脑所做出的伟大发现——相对论、量子力学,在近一百年间彻底改变了人们对世界的认知。

另一方面,正如奥本海默所说:“我们不仅是科学家,我们也是人。”有人的地方就有江湖,科学虽然没国界,但科学家却是有圈子、有恩怨的,也会面对战争的考验、政治的抉择。

这一切的“裂变与聚变”,最终决定了我们如今身处的这个世界。

01

第一个在电影里出场的科学家,是剑桥大学卡文迪许实验室的帕特里克·布莱克特。奥本海默本来申请的导师是欧内斯特·卢瑟福,但卢瑟福没有接受他的申请,于是奥本海默的导师变成了卢瑟福的博士生布莱克特。

帕特里克·布莱克特(1897~1974),1948年获诺奖

虽然无论在片中还是在真实情境中,奥本海默都声言自己一直很喜欢布莱克特,但他把毒苹果留在布莱克特的桌上也是事实。跟电影里注射氰化钾不同,苹果实际是被浸入了氰化物溶液中。布莱克特发现了苹果有毒,然后剑桥校方也知道了。奥本海默的父亲朱利叶斯·奥本海默费尽周折用尽人脉,最终说服了校方不提起刑事诉讼,只是让奥本海默留校察看,外加定期到伦敦接受精神病专家的治疗。

片中的布莱克特和尼尔斯·玻尔

1947年,布莱克特出版了《原子能的军事与政治影响》一书,是最先激烈批评美国在日本核爆决定的人之一。他认为核爆不仅仅是二战的最后一次军事行动,更是对苏联实施冷战的开始。奥本海默从未对书中的观点表示过反对,并且在第二年布莱克特获诺奖时,还送去了热情的祝贺。

在电影里,站在布莱克特前面的是丹麦物理学家尼尔斯·玻尔,量子理论大厦的奠基者。他于1921年在哥本哈根大学创立的理论物理研究所,是上世纪二三十年代量子力学的主阵地之一。然而他也是在卡文迪许实验室读的博士,因此也算故地重游。

尼尔斯·玻尔(1985~1962),1922年获诺奖

片中玻尔建议奥本海默去德国哥廷根向马克斯·玻恩学习,后者也是剑桥出身的物理学家,进卡文迪许实验室比玻尔还早三四年。

1918年玻恩与爱因斯坦相识,从此成为一生的挚友。从1921年开始,玻恩开始在哥廷根大学任教。“无论你到哪里,”爱因斯坦对他说,“理论物理学就会在那蓬勃生长。德国现在不会再有另一个玻恩了。”

多说两句哥廷根大学。这所在文艺复兴思潮影响下于1734年创立的大学很长一段时间都是世界学术的中心,由数学史上最伟大的天才之一高斯开启的哥廷根学派在两百多年的时间里为人类培养了一大批杰出的数学、物理学大家:数学方面,高斯之后,黎曼、狄利克雷、雅可比、克莱因一直到大卫·希尔伯特,可说是众星璀璨,在包括代数、几何和分析领域做出了巨大贡献,其中黎曼几何已成为理论物理学必备的数学基础。物理学领域,量子物理学方面不用说堪称一代祖庭,以普朗特为首的哥廷根流体力学学派同样人才辈出,高晓松的外婆、中国第一个空气动力学专业奠基者陆士嘉、两弹一星元勋钱学森、郭永怀、中国力学之父钱伟长、中国近代力学奠基人周培源都是出自这一学派。

说回玻恩,虽然片中没有玻恩的镜头,但在1927年的索尔维会议上,玻恩、玻尔和居里夫人爱因斯坦等顶级物理学家都齐齐在座。

第二排右一为玻尔。右二为马克斯·玻恩(1882~1970),1954年获诺奖。这张著名的照片也被称为物理界的全明星合影,集中了人类三分之一的智慧

爱因斯坦遭遇批评时玻恩力挺他,奥本海默遭遇非议时,始终力挺他的则是物理学家伊西多·拉比,片中在火车上给奥本海默递食物的纽约犹太人。

伊西多·拉比(1898~1988),1944年获诺奖

拉比虽然是奥本海默的好友,但并未参加曼哈顿计划。1944年当奥本海默在洛斯阿拉莫斯殚精竭虑时,拉比已经凭借发现核磁共振而获得当年的物理诺奖。晚年他因患癌而接受核磁共振成像检查,机器的内侧为反光表面,于是拉比感叹:“我从这台机器中看到了自己……我从来没有想过我的研究会变成这样。”

