【編者按】

1945年8月6日8時(shí)16分02秒，人類歷史上第一枚用于實(shí)戰(zhàn)的原子彈在廣島上空被引爆，爆炸當(dāng)量相當(dāng)于1.25萬(wàn)噸TNT。3天后，是長(zhǎng)崎。8月15日，日本宣布無(wú)條件投降，兩枚原子彈為死傷人數(shù)過(guò)億的第二次世界大戰(zhàn)畫上了句號(hào)。

論及原子彈的誕生，很多人的第一反應(yīng)往往是美國(guó)于1942年發(fā)起，傾舉國(guó)之力的“曼哈頓工程”。但事實(shí)上，要想追溯原子彈之路，還需要把時(shí)間往前推半個(gè)世紀(jì)。在《橫空出世：核物理與原子彈的誕生》中，作者從J. J.湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子，拉開人類對(duì)原子構(gòu)成認(rèn)識(shí)的帷幕講起，之后，在物理學(xué)史上最群星閃耀的半個(gè)世紀(jì)里，盧瑟福、居里夫人、愛(ài)因斯坦、玻爾、海森伯、薛定諤、查德威克、奧托·哈恩和莉澤·邁特納等陸續(xù)登場(chǎng)，隨之而來(lái)的是質(zhì)子和中子、放射性、質(zhì)能關(guān)系、量子世界以及核裂變的發(fā)現(xiàn)。人類，窺見了原子核中蘊(yùn)含的巨大能量。本文為該書中文版序，澎湃新聞經(jīng)中信出版集團(tuán)授權(quán)發(fā)布。

1938年12月下旬，德國(guó)的一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室成功實(shí)現(xiàn)了核裂變，這開辟了探索威力強(qiáng)大的新能源的道路。這個(gè)發(fā)現(xiàn)很快就被公之于眾。當(dāng)時(shí)，世界并沒(méi)有處于戰(zhàn)爭(zhēng)狀態(tài)，況且科學(xué)的進(jìn)步有賴于新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)能自由地傳播。1939年1月，核裂變的發(fā)現(xiàn)者，物理學(xué)家奧托·哈恩和弗里茨·施特拉斯曼將他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)表在了德國(guó)科學(xué)期刊《自然科學(xué)》上。一個(gè)月后，又一份報(bào)告接踵而來(lái)。這份由奧地利理論物理學(xué)家莉澤·邁特納和奧托·弗里施發(fā)表在英文科學(xué)期刊《自然》上的報(bào)告對(duì)新近發(fā)現(xiàn)的核反應(yīng)做了物理學(xué)闡釋。正是邁特納和弗里施給這種新反應(yīng)起名為“核裂變”，類比于被稱作二分裂變的活細(xì)胞的分裂過(guò)程。

核裂變時(shí)，重金屬元素（例如鈾金屬）的原子核因受到中子轟擊而被擾動(dòng)，搖晃并顫動(dòng)成啞鈴狀，而后分裂成兩個(gè)更小的部分。這兩部分都帶有正電荷，以巨大的能量排斥對(duì)方，同時(shí)各自重組成新元素的原子——氪和鋇。這兩種原子由鈾原子核產(chǎn)生，原子序數(shù)之和等于鈾的原子序數(shù)。（鈾為92號(hào)元素，氪為36號(hào)元素，鋇為56號(hào)元素，36+56=92。在哈恩和施特拉斯曼用中子轟擊鈾硝酸鹽的實(shí)驗(yàn)中，正是鋇的不期而至使他們意識(shí)到部分鈾原子發(fā)生了分裂。）在裂變碎片的重組過(guò)程中，一小部分質(zhì)量轉(zhuǎn)化成了能量。邁特納和弗里施利用愛(ài)因斯坦著名的方程E=mc2（能量等于質(zhì)量乘以光速的平方）計(jì)算出了這一過(guò)程釋放的能量的大小。他們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于任何一個(gè)裂變的原子，釋放的能量約等于處于轟擊狀態(tài)的中子能量的兩億倍之多。

