1943年4月,当路边的蒲公英刚刚开出小黄花的时候,奥本海默带着一小批科学家来到洛斯阿拉莫斯。初春的洛斯阿拉莫斯很冷,灰色的云不时遮住太阳,北风掠过高出河谷的台地,沙子打在人的脸上,像要钻进肉里的针刺一样痛。
这批科学家有三十多人,其中多半是伯克利夏季研究会的成员,另一部分是奥本海默通过各种关系,千方百计地从各地请来的著名科学家。如世界著名的物理学家尼尔斯·玻尔、恩里科·费米。6个月后,根据《魁北克协议》,英国的科学家也陆续来到这里。
西拉德等几位知名学者没有到洛斯阿拉莫斯,他们觉得在这样一个偏僻而荒凉的地方,不可能进行清醒的思考。
奥本海默的朋友欧内斯特·奥兰多·劳伦斯是一定要来的,他和奥本海默一样迷恋山峦和沙漠。
这里的人都很年轻。在二战期间,洛斯阿拉莫斯人平均年龄为27岁。这应了中国一句老话,叫做“自古英雄出少年”。
格罗夫斯将军曾说,他们“在洛斯阿拉莫斯集中了一批怪人”。奥本海默把这批怪人集中在这里,组织起来成立了一个研究、实验、制造原子弹的实验室。
在这批人中除了伯克利夏季研究会的成员外,其他大部分人员对原子弹研制工作还一无所知。据说当时清楚来干什么的只有17人。
奥本海默任命出生于阿拉莫戈多,从威斯汀豪斯公司来的理论家爱德华·康登为实验室副主任,并让他将伯克利夏季研究会上的记录整理成讲稿。这份当时只有24页油印纸的讲稿规定了实验室的建造和实验室目前要做的工作,简单地介绍了怎样把原子弹制造出来。这份文件被称为《洛斯阿拉莫斯入门》。
奥本海默把《入门》发给每个经过“保密限制”审查的、新来的科学家,并举办了有关原子弹的讲座。
奥本海默说,原子弹又称裂变武器,是利用化学元素铀-235或钚-239等重原子核的裂变反应,瞬时释放出巨大能量来达到杀伤敌人、毁坏设施的核武器。
他要求科学家们打开《入门》,其中复杂的数学运算非常清楚地反映了爆炸时的核能量。
说得再详细一点就是:铀-235、钚-239等裂变材料有一个特性,它的一个原子核能分裂为两个或数个质量相近的核,同时能释放出两个或两个以上的中子和大量的能量。这种能量相当于普通化学燃料燃烧时所释放出的能量的千万倍以上。被释放出来的中子又去轰击其他原子核,引起新的裂变,如此不断地进行下去即所谓自持链式反应。
例如铀-235的一个原子核吸收一个中子后发生裂变,平均能放出2灡56个中子,钚-239裂变后平均能放出2灡9~3灡0个中子。但是要维持这个链式反应,裂变物质在某些给定的条件下必须有一个最小质量,小于这个质量,释放出的中子因部分损失,也就是跑到裂变物质以外了,而使链式反应不能维持下去,这个最小质量叫临界质量。
小于临界质量时裂变物质“安静平和”,在一般情况下不会产生危险的爆炸,只是放射性很强,对人和其他生物都有伤害。一旦大于临界质量,则瞬时“凶残暴虐”,祸临人间,这时裂变物质放射出的中子就能在其内部轰击其他原子,产生链式裂变。
临界质量取决于多种因素。例如裸球结构的铀-235和钚-239,其临界质量为52千克和10千克。也就是说,只要有10千克钚就可以制成一颗原子弹。当然,实际制造原子弹时,用量要超过临界质量。因为核装料在临界质量状态下,爆炸效率只有2%的能量。
假如取钚为12千克,将12千克分成2~4块,每块3~6千克分装在一个圆球内成为一颗原子弹。要使其爆炸,关键是让分装的钚块,瞬间“凑”或“挤”到一块达到超临界状态。要实现这一过程有两种方法,一是“枪法”,将几块次临界质量的钚(或铀)在化学炸药爆炸压力的推动下迅速合拢到一起而爆炸。
