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传奇科学家奥本海默的复杂性
来源：互联网
2024-11-12 00:16:00 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们
近日，由诺兰自编自导的传记影片《奥本海默》在北美上映，将这位有着“原子弹之父”称谓的传奇科学家再次拉入公众视野。《哈佛大学公报》采访了著名科学史家夏平，谈到了奥本海默其人的复杂性——他成为了一代偶像，但他也是我们促成的。
撰文 | Samantha Laine Perfas
翻译 | 1/137
奥本海默于1926年、1958年在哈佛大学的留影。图源：J. Robert Oppenheimer, 1926. HUD 326.870 Folder 4. Harvard University Archives; AP file photo
奥本海默（J.Robert）是个复杂的人。作为从哈佛大学毕业的理论物理学家和二战期间新墨西哥州洛斯阿拉莫斯实验室（Los Alamos Laboratory）的科学主任，他经常被称为“原子弹之父”。但在麦卡锡时代，他的联邦安全许可被吊销了，这是一个极具争议的决定，直到他去世后很久的2022年才被撤销[注1]。人们对他与共产主义者的关系提出了质疑，尤为重要的是，他反对发展氢弹——他最终成为了核军备控制的坚定支持者。在新的传记影片《奥本海默》（Oppenheimer）上映之前，《哈佛公报》（Harvard Gazette，以下简称HG）采访了富兰克林·L·福特（Franklin L. Ford）科学史研究教授史蒂文·夏平（Steven Shapin），以了解更多关于这位具有超凡魅力的人物背后。限于篇幅和可读性，这篇访谈经过了编辑。
HG：夏平教授，你能否简单介绍一下洛斯阿拉莫斯的曼哈顿计划？
夏平：曼哈顿计划是指美国制造原子弹事业的总称，它始于1942年夏天，1945年8月在广岛和长崎投下原子弹时达到高潮。该项目得名于纽约的曼哈顿工程区；它由美国陆军工程兵团管理，由莱斯利·格罗夫斯将军（Gen. Leslie Groves）指挥。
它被称为世界历史上最大的技性科学（technoscience）项目：当时耗资超过20亿美元。人们常常把曼哈顿计划与新墨西哥州的设计中心洛斯阿拉莫斯联系在一起，但重要的是要认识到，这是一项真正巨大的全国性努力的结果。曼哈顿计划是所有参与设计和组装原子弹的设施的统称，其中洛斯阿拉莫斯是神经中枢，还包括分离铀-235的大型工厂（位于田纳西州橡树岭）和生产钚的大型工厂（位于华盛顿州汉福德）。
HG：洛斯阿拉莫斯国家实验室有什么独特之处，能让像奥本海默这样的科学家聚集在一起，开发如此先进的技术？
夏平：事实上，它的一切都是独一无二的。在洛斯阿拉莫斯，汇集了一些世界上最伟大的人才——不仅在物理学方面，同样在计算、数学、冶金、化学和许多工程领域——这是前所未有的。在这里“每个人都大有来头”（Everybody who was anybody）——包括许多诺贝尔奖得主。
它的另一个独特之处在于，它是一个军事设施，但其中包括一个伟大的科学研究中心。这种为军事目的而聚集科学人才的情况以前从未发生过——当然更没有达到这种规模。科学和军事之间的关系非常紧张；军方对保密和安全的理念往往与科学上相对自由交流的期望发生冲突。这种科学合作和组织没有明显的现成模式，所以科学家和军方都不清楚洛斯阿拉莫斯是什么样的地方。
对于科学家们来说，时间紧迫，因为他们明白必须赶在德国人之前先制造出这种炸弹，才能击败他们。这项任务的复杂程度无法想象，但资源也是巨大的。
HG：很多人把制造原子弹的成功归功于奥本海默独一无二的个性，你在2000年与查尔斯·索普（Charles Thorpe）合著的一篇论文[注2]中将其称为“魅力型权威”（charismatic authority）。你能多谈谈他吗？他作为一个现实中的人和一个领导者是怎样的？
夏平：奥本海默实际上几乎不可能成为洛斯阿拉莫斯国家实验室科学主任的人选。许多人认为他缺乏组织能力，也不太懂得如何管理人。他的一个同事曾经说过，他连个汉堡包摊都经营不了。然而，他确实成功地管理了洛斯阿拉莫斯。很多人后来都说他是这个项目的关键人物——他在组织、激励人们以及在科学家和军方之间架起桥梁方面的作用绝对是关键的。我喜欢英国人说的一句俗话：“危急时刻，力挽狂澜。”