在世界范圍內(nèi)，那些看過(guò)這些核反應(yīng)報(bào)告的物理學(xué)家很快就明白了它所具有的革命性意義：有這么一個(gè)過(guò)程，只需借助低能量、室溫下的少量中子，就能促使相當(dāng)于上百萬(wàn)攝氏度的巨大能量釋放出來(lái)。在黑板上和信封背面，各地的物理學(xué)家們迅速地計(jì)算出了它可能帶來(lái)的結(jié)果：開發(fā)一種新能源，它驅(qū)動(dòng)輪船以及發(fā)電的效率比煤炭燃燒高出6個(gè)數(shù)量級(jí)；再就是制造摧毀力不可想象的炸彈。此時(shí)距離“二戰(zhàn)”在歐洲拉開序幕的標(biāo)志性事件——1939年9月1日德國(guó)入侵波蘭——還有不到9個(gè)月的時(shí)間。這種新發(fā)現(xiàn)的核反應(yīng)被第一次嘗試投入應(yīng)用將不可避免地是制造一種新的具有強(qiáng)大摧毀力的爆炸物——原子彈。

今天，我們很難想象當(dāng)初核裂變的發(fā)現(xiàn)引起了多大的轟動(dòng)，各大報(bào)紙均以醒目的標(biāo)題向全世界報(bào)道了此事。在哈恩—施特拉斯曼和邁特納—弗里施論文發(fā)表的一年中，足足有100項(xiàng)更深入的調(diào)查研究發(fā)表在各種科學(xué)期刊上。一個(gè)加快個(gè)體裂變的關(guān)鍵過(guò)程在1939年4月發(fā)表的一篇文章中被揭示，這一過(guò)程是由不斷產(chǎn)生的繼發(fā)性中子形成一個(gè)呈指數(shù)式增長(zhǎng)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。在這一發(fā)現(xiàn)之后不到一年的時(shí)間內(nèi)，一名握有希特勒企圖征服世界第一手資料的猶太流亡物理學(xué)家與愛(ài)因斯坦一同起草了一封信，向當(dāng)時(shí)的美國(guó)總統(tǒng)羅斯福發(fā)出警報(bào)。到1941年初，加利福尼亞大學(xué)的化學(xué)家們已經(jīng)通過(guò)用中子轟擊鈾分離出了一種新的人造元素钚，并且很快測(cè)定出它的分裂能力是鈾的2倍多：如果他們需要約15千克的鈾-235（一種稀有的鈾同位素）來(lái)產(chǎn)生最大限度的核爆炸，那么只需要大約6千克的钚就能達(dá)到同樣的效果。同樣是到1941年，美國(guó)政府才在本土開始接管鈾的研究工作，他們認(rèn)為納粹德國(guó)已經(jīng)著手制造原子彈，因而下定決心要搶在德國(guó)之前制造出原子彈，否則將有一場(chǎng)浩劫。

那些在美國(guó)參與制造第一批原子彈的科學(xué)家后來(lái)遭到了指責(zé)，他們被質(zhì)問(wèn)為什么同意制造原子彈。責(zé)難者想知道的是，這些原子科學(xué)家在原本可以達(dá)成協(xié)議，對(duì)外隱瞞存在制造核彈的可能性時(shí)，為何又選擇參與制造這種大規(guī)模殺傷性武器。這種指責(zé)是德國(guó)中世紀(jì)浮士德傳說(shuō)的一個(gè)變種。在這一古老的傳說(shuō)中，浮士德就是一個(gè)為了換取知識(shí)和權(quán)力，不惜出賣自己的靈魂，與魔鬼訂立契約的學(xué)者。

