“氢弹之父”爱德华·泰勒

云飞四海 2023-12-24 12:57:00

美国在二战结束前研制出原子弹后,苏联奋起直追,于1949年也造出了原子弹。1950年,杜鲁门总统下令研制氢弹。两年之后,美国的首枚氢弹在南太平洋小岛伊鲁格拉波引爆成功。这枚氢弹取名“麦克”,威力相当于一千万吨TNT炸药,是广岛原子弹的一千倍,让小岛顷刻之间在南太平洋水面上消失得无影无踪。如果说美国犹太人朱利叶斯·奥本海默是美国的“原子弹之父”,那么,美国的“氢弹之父”则是另一位美国犹太人——爱德华·泰勒。

1908年1月15日,爱德华·泰勒出生于匈牙利布达佩斯一个殷实的犹太家庭,父亲是律师,母亲是一位钢琴家。在他生命的前三年,他说话很慢,他的外祖父甚至担心他“缺乏正常的智力”。一直到他四岁时才开始说话,事实上,这一点和爱因斯坦很像,爱因斯坦说话也晚,而且被认为属于自闭症谱系。 泰勒12岁那年,父亲把他介绍给在布达佩斯大学教数学的朋友克拉格教授,激发起他对数学的强烈兴趣。18岁高中毕业以前,他结交的朋友当中有日后的诺贝尔物理奖得主尤金·威格纳、日后成为著名数学家的约翰·冯·纽曼和日后的原子弹专家列奥·茨拉德。1926年,匈牙利的反犹排犹之风刮得正猛,18岁的泰勒来到德国的卡尔斯鲁厄工学院求学,主修化学和数学,两年后转到慕尼黑大学。因在慕尼黑的一次电车交通意外中严重受伤,导致他需要佩戴一只义肢脚,终身一拐一拐地走路。

1929年,泰勒转读莱比锡大学,并在沃纳·海森堡的指导下一年后获得物理化学的博士学位,他的博土论文运用量子力学理论测试出受激氢分子中的能量程度。他于1930年与俄国物理学家乔治·加默夫及列夫·朗道成了朋友。接下来的几年里,泰勒先后在莱比锡大学和哥廷根大学做研究员。

1934年,他申请到洛克菲勒基金会的研究基金,前往丹麦哥本哈根大学理论物理研究院深造。同一年,他被伦敦大学聘为讲师。

1935年是爱德华·泰勒一生的转折点。在朋友的鼓动下,泰勒同妻子移居美国,他在美国的华盛顿大学担任客座教授,教授分子物理和原子物理课程。在这之前他主要从事量子力学在物理化学方面的应用,来美国后他渐转变为核能量的应用,对于核裂变和聚变产生了非常深的兴趣。他和乔治·加默合作,一起总结出辐射蜕变过程中亚原子颗粒脱离原子核的规律。

泰勒对科学最重要的贡献是1937年发表的姜·泰勒效应说明,其中描述了电子云在某些情况下的几何扭曲;在描述金属的化学反应时有着显著的作用,尤其是跟某几种金属染料一起的时候。

到了1939年,物理学家们已经知道原子核能够在裂变时产生热能,U-235这一稀有的铀同位数蜕变时也会产生能量巨大的连锁反应。

在第二次世界大战爆发时,泰勒想为这次战争贡献自己的一份力量。他在一些科学家的帮助下,合作完成了一套振荡波传播理论。

这里面包括著名的加州理工学空气动力学家、西奥多·冯·卡门、汉斯·贝特等。他们解释了这波背后的气体表现,这为后来的研究导弹返回技术提供了有利的价值。

此外泰勒还和其他五位科学家一起,说服爱因斯坦给罗斯福总统写信,呼吁美国尽早研制原子弹。1941年,他加入美国籍成为美国公民。同一年,他转到纽约哥伦比亚大学,正式参加原子弹的设计研制。

1942至1946年期间,爱德华·泰勒一直都是“曼哈顿计划”的成员。1942年,他在哥伦比亚大学和费米教授一起从事裂变研究,第二年他转到芝加哥大学冶金实验室。从1943到1946年,泰勒在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯原子能实验所工作,先在汉斯·贝斯的理论物理组从事研究,后来转到费米的手下探索氢弹的可行性。1945年,首枚原子弹研制成功,但泰勒对氢弹的兴趣有增无减。由于在研制氢弹的问题上和奥本海默的观点相左,他在1946年离开了洛斯阿拉莫斯实验所,转到芝加哥大学任教。