1927年,拉比去欧洲留学,先到苏黎世再到慕尼黑大学投入阿诺·索末菲的指导,当时同门的还有爱德华·康登和汉斯·贝特,都是美国人。在听了德国物理学家维尔纳·海森堡介绍自己的量子力学论文之后,拉比去了莱比锡希望得到海森堡的指导,却在那里结识了奥本海默。两人之后联袂前往苏黎世联邦理工学院学习,在那里结识了诸如约翰·冯·诺依曼、利奥·西拉德等一大批物理学界的大人物。

在索尔维会议合影上,海森堡站在第三排、玻恩的后方。他是量子力学最主要的创始人之一,以“测不准原理”名垂青史,发表量子力学理论时年仅23岁。1924年,他到哥本哈根担任玻尔的研究助理时,喜欢散步的玻尔常常与其在风景优美的乡下边走边谈。1925年海森堡返回哥廷根后,不久就奠定了量子力学的数学基础“矩阵力学”。

沃尔纳·海森堡(1901~1976),1932年获诺奖

奥本海默是美国原子弹之父,而海森堡则成为德国核弹研究的领导人。1941年9月,已是德国核武器开发计划首席科学家的海森堡再度到哥本哈根拜访了玻尔,进行了一次私人谈话,也是二战期间欧洲理论物理学家最有名的一次会晤。按照海森堡在二战后为自己辩护的说法,他是去告诉玻尔,德国在战争结束前无力制造出原子弹,并想通过他向盟国泄露这一消息。

但按照玻尔1961年访苏时向苏联人透露的说法,海森堡向他炫耀了德国在核研究方面的最新突破,劝玻尔不要对德国占领军那么强硬,因为希特勒在全世界取胜“已成定局”。无论罗生门式的叙述背后真相究竟如何,反正这次谈话后,玻尔和海森堡长达20多年的友谊就此结束了。玻尔不久后乘坐英国轰炸机从丹麦逃到英国,再到美国造访洛斯阿拉莫斯。战后,海森堡一度以“农庄馆声明”辩称他是故意拖延将纳粹带偏以使其核弹研究失败,但也有人对他的辩称嗤之以鼻。

不过,海森堡1942年底曾经去瑞士苏黎世做学术报告,会说7门语言、毕业于普林斯顿的美国年轻特工莫里斯·伯格旁听报告,只要海森堡稍微有一点迹象透露出他在制造原子弹,就会立即掏出手枪将其击毙。但海森堡那次只讲了晦涩的S矩阵理论,因此保住一命。

奥本海默从欧洲回到美国后,片中遇到的第一个科学家是欧内斯特·劳伦斯,也是他劝阻奥本海默不要涉足政治。

欧内斯特·劳伦斯(1901~1958),1939年获诺奖

劳伦斯在加州大学伯克利分校时发明了回旋加速器,这为他带来了诺奖的荣耀。而在此基础上发明的电磁型同位素分离器,则在曼哈顿计划期间被用来制造浓缩铀。著名华裔女物理学家吴健雄,即是欧内斯特·劳伦斯在伯克利的博士研究生,也因此吴健雄也参与了“曼哈顿计划”的相关工作,并帮助解决了连锁反应无法延续的难题。