原子科學(xué)家們真的是在進(jìn)行浮士德式的交易嗎？這種推測(cè)源于對(duì)科學(xué)家工作方式的一種誤解。科學(xué)是按照人類學(xué)家稱之為“禮物交換”（gift exchange）的方式運(yùn)作的：某位科學(xué)家將其實(shí)驗(yàn)結(jié)果公之于眾，其他科學(xué)家通過(guò)研究這些成果找到線索，做進(jìn)一步的研究，得到進(jìn)一步的發(fā)現(xiàn)，并相應(yīng)地將結(jié)果公布出來(lái)。只有這樣，科學(xué)知識(shí)才會(huì)朝更加廣闊的前沿和更尖的尖端邁進(jìn)，每位科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)都會(huì)促使這項(xiàng)集體工作向前發(fā)展。也正是因?yàn)槊课凰季S敏捷的科學(xué)家能夠在同一知識(shí)層面工作，科學(xué)上的突破才往往在差不多同一時(shí)段在世界各地不同的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)相繼發(fā)生，有時(shí)只差幾天或幾小時(shí)。

1938年，許多物理學(xué)家都在思考用中子轟擊鈾會(huì)發(fā)生什么。如果哈恩與施特拉斯曼沒(méi)有意識(shí)到他們的鈾實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生了鋇，也會(huì)有其他人獨(dú)立發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)。為了寫這本書，我曾采訪過(guò)幾位1938年正在加利福尼亞大學(xué)工作的科學(xué)家，他們向我表達(dá)了與核裂變的發(fā)現(xiàn)失之交臂的極大失望之情。在他們看來(lái)，這個(gè)發(fā)現(xiàn)僅用實(shí)驗(yàn)室里現(xiàn)成的儀器和材料便能完成。其中一個(gè)人形容條件已經(jīng)“成熟過(guò)頭”。當(dāng)哈恩和施特拉斯曼的實(shí)驗(yàn)結(jié)果傳來(lái)時(shí)，他們立即沖進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，重復(fù)了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行了必要的檢測(cè)，然后才意識(shí)到核裂變一直都在眼前，只是自己過(guò)去沒(méi)能理解這一異常現(xiàn)象。

第一份發(fā)現(xiàn)核裂變的報(bào)告公布后，1939年1月至2月間，世界上每一個(gè)技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家都對(duì)核裂變開展了不同程度的研究。它們之所以這樣做，顯然是因?yàn)檫@種新反應(yīng)從一開始就很可能會(huì)被用來(lái)發(fā)展一種威力強(qiáng)大、沒(méi)有任何防御措施可以抵擋的新型炸彈，除非大家以此武器互相要挾。在這一最初階段，中國(guó)是罕見的沒(méi)有采取行動(dòng)的國(guó)家。中國(guó)當(dāng)時(shí)已經(jīng)卷入戰(zhàn)爭(zhēng)，正全力以赴與日本作戰(zhàn)。法國(guó)在遭德國(guó)入侵并淪陷后也停止了核研究，戰(zhàn)后才得以繼續(xù)。蘇聯(lián)在1941年6月被德國(guó)突襲后也因疲于自保而沒(méi)有開展核研究。1943年，在通過(guò)一些間諜情報(bào)獲悉英美在進(jìn)行一項(xiàng)高級(jí)計(jì)劃后，蘇聯(lián)才投入了有限的人力物力。日本在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)從濃縮鈾到核彈的可能性進(jìn)行了研究，但由于戰(zhàn)爭(zhēng)中物資匱乏而無(wú)力開始工業(yè)級(jí)別的生產(chǎn)。德國(guó)科學(xué)家則害怕給殺人成性的獨(dú)裁者希特勒承諾太多卻不能兌現(xiàn)，因而沒(méi)有繼續(xù)下去。不管怎樣，這個(gè)德國(guó)元首對(duì)火箭的興趣遠(yuǎn)勝于核彈。當(dāng)時(shí)只有英美兩國(guó)聯(lián)手才有能力和機(jī)遇在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期研發(fā)核武器，即使這樣，原子彈也只是在德國(guó)被打敗、“二戰(zhàn)”已接近尾聲之際才研制成功，勉強(qiáng)來(lái)得及用來(lái)對(duì)付日本。