另一种方法是“内爆法”,又称压紧法。即用普通火药爆炸产生的内聚爆轰波,压缩处于临界状态的“松散”裂变物,使其密度急速增大达到超临界状态而爆炸。
但是,并非只要是铀或钚都能制造原子弹。用于制造核武器的铀和钚还有浓度的要求,浓缩的铀-235和钚-239的浓度要达到93灡5%。铀-235从天然铀矿中提炼,而钚-239是通过人工办法在反应堆中用铀-238制造出来的。铀-238在自然界的铀中含量为99灡3%,铀-235在自然界铀中的含量是0灡7%。
橡树岭的X基地,采用气体扩散法浓缩铀-235.汉福德的W基地,用费米设计的核反应堆生产钚-239.奥本海默认为这两个基地的生产,没什么问题,关键是洛斯阿拉莫斯,怎样把原子弹制造出来并能够投掷出去,能够引爆,能够用于实战。Y基地担当着非同一般的重担。
奥本海默鼓励他的同行们说:“我们所做的工作是一件将结束这次战争从而结束所有战争的工作。浪费每一个小时将有无数善良的人惨死在法西斯的屠刀之下。抓紧时间把原子弹制造出来,是对和平的最好回报。”
奥本海默的讲座及《入门》中的内容,震惊了那些由于“保密限制”而被蒙在鼓里的化学家和实验物理学家。他们通过奥本海默讲课才了解了他们在做什么,将来要做什么。
整个“曼哈顿工程”的保密工作做得非常好。格罗夫斯将军规定“工程”各部门之间不得来往,基地人与人之间也不能交流。这一点在橡树岭和汉福德都做到了,唯有洛斯阿拉莫斯是个例外。
因为制造原子弹是开天辟地以来的一件前所未有的大事,没有成功的经验可以借鉴。奥本海默认为必须群策群力,依靠广大科学家的集体智慧,才能完成这一将永久载入史册的任务。
科学家们在奥本海默的领导下坚持按他们惯用的工作方式,经常交流情况。他们每周举行一次学术讨论会(这是奥本海默的主意),每位科学家畅所欲言,献计献策,因而促进了知识和见解的自由交流。参加研制原子弹的大多数科学家都说,如果按照格罗夫斯的要求行事,他们不可能及时研制出原子弹。
对此格罗夫斯采取的对策是,除奥本海默外,禁止洛斯阿拉莫斯的科学家同其他基地来往。在格罗夫斯看来,《入门》就是原子弹,奥本海默就是原子弹,他根本不理会什么从理论到实际的那个鬼距离。
奥本海默经常到其他基地去,与那里的科学家共同商讨研制原子弹的大计。有时也把洛斯阿拉莫斯急需的人才,从其他基地调来,以保证原子弹研制工作的正常进行。
奥本海默把各个方面的科学家的意见不断地充实到《入门》中,综合了当时最新的科研成果。《入门》不但成了一本来到洛斯阿拉莫斯工作的入门书,也成了一本研制原子弹的指引性文件。
“曼哈顿工程”的保密工作是个奇迹,直至二战结束,日本和德国都没得到任何关于制造原子弹的情报。原子弹在广岛上空爆炸后,日本当局还以为是一颗重磅炸弹,根本不相信会有原子武器,直至日本科学家赶到现场,才惊呼人类已拥有了核武器。
建在洛斯阿拉莫斯的核反应堆开始运转时,科学家们在实验室副主任恩里科·费米家中开了个酒会,在酒会上科学家们纷纷向费米表示祝贺,而费米夫人却不知是怎么回事。她拉过一位女科学家询问,这位女科学家幽默地说,“教皇(指费米)遥控打沉了一艘日本旗舰”。费米夫人一直信以为真,并经常到处宣扬,为之骄傲。有一天,她的儿子朱利奥被一位在这里搞建筑的工程兵上尉的儿子欺负后,回到家里很伤心地说,打我的同学他爸爸是个很大的大官,是上尉。费米夫人却鼓励儿子说你爸爸能遥控炸毁法西斯军舰,官可能不会比他爸爸小。
