奥本海默不是诺奖得主，缘何率领众多诺奖得主造出原子弹？

“现在我成了死神，诸界的毁灭者。”这是电影《奥本海默》中的一句台词，其由英国导演克里斯托弗·诺兰（Christopher Nolan）操刀。

《星际穿越》《信条》《敦刻尔克》均是诺兰的代表作，他也曾多次获得奥斯卡奖提名。在《奥本海默》中，诺兰让合作多年的爱尔兰演员基里安·墨菲（Cillian Murphy）饰演美籍犹太裔物理学家、美国“原子弹之父”罗伯特·奥本海默（Robert Oppenheimer）。

图 | 基里安·墨菲（Cillian Murphy）饰演的奥本海默（来源：视频截图）

事实上，在初中历史教课书上很多中国人就曾间接了解过奥本海默：那两枚投向日本广岛和日本长崎的、促使二战得以结束的原子弹，正是由奥本海默担任科学主任的“曼哈顿计划”取得的成果。

中国科学院自然科学史研究所研究员方在庆，担任中信出版图书《奥本海默传——美国“原子弹之父”的胜利与悲剧》的审校专家。方在庆表示：“奥本海默之所以能成为‘曼哈顿计划’的主导者，与他的科学成就、在美国科学界的地位，以及自身独特的品质有着直接关系。”以至于让负责遴选“曼哈顿计划”牵头人的美国陆军中将莱斯利·理查德·格罗福斯（Leslie Richard Groves），甘心忽略掉奥本海默的“美共倾向”。

图 | 方在庆（来源：黄少敏 摄）

奥本海默一生中有过许多重要的科学成就，绝大多数是在青壮年时期取得的。1927年，奥本海默只有23岁。在之后的一年多时间里，奥本海默发表了十几篇论文。

其中，最重要的一项工作是由奥本海默和导师马克思·玻恩（Max Born）共同提出的近似方法：玻恩-奥本海默近似（Born-Oppenheimer Approximation，又称绝热近似），这一方法至今仍在使用。这一近似简化了的分子系统的量子力学计算，使其更加容易理解。它是量子化学的一个基本概念，对该领域产生了持久影响。

从欧洲回到美国后，奥本海默在理论天文学、核物理、光谱学等多个领域都建树良多。20 世纪 30 年代末，奥本海默开始对天体物理学感兴趣，发表了一系列论文。1938年，他和学生乔治•沃尔科夫（George Volkoff）发表《论大质量中子星核》，预测了中子星的存在，证明中子星是超新星爆炸后由大质量恒星残余物形成的密度惊人的天体。他们的计算为理解中子星的物理特性，比如极端密度和引力效应提供了理论基础。1939 年，奥本海默完成了个人最重要的成果。当年，他和学生哈特兰•斯奈德（Hartland Snyder）发表了《论持续不断的引力相吸》。这篇论文从理论上预测了“黑洞”存在的可能性。

但在当时尚未出现“黑洞”一词，而电影里将行星塌缩叫作“黑洞”实际上并不准确。因为直到 1967 年，在奥本海默死后才由美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒（John Archibald Wheeler）首次提出“黑洞”一词。

图 | 《奥本海默传——美国“原子弹之父”的胜利与悲剧》书封（来源：中信出版）

为何是他？

不过，奥本海默的上述研究成果并未在原子弹制造中发挥直接作用。原因在于：这些成果主要和恒星相关，这和制造原子弹是两个不同领域。从他在天体物理学方面的贡献来看，虽然没能获得诺贝尔奖，但他绝对是一位一流的物理学家。对于领导“曼哈顿计划”这样一个需要多方面才能的综合性项目时，他在科学方面的才能当然也是被美国军方格外考虑的因素之一，但格罗夫斯将军看重他的，除了科学上的成就，更重要的是他身上所具有的魅力四射的综合才能，实现伟大目标的坚定信念，以及一定要干一番事业的内在驱动力。

作为“曼哈顿计划”的科学主管，奥本海默善于将一流的科研队伍很好地协调起来。他能让参与进来的每个科学家都能找到自己的位置。如果仅从学术成就和学术声望来讲，许多参与“曼哈顿计划”的学者都比奥本海默强。

在和“曼哈顿计划”有关联的所有科学家中（包含未曾直接在“曼哈顿计划”枢纽所在地美国洛斯阿拉莫斯小镇工作过的科学家），一共有 31 位学者获得过诺贝尔奖。其中，绝大部分人获得的是诺贝尔物理学奖，也有几位获得的是诺贝尔化学奖，还有一位获得的是诺贝尔和平奖。而且，当奥本海默把一众科学家汇集到“曼哈顿计划”之中时，已经有七八位科学家获得诺贝尔奖，他们都是顶尖人物。比如恩里科·费米（Enrico Fermi）、欧内斯特·劳伦斯（Ernest Lawrence）、阿瑟·霍利·康普顿（Arthur Holly Compton），以上三人均是诺贝尔奖物理学得主。