因此，無(wú)論是否被用于軍事目的，核裂變的發(fā)現(xiàn)都不是科學(xué)家能夠接受或拒絕的浮士德式的交易。核裂變的發(fā)現(xiàn)不是孤立的，是從科學(xué)知識(shí)的歷史積淀中涌現(xiàn)出來(lái)的，況且，在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中也不存在甄別道德好壞的過(guò)濾器。領(lǐng)導(dǎo)在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯制造第一批原子彈的美國(guó)理論物理學(xué)家奧本海默曾一針見血地指出：“科學(xué)中深層的內(nèi)容被發(fā)現(xiàn)并不是因?yàn)樗鼈冇杏茫且驗(yàn)樗鼈兡鼙话l(fā)現(xiàn)。這是一個(gè)深刻而必然的真理。”

為檢驗(yàn)核裂變發(fā)現(xiàn)的歷史以及科學(xué)背景，這本書并不以這次發(fā)現(xiàn)作為開場(chǎng)，而是追溯到38年前。那時(shí)，電子和X射線的發(fā)現(xiàn)使世界范圍內(nèi)的科學(xué)家緊鑼密鼓地開始了測(cè)定原子輻射的各種能量以及這些能量的組成的工作。這個(gè)新的學(xué)術(shù)領(lǐng)域被稱為核物理。它在世界大戰(zhàn)和全球動(dòng)蕩的局面下得到發(fā)展。數(shù)百萬(wàn)人在泥濘的戰(zhàn)壕中喪生，不斷的空襲已經(jīng)使政府對(duì)城市被毀以及大量平民死亡變得麻木。戰(zhàn)火蔓延到非軍事區(qū)，死亡人數(shù)與日俱增。如果用圖表來(lái)描述從1世紀(jì)到20世紀(jì)因戰(zhàn)爭(zhēng)死亡的人數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)它大約是按指數(shù)增長(zhǎng)的，在1940年至1945年間達(dá)到頂峰，約有7500萬(wàn)人因戰(zhàn)爭(zhēng)而喪生。

核武器在1945年的出現(xiàn)突然扭轉(zhuǎn)了死亡人數(shù)增加的局面。此后，每年在戰(zhàn)爭(zhēng)中死亡的人數(shù)不過(guò)一二百萬(wàn)。這樣的數(shù)字固然觸目驚心，卻與每年因吸煙而死亡的人數(shù)相當(dāng)。1945年后發(fā)生的某事使這些國(guó)家發(fā)動(dòng)大規(guī)模戰(zhàn)爭(zhēng)的意愿降低了。

各民族國(guó)家之間不再進(jìn)行大規(guī)模屠殺，對(duì)此，最可靠的解釋是大家不愿意冒險(xiǎn)使自己的家園毀于核武器的報(bào)復(fù)式打擊中。權(quán)力之所以起作用，往往在于它能提供一個(gè)穩(wěn)定的權(quán)力基礎(chǔ)，讓一個(gè)地區(qū)或者一個(gè)國(guó)家掌握在權(quán)力精英能控制的范圍內(nèi)。核武器使這一權(quán)力基礎(chǔ)處于極其危險(xiǎn)的境地，權(quán)力精英也相應(yīng)地控制了他們的野心。這就是為什么一個(gè)國(guó)家擁有了核武器之后往往并不像它的對(duì)手們常預(yù)期的那樣引發(fā)更多的戰(zhàn)爭(zhēng)，而是正好相反。中國(guó)在1964年10月準(zhǔn)備試驗(yàn)第一批核武器的舉動(dòng)被美國(guó)政府認(rèn)為是對(duì)美國(guó)安全的一次極大膽的挑釁，以至于當(dāng)時(shí)的美國(guó)總統(tǒng)林登·約翰遜很認(rèn)真地考慮是否用常規(guī)武器或者核武器來(lái)襲擊羅布泊的試驗(yàn)場(chǎng)。理智終究占了上風(fēng)。中國(guó)也成了一個(gè)常規(guī)核武器國(guó)，給其他有核國(guó)家樹立了一個(gè)榜樣：限制核武器的數(shù)量，以最低威懾的姿態(tài)出現(xiàn)，這比美國(guó)和蘇聯(lián)更具恐嚇性的強(qiáng)大威懾姿態(tài)要好得多。

