海森堡那么厉害，为什么没帮助纳粹德国造出原子弹？ 纳粹德国制造原子弹为什么没成功
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沃纳卡尔海森堡（德文原名：Werner Karl Heisenberg，1901年12月5日—1976年2月1日），德国著名物理学家，量子力学的主要创始人，哥本哈根学派的代表人物，1932年诺贝尔物理学奖获得者，1933年，为了表彰他创立的量子力学，尤其是运用量子力学理论发现了同素异形氢，瑞典皇家科学院给他颁发了诺贝尔物理学奖。
第二次世界大战开始后，迫于纳粹德国的威胁，丹麦的大物理学家玻尔离开了心爱的哥本哈根理论物理研究所，离开了朝夕相处的来自世界各地的同事，远赴美国。德国的许多科学家也纷纷背井离乡，坚决不与纳粹势力妥协。然而，有一位同样优秀的物理学家却留下来了，并被纳粹德国委以重任，负责领导研制原子弹的技术工作，这个人就是海森堡。留下来的理由据说是他不忍心离开心爱的祖国，但是他却积极的参与了德国的原子弹计划为纳粹政府效力。
战争甫一爆发,德国就展开了原子弹的研究计划。那时是1939年,全世界只有德国一家在进行这样一个原子能的军事应用项目。德国占领着世界上最大的铀矿(在捷克斯洛伐克),德国有世界上最强大的化学工业,虽然因为纳粹的迫害犹太人和非人道的战争，逼走了约一半左右的优秀物理学家，但他们仍然拥有世界上最好的科学家,原子的裂变现象就是两个德国人— 奥托.哈恩(Otto Hahn)和弗里兹.斯特拉斯曼(FritzStrassmann)在前一年发现的,这两人都还在德国,哈恩以后会因此发现获得诺贝尔化学奖。当然不止这两人,德国还有劳厄(1914年诺贝尔物理)、波特(Bothe,1954诺贝尔物理)、盖革(盖革计数器的发明者,他进行了散射实验)、魏扎克(Karl vonWeizsacker)、巴格(Erich Bagge)、迪布纳(Kurt Diebner)、格拉赫(Walther Gerlach)、沃兹(Karl Wirtz)...当然,他们还有定海神针海森堡,这位20世纪最伟大的物理学家之一。所有的这些科学家都参与了希特勒的原子弹计划,成为“铀俱乐部”的成员之一,海森堡是这个计划的总负责人。
然而,德国并没能造出原子弹,它甚至连门都没有入。从1942年起,德国似乎已经放弃整个原子弹计划,而改为研究制造一个能提供能源的原子核反应堆。主要原因是因为1942年 6月,海森堡向军备部长斯佩尔(Albert Speer)报告说,铀计划因为技术原因在短时间内难以产出任何实际的结果,在战争期间造出原子弹是不大可能的。但他同时也使斯佩尔相信,德国的研究仍处在领先的地位。斯佩尔将这一情况报告希特勒,当时由于整个战场情况的紧迫,德国的研究计划被迫采取一种急功近利的方略,也就是不能在短时间,确切地说是六周内见效的计划都被暂时放在一边。希特勒和斯佩尔达成一致意见:对原子弹不必花太大力气,不过既然在这方面仍然“领先”,也不妨继续拨款研究下去。当时海森堡申请附加的预算只有寥寥35万帝国马克,有它无它都影响不大。
这个计划在被高层放任了近2 年后,终于到1944年又为希姆莱所注意到。他下令大力拨款,推动原子弹计划的前进,并建了几个新的铀工厂。计划确实有所进展,不过到了那时,全德国的工业早已被盟军的轰炸破坏得体无完肤,难以进一步支撑下去。而且为时也未免太晚,不久德国就投降了。
1942年的报告是怎么一回事?海森堡在其中扮演了一个什么样的角色?他是为了避免原子弹的巨大伤害，从道义上来讲，故意写错数呢，还是他根本就是计算错误呢？
这个谜底，直到战后才慢慢浮出水面。
