【編者按】

1945年8月6日8時16分02秒，人類歷史上第一枚用于實戰(zhàn)的原子彈在廣島上空被引爆，爆炸當(dāng)量相當(dāng)于1.25萬噸TNT。3天后，是長崎。8月15日，日本宣布無條件投降，兩枚原子彈為死傷人數(shù)過億的第二次世界大戰(zhàn)畫上了句號。

論及原子彈的誕生，很多人的第一反應(yīng)往往是美國于1942年發(fā)起，傾舉國之力的“曼哈頓工程”。但事實上，要想追溯原子彈之路，還需要把時間往前推半個世紀(jì)。在《橫空出世：核物理與原子彈的誕生》中，作者從J. J.湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子，拉開人類對原子構(gòu)成認(rèn)識的帷幕講起，之后，在物理學(xué)史上最群星閃耀的半個世紀(jì)里，盧瑟福、居里夫人、愛因斯坦、玻爾、海森伯、薛定諤、查德威克、奧托·哈恩和莉澤·邁特納等陸續(xù)登場，隨之而來的是質(zhì)子和中子、放射性、質(zhì)能關(guān)系、量子世界以及核裂變的發(fā)現(xiàn)。人類，窺見了原子核中蘊(yùn)含的巨大能量。本文為該書中文版序，澎湃新聞經(jīng)中信出版集團(tuán)授權(quán)發(fā)布。

1938年12月下旬，德國的一個化學(xué)實驗室成功實現(xiàn)了核裂變，這開辟了探索威力強(qiáng)大的新能源的道路。這個發(fā)現(xiàn)很快就被公之于眾。當(dāng)時，世界并沒有處于戰(zhàn)爭狀態(tài)，況且科學(xué)的進(jìn)步有賴于新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)能自由地傳播。1939年1月，核裂變的發(fā)現(xiàn)者，物理學(xué)家奧托·哈恩和弗里茨·施特拉斯曼將他們的實驗結(jié)果發(fā)表在了德國科學(xué)期刊《自然科學(xué)》上。一個月后，又一份報告接踵而來。這份由奧地利理論物理學(xué)家莉澤·邁特納和奧托·弗里施發(fā)表在英文科學(xué)期刊《自然》上的報告對新近發(fā)現(xiàn)的核反應(yīng)做了物理學(xué)闡釋。正是邁特納和弗里施給這種新反應(yīng)起名為“核裂變”，類比于被稱作二分裂變的活細(xì)胞的分裂過程。

核裂變時，重金屬元素（例如鈾金屬）的原子核因受到中子轟擊而被擾動，搖晃并顫動成啞鈴狀，而后分裂成兩個更小的部分。這兩部分都帶有正電荷，以巨大的能量排斥對方，同時各自重組成新元素的原子——氪和鋇。這兩種原子由鈾原子核產(chǎn)生，原子序數(shù)之和等于鈾的原子序數(shù)。（鈾為92號元素，氪為36號元素，鋇為56號元素，36+56=92。在哈恩和施特拉斯曼用中子轟擊鈾硝酸鹽的實驗中，正是鋇的不期而至使他們意識到部分鈾原子發(fā)生了分裂。）在裂變碎片的重組過程中，一小部分質(zhì)量轉(zhuǎn)化成了能量。邁特納和弗里施利用愛因斯坦著名的方程E=mc2（能量等于質(zhì)量乘以光速的平方）計算出了這一過程釋放的能量的大小。他們發(fā)現(xiàn)，對于任何一個裂變的原子，釋放的能量約等于處于轟擊狀態(tài)的中子能量的兩億倍之多。

在世界范圍內(nèi)，那些看過這些核反應(yīng)報告的物理學(xué)家很快就明白了它所具有的革命性意義：有這么一個過程，只需借助低能量、室溫下的少量中子，就能促使相當(dāng)于上百萬攝氏度的巨大能量釋放出來。在黑板上和信封背面，各地的物理學(xué)家們迅速地計算出了它可能帶來的結(jié)果：開發(fā)一種新能源，它驅(qū)動輪船以及發(fā)電的效率比煤炭燃燒高出6個數(shù)量級；再就是制造摧毀力不可想象的炸彈。此時距離“二戰(zhàn)”在歐洲拉開序幕的標(biāo)志性事件——1939年9月1日德國入侵波蘭——還有不到9個月的時間。這種新發(fā)現(xiàn)的核反應(yīng)被第一次嘗試投入應(yīng)用將不可避免地是制造一種新的具有強(qiáng)大摧毀力的爆炸物——原子彈。