奥本海默被认为是一个有魅力的领导者，但皆赖众人所成就。他这独一无二的个体是集体的成就。也就是说，奥本海默只是参与这个项目的数十万人中的一员。他与裂变材料的生产没有多大关系，而没有裂变材料就不会有原子弹。他对冲击波的数学计算或炸药透镜（explosive lenses）的工程设计理解并不深。当然，他也没有对如何使用核弹做出决定。
我怀疑奥本海默之所以如此引人注目，是因为他如此高深莫测，如此复杂。我们对古怪的科学天才有约定俗成的刻板印象，而奥本海默很符合这种模式。相比之下，格罗夫斯将军不仅看上去不像我们心目中的科学天才，行为举止也不像——但有一点可以肯定的是，他在大型工程项目方面的经验使他成为项目成功的核心人物。如果必须只有一个“原子弹之父”，为什么不是格罗夫斯？但一部名为《格罗夫斯》的电影会同样叫座吗？（我）深表怀疑。
HG：人们对奥本海默有一种描述，即有时他几乎是一种精神上的存在。这对人们对他的尊重和他的领导能力有什么影响？
夏平：洛斯阿拉莫斯的一些科学家被这种精神、道德上的远见卓识和文化广度所感动。其他科学家认为这有点太夸张了，奥本海默是在炫耀。当“三一”（Trinity）[注3]试验弹爆炸时，他曾说过一句著名的话，他想起了印度教徒的圣典《薄伽梵歌》（Bhagavad Gita）中的一句话：“我即死神，世界的毁灭者。”其他人则回忆，他实际上说的是一些更世俗的话——类似于：“这东西管用。”
我理解演员希里安·墨菲（Cillian Murphy）为了饰演奥本海默瘦了很多；人们确实回忆了奥本海默曾有多瘦，他在这个项目中掉了多少体重——部分是由于疾病，但部分是由于焦虑和令人望而生畏的责任重担。洛斯阿拉莫斯的一些科学家在奥本海默的瘦削中发现了一种带有宗教色彩的禁欲主义理想。他们说，奥本海默几乎骨瘦如柴，只剩下思想和精神，全神贯注。
奥本海默博士和格罗夫斯将军在三一试验场。格罗夫斯将军是负责曼哈顿计划的高级官员。图源：网络
HG：在这个项目中有很多不确定因素，特别是在领导力方面，谁要管理哪些东西。奥本海默是如何帮助解决这些问题的？
夏平：这个故事通常讲得过于简化了：军方想要保密；科学家们想要开放性。事情的真相是，在科学领域从来没有完全公开的交流，许多科学家对军事类型的保密感到满意，尤其是在具有战略重要性的事业中。但奥本海默所做的一件事是提倡每周举行一次研讨会，让不同部门的人真正互相交流。他不得不说服格罗夫斯，如果不同领域的科学家被分隔开来，只知道他们具体需要知道的东西，这个项目就不可能成功。奥本海默认为，有必要让拥有不同技能的人沟通，解决项目的不同部分，这是正确的。他为此做了很多。
HG：当奥本海默和整个科学家团队在研制原子弹时，他们知道它将来如何被使用吗？
夏平：直到纳粹德国战败，或者说直到情报机构在那之前不久建立起来，德国都没有制造原子弹的紧急行动计划——在那之前，奥本海默他们完全致力于制造原子弹，目的是防止德国人独享这种武器。在此之前，洛斯阿拉莫斯的科学家们并没有认真考虑拿这种武器干什么——它是否会被用来对付德国，或者动用它的威胁是否足够。这是一个极具挑战性的科学和技术问题，他们全身心地投入其中以确保这个项目成功。因此，关于原子弹所致的道德和政治上的痛苦，以及如何使用它，只发生于项目结束前的一小段时间，涉及的人相对较少。
纳粹德国战败后，一些项目科学家认为没有必要在日本投下原子弹，也许只需要在沿海宣示，或者明确告知日本原子弹的存在以及它的威力，但奥本海默几乎没有或者根本没有帮助他们。目前也不清楚奥本海默是否能对原子弹的使用产生多大影响。他有科学权威，但没有直接的政治权力。广岛和长崎是军事及政治决策。很明显，尽管令人痛苦，但许多顶尖科学家不只是想知道原子弹是否有效——“三一”试验已证明了它确实奏效——还想知道它作为一种战略武器能达到什么效果。我认为可以公平地说，奥本海默自己的态度有一定程度的矛盾。
奥本海默手里的《薄伽梵歌》是亚瑟·莱德（Arthur W. Ryder）翻译的版本，是洛斯阿拉莫斯实验室科学博物馆收藏的一部分。右边卷首空页右上角是奥本海默手写的姓名首字母（R.O.）。这本书是实验室拥有唯二的私人物品之一，另一件是他的办公椅。图源：洛斯阿拉莫斯国家实验室网站
HG：你觉得奥本海默的领导能力最终促成了原子弹的发明吗?
