那些用思維和公式，親手改變二戰走向的天才們

文 ｜ 方在慶（中國科學院自然科學史研究所研究員）

1945年8月6日和9日，日本廣島與長崎上空先后升起蘑菇云，第二次世界大戰以一種前所未有的方式進入尾聲。人們記住了投彈的飛行員、下令的將軍、簽署投降書的政治家，卻忽略了另一群幕后人物——那些在實驗室與書房中，以思維和公式悄然改寫戰爭走向的科學家。

他們既是理論的提出者，也是工程的執行者；有人積極投身武器研發，有人則極力警告濫用的后果；有人冷峻理性，有人憂心忡忡。他們的貢獻讓戰爭出現了終局，也意外開啟了一個危險而陌生的時代——核時代。

“科學無國界，但科學家有祖國?！边@句話在二戰的背景下格外沉重?？茖W家們在國家、民族與人類命運之間做出的選擇，構成了20世紀最復雜、最值得深思的篇章。恩里科·費米、約翰·馮·諾依曼、詹姆斯·查德威克、西拉德，以及人們熟悉的尼爾斯·玻爾、愛因斯坦、奧本海默……本文選取其中幾位說說他們的故事、經歷和思考、關懷。

核裂變的發現與恐慌

1938年底，德國化學家哈恩和施特拉斯曼在柏林進行中子轟擊實驗時，意外發現了鈾核會分裂成更輕的元素——鋇。他們小心翼翼地發表了實驗結果，卻未能解釋其中的物理機制。這一困惑很快被他們的前同事、已流亡瑞典的莉澤·邁特納與其外甥奧托·弗里施解開。邁特納在瑞典雪地散步時靈光一現，與弗里施推算出裂變釋放的能量可由愛因斯坦的方程E=mc2精確解釋。他們為這種現象取名為“裂變”—— 一個足以改變人類歷史的詞匯。

這一消息在國際物理學界引發震動。匈牙利裔物理學家西拉德后來回憶，1933年9月12日，在看過英國物理學家盧瑟福頭一天（9月11日）的演講報道后，他便想到鏈式反應的可能性，并為此整夜未眠。幾年后，他與剛剛移民美國的意大利裔物理學家恩里科·費米在美國哥倫比亞大學合作實驗，探索如何利用鈾與石墨體系實現持續的中子增殖。這些實驗為后來“芝加哥一號堆”的建成奠定了基礎。

在英國，物理學家查德威克得知裂變消息時的反應更為直接和震撼。據同事回憶，他當場“臉色蒼白、手指發抖”，仿佛預見了核能將帶來的巨大危險。這種源自科學直覺的恐懼，比任何政治命令都更早地預示了核武器的陰影。

因此，當人們記述核裂變的發現時，不能只看到哈恩與邁特納的科學突破、西拉德的天才直覺和費米的冷靜實驗，也必須記住查德威克在恐懼中作出的判斷。他的直覺讓英國在這場全球性的核競賽中沒有掉隊，更讓“科學家的責任”這一主題從一開始就籠罩在裂變發現的陰影之下。

鏈式反應與原子時代的開啟

1942年12月2日，美國芝加哥大學斯塔格球場看似不起眼的看臺下，一座由石墨塊與鈾塊堆疊而成的簡陋裝置緩緩運轉。當控制棒被抽出，探測儀發出清晰的點擊聲，人類第一次實現了可控的核鏈式反應。費米是這一實驗的靈魂人物。作為實驗記錄人，他在簡報中只是冷靜地寫道：“鏈式反應結構已于12月2日完工，從那時起就運轉得很令人滿意了?！边@份簡潔與冷靜，正體現了費米一貫的理性與不動聲色。

第 一 座 達 到 臨界 狀 態 的 反 應 堆 （油畫）。 1942 年 12 月 2日，費米領導的團隊在芝 加 哥 大 學 實 現 了 人類首次受控鏈式反應。

12年后，美國著名廣播員愛德華·默羅在哥倫比亞廣播公司的晚間節目中，用完全不同的語氣來形容這一時刻：“只要這世上還有故事在傳頌，第一個原子爐如何燃起的故事就一定還會口耳相傳，因為這是人類在拓展認知的過程中最具戲劇性的時刻之一?！崩潇o的科學家與激昂的傳媒話語形成了鮮明對照。

