本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点。
核科学史学家亚历克斯·韦勒斯坦提出了一些有说服力的观点,这些观点正中我长期以来的一个痛点:政治家、媒体甚至科学家自身都倾向于将每个大型政府科学或技术项目与著名的曼哈顿计划相提并论。正如韦勒斯坦在他的文章中展示的那样,这种比较在许多不同层面上都充满了错误,但这几乎无法阻止那些不太可能成功的尝试也与庞大的原子弹项目进行比较。
"将曼哈顿计划作为应用科学的通用典范已经变得越来越普遍。使用谷歌快讯服务,人们可以看到几乎每周都有人在某处呼吁启动“新的曼哈顿计划”。 显然,我们需要一个针对癌症、艾滋病、健康、太阳能、替代能源、核聚变能、钍反应堆、全球变暖、网络安全、营养补充剂(!)的曼哈顿计划,以及最字面意义上的,为了保护曼哈顿岛免受海平面上升的影响的曼哈顿计划。”
韦勒斯坦指出了几个原因,说明为什么这种比较是误导性的,但在这里我想重点关注我认为在纯技术层面上一个非常重要的差异,而这一点并不总是被公众所理解。问题在于,曼哈顿计划是在非常具体和非常不同的情况下完成的非常特殊的项目,它涉及的政府控制、保密和支出水平即使在战时也是不寻常的。轻率地呼吁将其他科学项目变成曼哈顿计划,忽视了所有这些因素的独特性和挑战性,并有可能歪曲现代重要科学项目的意义。
关于支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道: 订阅。通过购买订阅,您将有助于确保未来能够继续发布关于塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的报道。
建造原子弹的不同之处在于:它更多的是一项复杂的工程壮举,而不是物理学壮举。甚至理查德·费曼也在他广受欢迎的回忆录中说过(“战争期间,除了与后来被称为曼哈顿计划的项目相关的科学外,所有科学都停止了。而那实际上不是科学,它主要是工程”)。物理学家无疑在研究裂变的基本理论方面至关重要,但该理论的要点早在 1942 年夏天左右就已研究出来,最值得注意的是伯克利研究。从那时起,人们很快意识到该项目最大的障碍将是铀同位素的分离和富集。这项工作被认为非常困难,以至于即使像尼尔斯·玻尔这样的有远见卓识的人也不认为有可能,除非整个美国都变成一个巨大的工厂。
具有讽刺意味的是,他们做到了。关于该企业的详细历史证明了在橡树岭建造电磁分离和气体扩散工厂时所投入的巨大体力劳动、资源(包括国内电力和铜、金等金属供应的很大一部分)以及工业建设和工程,这些工厂建成后成为当时世界上单屋顶下最大的工厂。 但其中大部分是工程和项目管理;让巨大的电磁分离器工作,架设强磁场和电力供应,运用化学工程和化学策略来分离复杂的铀化合物和反应中间体。 事实上,在工程之后,化学而不是物理学可能是曼哈顿计划大部分工作中涉及的主要科学(化学和工程也大规模参与了华盛顿州汉福特钚的生产)。 表明该项目主要属于工业工程的一个证据是,它最终形成了一个由类似装配线的核武器制造设施组成的军事工业联合体。 此外,当我们在讨论这个话题时,值得注意的是,抬高物理学家而贬低工程师和化学家,也导致了公众想象中至少忽视了一个对该项目真正不可或缺的人:莱斯利·格罗夫斯将军。
物理学家在洛斯阿拉莫斯最为重要,但即使在洛斯阿拉莫斯,工程挑战也常常被关于奥本海默、费米、费曼和贝特等杰出科学家的轶事所掩盖。此外,正如韦勒斯坦所记录的那样,洛斯阿拉莫斯只消耗了该项目 20 亿美元支出中的 4%。 除了铀同位素分离问题外,该项目期间出现的第二个重大问题是弄清楚如何通过内爆使钚弹工作,这在当时是一种全新的、未知的技术。 像约翰·冯·诺伊曼这样的理论家确实为这个问题做出了非常重要的贡献,但同样,在理论被研究出来之后,主要的挑战在于获得完美的对称内爆,从而将钚球均匀地压缩到超临界状态。 这是一项精密工程和电子学的工作。 正是哈佛大学化学家乔治·基斯蒂亚科夫斯基将精密炸药——当时这是一个令人震惊的概念,因为每个人都只想到用炸药将物体炸开——应用于这一挑战。 解决这个问题的关键工作是爆炸透镜的加工以及电子引信和电路的发明,这将确保组件的瞬时、对称内爆。 这再次是对电子、机械工程和化学的挑战,而不是对物理学的挑战。
此外,与许多现代项目不同的是,建造原子弹需要象牙塔科学家与数十甚至数百家工业合作伙伴和工程公司(包括杜邦和斯通和韦伯斯特)之间的合作。 杜邦公司尤其通过在汉福特建造钚生产反应堆发挥了不可估量的作用。 公司在第一颗氢弹的制造中也发挥了重要作用。 如今,人们很难想象工业界会为政府项目提供如此广泛的支持,尤其是在贝尔实验室和 IBM 等许多曾经著名的组织的基础研究部门实际上已被摧毁,而母公司本身也在努力在经济衰退中生存的情况下。 我们再次看到,战时紧急情况可能促成原本截然不同的研究实体之间独特的合作,这种情况在 21 世纪不太可能出现。
对制造原子弹的细节进行一番探讨后,总结一下,是为了说明曼哈顿计划更多的是工程和实用化学,而不是纯科学,它更多的是脚踏实地的项目管理,而不是异想天开的想法。 它有一个明确的、相当明确的目标,因此与与之比较的那种纯科学努力相去甚远。 当它与当今最受关注的大型科学项目——脑图计划进行比较时,尤其如此。 与曼哈顿计划不同,脑图等工作的目的是更多地了解自然。 对该倡议的批评尤其指出了我们对人脑的理解不足,如果我们要开展任何具有明确目标的大规模努力,就必须克服这一缺陷。 脑图项目的真正曼哈顿计划等价物不是建造真正的炸弹,而是深入了解原子核的性质,这在 20 世纪 30 年代通过小型科学就很好地完成了,如果将其置于一个受到严格控制的军事项目的保护伞下,笼罩在秘密之中并屈服于特定目标,那将是难以想象的。 只有在对核物理学有了合理的理解之后,原子的性质才能用于制造大规模杀伤性武器。
正如韦勒斯坦巧妙地指出的那样,将该项目与现代科学企业进行比较还存在其他问题,包括对该项目实施的极端保密以及其成功所导致的道德模糊性。 但我这篇文章的重点是明确指出,即使在严格的技术层面上,曼哈顿计划也与与之比较的任何其他大型科学项目截然不同。 阿波罗登月计划也是如此,那是另一项沉浸在工程学中且几乎脱离纯科学的企业,无论是在方法上还是成果上。 曼哈顿计划确实是科学、工程、政府倡议以及学术界与产业界协调的奇迹。 但是,尽管我们当然可以从中吸取具体的教训,但我们现在需要的是一个属于新时代的新项目。 并且使用不同的名称。
一些有用的参考文献
1. 《原子弹的诞生》- 理查德·罗兹。
2. 《临界质量》- 莉莲·霍德森。
3. 《竞逐原子弹》- 罗伯特·诺里斯。
4. 《白宫里的化学家》- 格伦·西博格。