尽管他们都很强，但是没人能像奥本海默这样能把所有涉及的领域都统筹起来。他在科学界拥有广泛的关系网，他有与其他顶尖科学家有效合作和沟通的能力，对于组建专家团队开展项目至关重要。更重要的是，奥本海默能理解这些人所讲的的话，弄清问题的症结所在。当大家在一起开会时，奥本海默能够制订下一步计划的走向。当然，在“曼哈顿计划”中，奥本海默并非完全没有直接贡献。三位一体试验中所用的钚弹，采用的是内爆法，奥本海默直接参与了整个方案的制定过程。

造原子弹

方在庆表示，要想从技术上大致理解“曼哈顿工程”，需要掌握以下几个基本概念：核裂变、临界质量、内爆和枪型设计、引爆时机、中子引发器、铀浓缩和钚生产。大家不要被这些概念吓倒。其实，通俗一点讲，所谓核裂变是指原子核分裂成两个或更多小原子核，从而释放出巨大能量的过程。核裂变的概念是原子弹研发的核心。所谓临界质量是指维持核裂变自持链式反应所需的裂变材料的最低数量。原子弹使用的裂变材料是浓缩铀 235 或钚 239。

奥本海默和他的团队必须计算出临界质量，并设计原子弹，使其达到这一临界值，从而实现快速和爆炸性的链式反应。在“曼哈顿计划”期间，原子弹主要有两种设计方法：“枪式设计”和“内爆式设计”。“枪式设计”是使用常规炸药将两块亚临界裂变材料猛烈撞击在一起，产生超临界质量并引发链式反应。“内爆式设计”用于三位一体核弹试验和长崎原子弹（“胖子”）的投放，它是用对称排列的常规炸药将裂变材料的亚临界核心包围起来。引爆时，内爆使裂变材料变成超临界。常规炸药的精确定时对于确保内核对称内爆至关重要。“曼哈顿计划”开发了定时装置和触发器，以确保常规炸药能够均匀、快速地压缩裂变材料，从而达到超临界状态。另外，为了保护核弹操作人员和防止意外爆炸，还必须开发屏蔽和安全机制。

中子引发器，也是爆炸过程中的一个重要参与者。中子的速度既不能太快也不能太慢。因此有时要采取减速的方法，关于这一点电影里也有提及。当时有两种减速的办法：重水和石墨。当奥本海默了解到德国用重水来作中子减速剂时，他就知道德国已然落后了。因为重水会吸收很多中子，这会导致裂变很难持续下去。但是，石墨不会吸收中子，它只是通过减少中子的动能来让中子跑得慢一点，所以是一个更好的选择。

“曼哈顿计划”还涉及铀 235 的大规模生产和浓缩以及钚 239 的生产，这两种材料都是适用于原子弹的裂变材料。尽管费时费力，但最后大规模生产和浓缩了铀 235，则是整个“曼哈顿计划”能在原则上获得成功的重要原因。在铀的同位素里面，铀 235 只占 0.7%，剩余 99.3% 的是铀 238。而铀 238 没有办法进行裂变，所以很难从整个材料中把占比仅有 0.7% 的东西提炼出来。此外，每当 U238 吸收一个中子就会产生钚 239。钚 239 能产生裂变，而且和 U235 相比的话，钚 239 在裂变之后能释放更多的中子。

整体来看，分离技术是“曼哈顿计划”中最困难的一环。科学家们分别使用了气体分离法、热扩散法、电磁分离法等。在历尽千辛万苦之后，最终获得了足够的铀 235 和钚 239。

由于这些核心技术涉及到设计、工艺等环节，因此光有科学家是不够的，尽管他们可以计算临界质量，但是引爆原子弹还需要不同类型的工程技术人员通力协作。

美国最终投向日本广岛和长崎的原子弹，是两种不同的类型。投向广岛的原子弹（“小男孩”）是铀弹。这款采取枪型设计的原子弹，用常规炸药将两块亚临界铀 235 聚在一起。当两个亚临界块结合在一起时，就达到了临界质量，产生了超临界质量，从而引发核裂变的链式反应。而一旦链式反应开始，能量就会不受控制地迅速释放。这种以高能中子和伽马射线形式释放的能量引起了大爆炸。爆炸释放的能量相当于数万吨 TNT。

