“但无论谁用低速运动的中子来撞击,铀原子都会有这样的分裂”
“你这是什么意思?”
“是说,每一次铀原子被用低速运动的中子来撞击时,都至少有一部分会分成两半。”
“对,又说对了。”
“那么,在罗马时,你和你的朋友们不也用过低速运动的中子来撞击过铀原子吗?要是铀原子总是裂成两半,那你们就是已经分裂了铀原子而并不知道。”
“正是如此。我们没有足够的想象力来想象铀的分解会和其他的元素不同,只想到在周期表上和铀接近的各种元素的辐射产物都是一样。还有,我们没有足够的化学知识来分辨铀的辐射产物,我们以为只有4种,而事实上,却接近50种。”
“那么,你的第93种元素怎么样了?”
“我们当时以为是第93种元素的,已被证明为铀分解的混合物。我们早就这样怀疑,现在则已清楚了。”
对于这个科学发现的新进展,费米非常重视。他知道其中更深的意义,决心在这特殊现象上下功夫。
费米到美国来时,把他的盖格计算器、“老天爷”那一毫克镭,以及他们搜集储存以供研究的物质都留在意大利。到了哥伦比亚大学,只好从事理论的研究。同时,密切注意各方面科学研究的动态。
当费米在玻尔教授来到不久,听说到铀原子分裂的情形时,便从理论上加以研究,跟着就提出了这样的假设:当铀原子分裂为二时,也许会产生中性电子。
在一般人看来,中子并不重要,它甚至没有电荷。原子分裂时能不能产生中子并没有什么关系。可是,当费米提出他的假设后,许多做实验的物理学家便异常兴奋地、热心地去从铀原子分裂中寻找中子。他们懂得费米所谈的是什么。
“要分裂一个铀原子必须有一个中子,”费米说,“我们必须首先抓到一个中子来使用。如果我们的假定是对的,一个铀原子在分裂时会产生两个中子,那么,我们就有了两个中子可用而无需别处去找了。这两个中子又会去撞击另外两个铀原子,使每个铀原子再各产生两个中子。然后是四个中子撞击四个铀原子,八个中子撞击人个铀原子换句话说,起初只要用少数人造的中子来撞击铀原子,便可以引起一连串的反应,直到所有的铀原子都分裂为止。”
这便是“自动链式反应”理论的基本观念。
链式反应的重大意义在于,当这种反应发生时,会产生极大的能量。这是迈特娜和弗里希所证实了的。人类至此第一次意识到有利用无限原子能的可能。
当欧洲的战争可能发生之际,已经有人提到原子武器。因此,原子分裂之在德国发现,实在让人担心:德国人会用原子能来推动战舰吗?更坏的是,他们会利用某一类的原子爆炸吗?
不过,目前费米所提出的链式反应过程,还只是理论上的事。事实上,原子分裂时所产生的中子并不都会去分裂更多的铀原子,其中许多中子在没有机会去分裂铀原子以前,就被别种物质吸收掉了。还有,铀原子分裂时所产生的中子,发射极快,这必须有新的方法来使它的发射减慢。
探索这种新方法,对于物理学者是一种新的挑战。许多大学都建立了实验室,投入了大量人力物力进行研究。哥伦比亚也在其内。
玻尔教授来到美国不久,便来找费米。他找到的却是安德生。
他们详细地探讨了原子分裂的问题。玻尔教授走后,安德生便兴奋地来找费米。他对费米说:“你为什么不利用回旋加速器来开辟新途径呢?我非常希望和你一起工作。”
费米的实验兴趣被大大地激发起来了。
回旋加速器是一种使电子高速旋转而获得运动能量的机器。这些高能量电子在被放射时,在没有外力干扰的情况下,是以直线进行的。在此之前要使电子的放射加速,困难的是它们消逝得太快,并没有时间可以让你依照你的意志去变更它的速度。但后来罗伦斯终于制成了第一部回旋加速器。它能使直线运行的电子作圆圈运动,在一个圆筒形的容器内越转越快,直到它们的能量达到最高为止。罗伦斯因此而获得了当年的诺贝尔物理学奖。
