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第36章

量子物理史话-第36章

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    *********饭后闲话:海森堡和德国原子弹计划(三)
    玩味一下海森堡的声明是很有意思的:讨厌纳粹和希特勒,但忠实地执行对祖国的义务,作为国家机器的一部分来履行爱国的职责。这听起来的确像一幅典型的德国式场景。服从,这是德国文化的一部分,在英语世界的人们看来,对付一个邪恶的政权,符合道德的方式是不与之合作甚至摧毁它,但对海森堡等人来说,符合道德的方式是服从它——正如他以后所说的那样,虽然纳粹占领全欧洲不是什么好事,但对一个德国人来说,也许要好过被别人占领,一战后那种惨痛的景象已经不堪回首。
    原子弹,对于海森堡来说,是“本质上”邪恶的,不管它是为希特勒服务,还是为别的什么人服务。战后在西方科学家中有一种对海森堡的普遍憎恶情绪。当海森堡后来访问洛斯阿拉莫斯时,那里的科学家拒绝同其握手,因为他是“为希特勒制造原子弹的人”。这在海森堡看来是天大的委屈,他不敢相信,那些“实际制造了原子弹的人”竟然拒绝与他握手!也许在他心中,盟军的科学家比自己更加应该在道德上加以谴责。但显然在后者看来,只有为希特勒制造原子弹才是邪恶,如果以消灭希特勒和法西斯为目的而研究这种武器,那是非常正义和道德的。
    这种道德观的差异普遍存在于双方阵营之中。魏扎克曾经激动地说:“历史将见证,是美国人和英国人造出了一颗炸弹,而同时德国人——在希特勒政权下的德国人——只发展了铀引擎动力的和平研究。”这在一个美国人看来,恐怕要喷饭。
    何况在许多人看来,这种声明纯粹是马后炮。要是德国人真的造得出来原子弹,恐怕伦敦已经从地球上消失了,也不会罗里罗嗦地讲这一大通风凉话。不错,海森堡肯定在1940年就意识到铀炸弹是可能的,但这不表明他确切地知道到底怎么去制造啊!海森堡在1942年意识到以德国的环境来说分离铀235十分困难,但这不表明他确切地知道到底要分离“多少”铀235啊!事实上,许多证据表明,海森堡非常错误地估计了工程量,为了维持链式反应,必须至少要有一个最小量的铀235才行,这个质量叫做“临界质量”(criticalmass),海森堡——不管他是真的算错还是假装不知——在1942年认为至少需要几吨的铀235才能造出原子弹!事实上,只要几十千克就可以了。
    诚然,即使只分离这么一点点铀235也是非常困难的。美国动用了15000人,投资超过20亿美元才完成整个曼哈顿计划。而德国整个只有100多人在搞这事,总资金不过百万马克左右,这简直是笑话。但这都不是关键,关键是,海森堡到底知不知道准确的数字?如果他的确有一个准确数字的概念,那么虽然这德国来说仍然是困难的,但至少不是那样的遥不可及,难以克服。英国也同样困难,但他们知道准确的临界质量数字,于是仍然上马了原子弹计划。
    海森堡争辩说,他对此非常清楚,他引用了许多证据说明在与斯佩尔会面前他的确知道准确的数字。可惜他的证据全都模糊不清,无法确定。德国的报告上的确说一个炸弹可能需要10-100千克,海森堡也描绘过一个“菠萝”大小的炸弹,这被许多人看作证明。然而这些全都是指钚炸弹,而不是铀235炸弹。这些数字不是证明出来的,而是猜测的,德国根本没有反应堆来大量生产钚。德国科学家们在许多时候都流露出这样的印象,铀炸弹至少需要几吨的铀235。
