古德斯密特与海森伯关于德国核武器计划的争论*

雷 煜

(1.中国科学院 自然科学史研究所,北京100190;2.中国科学院大学,北京100049)

“阿尔索斯”行动是一项以搜集纳粹德国核武器研制情报为目标的活动.此项行动结束后,美国物理学家塞缪尔·古德斯密特(Samuel Goudsmit,1902-1978)开始撰文发表他本人关于纳粹德国核武器计划失败的原因.然而,令他没有想到的是,德国物理学家维尔纳· 海森伯(Werner Heisenberg,1901-1976)撰写了一篇旨在向世界讲述真正的战争时期德国科学的文章,并且作为对古德斯密特观点的回应.古德斯密特难以接受海森伯的文章,并且始终坚持自己的观点和立场.由此,两人开始了关于这一问题的争论.

海森伯在学界拥有较高的知名度,然而古德斯密特却不为人们熟识,所以文章先简述古德斯密特的生平,再介绍两人争论的背景以及两人关于德国核武器计划争论的大致过程,并总结争论焦点与双方所持立场的背后原因.

1 古德斯密特生平

塞缪尔·古德斯密特于1902年出生在荷兰海牙的一个犹太人家庭中.1919年,古德斯密特进入荷兰莱顿大学学习物理学,师从著名物理学家保罗·埃伦费斯特(Paul Ehrenfest,1880-1933).1925年,他与乔治·乌伦贝克(George Uhlenbeck,1900-1988)提出了电子自旋的概念,并且两人合作撰写了一篇关于电子自旋的论文,后来将其发表在德国期刊《自然科学》(Naturwissenschaften).诺贝尔物理学奖得主伊西多·艾萨克·拉比(Isidor Isaac Rabi,1898-1988)曾对此评价,物理学应永远对发现电子自旋的两人“怀感激之情”.[1]221

1927年,古德斯密特在获得博士学位后,与乌伦贝克在埃伦费斯特的鼓励下前往美国密歇根大学物理系任职.1941年,古德斯密特进入麻省理工学院的辐射实验室工作;1944年5月,他被选任为“阿尔索斯”行动的科学事务领导人;1946年又前往美国西北大学物理学系任职.1948年古德斯密特离开西北大学,任职于美国布鲁克海文国家实验室,1952-1960年担任此实验室的物理部主任,并于1970年退休.1951-1974年担任美国物理学期刊《物理学评论》(Physical Review)的主编,1958年创立物理学期刊《物理学评论快报》(Physical Review Letters).[2]1974年从《物理学评论》主编职位上退休,后在内华达大学雷诺分校担任杰出访问教授.1978年12月4日在内华达大学雷诺分校去世.

2 争论背景

2.1 纳粹德国核武器计划

1939年9月1日,在纳粹德国陆军军械局(以下简称军械局)的主持下,德国正式的核武器研究计划开启帷幕,并由军械局管理.1942年7月,因军械局认为核武器研究计划不能在短时期内有助于结束战争,所以将其控制权移交给帝国研究委员会.这次权力移交之后,德国核武器研究计划中的研究任务被分配给参与此计划的若干机构,各机构的领导人负责所分配的研究工作.在柏林,库尔特·迪布纳①库尔特·迪布纳(Kurt Diebner,1905-1964),德国物理学家.负责核常数的测量,奥托·哈恩②奥托·哈恩(Otto Hahn,1879-1968),德国化学家,核裂变反应的发现者,于1944年获得诺贝尔化学类.负责超铀元素、裂变产物的研究以及同位素分离工作,海森伯与冯·魏茨泽克③卡尔·冯·魏茨泽克(Carl von Weizsäcker,1912-2007),德国物理学家、哲学家.负责反应堆的制造,同时也参与核常数的测量;在汉堡,保罗·哈特克④保罗·哈特克(Paul Harteck,1902-1985),德国物理化学家.负责重水生产与同位素分离;在海德堡,瓦尔特·博特⑤瓦尔特·博特(Walther Bothe,1891-1957),德国物理学家,于1954年获得诺贝尔物理学奖.也进行核常数测量工作.[3]52-53

2.2 “阿尔索斯”行动

1943年秋季,美国陆军参谋长乔治·马歇尔(George Marshall,1880-1959)向“曼哈顿计划”的军方领导人莱斯利·格罗夫斯(Leslie Groves,1896-1970)提出,可以让后者主管国外核武器研发进展的情报获取工作,[4]也就是让这一领域的情报工作隶属于“曼哈顿计划”.格罗夫斯认可了这一项建议,并且创立了名为“阿尔索斯”的情报搜集小组,主要任务就是搜集敌对国家(主要是纳粹德国)的核武器研究情报.