更具反差的是家庭場景。實驗當天，費米的夫人勞拉·費米正忙于準備當周周末的聚會，6歲的兒子朱利奧因調皮打碎鄰居窗戶而挨訓。費米回家時神情平靜，仿佛剛從實驗室帶回的不是足以改寫歷史的消息，而是日常的實驗結果。周末聚會開始后，客人們一一向他祝賀，勞拉卻不明所以，直到從年輕的利昂娜·伍茲（唯一參與實驗的女性）口中聽到一句玩笑：“他擊沉了一支日本艦隊！”這種夾雜著無知與喜悅的氛圍，正折射出科學巨變與日常生活的奇異交匯。

恩 里 科 · 費米——鏈式反應實驗的靈魂人物，被譽為“核時代的建筑師”。

事實上，費米最為興奮的并非“原子彈的可能”，而是反應堆作為科學工具的潛力。他曾告訴同事，操作一個反應堆“就像駕駛汽車一樣容易掌控”，只需輕輕推動控制棒，鏈式反應的功率便能成倍增長。在他看來，這是一件能不斷創造奇跡的“實驗神器”，能夠為核物理提供前所未有的研究平臺。然而，格羅夫斯將軍主導的軍事動員很快讓這份科學樂趣變得短暫。阿爾貢森林的反應堆剛剛啟動，費米就被卷入了覆蓋全美的“超級工程”。

在美國“三個原子城”的布局中，費米的身影無處不在：橡樹嶺的石墨反應堆設計直接源于“芝加哥一號堆”；在漢福德，他提出了大規模生產钚時控制中子吸收與散熱的關鍵方案；在洛斯阿拉莫斯實驗室，他更是幾乎所有理論與實驗難題的“首席顧問”。物理學家漢斯·貝特回憶說，費米是“最有價值的成員之一”。

如果說查德威克的中子為原子彈提供了必不可少的“炮彈”，那么費米的鏈式反應則點燃了這顆炮彈的引信。從簡陋的壁球場實驗到戰時的龐大工業體系，費米的冷靜與才智使“原子時代”真正走向現實。他的身影既代表科學的純粹探索，也折射出科學在戰爭洪流中無法回避的責任。

馮·諾依曼的戰爭計算

若說誰將抽象數學帶入了原子彈設計，馮·諾依曼必居前列。這位匈牙利的數學奇才，以在邏輯、博弈論和計算機領域的貢獻聞名，但在戰爭中，他的才華被用于更為冷峻的目標——將原子彈從理論變為現實。

馮·諾依曼。

1943年，當“曼哈頓計劃”的主要負責人、美國物理學家奧本海默向馮·諾依曼發出求助信時，洛斯阿拉莫斯實驗室正陷入困境。美國科學家內德梅耶提出的“內爆法”設計屢屢失敗：炸藥壓縮钚核時產生的沖擊波極不均勻，導致實驗中的金屬管扭曲成“一團意大利面”。馮·諾依曼抵達后，僅用幾天時間便指出核心問題是炸藥配置的數學模型存在致命缺陷。他提出用“爆炸透鏡”取代傳統設計，通過精密計算炸藥的形狀與排列，使沖擊波像透鏡聚焦光線一樣均勻壓縮钚核。這一理論突破讓內爆式原子彈變為可能。

他的同事回憶，馮·諾依曼常一邊在餐巾紙上演算流體力學方程，一邊與軍方人員討論炸藥配置。他將復雜的爆轟問題簡化為“如何在數學上實現完美對稱”，甚至開玩笑說：“這比證明希爾伯特空間的完備性容易多了?！北M管他從未公開將戰爭視為“數學問題”，但他的工作方式確實將充滿不確定性的工程難題轉化為可計算的模型。

馮·諾依曼的理論直接影響了代號“胖子”的钚彈設計。1945年7月16日，在美國新墨西哥州的“三位一體”核試驗中，他親自參與數據監測。當蘑菇云升起時，他冷靜地記錄沖擊波參數，隨后對同事說：“這不是結束，而是開始。”一個月后，“胖子”摧毀長崎，其爆炸當量計算正是基于他的數學模型。

戰后，美國總統杜魯門授予他功勛獎章，表彰他“發現空中爆炸的軍事原則”——馮·諾依曼證明，炸彈在目標上空引爆的破壞力遠超地面爆炸。這一發現優化了轟炸策略，卻也讓他陷入爭議。當媒體曲解其成果為“射偏比命中更好”時，他罕見地公開駁斥：“數學沒有道德，但使用者必須有?！?/p>

馮·諾依曼的貢獻遠不止于原子彈。他在洛斯阿拉莫斯實驗室期間，為解決復雜計算問題，推動了早期計算機（如ENIAC）的研發。曼哈頓計劃中積累的運算需求，成為電子計算機誕生的催化劑。他曾對助手說：“我們造出了終結戰爭的武器，但下一個工具或許是終結計算的工具?！?/p>