而投放在日本长崎的原子弹是钚弹（“胖子”），采取的是“内爆式设计”，威力更大，在几分之一秒之内，就能产生极高的温度和极强的压力，这进一步增强了原子弹的威力，从而导致巨大的火球和蘑菇云、产生强烈的冲击波，释放大量的热辐射，造成了广泛的破坏和人员伤亡。当时，很多人是在极高温的热辐射冲击波之下死亡的。

包容与受伤

投向日本广岛和日本长崎的两枚原子弹加速了“二战”的终结，但对于奥本海默个人来说，他对于数万平民丧生于原子弹之下感到不安。电影中的台词“现在我成了死神，诸界的毁灭者”正是他的内心写照。于是，他公开反对美国政府打算继续研发氢弹的计划，并为此招来被取消安全许可的后果。而在关于这件事的听证会上，奥本海默的昔日同事劳伦斯和爱德华·泰勒（Edward Teller），是必须要提到的两个人物。其中，泰勒后来被誉为“氢弹之父”，同时也是杨振宁的博士论文导师。

先来说说奥本海默和泰勒。奥本海默主张研究原子弹，也就是使用裂变反应。而泰勒是主张研究氢弹，也就是使用核聚变。两者的主要区别在于：聚变是指将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个极轻的核（或粒子）的一种核反应形式。比方说两个氘原子，在一定条件下（如超高温和高压），会发生原子核互相聚合作用，生成中子和氦-3，并伴随着巨大的能量释放，这和太阳发光发热的原理是一样的。所以，氢弹又称为热核弹。

由此可见，泰勒和奥本海默的思路完全不一样。氢弹包括两个阶段，原子弹（裂变炸弹）的引爆会引发二次聚变反应（涉及氢的同位素），从而释放出更大的能量。也就是说，要想造出氢弹，必须要有一个引爆剂，而这个引爆剂恰恰就是原子弹。对于氢弹来说，它需要在极高温和极高压的条件下，才有可能引起爆炸。因此，氢弹的爆炸只能通过原子弹的爆炸来实现。相比之下，奥本海默当时的主张更加具有可行性。

整体来看，泰勒在“曼哈顿计划”中处于边缘的地位，但是奥本海默十分尊重和包容泰勒。比如在电影中，当泰勒和“曼哈顿计划”理论组的学者发生争吵时，他不愿意听从理论组组长汉斯•贝特（Hans Bethe）指挥，以至于愤然离场。然而，奥本海默把他劝回来了，并允许他从理论组里出来，让泰勒自己一组，想研究什么就研究什么。对此，方在庆评价称：“一团和气、没有任何争吵这不是常态。真正的常态里面一定要有不同的看法，甚至有敌对的想法。而作为计划领头人的奥本海默则能把这些不同想法考虑进去。”

然而，二战以后在奥本海默的听证会上，泰勒却提供了不利于前者的证词。方在庆分析称：“泰勒是研究氢弹的，但是奥本海默弄成原子弹之后，泰勒等于啥也不是。所以他觉得奥本海默光芒四射，抢了他的功劳，多少有点妒嫉的因素在里面，再加上他们俩人的政治立场完全不同，因此提供了不利于奥本海默的证词。”而奥本海默之所以被取消安全许可，泰勒的负面证词并非没有起到任何作用。不过泰勒的负面证词并不是奥本海默被取消安全许可的关键因素。方在庆认为没有泰勒的证词，奥本海默的安全许可照样会被取消。

从更大的宏观场景来看，这在当时甚至是一种必然。因为美国政府已经决定要发展氢弹，而奥本海默作为“曼哈顿计划”的科学主管，作为一个造出原子弹并影响了世界历史进程的人，作为一个民族英雄，作为一个站在顶峰的人，他却出面来反对政府，这必然会给自己带来不利。彼时，已经登上《时代》杂志封面的奥本海默认为只要敢于表达，再加上自己巨大的影响力就能改变局面。但是，他没有想到会遇到这么大的阻力。

图 | 图书《奥本海默传——美国“原子弹之父”的胜利与悲剧》的部分内容（来源：中信出版）

而电影中的劳伦斯则曾在奥本海默参加“美共”活动时好言相劝。方在庆认为，劳伦斯本身是一个真正的技术专家，他在铀浓缩的研究方面发挥过重要作用。在科学史上劳伦斯和奥本海默的贡献各有千秋。当时，劳伦斯领导着美国加州大学伯克利分校的一间实验室。事实上劳伦斯在一开始是最有可能被选为科学主管的。因为劳伦斯既是诺奖得主，动手能力还特别强——此前他曾成功建成大型回旋加速器。另外，劳伦斯和工业界以及军方的联系也比较多，然而即便奥本海默有“美共倾向”，负责遴选“曼哈顿计划”领头人的格罗福斯还是选择了奥本海默。