安德生提议用哥伦比亚大学的回旋加速器,让加速器里的电子放射来撞击适当的物质以产生中子。这一提议使费米更感兴趣。因为这等于要他继续他五年前就开始了的研究。但他仍有所犹豫:柏格兰是物理系主任,但宁是管理回旋加速器的人,这种研究工作应该让他们做。
安德生却非常坚决。他认为他也曾为建造回旋加速器做过许多工作,他有权利使用它,并请费米一起去使用。
费米提出了一个折中意见。他们与柏格兰和但宁举行了一次会议,拟定了一个研究计划。这时,费米又变成一个实验物理学者了。他现在可使用的中子源,比在罗马时要多出近10万倍。用由回旋加速器加速的电子来撞击原子,每秒钟所产生的中子可以比在罗马时多出10万倍。
其他的物理学者也来参加他们的研究。包括在匈牙利出生的斯齐拉德和加拿大出生的齐恩。
起初,他们有时到费米家来,常常当着加蓬的面讨论他们的问题,使加蓬这局外人也多少学到一点有关的知识。她还听过几次费米的演讲,在报刊上读到一些这方面的报告。但是,不久之后,他们便自动地建立了一种保密制度,一切关于核物理的消息,都成了秘密。
其后整整的五年里,关于这方面的事情,加蓬一点也不知道,一个字也没有听见过。直到1945年一颗原子弹在日本的广岛投下之后,秘密才部分地被揭开。
加蓬学会了不向费米问这问那,再也不问他:“你今天做了些什么事情?”或“今天工作做得满意吗?”或“你同谁合作?”等等。
费米时常作神秘的旅行。他常常收拾好行李就走,只说有事可以找他的秘书。回来后,加蓬也只能从他鞋底的泥沙和衣服上的灰尘来猜想他到过什么地方。别的女人的丈夫也常去旅行,但都没有人不知趣地问起他们哪里去了。
3 海军部无兴趣
1939年3月6日,柏格兰教授请费米去拜访海军上将胡伯,并写了一封信让费米带去。
这时,正是玻尔教授来美国两个月之后。费米关于铀分裂时产生中子的假设已为实验所证实。造成铀分裂时的链式反应,使人类在不太久的将来得以利用庞大的核能已成为可能。即使在和平时期,这种重大的责任已非少数科学家们所能承担,何况当时已不能说是和平时期了。
柏格兰教授的信说得非常恳切。他写道:
哥伦比亚大学物理实验室所进行的实验,发现了镭在某种情况下可能发出极大的原子能。这也就等于说,镭也可能被利用成为爆炸物,其爆破力将比已知的任何炸药大100万倍。我自己颇以为这种可能性不存在,但我的同事们和我都觉得即使可能性甚微,也不应予以忽视。因此今天早上我便打电话主要是在建立一种联系。如果在必要的时候,我们可以将实验的结果传达给美国海军部适当的部门。
曾和斯齐拉德博士、齐恩博士、安德生先生以及其他的人在我们的实验室对这个问题进行研究的费米教授,今天下午到华盛顿去,准备晚上在哲学会上演讲。明天也还在华盛顿。他将打电话到你的办公室,你要是愿意接见他,他将乐于把我们目前对这个问题的知识更确切地奉告。
费米教授是哥伦比亚大学的物理学教授曾荣获诺贝尔物理学奖,在核物理方面是没有人比他更够资格的了
费米教授新近才到这里来,将在这里定居。届时将成为美国公民。
可是,这次会晤并没有什么结果。
过了多年以后,加蓬在一次大扫除当中,从他们保存文件的小房间里,发现了这封信的副本。加蓬像历史学家发现重要文献一样地兴奋。当天晚上,她拿给费米看。费米嘴里咬着笔头,陷入了沉思。后来他转身问:
“你在哪里找到的?”