1944年8月,“阿尔索斯”行动正式开始,古德斯密特担任此项行动的科学事务领导人.随着盟军从法国登陆,并向德国进军,“阿尔索斯”行动小组紧随盟军解放欧洲大陆的脚步,在被解放的地区寻找关于德国核武器研制进展的资料.古德斯密特主要承担缴获并阅读德国科学家关于德国核武器研制或核能研究进展的文件报告,逮捕并审讯与德国核武器计划有关的重要科学家等任务.在古德斯密特等人详细的调查后,“阿尔索斯”的情报搜集小组得出的结论是纳粹德国并没有制造出核武器.[5]711945年10 月,“阿尔索斯”行动正式结束.

3 争论起因

3.1 揭开争论序幕的文章

1946年古德斯密特连续发表了三篇涉及德国核武器计划与德国科学的文章.在第一篇《德国是如何输掉这场竞赛的?》的文章中,古德斯密特把文章的重点放在了对德国科学家未能制造出核武器的原因的探讨.他认为从事核武器制造的德国科学家的思路是这样的:

(1)制造一个用于产生能量的反应堆要比制造一个炸弹更容易,德国科学家实际上在战争期间就已经放弃制造核武器的希望;

(2)原子弹是一个失去控制的反应堆,因而要实现原子弹计划,就要先制造出反应堆;

(3)德国科学家从未想过用纯钚(Pu)制造一个炸弹,或者至少认为这个想法是不可行的,也没有认真对待这样的想法;

(4)制造反应堆的一个重要之处是它可能生产出的巨大能量将帮助德国实现经济上的自给自足.

对于纳粹德国核武器计划的失败原因,古德斯密特做了如下总结:

(1)德国科学家似乎缺乏远见,他们从开始的时候就不相信会成功,他们相信核计划很重要,但是并不相信可以在较短的时间内完成;

(2)担任管理职位的重要人员缺乏能力,并不能胜任;

(3)战争爆发时,许多科学家都被征召入伍.一些科学家在战斗中阵亡,即使有科学家得以返回实验室,但也浪费了数年宝贵的时间.[6]

在第二篇文章《保密或者科学?》中,古德斯密特认为海森伯以及围绕他的科学家就构成了一个处于孤立状态的小团体.[7]海森伯对德国核武器计划有着重要的指导和启示作用,围绕着他的团体成员几乎不会对他的判断怀有疑问.在第三篇文章《德国的战时物理学》中,古德斯密特大致描述了“二战”时期德国物理学的发展情况,重点描写了纳粹执政以及战争给德国物理学发展带来的挫折与阻碍,物理学家在困难的环境中如何继续他们的研究等.[8]这一篇文章中只是稍微提及了德国核武器计划以及海森伯,没有进一步对这两者发表观点.

3.2 海森伯的声明

在得知古德斯密特发表相关文章后,海森伯与魏茨泽克等人愈加感觉到尽快发表他们自己观点的必要性.[3]2051946年12月中旬,海森伯在德国期刊《自然科学》发表了《德国关于原子能技术方面的应用研究》一文,这篇文章的发表不仅是为了单纯地向世界阐述德国科学家的观点,也标志着海森伯等科学家就这一问题建立了德国人的历史编纂方法.[9]此文的英文版本后于1947年8月发表在英国期刊《自然》上.这篇文章有如下几处值得注意.

首先,在文章开始之处,海森伯表明德国并没有积极主动地将制造原子弹或者发展核能提上日程.德国公众对原子物理学兴趣不高,而且德国的回旋加速器数量寥寥.他还表示德国政府与军方决定正式开启核武器研究计划的背景是由于美国和英国可能有制造原子弹的意图:“鉴于英国和美国将打算研制原子弹的可能性,(纳粹)德国陆军军械局创立了一个特殊的研究小组.……其任务是考察从技术角度利用原子能的可能性.”[10]211

其次,海森伯提及了魏茨泽克对第94号元素钚(Pu)的性质的判断.他指出,早在1940年夏季,魏茨泽克就意识到铀堆除了产生铀的分裂产物之外,还会持续产生出同位素铀-239以及铀-239的转化物质.更重要的是“理论上这些转化物质在中子引发裂变方面具有和铀-235相同的性质”.[10]212

再次,海森伯特意提到了1942年6月举行的一次会议.在这次会议上,科学家们向德国军火及战争生产部部长阿尔伯特·施佩尔(Albert Speer,1905-1981)做了关于核武器计划进展的报告.按照海森伯的说法,报告说明了“从理论依据上,人们可以预期从铀堆中生产出用于原子弹的爆炸物”.[10]213但施佩尔的决定是将重心放在制造一个用于产生能量的反应堆,其理由是反应堆的建造更容易实现,所需的经费比较少,而且产生的能量还可以作为经济生产中的原动力.