夏平：不，我并不这么觉得——不是因为奥本海默没有（领导力），而其他人有，而是因为你不能就这样谈论一个如此复杂和规模的项目，并把它的成功归功于一个人。我认为这是一个原则问题。你可能会理智地说，工业组织的形式和巨额资金支出制造了原子弹。但没人会去看那样一部电影——工业组织形式没有坚毅的蓝色双眼，也缺乏个人魅力，更没有道德焦虑。
HG：那么，奥本海默给科学界留下了什么遗产呢?
夏平：这一点很有趣。奥本海默没有获得过诺贝尔奖；参加过曼哈顿计划的其他物理学家得到过。战后，他只写了几篇科学论文。如果他不是洛斯阿拉莫斯的科学主任，奥本海默会在物理学领域获得诺贝尔奖吗？也许不会。会有很多关于他的传记吗？可能不会。作为战后文化评论员，他会有一个平台吗，他的观点是否会被倾听？可能也不会。我们都要去看关于他的电影吗？当然不会。格罗夫斯将军完全可以选择其他人来担任洛斯阿拉莫斯的科学主任。如果他这么做了，奥本海默会变成什么样子？如果有的话，我们会怎么看待他？
HG：有些人喜欢他。有些人厌恶他。根据这些年对他的了解，你怎么看待奥本海默?
夏平：我认为伟大的科学领袖，就像伟大的政治领袖一样，一部分是由他们带来的东西造就的，还有一部分是由环境造就的。我们往往高估了先天个性的作用，而低估了意外、环境，尤其是其他人在塑造我们所认为的独特个性方面的作用。尽管如此，多年来，意外、环境、戏剧惯例（dramatic conventions）、历史学家的研究以及许多其他因素都为奥本海默笼罩上了一层光环，使他变得格外迷人。这既是关于奥本海默的事实，也是关于我们的事实。我们用奥本海默的形象来思考科学与道德、科学与政治、科学与宗教、科学与哲学，以及知识分子在现代社会中的角色。他成了一个偶像。舍奥（本海默）其谁？
译者注：
[1] 参见：https://www.nytimes.com/2022/12/16/science/j-robert-oppenheimer-energy-department.html。
[2] 参见：Charles Thorpe, Steven Shapin, Who Was J. Robert Oppenheimer?: Charisma and Complex Organization. Who Was J. Robert Oppenheimer?: Charisma and Complex Organization - Charles Thorpe, Steven Shapin, 2000 (sagepub.com)
[3] Trinity，方便起见，一律译为“三一”。”Trinity test”的名称是奥本海默受诗人John Donne诗歌的启发而取的。1962年，曼哈顿计划负责人格罗夫斯将军写信给奥本海默，询问trinity这个名字的起源。奥本海默回复说：“我不清楚为什么选择这个名字，但我知道当时我脑海中的想法。我喜欢约翰·多恩临终前写的那首诗。”他随后引用了十四行诗“Hymn to God, My God, in My Sickness”。然后继续说，“这仍不是选择trinity（的原因），在另一首更有名的祷告诗中，多恩以‘‘Batter my heart, three person’d God’开头。此外没有别的任何线索了。”
后记
对于非物理行业的读者而言，知晓奥本海默，来自曼哈顿计划的名声也许大大超过来自其物理成就的。译者尝试通过一份极简年谱和短注的方式，对正文没有过多涉及的物理内容做一适当补充，希望能使读者对奥本海默的物理成就有一个初步的认知。当然，要在如此简短的后记内讨论奥本海默的科学研究工作，是不现实的。在补充这份后记的过程中，译者参考了奥本海默的几部传记和几篇对他的回忆文章、有关论文，限于篇幅，恕不一一列出。
奥本海默极简年谱
1904年4月22日 生于纽约。
1911年-1921年 纽约道德教化学校（Ethical Culture School）。
1915年 入选纽约矿物学会，次年在学会举办地质学讲座，年仅12岁。
