自牛顿以来的科学家--近现代科学- 第60部分

　　科学上的民族主义也不能与科学的普遍主义相背离。民族主义作为一种特殊的情感，是凝聚个人为本民族统一和强盛共同奋斗的精神动力，因此它也能够加快一个国家的科学进步过程。但是民族主义走道极端，就会造成思想的狭隘和盲目的自尊。科学上的普遍主义要求科学家尊重客观的科学规律，不以民族、宗教信仰、政治面貌等作为科学真理的判断标准。在德国，科学与民族主义的结盟也加快了科学体制化的进程，促进了德国科学的发展。但是，一次世界大战的失败加剧了民族主义情感，希特勒上台后把民族主义推向了高潮，试图以所谓的“雅利安科学”作为科学标准，民族主义成了德国科学进步的严重障碍。

　　纳粹德国由于改变了那些对于科学进步最为基本的社会条件而大大地削弱了他们自己，这不仅是造成纳粹在军事科学竞争中的失败和整个战争中的失败的一个重要原因，而且也导致了科学中心由德国转移到了美国。

　　注：

　　1、本文关于德国科学家行为的基本事实主要参考了Alan　D。Beyerchen着《Scientists　under　Hitler》（　Yale　University　Press　1977）一书。

　　自牛顿以来的科学家

　　第五篇　不同时期的科学家

　　第29章　美国曼哈顿工程时的科学家

　　鉴于希特勒可能首先拥有原子弹，我签署了一封有西拉德起草给总统的信。要是我知道这种担忧是没有根据的，当初我同西拉德一样，就不会插手去打开这只潘多拉盒子。因为我对各国政府的不信任，不仅限于对德国政府。很遗憾，我没有参与反对对日本使用原子弹的警告。这一荣誉应当归功于詹姆斯·弗朗克。要是他们听了他的话，那就好了。　　——爱因斯坦《爱因斯坦文集三卷》

　　历史记录着人类的成功与失败，更重要的是它教会我们从中吸取经验教训。曼哈顿工程就是一个例子。曼哈顿工程是一个伟大的科学突破，也是一个为生命、死亡和革命的疯狂的竞赛。曼哈顿工程让人类揭开了原子的神奇之谜，也把最具破坏力的武器介绍给了人类。直到现在，50多年过去后核武器仍然成为人类特别是置身其中的科学家们辩论不清的话题。

　　在讨论曼哈顿工程时，人们面临这两个重要的问题：一方面，制造原子弹意味着科学家寻求新发现的好奇心和改变历史的动力得到满足，科学家深入到了原子的内部结构，找到了令人着迷的美；另一方面，科学共同体如何应用科学伦理来决定是否或者应不应该参与原子弹制造，巨大能量的释放也意味着巨大破坏力的诞生，科学家们因为无力左右这些破坏能量的行踪而不安、后怕。

　　1、科学进入大科学时代

　　历史上的科学，曾经以个体小规模研究为基本特征，特别是基础研究尤为突出。但到了19世纪末，随着科学的发展，出现了规模化的集团研究。相对而言，大科学是解决复杂大问题、进行大规模研究的科学，典型的大科学如美国的曼哈顿工程、星球大战、欧洲的尤里卡计划和多国参加的人类基因计划；小科学则是个体小规模的科学传统世纪中的科学。

　　大科学主要表现为投资强度大、多学科交叉、需要昂贵且复杂的实验设备和研究目标宏大。根据大型实验装置和项目目标的特点，大科学研究可以分为两类，第一类是需要巨额投资建设、运行和维护大型研究设施的“工程式”大科学研究，如国际空间站计划、欧洲核研究中心的大型强子对撞机计划，包括预研、建设、运行、维护等一系列研究活动；第二类是需要跨学科合作的大规模、大尺度的前沿性科学研究项目，通常围绕一个总体研究目标由众多科学家有组织有分工有协作相对分散开展研究，如人类基因图谱研究、全球变化研究等。

　　大科学和小科学具有很大的区别。小科学时代的科研活动特点是：研究对象为自然界；使用的仪器是“单参数”仪器；科研的目的是增长人类知识；采用的方法多半是分析方法；思想方法是机械决定论；习惯于个人自由研究；动力来源于个人奋斗；选题根据个人兴趣；经费为个人资助，等等。大科学时代的科研活动特点是：研究对象为自然、社会和人；使用的仪器是以“二次仪器”为中心的仪器系统；科研的目的包括人类知识的增长和这些知识的开发应用；采用的方法为系统方法；思想方法往往是统计决定论和系统决定论；喜欢协作研究；选题来自于社会特别是经济部门的要求；经费为国家、企业等资助，等等。