而片中那个拿着一张报纸冲出理发店、被理发师追的科学家,是路易斯·阿尔瓦雷茨。他兴奋地通知了奥本海默德国核裂变实验成功的消息,这是核弹出现的先决条件。

路易斯·阿尔瓦雷茨(1911~1988),1968年获诺奖

跟奥本海默这样的理论物理学家不同,阿尔瓦雷茨跟劳伦斯一样,堪称二十世纪最伟大的实验物理学家之一。1980年,他和身为地质学家的儿子沃尔特·阿尔瓦雷茨研究地层时发现白垩纪与第三纪交接地层中,铱元素含量高于正常标准,由此提出恐龙灭绝事件是因为陨石撞击地球造成的观点,如今已成定论。

02

虽然在真实历史上,担心一次核爆毁掉整个大气层的奥本海默拿着数据去请教的人其实是物理学家阿瑟·康普顿,曼哈顿计划在芝加哥大学的办事处负责人,但诺兰在片中将康普顿改成爱因斯坦也不算多么违和,毕竟爱因斯坦的名气,实在是要比康普顿更大。1947年奥本海默到普林斯顿担任高等研究院院长后,他主管的研究院里不仅有爱因斯坦这样的大神,还有年轻的杨振宁与李政道。

阿尔伯特·爱因斯坦(1879~1955),1921年获诺奖

片中跟爱因斯坦一起散步的,是匈牙利数学家、逻辑学家和哲学家库尔特·哥德尔,曾有著名格言“有些事实被认知为真,但不必然可证”。哥德尔出生于奥匈帝国,1940年移民美国来到普林斯顿之后就跟爱因斯坦成了忘年交,常常一起散步。

库尔特·哥德尔(1906~1978)

除了跟奥本海默一样患有抑郁症之外,哥德尔从小就有怀疑有病或中毒的强迫症,所以片中爱因斯坦才对奥本海默说哥德尔觉得纳粹给他的食物里有毒。1978年,因怀疑食物有毒,哥德尔在普林斯顿的医院里因绝食而去世。

片中奥本海默在加入核弹研究之前,曾因过度参与政治而被劳伦斯严肃告诫,“正因如此都不敢让你参与我所知的项目!”此时门口走进两个人,一言不发。为首的是万尼瓦尔·布什,他身后的是理查德·托尔曼,奥本海默的老朋友。

片中的布什和理查德·托尔曼

严格来说,布什并不是科学家,而是工程师和发明家。从麻省理工学院电气工程系毕业后,布什在二战期间担任了美国科学研究与开发办公室的负责人,几乎所有的战时军事研发如雷达的诞生与之有关。布什不但是曼哈顿计划的发起人,其提出的Memex概念也被视为是现代互联网的前身。

而理查德·托尔曼不但是加州理工学院的物理化学兼数学物理教授,更是奥本海默留学归来后在加州理工学院执教时的房东。从1929年开始,托尔曼位于帕萨迪纳的家中长期有一间奥本海默的客房,奥本海默在去洛斯阿拉莫斯之前几乎每年春天都会与理查德·托尔曼及其妻鲁丝·托尔曼一起度过。

理查德·托尔曼(1881~1948)

然而对于奥本海默而言,朋友妻不可戏是不存在的。战后托尔曼力劝奥本海默回加州理工学院继续执教,却未必知道奥本海默早已同鲁丝之间有事。1948年8月中旬,托尔曼在家举办派对时突发心脏病,三周后去世。虽然奥本海默辩称托尔曼自始至终对他和鲁丝的私情一无所知,但未必能令所有人相信,比如劳伦斯对此就愤愤不平,“奥本海默很早就开始和鲁丝往来,最终二人搞得乌烟瘴气人尽皆知,理查德就是这样被他们气出了心脏病!”托尔曼是否全不知情,已然难以考证,也许倒是真的全不知情更好。

托尔曼只是曼哈顿计划的科学顾问之一,利奥·西拉德却是亲身参与者。

利奥·西拉德(1898~1964)

西拉德是匈牙利人,纳粹得势后离欧来美,1939年他撰文、爱因斯坦签名给美国总统罗斯福的信——著名的“爱因斯坦-西拉德信”——提议美国开始核弹研究,直接促成了曼哈顿计划的启动。片中奥本海默来到芝加哥大学废弃斯塔格球场下的核反应堆,第二眼见到的就是西拉德,而第一眼见到的是恩里科·费米。

