22、八月之光

如果说曾经有一个时刻，原子弹不再局限于理论领域，而变成了真实的选项，那么这一时刻发生在英国伯明翰，时间是1940年初的一个晚上。当时闪电战正打得如火如荼，伦敦每晚都实施灯火管制，不许开灯，有时候奥托·弗里希（Otto Frisch）和鲁道夫·派尔斯（Rudolf Peierls）甚至怀疑他们移居英国的决定是否正确。

弗里希是莉泽·迈特纳的侄子，1938年，德奥合并之际，莉泽·迈特纳流亡瑞典，而弗里希与尼尔斯·玻尔一起留在哥本哈根。随着战争的临近，弗里希变得忧心忡忡。如果纳粹侵略丹麦，那么无论他是多重要的科学家，他都很可能被关进集中营。弗里希还是一位颇有成就的钢琴家，此时他最大的安慰就是能够弹奏钢琴。但是，随即，1939年夏，伯明翰大学的物理学教授、腔式磁力计的联合发明家马克·奥利芬特以讨论物理学问题为由邀请弗里希去英国。（1937年，卢瑟福由于术后感染去世，终年56岁。之后，卡文迪许实验室的许多成员就各奔东西了。）弗里希只是稍作收拾，仿佛外出度周末。然而，弗里希一到英国，奥利芬特就明确告知，如果他愿意，可以留下来。奥利芬特教授没有提出什么详尽的计划，但是他比任何人都能看清形势，他意识到，人身安全高于一切。弗里希还在伯明翰时，战争爆发了，他只好留下来。他失去了全部的财产，包括心爱的钢琴。[1763]

此时，派尔斯身在伯明翰，他到那儿已经有好一阵子了。他是一位富有的柏林人，与众多杰出的物理学家一样师出慕尼黑大学的阿诺德·索末菲门下。1933年，派尔斯已经生活在英国，在剑桥大学任洛克菲勒研究员，当时，德国大学的清洗运动已经开始。他有财力留在外面，所以他没回去，并于1940年2月成为英国公民。但是，严格地说，从1939年9月3日起大约五个月的时间里，他和弗里希属于敌对国的侨民。在与奥利芬特对话时，他们假装只谈理论问题，以避开这一“棘手话题”。[1764]

弗里希和派尔斯在伯明翰开展合作之前，关于原子弹的主要争论在于：到底需要多少铀才能“达到临界点”进而引起链式反应（chain reaction），并最终引发爆炸。估计值差距很大，从13吨至44吨，甚至100吨。倘若真是如此，那么原子弹将会因太重无法用飞机运输，而且，即使研制出来，也要花长达六年的时间才能安装好，到那时，战争早就结束了。弗里希和派尔斯漫步在伯明翰黑灯瞎火的街道上，首先领悟到之前的计算可能不够准确。[1765]弗里希算出，铀的实际需要量可能不超过1公斤。派尔斯的计算证实了原子弹的爆炸强度，这意味着他算出了铀膨胀并分离至足以阻断链式反应所需要的时间。派尔斯算出的时间大约为400万分之一秒，其间包括80个中子代（即1变成2再变成4→8→16→32……）。派尔斯发现，80代反应后，温度将达到太阳内部的水平，“压力将大于地球中心，那里的铁会像液体一样流动”。[1766]铀是一种重金属，1公斤铀的体积仅相当于一只高尔夫球。弗里希和派尔斯反复验算，结果还是一样。因为U235在自然界中数量稀少（与U238的比例是1 ∶139），他们大胆地猜想：不需要几年，只要几个月，就可以分离出足够制造和试验原子弹的U235。他们将计算结果交给了奥利芬特，后者与他们一样，立刻意识到他们攻克了一道难题。奥利芬特要求他们准备一份三页纸的报告，随后亲自将其交给了伦敦的亨利·蒂泽德。[1767]奥利芬特独具慧眼，他为弗里希提供了避难所，但他本人也没想到回报会来得如此之快。自从詹姆斯·查德威克于1932年发现中子以来，原子物理学主要关注两件事：深入了解放射性；进一步弄清原子核的结构。1933年，法国的约里奥·居里夫妇有了重大发现，并因此获得了诺贝尔奖。他们用钋的α粒子轰击中量元素，发现了人工合成放射性物质的办法。换句话说，他们几乎可以随意改变元素。正如卢瑟福所预见的，这一至关重要的粒子是中子，中子与原子核相互作用，迫使原子核在放射性衰变的过程中释放能量。