今天，我們很難想象當(dāng)初核裂變的發(fā)現(xiàn)引起了多大的轟動，各大報紙均以醒目的標(biāo)題向全世界報道了此事。在哈恩—施特拉斯曼和邁特納—弗里施論文發(fā)表的一年中，足足有100項更深入的調(diào)查研究發(fā)表在各種科學(xué)期刊上。一個加快個體裂變的關(guān)鍵過程在1939年4月發(fā)表的一篇文章中被揭示，這一過程是由不斷產(chǎn)生的繼發(fā)性中子形成一個呈指數(shù)式增長的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。在這一發(fā)現(xiàn)之后不到一年的時間內(nèi)，一名握有希特勒企圖征服世界第一手資料的猶太流亡物理學(xué)家與愛因斯坦一同起草了一封信，向當(dāng)時的美國總統(tǒng)羅斯福發(fā)出警報。到1941年初，加利福尼亞大學(xué)的化學(xué)家們已經(jīng)通過用中子轟擊鈾分離出了一種新的人造元素钚，并且很快測定出它的分裂能力是鈾的2倍多：如果他們需要約15千克的鈾-235（一種稀有的鈾同位素）來產(chǎn)生最大限度的核爆炸，那么只需要大約6千克的钚就能達(dá)到同樣的效果。同樣是到1941年，美國政府才在本土開始接管鈾的研究工作，他們認(rèn)為納粹德國已經(jīng)著手制造原子彈，因而下定決心要搶在德國之前制造出原子彈，否則將有一場浩劫。

那些在美國參與制造第一批原子彈的科學(xué)家后來遭到了指責(zé)，他們被質(zhì)問為什么同意制造原子彈。責(zé)難者想知道的是，這些原子科學(xué)家在原本可以達(dá)成協(xié)議，對外隱瞞存在制造核彈的可能性時，為何又選擇參與制造這種大規(guī)模殺傷性武器。這種指責(zé)是德國中世紀(jì)浮士德傳說的一個變種。在這一古老的傳說中，浮士德就是一個為了換取知識和權(quán)力，不惜出賣自己的靈魂，與魔鬼訂立契約的學(xué)者。

原子科學(xué)家們真的是在進(jìn)行浮士德式的交易嗎？這種推測源于對科學(xué)家工作方式的一種誤解?？茖W(xué)是按照人類學(xué)家稱之為“禮物交換”（gift exchange）的方式運作的：某位科學(xué)家將其實驗結(jié)果公之于眾，其他科學(xué)家通過研究這些成果找到線索，做進(jìn)一步的研究，得到進(jìn)一步的發(fā)現(xiàn)，并相應(yīng)地將結(jié)果公布出來。只有這樣，科學(xué)知識才會朝更加廣闊的前沿和更尖的尖端邁進(jìn)，每位科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)都會促使這項集體工作向前發(fā)展。也正是因為每位思維敏捷的科學(xué)家能夠在同一知識層面工作，科學(xué)上的突破才往往在差不多同一時段在世界各地不同的實驗室內(nèi)相繼發(fā)生，有時只差幾天或幾小時。

1938年，許多物理學(xué)家都在思考用中子轟擊鈾會發(fā)生什么。如果哈恩與施特拉斯曼沒有意識到他們的鈾實驗中產(chǎn)生了鋇，也會有其他人獨立發(fā)現(xiàn)這一點。為了寫這本書，我曾采訪過幾位1938年正在加利福尼亞大學(xué)工作的科學(xué)家，他們向我表達(dá)了與核裂變的發(fā)現(xiàn)失之交臂的極大失望之情。在他們看來，這個發(fā)現(xiàn)僅用實驗室里現(xiàn)成的儀器和材料便能完成。其中一個人形容條件已經(jīng)“成熟過頭”。當(dāng)哈恩和施特拉斯曼的實驗結(jié)果傳來時，他們立即沖進(jìn)實驗室，重復(fù)了這項實驗并進(jìn)行了必要的檢測，然后才意識到核裂變一直都在眼前，只是自己過去沒能理解這一異?，F(xiàn)象。