最后,海森伯简单总结了德国核武器计划未能成功的原因.一是1942年是德国核武器计划与美、英两国的核武器计划的转折点.美国在1942年所做的决定是制造原子弹,并为其投入大量经费;在德国,领导者所做出的决定是制造一个可以产生能源的反应堆,经费只是美国所投入的千分之一左右.二是战争处境使得德国不可能制造出原子弹.早在1942年,德国工业便已到达生产极限,随着苏德战争的局势朝向对德国不利的方向发展,德国不得不调整国内经济,减少核武器计划的经费.

由此可以看出,海森伯并没有提到因德国科学家的自身问题而导致核武器计划失败的原因.缘由是包括他本人在内的德国科学家希望能够在战后德国科学、经济复兴中拥有重要地位与影响力,所以他尽量避免承认德国核武器计划以失败告终,不愿做出不利于德国科学家道德形象、学术水平的声明.[11]

而他在文章最后一段写下的话也可以看作是这个动机的例证:“从一开始的时候,德国科学家们就有意识地努力将核武器计划控制在自己手中.……德国科学家免于做出他们是否应该致力于制造原子弹的决定.在关键的1942年,影响政策制定的环境自动地将他们的工作引向了如何利用反应堆产生核能的这一问题.”[10]214

3.3 《阿尔索斯》一书的出版

在读过海森伯的文章后,古德斯密特认为海森伯讲述的更像是一个“成功的故事”.[12]56此外,古德斯密特强烈反对的是海森伯试图通过表述德国科学家控制德国核武器计划,可能会给人们留下这样一个印象,即参与这个计划的科学家在主观上使得纳粹德国核武器的研究进程放缓.为了将研究德国科学发展而获得的教训告知美国的读者,为了让美国的政府官员与公众明白,如果美国实行严格控制科学研究的政策,那么结果“就会如同在德国所发生的那些悲剧一样,将抑制美国科学的发展”.[5]XIII古德斯密特决定将自己的观点进一步告知公众.

1947年,古德斯密特撰写的《阿尔索斯》一书正式出版.古德斯密特在书中详细阐述了他在“阿尔索斯”行动中的经历以及对“二战”期间以德国物理学为代表的德国科学的看法.他对之前提出的核武器计划失败与德国科学发展受阻的原因进行了补充:

(1)政客对科学事务的干预插手,以及将狂热而无才干的党徒安排到重要的行政职位,纳粹通过实行“政治第一,科学其次”的方针,给德国的科学教学与研究予以重创;

(2)纳粹政党对科学家所施加的教条思想.纳粹所主张的“反犹主义”使得许多知名的科学家被迫流亡海外,这对德国物理学来说,可谓灾难.

(3)德国科学团体内部存在英雄崇拜现象.在古德斯密特看来,科学不是专制的,无论一个学术巨擘是如何天赋异禀,他都不能控制科学思维.科学研究是一个需要集体努力合作的事业,应该是许多头脑经过反复试验、探讨与纠错的一个过程.[5]235,243

4 争论主题

《阿尔索斯》一书的出版,对化解以海森伯为代表的德国科学家和以古德斯密特为代表的美国科学家之间的分歧,并没能起到作用.随之而来的是海森伯与古德斯密特之间的数封以争论为主要内容的通信.1947年9月23日,海森伯首先致信古德斯密特,揭开了两人直接进行争论的序幕.1949年6月3日,古德斯密特致信海森伯,表示因为双方无法取得观点上的一致而打算停止交流,这场争论才告一段落.或许就像是历史学家马克·沃尔克(Mark Walker)所说的那样,两人之间的通信“揭示出战后心理状态中的一个中心问题:是否应将过去草草掩埋,以使人们能够无须负重前行;还是应直面这些问题,反复思考以求最终解决它们.”[12]57

1947年9月23日-1949年6月3日,两人来往的书信涉及争论内容的共计8封.从中可总结出三个主要的争论主题,分别是德国核武器计划中的科学问题、德国科学家心理以及批评与辩护.

