制造了原子弹的“曼哈顿工程”是20世纪最神秘、影响最深远的一次科学工程, 这些科学家的科研成果不仅震惊了世界, 也改变了世界。
核裂变 (又叫核分裂) 是指由重的原子核 (主要是指铀核或钚核) 分裂成两个或多个质量较小的原子核的一种核反应形式。核裂变的发现者之一是奥地利籍的犹太科学家莉泽·迈特纳。1939年, 莉泽·迈特纳和她的侄子奥托·弗里施发表了一篇题为《中子导致的铀的裂体:一种新的核反应》的论文, 文中对德国物理学家哈恩的铀核“破裂”实验进行了理论解释, 第一次为核裂变提供了理论基础, 也为研制原子弹和利用原子能奠定了基础。
美籍匈牙利核物理学家西拉德一生反对独裁, 爱好和平, 是一个具有社会责任感的物理学家, 他也是“曼哈顿工程”的第一推动者。二战期间, 西拉德竭力劝说爱因斯坦给罗斯福总统写信, 劝告罗斯福总统, 德国可能在研制原子弹, 并提出建议, 美国也要研制并造出原子弹, 以打击“轴心国”的实力。
其实, 不只是爱因斯坦和西拉德注意到物理学上新发现的战略意义, 美国科学研究发展局负责人万尼瓦尔·布什也向罗斯福写信提示, 美国人可能要卷入一场竞争,表现出对德国可能要造出原子弹的焦虑。这也是他敦促美国政府大力推动核裂变研究的缘由。
由于修建工厂的工程庞大, 组织这些工程的机构就要起个名字。当时, 有人称之为“代用材料发展实验室”。由于名称之中的“代用材料”不利于保密, 当时工程的参与者和领导者莱斯利·R·格罗夫斯并不同意。后来, 格罗夫斯到纽约曼哈顿区办事,他发现一个办公室挂了一块牌子, 写着“曼哈顿工程区”。格罗夫斯灵机一动, 索性就把原子弹的研制计划叫“曼哈顿工程区”吧!这个名称也常常被简称为“曼哈顿工程”或“曼工区”。又过了一个月, 格罗夫斯走马上任, 成为“曼哈顿工程”的总负责人。
能用于核裂变的材料主要是铀-235, 但与它的同位素铀-238相比, 其存储量极低。为了能获得更多的核裂变材料, 就需要另觅途径。早在1940年夏季, 美国物理学家麦克米伦就已经发现, 铀-238在俘获一个中子后能得到一种新的放射性元素——镎-239。也是在1940年, 核化学家西伯格发现, 镎-239经过衰变 (即释放一个电子) 就得到另一种新的元素——钚-239。钚-239的性质类似于铀-235, 可以实现核裂变。
生产铀-235还是钚-239, 都需要建造核反应堆, 以获得必要的数据。1942年11月,来自意大利的物理学家恩里科·费米看上了芝加哥大学体育场看台下的一个小球场,他与西拉德在这里主持建成了世界上第一座核反应堆。其中使用的裂变材料是铀-235, 减速剂是石墨。
在实验工作不断取得进展的同时, 为了获得铀-235或钚-239, 美国人先在田纳西州的克林顿镇建立中间试验工厂的核反应堆, 以从工艺上保证钚的生产和分离。为了生产足量的钚, 又在华盛顿州靠近哥伦比亚河的汉福德地区建立了一座秘密的原子城。汉福德地区后来又建成了3座大型核反应堆, 曾有6万人在这座原子城中工作。
为了能装配成原子弹, 1943年, 美国在西部新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯建立了实验室。在实验室建立之初, 一些人对奥本海默担任负责人很不以为然。主要的反对意见是, 奥本海默缺乏领导一个大型实验室的经验, 更何况他的头上并没有诺贝尔奖的光环。最后, “曼哈顿工程”总负责人格罗夫斯力排众议, 坚持推荐奥本海默。这样, 在1943年7月, 不惑之年的奥本海默被任命为洛斯阿拉莫斯实验室主任。