也是在1933年，意大利物理学家恩里科·费米（Enrico Fermi）带着β衰变（beta decay）理论横空出世（不过《自然》杂志曾经拒绝过他的一篇论文）。[1768]这与原子核如何以电子的形式释放能量有关，在这一理论中，费米提出了“弱作用力”的观点。这是一种新型的力，它使自然界中基本力的种类增至四种：万有引力、远距离的电磁力、亚原子层面的强作用力和弱作用力。尽管费米的论文是纯理论性的，却基于广泛的研究，他发现，轻量元素被轰击后，会释放出质子或α粒子，因此变成更轻量的元素；重量元素正好相反。也就是说，重量元素的较强电阻捕获了中子，使自己变重。但是，由于不稳定，又会衰退成大一号原子序数单位的元素。这就产生一种有趣的可能性。铀是当时自然界中已知的最重元素，处于元素周期表的顶端，原子序数为92。如果铀被中子轰击并俘获一个中子，它应产生更重的同位素：U238会变成U239。这就会衰退成一种此前地球上从未见过的崭新元素，原子序数为93。[1769]

制出所谓的“超铀”（transuranic）元素还有一段光景，但是当它成为现实时，费米因此获得了1938年的诺贝尔物理学奖。费米获悉自己获得最高荣誉的那天，实在是刺激神经的一天。首先，当天早上他接到了本地话务员的电话，通知他们晚上六点等候来自斯德哥尔摩的电话。费米及其家人认为他得到了梦寐以求的奖项，一整天都神不守舍，晚上六点电话铃一响，费米就冲过去听电话；但那个电话不是斯德哥尔摩打来的，而是一个朋友打听他们对新闻的看法。[1770]费米一家一直焦急地等候电话，竟然忘了听收音机。此时他们才打开收音机。一位朋友后来讲述了费米一家听到的内容：“播音员以生硬、有力而无情的口气播送……那些种族法案。当天发布的法案对［意大利］犹太人的活动和公民身份作出诸多限制。犹太人子女不得入读公立学校；犹太人教师被解雇；犹太人律师、医生和其他职业都只能为犹太人服务；许多犹太人公司被解散。……犹太人完全被剥夺了公民权利，护照也被撤销。”[1771]

费米的太太劳拉·费米是犹太人。

这还不是唯一的一条新闻。前天晚上，德国的反犹主义运动全面爆发：全国暴徒放火烧毁犹太人教堂，许多犹太人全家都被赶到大街上，遭受殴打。暴徒捣毁了数以千计的犹太人企业和商店，砸碎玻璃。那便是臭名昭著的“碎玻璃之夜”。

斯德哥尔摩的电话终于接通了。“由于发现了属于全人类的新放射性物质以及在此过程中还发现了慢中子的选择能力”，恩里科被授予诺贝尔奖。这一提法是偶然的吗？或者这是瑞典式的讽刺？

直到此刻，尽管些许物理学家谈论过“核能”，但其实他们多数人并没有真正想过它会成为现实。物理学的魅力是无穷尽的，但它只是对自然的基本解释，而非其他东西。1933年，欧内斯特·卢瑟福作了一次公开讲演，他特别提到，尽管最近的发现很令人激动，但是“世人并不指望它得到实际应用，它不是什么新能源，并不是人们曾经寄予厚望的原子力”。[1772]

但是，奥托·哈恩（Otto Hahn）在柏林发现了任何一位科学家都可能发现