1922年-1925年 三年即以最高荣誉（summa cum laude）从哈佛大学毕业。
在哈佛大学，奥本海默深受布里奇曼（Percy.W.Bridgman）教授的影响。布里奇曼教授是一位极具独创性的伟大的实验物理学家。奥本海默贪婪地学习，他说，“我喜欢这里……我学了比我应学的更多的课程，我住在图书馆的书架上，在智力上突袭这个地方。” 除了学习物理和化学，他还学习了拉丁语和希腊语。他用三年时间完成了四年制课程（他获得博士学位的速度甚至更快：仅两年）。
1925年-1927年 赴英国剑桥大学卡文迪许实验室（Cavendish Laboratory）和德国哥廷根大学学习，并于哥廷根大学获得物理学博士学位（1927年）。
奥本海默是受玻恩的邀请前往哥廷根大学的，并在那里结识了不少当时的著名物理学家，如泡利和海森堡等人。获得博士学位后，奥本海默前往荷兰莱顿和瑞士苏黎世做了短暂访问。在莱顿他同埃伦费斯特合作，在苏黎世他同泡利一起工作，这对奥本海默以后的科学生涯产生了很大影响。
博士期间（1927年），奥本海默与玻恩合作发表了一篇著名的论文《分子的量子理论》（Zur Quantentheorie der Molekeln. Ann. Phys.84,(1927) 457-484.）。在这篇论文中，他们展示了如何将问题分为两部分：一个描述电子围绕固定原子核的运动，另一个描述核骨架的运动（振动和转动自由度）。此即著名的玻恩—奥本海默近似。这一方法至今仍然是处理分子的基础。
1929年 在加州理工学院和加州大学伯克利分校任教。
奥本海默在两校同时任教。在任教的十多年里，他在两地之间往返“通勤”，秋天和冬天在伯克利，春天学期从4月开始，在（加州理工）帕萨迪纳。他的许多合作者和学生都和他一起通勤。
奥本海默在伯克利建立了一个世界级的理论物理系，或者说，属于他的理论物理学派。在那个年代成长起来的大多数最优秀的美国理论物理学家都曾在人生的某个阶段接受过奥本海默的训练。其中很多是他的研究生，还有一些是他的博士后。他们亲切地叫他“奥皮”（Oppie）。
奥本海默的早期研究特别致力于亚原子粒子的能量过程，包括电子、正电子和宇宙射线。他还在中子星和黑洞方面做出了开创性的工作
1930年 奥本海默完成了一篇重要论文《关于电子和质子的理论》（On the theory of electrons and protons, Phys. Rev.35, (1930) 562-563.），本质上预言了正电子的可能性。
奥本海默通过涉及对称性的非常有力的论证表明，正电荷不可能有质子的质量，而必须和电子的质量相同。这隐含地预言了三年后发现的正电子。遗憾的是，他对狄拉克方程的有效性持怀疑态度，这使他无缘发现正电子。
1932年 计算了相对论性电子的能量损失。
1933年安德森（Carl. D. Anderson）在宇宙线中发现正电子，这促使奥本海默立即着手计算了低能下正电子产生截面。他还利用自己的电子对产生理论解释了宇宙线中的簇射。此后奥本海默和他的助手卡尔森（J. F. Carlson）及学生斯奈德（H. Snyder）一起，发展了一套优雅的大气簇射多重性（multiplicity）的数学理论，著名物理学家H.贝特评论说，“这是一个利用数学工具处理物理现象的杰作。”
同年，他和他的学生将注意力转移到了核物理领域。奥本海默在这一领域最重要的贡献是著名的奥本海默-菲利普斯过程（Oppenheimer-Phillips process）。
1934年 他和法里（W. H. Furry）一起发展了狄拉克方程的一种场论，把电子和正电子以相同的地位处理。这篇论文包含了现代形式的电子-正电子理论。他和他的学生还发现了真空极化现象。
1936年-1942年 涉嫌参加美国共产党的活动
1939年 发表了20世纪物理学中最伟大的论文之一，从理论上暗示了黑洞的可能性。