核武器的出現(xiàn)帶給世界的恐懼被稱為存在性威懾（existential deterrence）。它并沒(méi)有終結(jié)戰(zhàn)爭(zhēng)，但限制了戰(zhàn)爭(zhēng)的規(guī)模。在長(zhǎng)達(dá)65年的時(shí)間里，出乎意料地沒(méi)有一顆核彈爆發(fā)于怒火之中。盡管如此，存在性威懾有一個(gè)致命的缺點(diǎn)：它要求敵方有資產(chǎn)，從而不敢冒被核武器報(bào)復(fù)的風(fēng)險(xiǎn)。這么說(shuō)吧，需要有個(gè)可以作為核攻擊目標(biāo)的“家庭住址”。這表明在阻止侵略方面，威懾理論對(duì)于民族國(guó)家來(lái)說(shuō)是成立的，但對(duì)于一個(gè)恐怖組織來(lái)說(shuō)，它未必起作用。

一個(gè)恐怖組織擁有極少需要保護(hù)的資產(chǎn)。如果一個(gè)恐怖組織獲得了核武器——或者通過(guò)竊取，或者（可能性不大）通過(guò)竊取來(lái)的高濃縮鈾（由于技術(shù)原因，不可能竊取到钚）制造出一個(gè)或多個(gè)核武器——理論上他們可以毫無(wú)顧忌地使用這些武器。然而，一個(gè)即使僅有幾千噸當(dāng)量的核武器在世界上任何一個(gè)主要城市爆炸，都將是一個(gè)世界性的災(zāi)難，很可能會(huì)帶來(lái)大范圍的經(jīng)濟(jì)崩潰以及一場(chǎng)新的核軍備競(jìng)賽。

伴隨著美蘇冷戰(zhàn)的結(jié)束以及十年之后宗教激進(jìn)組織的出現(xiàn)，來(lái)自恐怖分子的核攻擊威脅已經(jīng)成為有核國(guó)家相信自己會(huì)面臨的主要挑戰(zhàn)。盡管老牌的核大國(guó)不愿意考慮放棄他們的核武庫(kù)，但對(duì)于恐怖分子的核威脅而言，除此之外別無(wú)他法。世界開始向消除核武器的方向發(fā)展，這一趨勢(shì)的產(chǎn)生雖然有其他一些原因，但在任何一個(gè)國(guó)家首腦眼中，沒(méi)有什么比恐怖分子的核彈威脅更為緊迫。

追蹤并鎖定世界上每一千克的高濃縮鈾并不是一項(xiàng)輕而易舉的任務(wù)。難度稍小的是監(jiān)控全世界的核燃料生產(chǎn)設(shè)施和核電站。核裁軍本身就像懸崖勒馬，危險(xiǎn)至極，當(dāng)各國(guó)核武庫(kù)中核彈的數(shù)量降到幾百甚至幾十時(shí)尤為危險(xiǎn)。最艱難的部分或許將是商討常規(guī)武器的數(shù)量限制，因?yàn)橐坏┤狈ο拗疲跊](méi)有核武器的世界中，美國(guó)與其他國(guó)家的軍事實(shí)力差距將比現(xiàn)在更為懸殊。盡管如此，仍然只有完全的核裁軍才能使世界免受核武器之災(zāi)。正如美國(guó)前總統(tǒng)奧巴馬2009年4月在布拉格清楚地指出的那樣：

數(shù)以千計(jì)的核武器的存在是冷戰(zhàn)留給后人最危險(xiǎn)的遺產(chǎn)。盡管美蘇之間并沒(méi)有爆發(fā)核戰(zhàn)爭(zhēng)，但那一代人都知道，他們的世界可以在頃刻間被毀滅。像布拉格這樣一個(gè)有著悠久的歷史，體現(xiàn)了人類如此多的美與天賦的城市，那時(shí)可能會(huì)不復(fù)存在。