    不过当然你也可以从反方面去理解,海森堡故意隐瞒了数字,只有天知地知他一个人知。他一手造成夸大了的假相。
    至于反应堆,其实石墨也可以做很好的减速剂,美国人就是用的石墨。可是当时海森堡委派波特去做实验,他的结果错了好几倍,显示石墨不适合用在反应堆中,于是德国人只好在重水这一棵树上吊死。这又是一个悬案,海森堡把责任推到波特身上,说他用的石墨不纯,因此导致了整个计划失败。波特是非常有名的实验物理学家,后来也得了诺贝尔奖,这个黑锅如何肯背。他给海森堡写信,暗示说石墨是纯的,而且和理论相符合!如果说实验错了,那还不如说理论错了,理论可是海森堡负责的。在最初的声明中海森堡被迫撤回了对波特的指责,但在以后的岁月中,他,魏扎克,沃兹等人仍然不断地把波特拉进来顶罪。目前看来,德国人当年无论是理论还是实验上都错了。
    对这一公案的争论逐渐激烈起来,最有影响的几本著作有:Robert Jungk的《比一千个太阳更明亮》(Brighter Than a Thousand Sunds,1956),此书赞扬了德国科学家那高尚的道义,在战时不忘人类公德,虽然洞察原子弹的奥秘,却不打开这潘多拉盒子。1967年David Irving出版了《德国原子弹计划》(The German Atomic Bomb),此时德国当年的秘密武器报告已经得见天日,给作品带来了丰富的资料。Irving虽然不认为德国科学家有吹嘘的那样高尚的品德,但他仍然相信当年德国人是清楚原子弹技术的。然后是MargaretGowing那本关于英国核计划的历史,里面考证说德国人当年在一些基本问题上错得离谱,这让海森堡本人非常恼火。他说:“(这本书)大错特错,每一句都是错的,完全是胡说八道。”他随后出版了著名的自传《物理和物理之外》(Physics and Beyond),自然再次地强调了德国人的道德和科学水平。凡是当年和此事有点关系的人都纷纷发表评论意见,众说纷纭,有如聚讼,谁也没法说服对方。
    1989年,杨振宁在上海交大演讲的时候还说:“……很好的海森堡传记至今还没写出,而已有的传记对这件事是语焉不详的……这是一段非常复杂的历史,我相信将来有人会写出重要的有关海森堡的传记。”
    幸运的是,从那时起到今天,事情总算是如其所愿,有了根本性的变化。
四爱因斯坦没有出席1933年第七届索尔维会议,他被纳粹德国逼得离开家乡,流落异国,忧郁地思索着欧洲那悲惨的未来。另一方面,这届索尔维会议的议题也早就不是量子论本身,而换成了另一个激动人心的话题:爆炸般发展的原子物理。不过这个领域里的成就当然也是在量子论的基础上取得的,而量子力学的基本形式已经确定下来,成为物理学的基础。似乎是尘埃落定,没什么人再怀疑它的力量和正确性了。在人们的一片乐观情绪中,爱因斯坦和薛定谔等寥寥几人愈加显得孤独起来。薛定谔和德布罗意参加了1933年索尔维会议,却都没有发言,也许是他们对这一领域不太熟悉的缘故吧。新新人类们在激动地探讨物质的产生和湮灭、正电子、重水、中子……那样多的新发现让人眼花缭乱,根本忙不过来。而爱因斯坦他们现在还能做什么呢?难道他们的思想真的已经如此过时,以致跟不上新时代那飞一般的步伐了吗?1933年9月25日,埃仑费斯特在荷兰莱登枪杀了他那患有智力障碍的儿子,然后自杀了。他在留给爱因斯坦,玻尔等好友的信中说:“这几年我越来越难以理解物理学的飞速发展,我努力尝试,却更为绝望和撕心裂肺,我终于决定放弃一切。我的生活令人极度厌倦……我仅仅是为了孩子们的经济来源而活着,这使我感到罪恶。