电影中，劳伦斯本来要参加听证会，并打算提供不利于奥本海默的证词。后来，陪在奥本海默身边的伊西多·艾萨克·拉比（Isidor Isaac Rabi，1944 年诺贝尔物理学奖得主），给了劳伦斯一个眼神，意思是这样做不好，于是劳伦斯以犯结肠炎为由不再参加听证会。

那么，劳伦斯为何会有这样的想法？因为在研发氢弹上，劳伦斯反对奥本海默的主张。同时，劳伦斯和美国军方的关系比较好，他也需要军方支持来建造大型实验室。劳伦斯更像是一个政治保守派，他和奥本海默持有相反的政治立场。方在庆指出：“现实中的劳伦斯，根本就没有参加听证会，因为听证会在华盛顿举办，他本人在美国西海岸。”

总体来看，劳伦斯和奥本海默依然算是多年的朋友。如果不是劳伦斯的引荐，奥本海默就不可能参加“曼哈顿计划”。而奥本海默把“曼哈顿计划”干得风生水起，劳伦斯更像是一个配角。劳伦斯之所以产生出席听证会并打算做出不利证词的想法，是因为他需要向美国军方表达自己的政治信仰，而这恰好是一个机会。尽管劳伦斯最后没有亲自出席听证会，但他以前曾表达过类似的观点。这让奥本海默感到十分困惑。奥本海默一直不理解为何劳伦斯曾有提供不利证词的想法。而从劳伦斯和奥本海默完全处于两个不同政治阵营来看，这一点也就不难理解。

和爱因斯坦

片中也多次提到了爱因斯坦。奥本海默和爱因斯坦算是两代人，他们也并非特别亲密的朋友。在奥本海默看来，爱因斯坦的相对论已经过时。在当时，大部分主流物理学家都在研究量子力学。而爱因斯坦又是反对量子力学的，因此他俩在物理学上的研究和认识完全不一样。

方在庆表示，虽然这并没有影响他们之间的私人感情，但也并非十分亲近。只不过在奥本海默担任普林斯顿大学高等研究院院长以后，作为爱因斯坦的上司，奥本海默表现出比较关心下属的姿态。他发现爱因斯坦很喜欢听交响乐，于是就在爱因斯坦生日的时候送给他一个天线。在爱因斯坦家里安装天线以后，就能收听纽约的音乐会现场转播。但是，在奥本海默当院长的过程中，在人事聘用方面奥本海默和爱因斯坦曾出现过意见分歧，不过这些也很正常。

总体来讲，他们是比较正常的同事关系。但是，当后来奥本海默落难时，爱因斯坦一直秉持支持和同情的态度，伸出了援助之手。而且，如果没有爱因斯坦给罗斯福总统写的那封信，整个“曼哈顿计划”就启动不了。后来，奥本海默和爱因斯坦针对核武器可能造成的危害特别警惕，并且号召人们通过国际合作来达到和平目的，在这一点上他们是一致的。

电影中也提到当“曼哈顿计划”进行不顺的时候，奥本海默去找爱因斯坦并得到解决方案。但是，爱因斯坦的成果并没有给“曼哈顿计划”带来直接帮助。因为在当时质能方程已经是人尽皆知，“曼哈顿计划”中遇到的难题大部分都是技术问题。

当质能方程式刚出现时，就有人问爱因斯坦，能否实现以极小的质量释放出巨大的能量，那时爱因斯坦说在技术上绝无可能。直到链式反应做出来以后，学界的态度才开始改变。方在庆表示：“所以，没有一个人是先知先觉的，包括这些科学界的大佬在内，他们都没有预料到自己的成果会有这样的应用。”

图 | 图书《奥本海默传——美国“原子弹之父”的胜利与悲剧》的部分内容（来源：中信出版）

奥本海默，不再受困

电影《奥本海默》的导演诺兰在《人物》采访时表示：“这次的创作冲动始于他的上一部作品《信条》，电影中军火商告诉男主，1945 年奥本海默的团队即将进行第一次原子弹试验时，他‘开始担心爆炸可能产生连锁反应，将吞噬整个世界’。”诺兰告诉媒体：“一个聪明的人受困于他的聪明，这样的命题总是能吸引我。”

而在奥本海默去世 55 年之后，在诸多科学家的奔走呼号之下，他终于迎来平反。2022 年 12 月 16 日，美国能源部长詹妮弗·格兰霍姆（Jennifer Granholm）下令撤销 1954 年吊销奥本海默安全许可的决定。奥本海默的“不再受困”，虽迟但到。

支持：大义、路雨晴