1949年,泰勒又回到洛斯阿拉莫斯实验所,并成为实验所的副主任。同一年,苏联的原子弹试爆成功,泰勒开始大张旗鼓地为氢弹计划做宣传。在他看来,如果苏联抢先美国一步造出氢弹,美国就会大难临头。

氢弹是利用原子弹爆炸的能量,点燃氢的同位素氘等轻原子核的聚变反应瞬时释放出巨大的能量。氢弹又叫聚变弹、热核弹、热核武器。氢弹的威力比原子弹大得多。原子弹的威力通常为几百至几万吨级TNT当量,氢弹的威力则可大至几千万吨级TNT当量。氢弹还可通过设计增强或减弱杀伤破坏因素,它的战术技术性能比原子弹更好,用途也更广泛。

他的倡议很快得到杜鲁门总统的支持,美国的氢弹计划在1950年1月正式上马。头一年,泰勒的研究工作很不顺利,第二年才取得了突破性进展。他和另一位科学家乌拉马合作,发现能用X光点燃氢弹的热核燃料,解决了氢弹研制中的关键问题。

1951年5月,氢弹原理试验准备工作在太平洋上的恩尼威托克岛试验场进行,重达62吨的“乔治”试验弹装置被放在60多米的钢架上,装置以液态氘作为核聚变装料,并有冷却系统使氘处于极低温。这次成功的试验证明氢弹爆炸威力远远超过原子弹,推进了制造真正氢弹的工作。

1952年11月1日,在恩尼威托克岛上又一个氢弹试验装置“迈克”爆炸。这个装置看上去像个大暖瓶,高6米,直径为1.8米,重达65吨。它的爆炸威力不容小视,是广岛原子弹的500倍,威力约达1000万吨TNT当量,“迈克”的体积比一辆载重汽车还大,还必须装有笨重的制冷系统,但这样的装置飞机、导弹都无法运载,没有什么实战价值。所以后来人们采用锂的一种同位素锂-6和氘的化合物——氘化锂作核燃料。氘化锂是固体,不用冷却压缩,制作成本低、体积小、便于运载。这种氢弹称为“干式”氢弹。美国第一枚氢弹试爆成功,爱德华、泰勒的名字也和氢弹永远挂上了钩。

1954年,美国的第一颗实用型氢弹在比基尼岛试验成功。1956年5月间美国宣称已经能够制造小型热核武器,其体积小到可以装在战机使用的导弹内,也可用飞机空投或放在无人飞机上,也可以使用在短、中、长程弹道导弹上。热核武器中除使用氘化锂和一定数量的氚化锂外,还含有少量的氚,以加速热核反应,美国的氚年产量较大,每年也不过2千克左右,由于氚的衰变,需要定期替换,所以大部分氚除了用来维持核武库贮备,只能有一小部分用于制造新武器。

在研制氢弹的过程中,泰勒认为洛斯阿拉莫斯实验所对氢弹计划的支持不够,因此和奥本海默以及其他科学家发生了矛盾。当年原子弹投放后,奥本海默就陷入到极深的道德困境,广岛、长崎大量的人员伤亡时常让奥本海默觉得自己的双手“沾满鲜血”。因此,不管泰勒怎样表示希望推进氢弹研究,奥本海默始终持反对意见,甚至直言:“这非我所能,也非我愿。”因奥本海默对氢弹的研制又一直持反对态度,因而被指控为对美国不忠。许多科学家在法庭上挺身而出为他辩护,而爱德华·泰勒则提供了对奥本海默相当不利的证词。作为共事多年的同事,两位科学家都为美国的核武器发展作出了杰出贡献,而他们之间的恩怨也给麦卡锡时期的美国政治写下了一个独特的注脚。