我试过别的方法但是收效甚微,因此我越来越多地去考虑自杀的种种细节,除此之外我没有第二条路走了……原谅我吧。”在爱因斯坦看来,埃仑费斯特的悲剧无疑是一个时代的悲剧。两代物理学家的思想猛烈冲突和撞击,在一个天翻地覆的飘摇乱世,带给整个物理学以强烈的阵痛。埃仑费斯特虽然从理智上支持玻尔,但当一个文化衰落之时,曾经为此文化所感之人必感到强烈的痛苦。昔日黄金时代的黯淡老去,代以雨后春笋般兴起的新思潮,从量子到量子场论,原子中各种新粒子层出不穷,稀奇古怪的概念统治整个世界。爱因斯坦的心中何曾没有埃仑费斯特那样难以名状的巨大忧伤?爱因斯坦远远地,孤独地站在鸿沟的另一边,看着年轻人们义无反顾地高唱着向远方进军,每一个人都对他说他站错了地方。这种感觉是那样奇怪,似乎世界都显得朦胧而不真实。难怪曾经有人叹息说,宁愿早死几年,也不愿看到现代物理这样一幅令人难以接受的画面。不过,爱因斯坦却仍然没有倒下,虽然他身在异乡,他的第二个妻子又重病缠身,不久将与他生离死别,可这一切都不能使爱因斯坦放弃内心那个坚强的信仰,那个对于坚固的因果关系,对于一个宇宙和谐秩序的痴痴信仰。爱因斯坦仍然选择战斗,他的身影在斜阳下拉得那样长,似乎是勇敢的老战士为一个消逝的王国做最后的悲壮抗争。这一次他争取到了两个同盟军,他们分别是他的两个同事波多尔斯基(Boris Podolsky)和罗森(Nathan Rosen)。1935年3月,三人共同在《物理评论》(Physics Review)杂志上发表了一篇论文,名字叫《量子力学对物理实在的描述可能是完备的吗?》,再一次对量子论的基础发起攻击。当然他们改变策略,不再说量子论是自相矛盾,或者错误的,而改说它是“不完备”的。具体来说,三人争辩量子论的那种对于观察和波函数的解释是不对的。我们用一个稍稍简化了的实验来描述他们的主要论据。我们已经知道,量子论认为在我们没有观察之前,一个粒子的状态是不确定的,它的波函数弥散开来,代表它的概率。但当我们探测以后,波函数坍缩,粒子随机地取一个确定值出现在我们面前。现在让我们想象一个大粒子,它是不稳定的,很快就会衰变成两个小粒子,向相反的两个方向飞开去。我们假设这种粒子有两种可能的自旋,分别叫“左”和“右”,那么如果粒子A的自旋为“左”,粒子B的自旋便一定是“右”,以保持总体守恒,反之亦然。好,现在大粒子分裂了,两个小粒子相对飞了出去。但是要记住,在我们没有观察其中任何一个之前,它们的状态都是不确定的,只有一个波函数可以描绘它们。只要我们不去探测,每个粒子的自旋便都处在一种左/右可能性叠加的混合状态,为了方便我们假定两种概率对半分,各50%。现在我们观察粒子A,于是它的波函数一瞬间坍缩了,随机地选择了一种状态,比如说是“左”旋。但是因为我们知道两个粒子总体要守恒,那么现在粒子B肯定就是“右”旋了。问题是,在这之前,粒子A和粒子B之间可能已经相隔非常遥远的距离,比如说几万光年好了。它们怎么能够做到及时地互相通信,使得在粒子A坍缩成左的一刹那,粒子B毅然坍缩成右呢?量子论的概率解释告诉我们,粒子A选择“左”,那是一个完全随机的决定,两个粒子并没有事先商量好,说粒子A一定会选择左。事实上,这种选择是它被观测的那一刹那才做出的,并没有先兆。关键在于,当A随机地作出一个选择时,远在天边的B便一定要根据它的决定而作出相应的坍缩,变成与A不同的状态以保持总体守恒。那么,B是如何得知这一遥远的信息的呢?难道有超过光速的信号来回于它们之间?假设有两个观察者

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