第一份發(fā)現(xiàn)核裂變的報告公布后，1939年1月至2月間，世界上每一個技術(shù)先進(jìn)的國家都對核裂變開展了不同程度的研究。它們之所以這樣做，顯然是因為這種新反應(yīng)從一開始就很可能會被用來發(fā)展一種威力強(qiáng)大、沒有任何防御措施可以抵擋的新型炸彈，除非大家以此武器互相要挾。在這一最初階段，中國是罕見的沒有采取行動的國家。中國當(dāng)時已經(jīng)卷入戰(zhàn)爭，正全力以赴與日本作戰(zhàn)。法國在遭德國入侵并淪陷后也停止了核研究，戰(zhàn)后才得以繼續(xù)。蘇聯(lián)在1941年6月被德國突襲后也因疲于自保而沒有開展核研究。1943年，在通過一些間諜情報獲悉英美在進(jìn)行一項高級計劃后，蘇聯(lián)才投入了有限的人力物力。日本在實驗室內(nèi)對從濃縮鈾到核彈的可能性進(jìn)行了研究，但由于戰(zhàn)爭中物資匱乏而無力開始工業(yè)級別的生產(chǎn)。德國科學(xué)家則害怕給殺人成性的獨裁者希特勒承諾太多卻不能兌現(xiàn)，因而沒有繼續(xù)下去。不管怎樣，這個德國元首對火箭的興趣遠(yuǎn)勝于核彈。當(dāng)時只有英美兩國聯(lián)手才有能力和機(jī)遇在戰(zhàn)爭時期研發(fā)核武器，即使這樣，原子彈也只是在德國被打敗、“二戰(zhàn)”已接近尾聲之際才研制成功，勉強(qiáng)來得及用來對付日本。

因此，無論是否被用于軍事目的，核裂變的發(fā)現(xiàn)都不是科學(xué)家能夠接受或拒絕的浮士德式的交易。核裂變的發(fā)現(xiàn)不是孤立的，是從科學(xué)知識的歷史積淀中涌現(xiàn)出來的，況且，在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中也不存在甄別道德好壞的過濾器。領(lǐng)導(dǎo)在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯制造第一批原子彈的美國理論物理學(xué)家奧本海默曾一針見血地指出：“科學(xué)中深層的內(nèi)容被發(fā)現(xiàn)并不是因為它們有用，而是因為它們能被發(fā)現(xiàn)。這是一個深刻而必然的真理?！?/p>

為檢驗核裂變發(fā)現(xiàn)的歷史以及科學(xué)背景，這本書并不以這次發(fā)現(xiàn)作為開場，而是追溯到38年前。那時，電子和X射線的發(fā)現(xiàn)使世界范圍內(nèi)的科學(xué)家緊鑼密鼓地開始了測定原子輻射的各種能量以及這些能量的組成的工作。這個新的學(xué)術(shù)領(lǐng)域被稱為核物理。它在世界大戰(zhàn)和全球動蕩的局面下得到發(fā)展。數(shù)百萬人在泥濘的戰(zhàn)壕中喪生，不斷的空襲已經(jīng)使政府對城市被毀以及大量平民死亡變得麻木。戰(zhàn)火蔓延到非軍事區(qū)，死亡人數(shù)與日俱增。如果用圖表來描述從1世紀(jì)到20世紀(jì)因戰(zhàn)爭死亡的人數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)它大約是按指數(shù)增長的，在1940年至1945年間達(dá)到頂峰，約有7500萬人因戰(zhàn)爭而喪生。