這位“來自未來的人”始終矛盾地游走于理想與現實之間。他晚年擔任美國原子能委員會顧問，既主張發展氫彈，又警告核戰爭的毀滅性。當被問及科學家的責任時，他答道：“智慧如同火焰，既能照亮前路，也能焚毀一切?！?/p>

核時代理性的守望者查德威克

預見到裂變將帶來潛在后果的查德威克，很快將震驚轉化為行動的動力。

作為1932年中子的發現者，查德威克清楚中子的獨特地位：不帶電荷、能自由穿透原子核勢壘，使裂變反應成為可能。這讓他在科學自豪感之外，也感受到與這一“歷史突變”緊密相連的責任。

詹姆斯·查德威克。

二戰爆發后，英國啟動了代號“管道合金”的秘密原子彈計劃。1941年，查德威克與一批英國物理學家共同完成了《莫德報告》的撰寫。這份文件首次明確指出制造原子彈在技術上不僅可行，而且可以在數年內實現，并敦促政府立即投入資源。報告成為說服當時的英國首相丘吉爾重視原子能研究的關鍵依據。查德威克在這一過程中既是科學顧問，也是科學界與政界溝通的紐帶，他的威望和冷靜判斷使得報告被采納，而不是被視為“科學幻想”。

1943年英美《魁北克協定》簽訂后，英國項目被并入曼哈頓計劃。查德威克率領英國代表團赴美，在洛斯阿拉莫斯實驗室與格羅夫斯將軍和奧本海默直接合作。他在實驗室被稱為the British Member（英國代表），以沉穩而果斷的態度贏得尊重。查德威克的貢獻不僅在于具體的科學判斷，更在于維護英國在核合作中的存在感。雖然戰后美國以《麥克馬洪法案》切斷了與英國的核合作，但正是由于查德威克的堅持，英國科學家在曼哈頓計劃中才能獲得經驗與知識，這為英國后來獨立發展核武器奠定了基礎。

查德威克的個人風格也為人稱道。與急躁的西拉德或熾烈的泰勒不同，他總是低調、務實，從不夸張渲染。他很少在公開場合發表激情洋溢的演講，卻能在閉門會議上以簡潔、準確的陳述打動軍方和政客。他“用三句話就能解決別人三小時的爭論”。

他不輕易顯露情緒，但戰后的回憶顯示，他對原子彈的使用始終懷著沉重的心情。他曾對學生說：在當時的背景下，原子彈的研制幾乎“不可避免”，因為“我們不能冒險讓納粹先造出來”。然而，隨著冷戰軍備競賽的升級，他越來越擔憂核武器的擴散，并在晚年呼吁限制軍備，以防止人類走向毀滅。

查德威克的一生，既是現代科學突破的縮影，也是科學家道德困境的注腳。他既為人類打開了原子能的大門，也親眼見證了科學成果如何迅速轉化為毀滅性的力量。他的冷靜與謹慎，使他在狂熱與恐懼交織的時代，成為一種難得的理性聲音。

西拉德的預言與行動

1933年9月的一天，西拉德在英國倫敦南安普敦街等紅燈時，忽然想到：如果一個原子核吸收中子后能釋放出兩個中子，那么就可能引發鏈式反應，釋放出巨大能量。這一念頭，正是在盧瑟福斷言“利用原子能不過是癡人說夢”后幾日閃現。西拉德后來回憶，這種諷刺性的巧合令他印象深刻。

他很清楚這一構想的軍事潛力。1934年，他在英國申請了關于鏈式反應的專利，同時要求海軍部將其列為機密，理由是“不愿這種知識被用于戰爭”。這種超前的警覺，與他作為匈牙利猶太人親眼目睹納粹崛起的經歷密切相關。1930年前后，他甚至將在德國的存款轉移到瑞士，以避免未來可能的風險。

1939年7月16日，西拉德與美國物理學家維格納驅車前往長島，在愛因斯坦的夏日別墅中提出與愛因斯坦聯名致信羅斯福的設想。西拉德以草圖說明了鈾的鏈式反應可能導致巨大能量釋放，愛因斯坦很快意識到事態的嚴重性。當場由西拉德口述、維格納執筆起草信稿，愛因斯坦審閱后還特意將開頭一句修改為“費米和西拉德的工作”，以增加分量。