1944年,盟军在诺曼底登陆,形成两面夹攻之势。到1945年 4月,纳粹德国大势已去,欧洲战场战斗的结束已经近在眼前。摆在美国人面前的任务现在是尽可能地搜罗德国残存的科学家和设备仪器,不让他们落到别的国家手里(苏联不用说,法国也不行)。和苏联人比赛看谁先攻占柏林是无望的了,他们转向南方,并很快俘获了德国铀计划的科学家们,缴获了大部分资料和设备。不过那时候海森堡已经提前离开逃回厄菲尔德(Urfeld)的家中,这个地方当时还在德国人手里,但为了得到海森堡这个“第一目标”,盟军派出一支小分队,于5 月3 日,也就是希特勒夫妇自杀后的第四天,到海森堡家中抓住了他。这位科学家倒是表现得颇有风度,他礼貌地介绍自己的妻子和孩子们,并问那些美国大兵,他们觉得德国的风景如何。到了5 月7 日,德国便投降了。
10位德国最有名的科学家被秘密送往英国,关在剑桥附近的一幢称为“农园堂”(Farm Hall)的房子里。他们并不知道这房子里面装满了窃听器,他们在此的谈话全部被录了音并记录下来,我们在后面会谈到这些关键性的记录。8月 6日晚上,广岛原子弹爆炸的消息传来,这让每一个人都惊得目瞪口呆。
战争结束后,这些科学家都被释放了。但不管是专家还是公众,都对德国为什么没能造出原子弹大感兴趣。以德国科学家那一贯的骄傲,承认自己技不如人是绝对无法接受的。还在监禁期间,广岛之后的第三天,海森堡等人便起草了一份备忘录,声称:1.原子裂变现象是德国人哈恩和斯特拉斯曼在1938年发现的。2.只有到战争爆发后,德国才成立了相关的研究小组。但是从当时的德国来看并无可能造出一颗原子弹,因为即使技术上存在着可能性,仍然有资源不足的问题,特别是需要更多的重水。
返回德国后,海森堡又起草了一份更详细的声明。大致是说,德国小组早就意识到铀235可以作为反应堆或者炸弹来使用,但是从天然铀中分离出稀少的同位素铀235却是一件极为困难的事情。(*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,会使它裂成两半,同时放出更多的中子去进一步轰击别的原子核。这样就引起一连串的连锁反应,在每次分裂时都放出大量能量,便是通常说的“链式反应”。但只有铀235是不稳定而容易裂变的,它的同位素铀238则不是,所以必须提高铀235的浓度才能引发可持续的反应,不然中子就都被铀238吸收了。但天然铀中铀238占了99%以上,所以要把那一点铀235分离出来,这在当时的技术来说是极困难的。)
海森堡说,分离出足够的铀235需要大量的资源和人力物力,这项工作在战争期间是难以完成的。德国科学家也意识到了另一种可能的方法,那就是说,虽然铀238本身不能分裂,但它吸收中子后会衰变成另一种元素钚。而这种元素和铀235一样,是可以形成链式反应的。不过无论如何,前提是要有一个原子反应堆,制造原子的反应堆需要中子减速剂。一种很好的减速剂是重水,但对德国来说,唯一的重水来源是在挪威的一个工厂,这个工厂被盟军的特遣队多次破坏,不堪使用。
总而言之,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的优势是相同的。但是因为德国缺乏相应的资源,因此德国人放弃了这一计划。他声称一直到1942年以前,双方的进展还“基本相同”,只不过由于外部因素的影响,德国认为在战争期间没有条件(而不是没有理论能力)造出原子弹,因此转为反应堆能源的研究。
海森堡声称,德国的科学家一开始就意识到了原子弹所引发的道德问题,这样一种如此大杀伤力的武器使他们也意识到对人类所负有的责任。但是对国家(不是纳粹)的义务又使得他们不得不投入到工作中去。不过他们心怀矛盾,消极怠工,并有意无意地夸大了制造的难度,因此在1942年使得高层相信原子弹并没有实际意义。再加上外部环境的恶化使得实际制造成为不可能,这让德国科学家松了一口气,因为他们不必像悲剧中的安提戈涅,亲自来作出作出这个道德上两难的决定了。
