29、转向曼哈顿

物理学家走向分化。首先是氢弹（hydrogen bomb）的研制。曼哈顿计划是一项协作型事业，来自英国、丹麦、意大利等地的科学家和美国科学家共同合作。但毫无疑问，牵头的是美国人，出资的也几乎全是美国人。另外，德国被占领，英国、法国、奥地利和意大利境内又都遭受了长达六年的战争破坏，这项研究由美国人牵头并不奇怪。哥廷根被毁；哥本哈根被迫放弃了国际学者中心的地位；在英国剑桥，卡文迪许实验室人员流失，研究重点转向了分子生物学，后来证明这项策略出了很多成果。战后几年里，有四位移居美国的核科学家获诺贝尔奖，极大地提升了美国在科学界的声望，他们是：费利克斯· 布洛赫（1952）、埃米里奥· 西格雷（1959）、玛丽· 梅耶和尤金· 魏格纳（1963）。《1954年原子能法》设立了自己的奖项，并以第一位获奖者恩里科· 费米的名字命名，在1963年前，有五位移民科学家获奖，分别是：费米、约翰· 冯· 诺依曼、尤金· 魏格纳、汉斯· 贝特和爱德华· 泰勒。同时获奖的还有三位美国本土科学家：欧内斯特· 劳伦斯、格伦· 西博格和罗伯特· 奥本海默，这些都说明美国在物理学领域取得了长足进步。

其中很多人（包括少数女性）在“原子科学家运动”中表现出色，这项运动旨在影响原子时代的公众思维，还发行自己的刊物《原子科学家公报》，讨论相关问题。这份公报有个著名的标识，即设置为午夜前数分钟的末日之钟，编辑视世界接近毁灭的程度来回调校指针。战后，奥本海默、费米和贝特等科学家不愿在和平时期从事武器研究，退出了曼哈顿计划。但是爱德华· 泰勒对氢弹依旧感兴趣，因为1942年，费米在一次午餐时提出了一个问题：一旦研发出原子弹，能否用这种爆炸启动类似太阳内部的热核反应？1949年9月，俄国成功爆炸原子弹的消息使一些科学家陷入反思。原子能委员会决定向奥本海默主持的顾问委员会征求意见。顾问委员会一致决定美国不应率先研制氢弹，但是委员们群情高涨，这在费米身上有所反映，他的观点随着时间的流逝发生了变化。他认为在氢弹问世前就应该宣布它非法，不过他也承认，在冷战气氛弥漫的情况下，不太可能达成这样的一致；“如果办不到，就应该将研究遗憾地继续推进下去。”[2302]美国科学界举棋不定的时候，1950年1月，克劳斯· 富克斯在英国供认他在洛杉矶工作期间将情报传给了共产党的特工。四天后，杜鲁门总统撇开科学家的意见，决定美国将继续推进氢弹研究计划。

氢弹的本质是：当原子弹与氘或氚一起爆炸时，会产生地球上闻所未闻的高温，熔化两个氘核，并释放出大量的结合能。早期计算显示，它引起的爆炸相当于1亿吨TNT，同时将3000平方英里的土地变成废墟（为了方便比较，第二次世界大战中所使用的炸药总量大约相当于300万吨TNT）。[2303] 1952年11月1日，在太平洋小岛伊鲁吉拉伯岛（Elugelab）上，世界上第一个热核装置（氢弹）投入测试。观察员们在40英里外看到数百万加仑的海水变成蒸汽，形成一个巨大的泡泡，火球绵延3英里。爆炸结束后，伊鲁吉拉伯岛完全消失，人间蒸发了。炸弹的威力相当于1040万吨TNT，比投向广岛的原子弹厉害一千倍。爱德华· 泰勒在给一位同事发的电报上用暗语写道，“是个男孩”，这一隐喻充满讽刺意味。九个月后，苏联也爆炸了自己的氢弹装置。[2304]