　　2、德国、苏联和日本的原子弹制造

　　1939年，德国先召开了研制“铀设备”的会议，后是成立了“德国铀协会”和“德国原子俱乐部”，设立了在帝国研究委员会领导之下的核研究机构。1940年，德国军方调集了德国当时世界着名的科学家制订了一份核研究的详细计划。参与这个计划的科学家包括获得1932年诺贝尔物理学奖的量子力学专家海森堡、着名物理学家布格雷博士和在分离同位素领域有极深造诣的哈塔克教授和格罗斯教授等人。一般人认为，以当时德国的工业实力、科技水平、获得原料的能力，制造原子弹应该只是个时间的问题。后来，尽管德国实施了一系列制造原子弹的试验，但是最终没能制造出原子弹。

　　德国未能之制造出原子弹大概有4个原因。第一个原因是缺乏有才干的物理学家，因为他们都被希特勒驱逐出境了。因为原子弹制造是个系统工程，仅仅依靠少数科学家是不行的。第二是纳粹分子对军事方面的科研组织得不好，同时纳粹政府对科研工作的意义也缺乏了解。第三是实验室缺乏进行这种复杂研究工作用的必要的设备。最后一个原因是，在德国从事原子能研究工作的德国科学家并不希望获得成功。他们因此有的消极怠工，没有采取任何积极的措施来克服各种障碍以加速制造原子弹的进程；有的干脆破坏原子弹的制造计划。例如，石墨和重水是原子弹制造的两种重要材料，而负责石墨加工的科学家埃尔温·施密特是一个坚定的反纳粹战士，他用非常巧妙的办法使使生产出来的石墨含有硫、二氧化硫和钙等杂质，导致布雷格在使用含有杂质的石墨进行实验时屡试屡败；负责重水生产的工厂遭到了英军的轰炸。

　　苏联的原子弹研究起步很早，在30年代初期就建立了　3个核研究中心，但真正进入对原子弹的研制，则是在纳粹德国之后。1938年，斯大林在得知德国研制原子弹的计划后，立即决定集中力量研制原子弹，争取4年的时间内制造出原子弹。苏联人的决心极大，态度也极为坚决，先是成立了“铀研究委员会”，作为领导机构；后是将在大清洗中入狱的科学家放出来，全力进行研究工作。但由于当时苏联还没有发现铀矿，虽然列宁格勒的原子研究所已经论证出在快中子的持续链式反应中，只要几公斤的铀就可以实现核爆炸，而苏联人却只能进行理论研究，连原子弹反应堆也未建造。后来，由于苏德战争爆发，其原子弹的研究制造基本处于停滞状态。1942年，苏联人得知了美国人原子弹的研制计划，斯大林再次亲自召开会议，决定全力以赴研制原子弹。1943年　9月，苏联第一个核爆炸装置研制出来了，并完成了试爆前的各项准备工作。苏联“铀原子研究委员会”决定　9月10日在一个荒无人烟的湖心岛上，进行人类历史上的第一次核爆炸试验。

　　日本也认为要想成为一个世界强国，就应该在原子弹领域有所作为，特别是日本有核物理方面在世界上也颇有名气的几位专家，如东京理化所主任二阶义男，大阪大学教授菊池正士和荒胜文策等人，尤其是荒胜文策教授，1934年曾进行过人工轰击原子的实验并获得了成功。1940年，日本军方得知苏联和美国等国正在进行威力巨大的原子弹的研制，立即引起密切注意，并决心着手进行研制。1941年　5月，日本陆军航空兵科技所所长安田竹生将军正式接到研制原子弹的命令。安田竹生遂命令二阶义男主持代号为“二号研究”的项目，研究制造铀弹的可行性。第二年，日本海军部也对原子弹的研制发生了兴趣，于　7月在东京召开了“核物理成就利用委员会”第一次会议，讨论了原子能用于军事的可能性和日本能否在战争中制造出原子弹。于是，海军部将这一任务交给了京都大学的荒胜文策教授。这样，日本就同时有两个机构在进行原子弹的研制工作。日本研制原子弹最大的困难是没有铀原料，他们向德国求援得到的铀矿也未能运回日本；在中国东北采到了贫铀矿不具备提纯的可能。再加上美军的空袭炸毁了日本研究小组的大部设备，使得日本已无力制造原子弹。