这样一来,德国人的科学优势得以保持,同时又捍卫了一种道德地位。两全其美。
其实，计算临界质量的大小本质上是一个统计问题。为了确保在过多的中子逃逸而使链式反应停止之前有足够的铀235分子得到分裂，它至少应该能保证2^80个分子（大约1摩尔）进行了反应，也就是维持80次分裂。这个范围是多大呢？这相当于问，一个人（分子）在随机地前进并折返了80次之后大约会停留在多大的半径里。这是非常有名的“醉鬼走路”问题，如果你读过盖莫夫的老科普书《从一到无穷大》，也许你还会对它有点印象。海森堡就此算出了一个距离：54厘米，这相当于需要13吨铀235，而在当时要分离出如此之多是难以想象的。
但是，54厘米这个数字是一个上限，也就是说，在最坏的情况下才需要54厘米半径的铀235。实际上在计算中忽略了许多的具体情况比如中子的吸收，或者在少得多的情况下也能够引起链式反应，还有种种海森堡因为太过“聪明”而忽略的重要限制条件。海森堡把一个相当复杂的问题过分简化，从他的计算中可以看出，他对快中子反应其实缺乏彻底的了解，这一切都导致他在报告中把几吨的铀235当作一个下限，也就是“最少需要”的质量，而且直到广岛原子弹爆炸后还带着这一观点（他不知道，佩尔斯在1939年已经做出了正确的结果！）。
这样一个错误,不要说是海森堡这样的一流物理学家,哪怕是一个普通的物理系大学生也不应该犯下。而且竟然没有人对他的结果进行过反驳!这不免让一些人浮想联翩,认为海森堡“特地”炮制了这样一个错误来欺骗上头从而阻止原子弹的制造。可惜从一切的情况来看,海森堡自己对此也是深信不疑的。
1945年 8月 6日,被囚在 Farm Hall 的德国科学家们被告知广岛的消息,各个震惊不已。海森堡一开始评论说:“我一点也不相信这个原子弹的消息,当然我可能错了。我以为他们(盟国)可能有10吨的富铀,但没想到他们有10吨的纯铀235!”海森堡仍然以为,一颗核弹要几吨的铀235。哈恩对这个评论感到到震惊,因为他原以为只要很少的铀就可以制造炸弹(这是海森堡以前说过的,但那是指一个“反应堆炸弹”,也就是反应堆陷入不稳定而变成爆炸物,哈恩显然搞错了)。海森堡纠正了这一观点,然后猜测盟国可能找到了一种有效地分离同位素的办法(他仍然以为盟国分离了那么多铀235,而不是自己的估计错了!)。
9点整,众人一起收听了 BBC 的新闻,然后又展开热烈讨论。海森堡虽然作了一些正确的分析,但却又提出了那个“54厘米”的估计。第二天,众人开始起草备忘录。第三天,海森堡和沃兹讨论了钚炸弹的可能性,海森堡觉得钚可能比想象得更容易分裂(他从报纸上得知原子弹并不大),但他自己没有数据,因为德国没有反应堆来生产钚。直到此时,海森堡仍然以为铀弹需要几吨的质量才行。
海森堡不久便从报上得知了炸弹的实际重量:200千克,核心爆炸物只有几千克。
他显得烦躁不已,对自己的估计错在何处感到非常纳闷。他对哈特克说:“他们是怎么做到的?如果我们这些曾经干过同样工作的教授们连他们(理论上)是怎么做到的都搞不懂,我感到很丢脸。”德国人讨论了多种可能性,但一直到14号,事情才起了决定性的转变。
到了8 月14号,海森堡终于意识到了正确的计算方法(也不是全部的),他在别的科学家面前进行了一次讲授,并且大体上得到了相对正确的结果。他的结论是6.2厘米半径—16千克!而在他授课时,别的科学家对此表现出一无所知,他们的提问往往幼稚可笑。德国人为他们的骄傲自大付出了最终的代价。
现在回想起来，还是很后怕，幸好是海森堡算错了，而且周围的德国人比较自大。万一那时候他纠正了错误，纳粹德国制成了原子弹，那么估计伦敦就消失了，二战的历史肯定要重写！
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