氢弹研制成功之后,爱德华·泰勒仍然不满足于美国热核武器的发展进度。1952年,在泰勒的大力倡导下,另一家核武器实验所——劳伦斯·利物茅实验所——在加州成立,和洛斯阿拉莫斯实验所打起了擂台。在接下来的二十多年里,作为实验所主任,泰勒把主要精力放在热核弹头的研制开发上,其中由劳伦斯·利物茅实验所开发出来的洲际导弹和核潜艇导弹成了美国核弹库中的拳头产品。由于泰勒在核武器问题上一贯持鹰派立场,他在20世纪60年代再次成为争议性人物,有的反战人土甚至给他贴上了“战争罪犯”的标签。但是泰勒不为所动,仍然坚定不移地主张全力发展美国的核武器,对禁止核武器实验和1972年的美苏反弹道导弹条约持反对态度。

80年代,他又开始推行反弹道导弹计划,就是后来被称为“战略防御计划”的运动。里根接受了这一主张,提议以几十亿美元来发展战略防御体系,去开发一套使用原子武器向导弹发射X射线激光的精密卫星系统——这是一个更广的核武器防御科研计划中的一部分。这个体系被评论家谑称为“星球大战”。在实施这个“星球大战”的过程中,有许多科学家认为这个系统不合理。他们大多数是从道德和政治的角度来考虑这个问题,而不是从单纯的技术角度分析。他们认为即使这个系统被研发出来了,它也会毁灭其他的体系基础,他们始终坚持要采取有效的防御方法,这样会为胜利带来一线希望,在这个过程中很有可能胜出。

在劳伦斯·利物茅实验所工作的这些年里,爱德华·泰勒一直担任加州伯克利大学的物理教授。退休之后他写了几部回忆录,包括《天地能源》《盾强于剑》和《20世纪科学和政治之旅》。

泰勒曾出现在《时代》杂志的年度风云人物当中,小行星5006泰勒就是以他的名字命名的。泰勒不仅是美国艺术和科学学院的会员,而且也是美国科学促进会和美国核协会的会员。他先后获得过二十多个荣誉学位,并多次获奖,其中有1959年的爱因斯坦奖、1962年肯尼迪总统颁发的费米奖、1963年的罗宾斯奖、1975年的哈维奖、1986年,他获得了美国军事学院西尔瓦努斯·塞耶奖、1989年的总统公民奖和1992年里根总统颁发的美国国家科学勋章。总统乔治布什授予总统自由勋章。爱德华·泰勒奖是美国核物理学会设立、以“氢弹之父”爱德华·泰勒命名的聚变能源领域最高奖项,每两年在国际惯性聚变科学与应用大会上颁发,每次授予两名杰出科学家,奖励他们在运用激光和离子粒子束产生高温高强物质来进行科学研究及可控热能核聚变上的前沿研究和领导力。

泰勒除了将核能用于军事,还提出过核炸药非军事用途研究,这个研究又被称为“犁头行动”。他计划中最具争议性的一个是使用氢弹去开凿深水港的方案,用一个数百万吨级的氢弹在阿拉斯加的庞特霍普附近凿出一个长约1.6千米,宽约0.8千米的深水港,做煤矿及油田的资源开采之用。原子能委员会于1958年接纳了泰勒的计划书,并定名为战车计划。当原子能委员会的人正在阿拉斯加进行实地考察,并找人撤消土地公共使用权的时候,泰勒公开拥护计划的经济效益,但却不能说服当地政府领导确信该计划财政上是可实行的。

其他科学家批评该计划可能对当地野生生物及在计划区域附近居住的因努皮雅特人构成危险,而因努皮雅特人直至1960年才被正式告知有关计划。此外,计划开凿的港口原来一年内会被冰封九个月。最后,由于财政上的不可行及辐射威胁健康的问题,“犁头行动”计划于1962年被取消。有泰勒支持的另一个相关实验是一个在亚伯达省北部用核爆从阿萨巴斯卡油砂中提取石油。该计划实际上已得到亚伯达省政府的支持,只是被总理约翰·迪芬贝克管理下的加拿大政府反对。除反对加拿大境内有核武器之外,迪芬贝克还担心这样的计划会加剧加拿大北部苏联的间谍活动。

爱德华·泰勒于2003年9月9日在斯坦福去世,享年95岁。

“很多人都问过我,是否为研制原子弹和氢弹感到后悔,”泰勒在回忆录中写道,“我的答案是不。对于原子弹爆炸造成的伤亡,我深感遗憾,但我为什么对于研制这些武器不感到后悔,我的最好解释是:如果没有研制出来会怎么样?”历史没有如果。

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