第二次世界大战结束后，大多数物理学家还是渴望恢复“正常”的研究工作。这一时期正常的工作指的是两大物理会议，一次于1947年6月在纽约附近长岛海面上的谢尔特岛（Shelter Island）召开，另一次于1956年在纽约州北部的罗彻斯特召开。

谢尔特岛会议的高潮是威利斯· 兰姆提交的一份报告，他在报告中提出了证明氢原子的能量存在微小变化的证据，如果保罗· 狄拉克将相对论与量子力学相联系的方程式完全正确，那就不应该出现这种微小变化。“兰姆移位”修正了数学方法，促使量子电子动力学的诞生，科学家们额手称庆，称之为“物理学上最精确的理论”。[2305]在这次会议的同一年，掌握物理学和数学知识的宇宙学家和天文学家开始研究从宇宙传往地球的宇宙射线，发现了新的亚原子微粒，但是它们的表现与预想的不完全一样，例如，它们不会像预想的那样很快衰变成其他微粒。这一异常现象导致粒子物理学进入新的阶段，这一阶段贯穿了20世纪的下半叶，综合了物理学、数学、化学、天文学，以及看起来有点奇怪的历史学。它取得的两大成就分别是：弄清楚宇宙是如何形成的，元素是如何形成的，以什么顺序形成的；粒子还可以进行比电子、质子和中子更细微的系统分类。

对基本粒子的研究迅速回到了宇宙起源的问题上。关于宇宙起源的“大爆炸”理论始于20世纪20年代，主要是乔治· 勒梅特和埃德温· 哈勃的研究成果。谢尔特岛会议后，1948年，英国的两位奥地利移民赫尔曼·邦迪（Herman Bondi）和托马斯·戈尔德（Thomas Gold）与剑桥大学教授弗雷德·霍伊尔（Fred Hoyle）一起，提出了另一个“稳恒态”（steady state）理论，设想宇宙中的物质在局部“能量活动”中悄然形成。只有少数几位科学家重视这一理论，其中20世纪30年代叛逃到美国的俄罗斯人乔治·伽莫夫（George Gamow）在同一年提出了新的计算方法，显示大爆炸早期发生的核反应形成了膨胀的宇宙，又将氢转变成了氦，并对这些元素在古老恒星中的比例加以解释。伽莫夫还说，如果在宇宙中寻找，一定能找到以背景辐射的形式存在的、低密度的早期爆炸证据。[2306]

伽莫夫的理论，尤其是“恒星的个体生命”那一章，使物理学家对“核合成”发生了极大的兴趣，“核合成”（nucleosynthesis）是指最轻的元素氢如何构成较重的元素，以及在此过程中不同形式的基本粒子所承担的作用。这就开启了宇宙射线的研究。第二次世界大战以来发现的新粒子在地球上几乎都不是天然存在，只能使自然形成的粒子加速，在粒子加速器和回旋加速器中与别的粒子相互碰撞，从而加以研究。这些设备非常庞大、价格昂贵，这也是“大科学”在美国繁荣的另一个原因：不仅因为美国在知识上领先，还因为美国比别的国家对知识更感兴趣，并愿意为此提供必要的资金。在谢尔特岛会议之后的十年里，科学家发现了数百种粒子，最突出的有三种。1953年，加州理工学院的默里·盖尔曼（MurrayGell-Mann）把那些没有按照早期理论描述的方式运动的粒子命名为“奇异粒子”（strange particle，物理学中为粒子取古怪名字的第一例）。[2307]1956年，于曼彻斯特召开的第二届物理学会议开始关注“奇异粒子”的不同方面。1961年，盖尔曼搜罗了各种有关“奇异粒子”的概念，并制定了粒子分类表，他称之为“八重法”（Eight-Fold Way），让人联想到周期表。八重法依据的是数学而不是观察结果，1962年，数学引领盖尔曼（同一时间还有乔治· 茨威格）提出了“夸克”（quark）的概念，夸克是比电子更小的基本粒子，几乎所有已知物质都由夸克组成（茨威格称之为“埃斯”，但是“夸克”沿用了下来。直到1977年，才有实验证实夸克的存在）。夸克有六种变体，分别随机命名，如