核武器在1945年的出現(xiàn)突然扭轉(zhuǎn)了死亡人數(shù)增加的局面。此后，每年在戰(zhàn)爭中死亡的人數(shù)不過一二百萬。這樣的數(shù)字固然觸目驚心，卻與每年因吸煙而死亡的人數(shù)相當(dāng)。1945年后發(fā)生的某事使這些國家發(fā)動大規(guī)模戰(zhàn)爭的意愿降低了。

各民族國家之間不再進(jìn)行大規(guī)模屠殺，對此，最可靠的解釋是大家不愿意冒險使自己的家園毀于核武器的報復(fù)式打擊中。權(quán)力之所以起作用，往往在于它能提供一個穩(wěn)定的權(quán)力基礎(chǔ)，讓一個地區(qū)或者一個國家掌握在權(quán)力精英能控制的范圍內(nèi)。核武器使這一權(quán)力基礎(chǔ)處于極其危險的境地，權(quán)力精英也相應(yīng)地控制了他們的野心。這就是為什么一個國家擁有了核武器之后往往并不像它的對手們常預(yù)期的那樣引發(fā)更多的戰(zhàn)爭，而是正好相反。中國在1964年10月準(zhǔn)備試驗第一批核武器的舉動被美國政府認(rèn)為是對美國安全的一次極大膽的挑釁，以至于當(dāng)時的美國總統(tǒng)林登·約翰遜很認(rèn)真地考慮是否用常規(guī)武器或者核武器來襲擊羅布泊的試驗場。理智終究占了上風(fēng)。中國也成了一個常規(guī)核武器國，給其他有核國家樹立了一個榜樣：限制核武器的數(shù)量，以最低威懾的姿態(tài)出現(xiàn)，這比美國和蘇聯(lián)更具恐嚇性的強(qiáng)大威懾姿態(tài)要好得多。

核武器的出現(xiàn)帶給世界的恐懼被稱為存在性威懾（existential deterrence）。它并沒有終結(jié)戰(zhàn)爭，但限制了戰(zhàn)爭的規(guī)模。在長達(dá)65年的時間里，出乎意料地沒有一顆核彈爆發(fā)于怒火之中。盡管如此，存在性威懾有一個致命的缺點：它要求敵方有資產(chǎn)，從而不敢冒被核武器報復(fù)的風(fēng)險。這么說吧，需要有個可以作為核攻擊目標(biāo)的“家庭住址”。這表明在阻止侵略方面，威懾理論對于民族國家來說是成立的，但對于一個恐怖組織來說，它未必起作用。

一個恐怖組織擁有極少需要保護(hù)的資產(chǎn)。如果一個恐怖組織獲得了核武器——或者通過竊取，或者（可能性不大）通過竊取來的高濃縮鈾（由于技術(shù)原因，不可能竊取到钚）制造出一個或多個核武器——理論上他們可以毫無顧忌地使用這些武器。然而，一個即使僅有幾千噸當(dāng)量的核武器在世界上任何一個主要城市爆炸，都將是一個世界性的災(zāi)難，很可能會帶來大范圍的經(jīng)濟(jì)崩潰以及一場新的核軍備競賽。

伴隨著美蘇冷戰(zhàn)的結(jié)束以及十年之后宗教激進(jìn)組織的出現(xiàn)，來自恐怖分子的核攻擊威脅已經(jīng)成為有核國家相信自己會面臨的主要挑戰(zhàn)。盡管老牌的核大國不愿意考慮放棄他們的核武庫，但對于恐怖分子的核威脅而言，除此之外別無他法。世界開始向消除核武器的方向發(fā)展，這一趨勢的產(chǎn)生雖然有其他一些原因，但在任何一個國家首腦眼中，沒有什么比恐怖分子的核彈威脅更為緊迫。

追蹤并鎖定世界上每一千克的高濃縮鈾并不是一項輕而易舉的任務(wù)。難度稍小的是監(jiān)控全世界的核燃料生產(chǎn)設(shè)施和核電站。核裁軍本身就像懸崖勒馬，危險至極，當(dāng)各國核武庫中核彈的數(shù)量降到幾百甚至幾十時尤為危險。最艱難的部分或許將是商討常規(guī)武器的數(shù)量限制，因為一旦缺乏限制，在沒有核武器的世界中，美國與其他國家的軍事實力差距將比現(xiàn)在更為懸殊。盡管如此，仍然只有完全的核裁軍才能使世界免受核武器之災(zāi)。正如美國前總統(tǒng)奧巴馬2009年4月在布拉格清楚地指出的那樣：

