海森堡那么厉害,为什么不帮纳粹德国造原子弹?

维尔纳·卡尔·海森堡(德文原名:维尔纳·卡尔·海森堡,1901年65438+2月5日-65438+2月0976 1),德国著名物理学家,量子力学的主要创始人,哥本哈根学派代表人物,1932。1933年,为表彰他对量子力学的创造,尤其是利用量子力学理论发现同素异形体氢,英国皇家瑞典学院科学奖授予他诺贝尔物理学奖。

二战开始后,在纳粹德国的威胁下,伟大的丹麦物理学家玻尔离开了他心爱的哥本哈根理论物理研究所和他来自世界各地的同事们去了美国。德国很多科学家也背井离乡,决心不向纳粹势力妥协。然而,一位同样杰出的物理学家留了下来,被纳粹德国委以重任,领导研制原子弹的技术工作。这个人就是海森堡。留下的原因据说是他舍不得离开自己热爱的祖国,但他积极参与了德国的原子弹计划,并为纳粹政府工作。

战争一爆发,德国就启动了原子弹的研究计划。当时是1939,只有德国在进行这样的原子能军事应用项目。德国占有世界上最大的铀矿(在捷克斯洛伐克),拥有世界上最强大的化学工业。虽然大约一半的优秀物理学家被纳粹迫害犹太人和非人的战争赶走,但他们仍然拥有世界上最优秀的科学家。原子裂变现象是由两位德国人奥托·哈恩和弗里斯·斯特拉斯曼在一年前发现的。当然不止这两个人还有劳厄(1914诺贝尔物理学)、博特(1954诺贝尔物理学)和盖革(盖革计数器的发明者,他进行了散射实验)、卡尔·冯韦兹萨克(Karl vonWeizsacker)、埃里希·巴格(Erich Bagge)、迪布纳、格拉赫(Gerlach)、卡尔·维尔茨(Karl Wirtz)...当然,他们还有海森堡,20世纪最伟大的物理学家之一。这些科学家都参与了希特勒的原子弹计划,成为“铀俱乐部”的成员,海森堡是该计划的总经理。

而德国造原子弹失败,连门都没进。从1942看,德国似乎已经放弃了整个原子弹计划,转而研究制造了一个可以提供能源的原子核反应堆。主要原因是,1942年6月,海森堡向兵部部长阿尔贝特·施佩尔报告,铀计划由于技术原因,短时间内很难产生任何实际效果,战争期间不可能造出原子弹。但他也让施佩尔相信,德国的研究仍然处于领先地位。施佩尔向希特勒报告了这一情况。当时,由于整个战场形势的紧迫性,德军的研究计划被迫采取了急功近利的策略,即暂时搁置那些在短时间内,确切地说是在六周内无法见效的计划。希特勒和施佩尔一致认为,没必要在原子弹上花太多力气,但既然在这方面还“领先”,不妨继续拨款搞研究。当时海森堡申请的追加预算只有35万帝国马克,有没有关系不大。

这个计划在被高层松口近两年后,终于在1944被希姆莱注意到。他下令投入大量资金推进原子弹计划,并新建了几座铀工厂。这个计划确实取得了进展,但到了那个时候,整个德国的工业早已被盟军的轰炸摧毁,很难再支撑下去了。但为时已晚,很快德国投降了。

1942是什么举报?海森堡在其中扮演了什么角色?他是为了避免原子弹的巨大破坏而故意写错数字,从道德上讲,还是单纯的算错了?

这个谜直到战后才浮出水面。

1944年,盟军在诺曼底登陆,形成双重夹击。到了1945年4月,纳粹德国已经走了,欧洲战场的末日指日可待。现在摆在美国人面前的任务是尽可能地收集德国剩下的科学家和设备,不让他们落到别的国家手里(不用说,苏联和法国也不行)。与苏联人竞争看谁先占领柏林是没有希望的。他们转向南方,迅速抓获了德国铀项目的科学家,并缴获了大部分信息和设备。不过当时海森堡已经提前离开,逃回了乌尔费尔德的家,那里还在德国人的手里。但为了得到海森堡的“第一个目标”,盟军在5月3日,也就是希特勒夫妇自杀后的第四天,派了一个小组去海森堡的家。这位科学家表现出极大的风度。他礼貌地介绍了自己的妻子和孩子,并询问美国士兵对德国风景的看法。5月7日,德国投降。

10德国最著名的科学家被秘密送往英国,锁在剑桥附近一个叫“农场厅”的房子里。他们不知道房子里满是虫子。他们在这里的所有对话都被录音录像。我们稍后将讨论这些关键记录。8月6日晚,广岛原子弹爆炸的消息传来,让所有人都惊呆了。

战后,所有这些科学家都被释放了。但是专家和公众都对德国为什么没能造出原子弹感兴趣。以德国科学家一贯的骄傲,承认自己不如别人是绝对不能接受的。还在狱中的时候,广岛事件后的第三天,海森堡等人起草了一份备忘录,声称:1。原子裂变是德国人哈恩和斯特拉斯曼在1938年发现的。2.战争爆发后,德国才成立了相关的研究小组。但从当时的德国来说,造原子弹是不可能的,因为即使技术上可行,也还存在资源不足的问题,尤其是需要更多的重水。

回到德国后,海森堡起草了一份更详细的声明。总的来说,德国团队早就意识到铀235可以用作反应堆或炸弹,但从天然铀中分离稀有同位素铀235极其困难。(*这里补充一下原子弹的常识:当一个中子轰击容易分裂的铀-235原子核时,会分裂成两半,同时会释放出更多的中子进一步轰击其他原子核。这样就引起了一系列的连锁反应,每一次分裂都会释放出大量的能量,俗称“连锁反应”。但只有铀235不稳定,容易裂变,而它的同位素铀238不是,所以需要提高铀235的浓度才能引发可持续的反应,否则所有的中子都会被铀238吸收。而铀238在天然铀中占99%以上,所以当时要从中分离出那一点点铀235是极其困难的。)

