由他开创的“大科学”时代,为何至今争议不断?
这几年,每每回望70多年前的那段历史,大家都会对其中暗含的相似性惊讶不已。
就拿欧洲最近的局势来说,被频繁提及的“战争”和“核威胁”,很自然就会让我们联想到二战以及原子弹研制竞赛背后那段波澜壮阔的科学史。
然后就是去年频繁登上国际头条的热词——“基础科学”:
01 大科学前夜:从财政危机到知识危机
那些几近绝望的欧洲科学大神们对于今天故事开幕之前的时代背景,华为公司创始人任正非先生曾有过一段精彩的点评,他说:
第五次索尔维会议
不过,彼时的欧洲学界虽然大神云集,但隐忧也渐渐浮现。
从伽利略、牛顿到爱因斯坦,科学家数百年间凭借着自己的头脑和笔头,顶多配合一些简单仪器就能在书斋里捣腾出重大发现的“小科学”古典传统已经严重落伍了。
就拿爱因斯坦来说,虽然仅仅靠着自己的笔头和极少数朋友的帮助,广义相对论得以在1915年正式发表,但是这个理论是否管用,却需要验证。
为此,从1914年到1922年,德国天文学家欧文·芬莱-弗伦德里希、英国天文学家阿瑟·爱丁顿、美国天文学家威廉·华莱士·坎贝尔等人先后5次组织科学考察队,携带珍贵仪器,奔赴俄罗斯、非洲、巴西、澳大利亚等地进行观测。
1919年,人们观测到了爱因斯坦在广义相对论中预测的太阳附近的光线弯曲现象。
而补全爱因斯坦广义相对论预言最后一块缺失拼图的“引力波”,更是迟至2015年才被美国科学家探测证实,其所依赖实验装置——激光干涉引力波天文台(LIGO)累计投资超过11亿美元,且资金至今仍在不断追加中。
如此巨大的投入已经远超爱因斯坦个人所能承受的极限。
而真正将整个科学界的推入一场知识危机的,是1908年诺贝尔物理学奖获得者、法拉第之后最伟大的实验物理学家、原子核物理学之父欧内斯特·卢瑟福。
欧内斯特·卢瑟福
卢瑟福发现了原子的第一次人工分裂,从而在“波粒二象性”之后,为物理学家已然严重混乱的大脑带来的了第二个巨大难题:核结构。
卢瑟福将原子描述成一个微型太阳系并且认为它们在整体上呈现中性。
这个模型的诱人的简单性使得它成为广为接受的真理。但问题很快就变得明显,这个模型产生的问题比它解决的问题还要多,而且越重的原子问题越大。
随着探索的进行,事情变得越发明显:要解开核结构的神秘性,所需的探针的高能量已超出大自然提供的范围。
然而,天然的镭发射的α粒子的能量接近7.6百万电子伏,而卢瑟福现在科学家所需要的:
但产生所要求的电压仅仅是问题的一部分,难题是如何操纵它对原子核实施攻击。
科学家在试图获得所需能量的过程中常常遭遇到设备被炸成碎片的沮丧局面。
在物理学撞上原子核的这面大墙之际,欧内斯特·劳伦斯如命中注定一般开始了他的职业生涯。
02 大科学的开启:欧内斯特·劳伦斯
带着回旋加速器来了!
维德勒的“一般方法”是让离子通过一系列加载有电位差的间隙来不断地给离子施加一个作用力,使它们沿直线加速。
1931年,伯克利大学校长罗伯特·斯普劳尔给了劳伦斯一座将要拆除的木板搭条建的校园建筑,
以安置新的69厘米回旋加速器。
获得诺贝尔奖还只算一个小高潮,真正将“大科学”和欧内斯特·劳伦斯的职业生涯双双推进黄金时代的,是二战。
1940年,伯克利研究184英寸回旋加速器会议,左一为欧内斯特。
我们现今知道的主流叙事是,1939年8月,莱奥·西拉德与阿尔伯特·爱因斯坦共同起草的那封著名的给罗斯福总统的信,开启了美国原子弹的研制计划。
不过,另外一部被分隐藏在历史之下的真相却是,从1939年到1941年,这项计划几乎飘在空中,谁都不知道原子弹究竟该怎么造。
期间的1940年,美国战时“科研沙皇”范内瓦·布什甚至一度想将这项计划彻底报废。
此时,两项有分量的技术依据出来了。
第一个来自于劳伦斯:伯克利辐射实验室的格伦·西伯格发现并提纯了少量新的放射性元素——94号元素“钚”。劳伦斯宣称在钚的链式反应中,“能量是以爆炸性的速度释放出来的,这可以描述为‘超级炸弹’”。
第二份技术依据,来自于英国原子弹研究机构莫德委员会,1941年7月15日他们得出了一个完全不同于布什的结论:第一批炸弹可在1943年年底生产出来,“可能导致战争的决定性结果”。
英国立马派出了澳大利亚物理学家马克·奥利芬特直接找欧内斯特·劳伦斯面谈,劳伦斯意识到了问题的紧迫性。
1941年9月22日,原子时代的一次关键性会面。澳大利亚物理学家马克·奥利芬特(左)与劳伦斯。
随后,1941年9月25日,芝加哥,欧内斯特·劳伦斯要求与罗斯福政府科学顾问、哈佛大学校长詹姆斯·科南特,以及负责评估原子能军事用途的蓝带委员会负责人亚瑟·霍利·康普顿举行紧急会晤。
从此之后,美国的原子弹研制计划才算真正起步。
1942年6月,范内瓦·布什批准买下距田纳西州诺克斯维尔40千米远的一块21000多公顷的土地,由莱斯利·格罗夫斯上校掌管,曼哈顿计划正式诞生。
1946年3月,在伯克利大学校长罗伯特·斯普劳尔(右)的见证下,
格罗夫斯将军向劳伦斯颁发了功勋勋章。
大科学的成功给科学家带来了巨大的荣耀,但随着大科学项目变得越来越大,科学家们开始变得举步维艰:
原子弹赢得了战争,但代价是核的阴云永远笼罩在人类的头顶。人类漫步月球,但在壮观的瞬间过后,公众对太空探索的兴趣却迅速消退。
所有这些巨大的花费——图什么?
我认为,大多数美国人宁愿选择一个优先考虑如何治愈癌症的项目,而不是把第一个宇航员送上火星。
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