數(shù)以千計的核武器的存在是冷戰(zhàn)留給后人最危險的遺產(chǎn)。盡管美蘇之間并沒有爆發(fā)核戰(zhàn)爭，但那一代人都知道，他們的世界可以在頃刻間被毀滅。像布拉格這樣一個有著悠久的歷史，體現(xiàn)了人類如此多的美與天賦的城市，那時可能會不復(fù)存在。

今天，冷戰(zhàn)已經(jīng)過去，但數(shù)以千計的那些武器還在。歷史處于一個奇特的轉(zhuǎn)折點上，全球性核戰(zhàn)爭的威脅已經(jīng)降低，遭受一次核襲擊的可能性卻在增大。許多國家已經(jīng)擁有這些武器，核試驗仍在繼續(xù)。核機(jī)密和核原料的黑市交易大量存在，制造核彈的技術(shù)被傳播開來?？植婪肿右呀?jīng)下定決心要擁有核武器，無論是通過購買、制造還是盜取。為了遏制這些危險，我們正在努力構(gòu)建一個全球范圍內(nèi)的核不擴(kuò)散體制，但隨著越來越多的人及國家破壞規(guī)則，我們可能會走向這個體制無法控制的危險和混亂的局面。

現(xiàn)在我們知道，這對不論身處何方的人都至關(guān)重要。一顆核彈如果在某個城市爆炸——也許是紐約或莫斯科，伊斯蘭堡或孟買，東京或特拉維夫，巴黎或布拉格——會使數(shù)以十萬計的居民喪生。而且不管發(fā)生在哪兒，它對我們的全球安全、我們的安保、我們的社會、我們的經(jīng)濟(jì)甚至人類的生存可能帶來的后果都會是無法想象的。

一些人認(rèn)為，無法阻止也無法核查這些武器的擴(kuò)散。他們說，我們注定要生活在一個越來越多的國家、越來越多的人擁有這種終極毀滅工具的世界里。這種宿命論是我們致命的敵人，因為如果我們相信核武器的擴(kuò)散是不可避免的，那么在某種程度上，我們就已經(jīng)承認(rèn)核武器的使用是不可避免的。

在過去的兩個世紀(jì)里，人類已經(jīng)在控制流行病方面取得了顯著的進(jìn)步。在20世紀(jì)的前 50 年中，戰(zhàn)爭造成的死亡（人為制造的死亡）人數(shù)在早逝的總?cè)藬?shù)中顯得十分突出，其中的一個原因是，通過國民保健體系，疾病造成的死亡（生理性死亡）已經(jīng)得到了越來越好的控制。從1945年開始，對核武器報復(fù)的恐懼也限制了人為制造的死亡人數(shù)，但為此付出的代價是局部甚至世界范圍內(nèi)人為制造死亡的風(fēng)險大大增加了。罪魁禍?zhǔn)资撬^的一觸即發(fā)式的威懾性核武庫。21世紀(jì)初，自殺式恐怖主義的抬頭意味著此種核武庫對特定地區(qū)某些一窮二白的組織是毫無威懾性的。

核武器的辯護(hù)者聲稱，核武器存在的唯一價值是用來威懾有同樣武器裝備的敵手。如果是這樣的話，消除核武器在邏輯上就更沒有反對的理由了。

所有這些挑戰(zhàn)和轉(zhuǎn)變的出現(xiàn)，是由于一些科學(xué)家在探索物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)時，碰巧用意想不到的方式釋放了原子核中潛在的巨大能量。這一切是如何發(fā)生的以及它究竟帶來了什么直接的后果，都是這本書要探討的內(nèi)容。希望讀者能從中獲益。

《橫空出世：核物理與原子彈的誕生》，[美]理查德·羅茲著，江向東、廖湘彧譯，方在慶校，新思文化｜中信出版集團(tuán)2023年11月。