对于洛斯阿拉莫斯的科学家来说,保密并不像格罗夫斯想的那么难。奥本海默的《入门》中渗透了一种思想。这种思想概括起来,就是我们现在正在同德国法西斯作殊死的较量,德国核物理学家也正在研制一种新型武器。核裂变是德国科学家首先发现并最早开始研究的。一旦希特勒首先掌握了核武器,人类就要开始进入“荒原期”,陷入水深火热的无限痛苦之中。奥本海默说:“德国的布雷格教授能比美国早两年制造出原子弹。”德国当时的皇家物理研究院院长海森堡对核物理的了解不比玻尔少,像这样的世界一流的科学家组织生产原子弹不会有什么困难。
科学家们是怀着一种与德国法西斯争时间的心理来做保密工作的,是一种非常自觉的行为。当时在洛斯阿拉莫斯流传一首儿歌,儿歌唱道:
A代表原子,
它是那么小,
还没有人真正见到。
B代表炸弹,
炸弹大得多,
因此兄弟们,
扣扳机不要太急。
S代表秘密,
你可以永远保密,
只要外国人没有一个人聪明伶俐。
(注:英文中原子、炸弹和秘密这三个词的头一个字母分别为A、B、S。)
《入门》绝不仅是一本技术指导手册,其中有奥本海默成熟的思想。这些思想感染着在洛斯阿拉莫斯工作的每一个成员。
《入门》除规划出怎样生产原子弹外,其中还有关于实验室建造的一些内容,不过并不怎么详细,只是一个大概的设想,工程兵特遣队就是依据这些概略的设计来建造实验室的。
奥本海默要求工程兵特遣队尽快地建造一座加速器大楼,这是一个很大的工程,加速器的一块磁铁重约2200吨,可以想见整个加速器绝不是一个小东西。
这座大楼需要在房子一头有一个地下室,以安装加速器,而在另一头要有一个坚实的地基用以安装两台范德格拉夫发电机。哪一头装哪一种设备无关紧要,只要能尽快地把工程完成就行。工程兵特遣队按照《入门》的设计开始了壮观的施工,在大楼工地的左右两侧,一边是坚硬的岩石,一边是松软的黏土,工程兵特遣队正好在坚实的岩石上硬钻出一个地下室来,并且用挖出来的碎石在松软的黏土上填塞那个地基。奥本海默无法理解可爱的大兵的忠诚,只是觉得又好笑又可气。
奥本海默不能和工程兵特遣队说得太多,工程兵手上的《入门》也不太详细,这是洛斯阿拉莫斯保密限制所规定的。
建实验室耗费了奥本海默很多心血,他觉得与工程兵特遣队打交道很不容易。中国有句古话是:“秀才遇见兵,有理说不清。”奥本海默当时的感觉正是这样。与工程兵特遣队打交道不是《入门》就能解决问题的。
有时科学家们需要临时在某个地方开个门或窗子,工程兵特遣队看着不顺眼就不愿意做,工程兵特遣队抱怨科学家们是一群精神病人,觉得科学家的要求不可思议。格罗夫斯对工程兵特遣队说:“你们的工作不会是轻而易举的。我们好不容易才在这里集中了一批疯子,人数之多,前所未见。”科学家们又不能和工程兵特遣队解释得太多,只好反复告诉工程兵特遣队必须这样做。他们最后也只能按照科学家们的意见去做。
有时在室内建一个架子,进行一项实验,用几天又要拆除,做另一项实验,这更使工程兵们很恼火。他们说他们是希腊神话中的“西齐夫”,每天往山上推一块大石头,到晚上,石头滚下山,第二天再推,做的是毫无意义的工作。
工程兵特遣队愿意在洛斯阿拉莫斯建设住房,住房设计得非常好,所有的住房都是木结构,全都一个样式,一律涂上绿色,它们斜对着街道,以便最大限度地利用土地,而且中间留下足够的空间以减少火灾可能造成的损失。工程兵们看到他们建设的住房不断有新的住户搬进去,有一种劳动被别人认可的兴奋,全然不是建设实验室的那种沮丧。
在洛斯阿拉莫斯,最不能理解《入门》的,最不能理解这些科学家的就是这群一天到晚累得筋疲力尽的工程兵。
《入门》在研制原子弹过程中不断完善,到原子弹爆炸,这本小册子已经是一本很厚的书了。它完整地记录了原子弹的设计、制造,记载了发生在洛斯阿拉莫斯的事情,保存了洛斯阿拉莫斯建筑的第一手资料,是一本完备的洛斯阿拉莫斯档案。