　　3、曼哈顿工程

　　1938年，哈恩成功地实现铀原子的核分裂，震动了全球科学界。匈牙利血统的美国物理学家西拉德（Szilard，1898…1964）1939年7月邀请了另外两名匈牙利血统的物理学家威格纳（E。P。Wigner；1902…1995）和特勒，一起拜访了物理学家爱因斯坦和罗斯福总统的私人顾问萨克斯，陈述了研制核武器对于战争进程可能带来的巨大影响作用。8月，爱因斯坦即写信给美国总统罗斯福，详细阐述了研制原子弹的重要性。萨克斯在白宫和罗斯福共进早餐的时候，还讲了一个历史故事，大意是拿破仑由于没有支持发明汽船的富尔顿，因此错过了用汽船装备法国海军打败美国的机会。罗斯福被萨克斯的论证所打动，决定支持研制原子弹的工作。1939年10月11日，美国总统罗斯福下令成立“铀顾问委会员”。1941年7月，英国政府派出科学家代表团到美国，并希望同美国合作研制开发原子弹。10月11日，美国总统罗斯福也写信给英国首相丘吉尔建议两国科学家合作研制原子弹。

　　1942年初，美国科学家虽然对原子弹的机制、应该努力的方向、甚至费用和时间都有了大致的构想，但核研究的庞大工程已经超过了科学研究机构的能力。当时美国经济已经转向战争，没有一家工业公司能在短期内完成有关生产设施的建设。美国核研究的负责人之一布什认为，只有给军队以最高优先权，才能在战争结束前生产出核原料来。1942年3月9日，他在给罗斯福总统的报告中，强调了原子弹的光明前景，提出把全部的研制和生产管理移交给军队。6月17日，布什给罗斯福准备了一份将核计划全部交给军队领导执行的详细报告。罗斯福立即批复了布什的报告。在参谋长联席会议主席马歇尔的支持下，美国军方同意按原Ｓ…１委员会（负责铀研究的一个机构）的建议，开始建设４种分别采用不同方法的铀同位素分离工厂和其他的研制、生产基地。

　　军队把整个计划取名为“代用材料发展实验室”，指派美国军事工程部的马歇尔上校负责全部行动。由于马歇尔上校循规蹈矩，与科学顾问们又合不来，使研究计划优先权的升级和气体分离工厂地址的选择拖延了两个月。9月，政府战时办公室和军队高层领导决定，领导修建美国国防部大楼——五角大楼的格罗夫斯上校接替马歇尔上校。格罗夫斯在赴任之前，被提升为准将。

　　格罗夫斯在上任后不到48小时内就成功地把计划的优先权升为最高级，并选定田纳西州的橡树岭作为铀同位素分离工厂基地。因为马歇尔上校的总办公室最初将设在纽约城，他们决定把新管区的名称命名为“曼哈顿”。于是，“曼哈顿工程区（或简称为曼工区）”就这样诞生了。美国整个核研究计划不久后取名为“曼哈顿计划”。

　　曼哈顿计划的最终目标是赶在战争以前造出原子弹。虽然在这个计划以前，Ｓ…１执行委员会就肯定了它的可行性，但要实现这一新的爆炸，还有大量的理论和工程技术问题需要解决。在劳伦斯、康普顿等人的推荐下，格罗夫斯邀请奥本海默负责这一工作。为了使原子弹研制计划能够顺利完成，根据奥本海默的建议，军事当局决定建立一个新的快中子反应和原子弹结构研究基地，这就是后来闻名于世的洛斯阿拉莫斯实验室。奥本海默凭着他的才能与智慧，以及他对于原子弹的深刻洞察力，被任命为洛斯阿拉莫斯实验室主任。正是由于这样一个至关重要的任命，才使他在日后赢得了美国“原子弹之父”的称号。

　　奥本海默开始时对困难估计不足，认为只要６名物理学家和100多名工程技术人员就足够了。但实验室到1945年时，发展到拥有2000多名文职研究人员和3000多名军事人员，其中包括100