今天，冷戰(zhàn)已經(jīng)過(guò)去，但數(shù)以千計(jì)的那些武器還在。歷史處于一個(gè)奇特的轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，全球性核戰(zhàn)爭(zhēng)的威脅已經(jīng)降低，遭受一次核襲擊的可能性卻在增大。許多國(guó)家已經(jīng)擁有這些武器，核試驗(yàn)仍在繼續(xù)。核機(jī)密和核原料的黑市交易大量存在，制造核彈的技術(shù)被傳播開來(lái)。恐怖分子已經(jīng)下定決心要擁有核武器，無(wú)論是通過(guò)購(gòu)買、制造還是盜取。為了遏制這些危險(xiǎn)，我們正在努力構(gòu)建一個(gè)全球范圍內(nèi)的核不擴(kuò)散體制，但隨著越來(lái)越多的人及國(guó)家破壞規(guī)則，我們可能會(huì)走向這個(gè)體制無(wú)法控制的危險(xiǎn)和混亂的局面。

現(xiàn)在我們知道，這對(duì)不論身處何方的人都至關(guān)重要。一顆核彈如果在某個(gè)城市爆炸——也許是紐約或莫斯科，伊斯蘭堡或孟買，東京或特拉維夫，巴黎或布拉格——會(huì)使數(shù)以十萬(wàn)計(jì)的居民喪生。而且不管發(fā)生在哪兒，它對(duì)我們的全球安全、我們的安保、我們的社會(huì)、我們的經(jīng)濟(jì)甚至人類的生存可能帶來(lái)的后果都會(huì)是無(wú)法想象的。

一些人認(rèn)為，無(wú)法阻止也無(wú)法核查這些武器的擴(kuò)散。他們說(shuō)，我們注定要生活在一個(gè)越來(lái)越多的國(guó)家、越來(lái)越多的人擁有這種終極毀滅工具的世界里。這種宿命論是我們致命的敵人，因?yàn)槿绻覀兿嘈藕宋淦鞯臄U(kuò)散是不可避免的，那么在某種程度上，我們就已經(jīng)承認(rèn)核武器的使用是不可避免的。

在過(guò)去的兩個(gè)世紀(jì)里，人類已經(jīng)在控制流行病方面取得了顯著的進(jìn)步。在20世紀(jì)的前 50 年中，戰(zhàn)爭(zhēng)造成的死亡（人為制造的死亡）人數(shù)在早逝的總?cè)藬?shù)中顯得十分突出，其中的一個(gè)原因是，通過(guò)國(guó)民保健體系，疾病造成的死亡（生理性死亡）已經(jīng)得到了越來(lái)越好的控制。從1945年開始，對(duì)核武器報(bào)復(fù)的恐懼也限制了人為制造的死亡人數(shù)，但為此付出的代價(jià)是局部甚至世界范圍內(nèi)人為制造死亡的風(fēng)險(xiǎn)大大增加了。罪魁禍?zhǔn)资撬^的一觸即發(fā)式的威懾性核武庫(kù)。21世紀(jì)初，自殺式恐怖主義的抬頭意味著此種核武庫(kù)對(duì)特定地區(qū)某些一窮二白的組織是毫無(wú)威懾性的。

核武器的辯護(hù)者聲稱，核武器存在的唯一價(jià)值是用來(lái)威懾有同樣武器裝備的敵手。如果是這樣的話，消除核武器在邏輯上就更沒(méi)有反對(duì)的理由了。

所有這些挑戰(zhàn)和轉(zhuǎn)變的出現(xiàn)，是由于一些科學(xué)家在探索物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)時(shí)，碰巧用意想不到的方式釋放了原子核中潛在的巨大能量。這一切是如何發(fā)生的以及它究竟帶來(lái)了什么直接的后果，都是這本書要探討的內(nèi)容。希望讀者能從中獲益。

《橫空出世：核物理與原子彈的誕生》，[美]理查德·羅茲著，江向東、廖湘彧譯，方在慶校，新思文化｜中信出版集團(tuán)2023年11月。