“在那标签为‘杂件’的卷宗里,和那份批评你没有向瑞典国王行法西斯敬礼的报纸放在一起。”
没等加蓬说完,费米便插进来说:“我想起来了。我准备这个卷宗是在我们成为敌侨的时候,以备不时之需的。当时我以为这封信可以作为我们效忠于美国的证据。”
他们于1941年12月8日成为“敌侨”。这天,罗斯福总统在国会向议员们和人民说,现在,美国领土有被德国和意大利侵占掠夺的危险。宣布居住在美国的德国人和意大利人为敌侨。三天后,美国正式向这两个国家宣战。
4 向总统提个醒
战争爆发迫在眉睫,而核研究的结果已不能再关在实验室内。因此费米们才试着去找海军部。也许是科学家们措辞过于谨慎,没有把紧迫性说透;也许胡伯海军上将认为这时还谈不到什么原子弹,费米教授不过是顺便,而不是专程去谈那个问题。
然而,科学家的责任感和焦虑,促使他们想到:必须绕过那些官僚,立即直接去说服白宫首脑,直接找富兰克林·罗斯福。
看看纳粹德国的扩军备战,他们早就在积极从事核裂变的研究。1939年夏季,纳粹德国下令禁止所占领的捷克出口铀矿石,并召集物理学家在柏林开会,决定制造能控制利用铀的装置。据最新消息,德国正在进行一项由陆军负责的“U计划工程”,由德国铀学会的科学家担任指导。这是纳粹将要把核能用于制造杀人武器的紧急信号!这种可怕的情况,必须立即告诉美国政府。
这年7月,斯齐拉德和他的朋友、也是匈牙利出身的物理学者爱德华·泰勒一道去找最具声望的科学家爱因斯坦。他们把集体草拟好的两封信带去征求意见。一封长信,一封短信。
正在长岛普康尼克附近度假的爱因斯坦,认真听取了他过去的学生斯齐拉德的陈述,终于接受大家的委托,同意给总统上书,并带头在信上署名。
先生:
我从寄给我的手稿中获悉,费米和斯齐拉德们近来的工作,使我预期在不久的将来,铀元素将一举变成新的重要能源。这种情势有些方面看来亟需加以关注,如有必要,政府应采取果断的行动。因此,我认为有义务提请您注意下述事实及建议。
近四个月来,由于法国的约里奥及美国的费米和斯齐拉德的工作,以大量的铀达到原子核链式反应似乎已成为可能,由此便可产生极其巨大的能量和大量新的类镭元素。看来,这项成就的取得,已是指日可待了。
忠诚于您的爱因斯坦
下面就是其他科学家的签名。由谁来送这封信呢?他们想到了经济学家阿历山大·萨克斯博士,他是总统的好友、科学顾问。两个多月以后,萨克斯才得到罗斯福的接见。他倾听完萨克斯宣读的信件后,感到事关重大,他约萨克斯第二天共进早餐,那时再议。
次日一早,思考了一夜的萨克斯如约来到白宫。一面早餐,一面向罗斯福讲了一个故事。他说:当年拿破仑没有采纳富尔顿制造蒸气船的发明,而终于未能横渡英吉利海峡征服英国,最后被英国所击败。英国的历史学家阿克顿认为,这是由于敌人拿破仑缺乏见识,英国才得以幸免。如果拿破仑有点远见,采纳了富尔顿的建议的话,那么,19世纪的历史也许会是另一个样子。罗斯福当然听得出萨克斯的良苦用心:和纳粹的较量已迫在眉睫。8天以后,爱因斯坦收到了罗斯福的一张便条,写道:
该材料关系重大,我已召集了包括国家计量局首脑及有海军选出的代表参加的全体会议,以全面研究您所提出的关于铀元素的各项可能性。
此后的结果,就是“曼哈顿计划”的紧锣密鼓地进行,直到几年之后成功地研制出第一颗原子弹。
然而,在最初阶段,罗斯福总统虽然下令设立“铀元素顾问委员会”,但是,委员会议,审查会议,组织和改组以及训令的变更等纷繁复杂,致使研究工作未能进行得更快。直到1942年12月6日珍珠港事变的前一天和德国方面发现铀原子分裂三年之后,美国科学研究发展局主任布希才宣布,美国国会决定拨款全力进行原子能的研究。
尽管在这一天之前,美国的海军部和陆军部都曾和顾问委员会订立一些有限度的合同,但大体上说,美国一直到了参加第二次世界大战之后,才把核子研究当成和战争有关的问题来进行。这也就是费米成为“敌侨”的时候。