4.1 德国核武器计划中的科学问题

两人关于德国核武器计划中的科学问题方面的分歧主要有两点:一方面是德国科学家是否知道通过快中子裂变链式反应来使原子弹产生爆炸效果;另一方面则是他们是否知道可以用铀-235或钚-239制造原子弹.为使古德斯密特相信德国科学家知道这两点核科学知识,海森伯建议他去查看被美国人缴获的德国核武器研发报告,其中既包含德国科学家关于这两点的研究与思考,也收录了科学家的学术演讲内容.[13]古德斯密特接受这一建议,果然在被缴获的文件中发现海森伯提到的关于这两个问题的资料.在回复海森伯的信中,古德斯密特承认德国人“正确地提到了94号元素(钚)”,[14]但是他认为德国人没有充分了解快中子.海森伯回信古德斯密特,告诉关于后者的问题可以去阅读弗里茨·豪特曼斯①弗里茨·豪特曼斯(Fritz Houtermans,1903-1966),荷兰裔德国藉核约理学家。所撰写的秘密报告《核链式反应的释放问题》,从而希望对方能够改正其观点.但是,古德斯密特在此之后没有再和海森伯讨论这一问题.[15]

4.2 德国科学家心理

海森伯坚持美、德两国的核科学家之间存在一场“竞赛”的观点,其源自古德斯密特不了解德国科学家的心理状态和工作氛围,实际上并不存在所谓的“竞赛”.在海森伯看来,德国科学家既知道纳粹在取得欧洲的胜利后会带来可怕的后果,也清楚如果德国失败,也不能寄希望于敌对国的宽宏大量.所以“这样的一个境地自动地引向了一种更加消极被动与谦逊的态度”.[16]古德斯密特在回信中首先表示美国科学家与政府、军方深信存在这样一场为紧迫感所推动的“竞赛”.然后谈到了海森伯所说的心理处境问题,他不赞同所谓“消极被动与谦逊的态度”,那不过是一种采取妥协态度与中间立场的说辞.[17]

4.3 批评与辩护

在“二战”结束后,美国政府逐渐干预甚至控制科学研究,并将一些科学研究列为保密对象.在这个背景下,古德斯密特试图让海森伯认识到如果不提防这种干预科学研究的行为,那么它将会严重损害科学进程,“就如同在纳粹统治下的那样.”[17]他希望海森伯或其他德国科学家向世界讲述纳粹统治下德国科学遭受了怎样的损失,极权主义氛围是如何扼杀了科学进步.然而海森伯拒绝了这一项请求,他在回信中声称德国核武器计划是一项德国科学家取得的成就,并认为德国目前不需要“一场充满恨意的与过去的决裂”,[13]而是重建这个满目疮痍的国家.最后,海森伯甚至要求古德斯密特在媒体上刊登一份更正声明,因为后者关于德国科学的观点与言论已被广泛传播,造成了公众对德国科学的误解.古德斯密特没有遂其心愿,在最后一封回信中坚持他一贯的态度.最后,古德斯密特提议双方结束这场争论,不再提及此事.[18]

5 结语

古德斯密特于1946年发表的三篇文章的目的不乏政治与教育公众的成分.[3]204在他看来,让美国公众与行政管理人员最为有效地了解到干预或错误地管理科学所带来的危害的方式就是了解纳粹德国时期的科研状况.而且,如果德国科学家能亲自向世人讲述这种亲身体验到的危害,那么效果会更加显著.他将德国核武器研制计划的科学问题方面的缺陷与错误视为科学发展停滞的表现.此外,他希望他的德国同事们能够承认他们所遭受的挫折与失败,承认他们曾做出过妥协,并将其公之于众.因而与海森伯在德国科学家心理状态以及为德国科学辩护问题上发生争论.

然而除了古德斯密特承认他关于钚元素问题的观点存在一些错误之外,他与海森伯的争论几乎都是无果而终.促使海森伯展示出坚定立场的推动力,则是维护德国科学家地位以及建立他们用于解释历史的说辞.所以,这场争论只能是以彼此放弃说服对方的希望,不再提及此事而结束.虽然古德斯密特与海森伯之间的争论拥有终结点,但是关于这场争论的讨论却会一直持续下去.