愛因斯坦（左）及西拉德在 1946 年紀錄片《原子能之力量》中重現給羅斯?？偨y寫信時的討論場景。

信件輾轉由美國經濟學家亞歷山大·薩克斯送達白宮。直到1939年10月11日，他才在與總統共進晚餐后朗讀信件內容。羅斯福起初表示懷疑，但在薩克斯引用“拿破侖當年未能重視富爾頓蒸汽船”的比喻后，終于被說服，并在信上留下批示：“此事需要行動?！?/p>

西拉德的矛盾心態在曼哈頓計劃中表現得尤為突出。他與費米一道，在芝加哥冶金實驗室推動了石墨-鈾反應堆的建造，為“芝加哥一號堆”的成功奠定了關鍵基礎。然而，隨著戰爭局勢的發展，他越來越質疑繼續推進核武器的正當性。

1945年春，當德國敗局已定時，西拉德在私人通信和與同事的討論中直言，原子彈的使用理由已發生根本變化：它不再是對抗納粹的緊急手段，而可能演變為戰爭中的大規模屠殺工具。這種反思使他與格羅夫斯將軍的立場愈發尖銳對立。

1945年夏，隨著戰爭接近尾聲，西拉德在芝加哥冶金實驗室起草了一份呈交總統的請愿書，呼吁在使用原子彈之前首先給予日本投降的機會。他擔心一旦科學家默認原子彈直接用于城市轟炸，他們的“道德地位將受到損害”。在妻子格特魯德的協助下，請愿書被謄寫成多份副本，分發給同事簽署，最終獲得70余位科學家的書面支持。這封《西拉德請愿書》雖然層層上報，卻未能真正送到美國總統杜魯門手中。

請愿書的警告語句，與西拉德早年在德國柏林的經歷密切相關。20世紀30年代，他目睹許多科學家對納粹政治保持冷漠甚至屈從，這使他終生警惕科學與道德之間的張力。也正因如此，他在1945年再次強調：科學家不能僅僅滿足于技術的成功，必須直面其社會后果。

當請愿最終被忽視、廣島和長崎相繼遭受轟炸后，西拉德陷入深深的道德痛苦。他在戰后多次表示，科學家們已被卷入原子彈的使用，“在歷史上難辭其咎”。

科學的良知：

玻爾與愛因斯坦的道德反思

1943年秋，納粹開始大規模逮捕丹麥猶太人，尼爾斯·玻爾在漁民幫助下冒險逃往瑞典，協助營救同胞，并通過英國情報向丘吉爾警告德國可能研制原子彈。1944年春，他化名“尼古拉斯·貝克”秘密飛往倫敦，試圖說服丘吉爾推動原子信息公開以防核軍備競賽，卻遭粗暴拒絕。

隨后，玻爾進入美國洛斯阿拉莫斯實驗室，成為科學家精神導師。奧本海默稱他為“我們唯一的良心”，玻爾不斷提醒同事：科學家的責任不僅是發明，更在于直面發明的社會后果。

1945年8月6日原子彈在廣島爆炸時，愛因斯坦雖未參與曼哈頓計劃，但通過廣播得知消息后陷入長久沉默與悔意?？茖W界的道德焦慮迅速蔓延，《原子科學家公報》創刊號刊登警示文章，西拉德組織科學家聯名請愿要求示威性試爆，這標志著科學家從“技術實施者”向“責任承擔者”的轉變。

玻爾提出的“開放世界”構想，倡導美蘇科學合作與國際核查以預防核競賽，雖因冷戰未能實現，卻為核不擴散與合作安全奠定倫理基礎。他晚年更多通過科學共同體影響政策，而非直接參與危機外交，強調制度化對話的重要性。

回望80多年前的二戰，原子彈研制常被視作科學家直接改變戰爭的例證：馮·諾依曼的爆轟計算、查德威克的中子發現、費米的鏈式反應實驗，以及無數工程師和工人的努力，確實影響了廣島與長崎的結局。

科學家不僅推動了戰爭的技術進程，也促使人類重新理解科學與戰爭的關系。二戰中的科學呈現雙面：一方面以理性和才智加速戰爭結束，另一方面在良知拷問下提出“科學家的責任”。

因此，科學既是武器，也是道德審視的對象。它縮短了戰爭時間、改變了軍事格局，但更重要的是，它讓科學從幕后工具轉為決定戰爭與和平的核心變量，讓科學家的話語成為道德參與者的聲音。

80多年后的今天，我們應更多地思考：科學家或許未改變戰爭本身，卻深刻改變了我們對戰爭、科學與人類未來的理解——留下的，不是技術成果，而是面對知識威力的時代疑問：人類是否擁有駕馭它的智慧與責任？

《中國科學報》 (2025-08-29 第4版 文化)

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