海森堡说,分离出足够的铀-235需要大量的资源、人力和物力,在战争时期很难完成。德国科学家还实现了另一种可能的方法,即铀238本身虽然不能分裂,但吸收中子后会衰变为另一种元素钚。这种元素和铀235一样,可以形成连锁反应。但无论如何,前提是要有原子反应堆,制造原子的反应堆需要中子慢化剂。一个好的缓速器是重水,但对德国来说,重水的唯一来源是挪威的一家工厂,这家工厂多次被盟军特遣部队损坏,无法使用。

总之,海森堡的潜台词是,德国科学家和盟国科学家在理论和技术上具有相同的优势。但由于德国缺乏相应的资源,德国人放弃了这一计划。他声称,直到1942,双方的进展“基本一致”,但由于外部因素的影响,德国认为自己在战争期间没有条件(不是理论能力)造出原子弹,于是转向研究反应堆能量。

海森堡声称,德国科学家从一开始就意识到原子弹带来的道德问题,这样一种杀伤力如此巨大的武器让他们意识到自己对人类的责任。但是对国家(而不是纳粹)的义务迫使他们献身于自己的工作。但他们心理矛盾,懒惰,有意无意夸大了制造难度,于是在1942,他们说服高层,原子弹没有实际意义。此外,外部环境的恶化使得实际制造无法进行,这让德国科学家松了一口气,因为他们不用像悲剧的安提戈涅那样亲自制造这种道德困境了。

这样,德国人的科学优势得以保持,同时捍卫了一种道德地位。两全其美。

实际上,计算临界质量本质上是一个统计问题。为了保证铀-235足够多的分子在太多的中子逃逸停止链式反应之前分裂,应该至少能保证2 ^ 80个分子(约1摩尔)反应,即维持80个分裂。这个范围有多大?这就相当于问一个人(分子)随机前进80次后,会停留在什么半径。这是一个非常著名的“酒醉走路”问题。如果你读过盖莫夫的老科普书《从一个到无限》,可能对它还有点印象。海森堡算出了一个距离:54厘米,相当于13吨铀235,分离这么多在当时是不可想象的。

但是,54厘米这个数字是一个上限,也就是说,在最坏的情况下,需要半径为54厘米的铀235。实际上在计算中忽略了很多具体的情况,比如中子吸收,或者少得多的情况下也能引起连锁反应,还有海森堡因为太“聪明”而忽略的各种重要限制。海森堡把一个相当复杂的问题简单化了。从他的计算中可以看出,他实际上对快中子反应缺乏透彻的了解,这导致他在报告中将几吨铀-235视为下限,即“所需最低”质量,直到广岛原子弹爆炸后,他才持这种观点(他不知道派莱斯在1939中做出了正确的结果!)。

这样的错误,别说海森堡这样的一流物理学家,就算是一个普通的物理学院学生也不应该犯。而且没有人反驳他的结果!这不免让一些人认为海森堡“特意”炮制了这样一个错误来欺骗高层,阻止原子弹的制造。不幸的是,从所有的情况来看,海森堡本人对此深信不疑。

1945年8月6日,被囚禁在农场大厅的德国科学家惊悉广岛的消息。海森堡在开头评论道:“我根本不相信这颗原子弹的消息。当然,我可能是错的。我以为他们(盟国)可能有10吨浓缩铀,没想到他们有10吨纯铀235!”海森堡仍然认为核弹需要几吨铀-235。哈恩对这一评论感到震惊,因为他认为用很少的铀就可以制造出炸弹(这是海森堡之前说的,但指的是“反应堆炸弹”,即反应堆变得不稳定,变成了爆炸物,哈恩显然弄错了)。海森堡纠正了这个观点,然后推测盟军可能找到了分离同位素的有效方法(他还是认为盟军分离了那么多铀-235,而不是他的估计错了!)。

9点整,大家一起收听BBC新闻,然后展开激烈讨论。虽然海森堡做了一些正确的分析,但他提出了“54厘米”的估计。第二天,大家开始起草备忘录。第三天,海森堡和沃兹讨论钚弹的可能性。海森堡觉得钚可能比他想象的更容易分裂(他从报纸上了解到原子弹并不大),但他自己没有数据,因为德国没有生产钚的反应堆。直到现在,海森堡仍然认为铀弹需要几吨的质量。

海森堡很快从报纸上得知炸弹的实际重量:200公斤,只有几公斤核心炸药。

他看上去焦躁不安,不知道自己的估计错在哪里。他对哈德克说:“他们是怎么做到的?如果我们这些做过同样工作的教授连他们是怎么做到的(理论上)都不明白,我觉得很丢脸。”德国人讨论了很多可能性,但直到14,事情才有了决定性的转机。

到14年8月,海森堡终于认识到了正确的计算方法(不是全部)。他在其他科学家面前做了一次讲座,得到了一个大体上相对正确的结果。他的结论是6.2 cm半径——16kg!当他在教学时,其他科学家对此表现出无知,他们的问题常常是幼稚和可笑的。德国人为他们的傲慢付出了最大的代价。

现在回想起来,还是很害怕。还好海森堡算错了,身边的德国人更嚣张。如果他当时改正了错误,纳粹德国造出了原子弹,那么估计伦敦会消失,二战历史肯定会被改写!