早在1936年奥本海默就对中子星物理很感兴趣。1939年的早些时候，奥本海默与学生沃尔科夫（G. M. Volkoff）证明了中子星不可能无限致密。他们将广义相对论和量子力学结合来描述中子流体（Neutron fluid）。用论文中的话讲，“对于一个球对称分布的冷中子系统，如果这些中子的总质量超过0.7Msun （Msun为太阳质量），那么其对应的时空不可能是场方程的静态解。”换句话说，这一结论确立了稳定中子星质量上限，后来更细致的天体物理学计算表明这一上限实际上在1.5∼3Msun之间，此即著名的托尔曼—奥本海默—沃尔科夫极限（Tolman–Oppenheimer–Volkoff limit）。
该极限引起一个重要问题：对于质量足够大的中子星内核，持续地坍缩会导致什么后果？奥本海默和学生斯奈德一起研究了引力引起的大质量恒星的坍缩（On continued gravitational contraction, Phys.Rev.56,(1939) 455-459.），得到一个重要结论：“恒星倾向于隔绝自己和远方观测者的任何交流；只有其引力场存在……尽管从远方观测者看来，建立这种渐近隔离需要无限时间，但对于恒星物质的共动观测者来说，这个时间是有限的，而且可能相当短。”这几乎就是黑洞的预言了。遗憾的是，这一结果在当时未引起足够的重视。
1940年-1941年 奥本海默的注意力转移到了介子（meson）理论和利用介子解释核力的尝试。
1942年10月15日 被委派在新墨西哥州建立并运作绝密的洛斯阿拉莫斯实验室，其后三年领导曼哈顿计划，全力发展原子弹。
1945年7月16日 第一颗原子弹的三一试爆（The Trinity test）获得成功，试爆地点位于新墨西哥州洛斯阿拉莫斯以南100英里的阿拉莫戈多（Alamogordo）靶场的贫瘠平原上。
1945年11月2日 在洛斯阿拉莫斯向其他物理学家发表告别演说，谴责在未来战争中使用原子武器。
1945年-1952年，奥本海默是最重要和最受尊敬的美国和国际原子能政策顾问之一。
1946年 因对洛斯阿拉莫斯实验室的领导而获得总统嘉奖和勋章。
1947年-1966年 担任新泽西州普林斯顿高级研究院（IAS）主任。
在他的领导下，IAS成为世界著名的物理学中心之一。奥本海默本人其时已经成为美国物理学界、乃至自然能科学界的代表性人物。
1953年 被指控为共产党员，并向苏联泄露了原子弹秘密。
1954年 6月29日 美国原子能委员会（Atomic Energy Commission）正式剥夺了奥本海默的最高机密安全许可，结束了他与原子能计划的关系。
1963年 林登·约翰逊（Lyndon Johnson）总统授予奥本海默著名的费米奖（Fermi Award）。
1967年2月18日 在普林斯顿因喉癌去世，享年62岁。
受访者简介
史蒂文·夏平（Steven Shapin，1943-）：哈佛大学科学史教授，美国艺术与科学院院士，当代最重要的“科学知识社会学家”之一。2014年，他获得了科学史学会（HSS）的最高荣誉“萨顿奖章”，以表彰他“一生的学术成就”。
夏平教授的著作颇丰，包括《利维坦和气泵：霍布斯、波义耳和实验生活》（与西蒙·谢弗合著），《真理的社会史：十七世纪英格兰的文明与科学》《科学革命》（现已被翻译成16种语言），Wetenschap is cultuur（科学即文化），《科学生活：晚期现代职业的道德史《永不纯洁：科学的历史研究》等。
本文译自Sammantha Laine Perfas, Closer look at ‘father of atomic bomb’，Harvard Gazette，原文链接：https://news.harvard.edu/gazette/story/2023/07/closer-look-at-father-of-atomic-bomb/
出品：科普中国
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