恩里科·费米(1901~1954),1938年获诺奖

费米是意大利人,在哥廷根求学时海森堡看不上他,让他的自信一度受挫,后来去了荷兰才慢慢恢复。1938年费米逃离欧洲来美,1939年就参与了美国国内的首次核裂变实验。在西拉德的协助下,费米在芝加哥大学建起了对核弹制造至关重要的核反应堆CP-1(Chicago Pile-1,芝加哥1号堆),也是人类历史上第一次实现自持性链式反应的反应堆,费米因此也被称为“原子能之父”。1944年,费米被奥本海默说服加入洛斯阿拉莫斯团队,并成为1945年“三位一体”核试验的亲历者。战后,他成为了李政道的博士生导师。

片中在费米身旁,被奥本海默制止记录的是还没有成为物理学家的大卫·希尔。1942年从加州理工学院毕业后,希尔加入了费米的团队,参与建造芝加哥1号堆。1945年,西拉德联合69位科学家共同签署请愿书,要求杜鲁门应该先警告日本再扔原子弹,希尔也是签名者之一。在片中,拒绝签名的奥本海默打掉了西拉德身旁希尔手中的请愿书。

大卫·希尔(1919~2008)

虽然有如此经历,但1959年刘易斯·斯特劳斯出任商务部长的听证会上,正是时任美国科学家联盟主席的希尔发言反对斯特劳斯对奥本海默的迫害,“这个国家的大多数科学家都希望看到斯特劳斯先生能完全离开政府。”作为科学家群体的代言人,希尔的发声举足轻重。

03

同为伊西多·拉比的同学,爱德华·康顿和汉斯·贝特的经历却有所不同。比奥本海默年长两岁的康顿,一开始就被其任命为洛斯阿拉莫斯的副总指挥。康顿既是出色的物理学家,又是杰出的实验室管理者。当时就工作履历而言,康顿比奥本海默看上去更适合领导核弹研究。

爱德华·康顿(1902~1974)

但康顿也是最早退出的人之一。1943年4月,格罗夫斯作为军方领导,对奥本海默去芝加哥大学与科学家讨论钚的生产计划一事非常愤怒,并将这项公然违反保密政策的举动归咎于康顿。跟片中一样,康顿祈求奥本海默支持时意外地并未如愿,于是康顿递交了辞呈,六周后离去。康顿那时不明白,奥本海默当时更需要来自军方的支持。

而汉斯·贝特则是拉比提议的、洛斯阿拉莫斯理论物理部门的负责人。贝特出生于德国,为逃避纳粹来美,在洛斯阿拉莫斯提拔了年轻的理查德·费曼。据杨振宁回忆,贝特在20世纪30年代写的3篇长的文章,发表在《现代物理评论》(Reviews of Modern Physics)上面。后来到杨振宁读研究生的时候,这几篇文章都成为核物理方面经典的必读著作,所以奥本海默让贝特做理论组的组长。

汉斯·贝特(1906~2005),1967年获诺奖

费曼也是纽约的犹太人,读高中时的老师是因为经济不济被迫来中学执教的物理博士艾布拉姆·巴德,而巴德的老师正是拉比。从麻省理工学院毕业后,费曼进入普林斯顿读研,并在其数学和物理的研究生入学考试中前所未有的获得满分。拿到理论物理博士学位后,他被推荐加入曼哈顿计划,并在汉斯·贝特的手下被其器重。玻尔造访洛斯阿拉莫斯时,费曼在大神级泰斗前也无所畏惧,有异议会当面指出,从而也得到玻尔的注意和赏识。片中进行核试验时,坐在车里不戴护目镜肉眼观看全程的就是费曼。