奥本海默是一位著名的理论物理学家。他因与丹麦物理学家玻尔发明了处理分子的“奥本海默-玻尔方法”而闻名。1941年10月, 物理学家康普顿组织了一个原子武器研讨会, 奥本海默在会上提出了制造一枚原子弹所需要的铀-235的量。1942年秋, 奥本海默向格罗夫斯建议, 把美国、英国和加拿大的原子物理学家集中起来,加强协作, 使理论研究、实验研究及工程技术的开发结合起来。这样, 科学家的作用将会极大地发挥出来, 并且还有利于保密。奥本海默的这个建议得到格罗夫斯的支持, 并且最终促成了洛斯阿拉莫斯实验室的建立。
实验室建立后, 临时从4所大学调来4台粒子加速器, 后来又新建了3台粒子加速器、2座小型核反应堆。在奥本海默的领导下, 科学家的才能被充分调动起来, 特别是英国物理学家把钚装料原子弹的内爆原理解决之后, 使原子弹的最后装配取得了突破。在克服了理论、方法、材料以及技术工艺上的种种难题后, 到1945年7月,他们造出了3颗原子弹。一颗原子弹的核装料是铀-235, 被称为“小男孩”, 另外两颗原子弹的核装料是钚-239, 被称为“胖子”。奥本海默认为, 铀装料的原子弹似乎没有什么问题, 可以不经过试爆就投入实战, 只是它的威力有多大, 尚无把握。对于钚装料的原子弹, 能否投入实战是需要试爆的, 因为它的内爆原理比较复杂, 需要安排试爆。为此, 奥本海默将这次试爆命名为“三位一体”。他们还找到一块试验场地, 由于这个地方极度缺水, 因而被称为“死亡地带”。
试爆时间定于7月16日凌晨4时, 然而凌晨2时暴风雨突然降临, 这使在场的人们顿时紧张起来。引爆的时间不得不推迟了。不多时, 气象人员报告, 暴风雨将在5时30分消失。相关负责人便把引爆时间推迟到5时30分, 并开启倒计时器。
5时30分, 只见一个巨大的火球腾空而起, 亮如白昼已经无法形容当时的景象。随之而来的是一声巨响, 据说, 在370千米之外的人也能听到。大地的震动异常剧烈,就像引发了一场震级为10级的地震。不久, 在试验场上空出现“蘑菇云”, 高达万米。“永远不可能从记忆中抹去这丑恶狰狞的一幕”, “养在深闺人不识”的原子弹今天“一举成名天下知”……现场人员的脑海中都对原子弹的爆炸留下了难以磨灭的印象。
奥本海默还想起古印度圣诗“勃哈加瓦基达”, 他不禁吟诵起:“漫天奇光异彩, 有如圣灵逞威;只有一千个太阳, 才能与其争辉。”当看到冉冉升起的蘑菇云, 他又接续上这首诗中的另两句:“我是死神, 是世界的毁灭者!”
在原子弹爆炸的当天, 身穿防护衣的科学家乘坐密封的坦克进入了现场。科学家通过潜望镜看不到原来耸立的高塔和绞车, 只看到那个基座的残骸。原来铺好的柏油路地面已与底下的沙土熔为一体了, 呈现着翡翠般的样子, 碧绿透明。他们用坦克的机械手舀起一些碎片。后经人们对这些碎片进行放射性分析, 确定了这颗原子弹的爆炸当量相当于1.86万吨的梯恩梯炸药, 与科学家拉比的估计非常接近。
在和平时期, 一个科学家是属于全世界的, 但在战争时期, 他却属于他的祖国。当科学家遇上战争, 科学家不用像士兵一样冲锋陷阵, 但是他们也会为战争做出特殊的贡献。也许, 参加“曼哈顿工程”的科学家就是这样一群做出特殊贡献的人士, 他们完成了自己的科学任务, 但却无法决定这些科学成果的最终命运。人们期待用原子弹结束战争, 然而却很难想象和平代价到底有多么昂贵。