理查德·费曼(1918~1988),1965年获诺奖

多年之后的1986年,费曼受委托加入了调查“挑战者号”航天飞机失事事件的委员会。费曼讨厌官方为调查环节设置的繁复手续,于是决定一个人单独调查,最后在电视镜头前只用了一个简单的橡胶圈零件做冰水冷却实验,就给出了自己对事故原因的调查结果,由此扬名国际。不奇怪,费曼被认为是继爱因斯坦和玻尔之后,在全球学术界影响力最大的理论物理学家,他的半自传《别闹了,费曼先生》也成为经典科学著作。

费曼在车里看核试验,而车外坐着感叹“Wow”的是爱德华·泰勒。特勒也是匈牙利人,移民到美国后除了参与曼哈顿计划外,他更重要的成就是与乌拉姆一起造就了氢弹。海森堡是泰勒的博士生导师,泰勒则是杨振宁的博士生导师。

爱德华·泰勒(1908~2003)

1939年,泰勒也是递交“爱因斯坦-西拉德”信的科学家之一。但在洛斯阿拉莫斯期间,他心心念念想造的却不是核裂变的原子弹,而是威力更大的核聚变的氢弹。跟奥本海默不同,泰勒是氢弹的坚定支持者,并在波兰数学家乌拉姆的构想基础上,开发了第一个可行的百万吨级氢弹设计,也因此被称为“氢弹之父”——据说也是库布里克电影《奇爱博士》的人物原型。

泰勒的人际关系一向紧张,在1954年奥本海默的听证会上,他也是科学家中把奥本海默列为不可靠人物的唯一一人,因此遭到美国科学家群体的排斥,更有人认为泰勒是想以此取而代之。据说在杨振宁和其他人的建议下,后来泰勒提名奥本海默于1963年获得以费米命名的恩里科·费米奖,形同为1954年的听证会平反。

虽然泰勒是《禁止核试验条约》的积极反对者,但在1959年美国石油协会百年庆典的演讲上,他也提出化石能源带来的碳排放危机,“到那时,辐射离开地球将面临严重的额外障碍,我们的星球将变得更加温暖。”这一记警钟,比蕾切尔·卡森《寂静的春天》还要早三年。到1988年,科学家汉森在美国参议院作证,被认为是首次高调揭露全球变暖问题。对比之下,泰勒的呼吁如同先知。

同年1月,克劳斯·福赫斯就已在民主德国的东柏林去世。片中跟着英国访问团抵达洛斯阿拉莫斯的他,既是理论物理学家,也是无人知晓的核武器间谍。正是他,把洛斯阿拉莫斯的大量机密信息送去了苏联。

克劳斯·富赫斯(1911~1988)

福赫斯出生于德国,为躲避纳粹迫害去了英国,在担任马克斯·玻恩的助手时也拿到了博士学位。1941年,福赫斯受邀加入英国的核弹研究工程“合金管工程”,但也从此时起,福赫斯为他所向往的苏联秘密提供情报。1943年福赫斯抵美,1944年前往洛斯阿拉莫斯参与核弹研发,在汉斯·贝特的手下负责内爆方式的机密计算,也牵涉氢弹的早期研究。

从1941年到1949年苏联拥有核弹的八年里,富赫斯向苏联提供了大量情报,终于被英国军情五处确认其间谍身份。美国国会的一份报告里,称他是自国家诞生以来破坏力最大的间谍。即便如此,由于苏联在二战中是英国的盟国,被恨得牙痒痒的富赫斯也只被判了十四年监禁,而且坐了不到十年就提前获释,随后前往东德定居直到1988年1月去世。他要是能再多活一年,还可以亲眼见证两德统一。

原子弹诞生于1945年,但二十世纪由始至终,在两次世界大战之后,现代科学的世界中心却从欧洲移到了北美。哥本哈根、剑桥和哥廷根的光芒不再,普林斯顿、加州理工这样的新贵取而代之。以爱因斯坦为首,众多因为各种原因从欧洲移民到美国的科学家不仅拿了一堆诺贝尔奖、帮助盟国打赢了二战,也把美国造就为超级大国。得科学家得天下,成为二十世纪盖棺定论的不争事实。就算没有得诺奖的奥本海默,也是从德国去美国的移民后裔。

文/启凌 编辑/李瑞峰

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