2019年6月5日 星期三

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一位核物理学家的“科幻故事”(上)

发布日期:2020-01-20    发布:未知

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原子时代最具远见的先驱者——利奥·西拉德。

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1月15日上午,“核力无限 共创未来——纪念核工业创建65周年媒体见面会”在京举办,会中特别安排了“核漾年华 第一届核科幻小说征集活动颁奖仪式”。作为中核集团与中国核学会共同推出的“开放式核科幻小说结局征集大赛”的评委之一,我应邀与会并给获奖者颁奖。现场中所见所闻,颇有些感想。    

中核集团董事、党组副书记祖斌在致颁奖词时这样说道:    

刚才大家已经从视频里看到,核和科幻两个东西结合在了一起。在现在这个日新月异的时代里,还只说“科普”的话,听起来就有点太“普”通了。年轻人更喜欢听到的可能是“科幻”。就像习近平总书记说的,“我们都是追梦人”。科幻的幻想,有时候就能成为梦想的起点。  

中国核学会理事长王寿君在发言中,也讲了一段很科幻的话:    

我们国家近年来兴起的“科幻热”,其实也说明我国科技事业整体到了一个“春天”。因为科幻作品本来就是科技进步的一种反映,也是飞向未来科技世界的翅膀。就在前不久,长征五号成功发射,意味着我国具备将航天器送向更远的深空的能力。但是要走向深空,核科技也是必不可少的,比如这次征文比赛里的主题——可控核聚变,就是人类探索宇宙的终极动力。    

我猛然想到了利奥·西拉德(Leo Szilard,1898—1964),那位爱读科幻小说的匈牙利核物理学家、原子时代最具远见的先驱者,还有他的“科幻故事”。这个故事说来话长,且让我从87年前那个特殊的历史时期讲起吧——    

“英国科学促进会击碎原子元素的转化”,“中子,神奇的转化”,“转化任何原子的希望”,……1933年9月12日,《泰晤士报》以一连串引人注目的标题,载文介绍了最近四分之一世纪里科学家在原子嬗变方面的发现。    

刚刚从希特勒德国的魔爪中逃脱的西拉德,在伦敦读了这一组报道,并特别注意到英国著名物理学家欧内斯特·卢瑟福的观点:通常说来,我们不能指望用这一方法获得能量。这是一种拙劣而又低效的产生能量的方法,所有寻找这种原子转化能源的人,都不过是在谈论“镜花水月”。    

卢瑟福的意思是说,从原子嬗变中寻找能源,或是寄望于工业规模上的原子能释放,完全是妄想。    

西拉德对卢瑟福的“预见”不以为然,甚至还有些气恼,心里也直犯嘀咕:这位一直奋战于科学前沿的老前辈究竟是怎么了?   

卢瑟福因“对放射性物质元素的嬗变和放射性化学所做的研究”而获得了1908年诺贝尔化学奖,并早在1902年就与他的英国同行弗雷德里克·索迪(1921年诺贝尔化学奖获得者)提出了原子嬗变假说——放射性物质是由一些不稳定的原子组成,每单位时间都有确定的一部分原子通过发射(α 、β、γ)射线而蜕变成其他元素。    

第二年,他们两人已经定量分析出这些衰变过程放出的巨大能量,认为放射性变化的能量一定至少是化学变化能量的2万倍,并且可能是百万倍,大大高于任何分子变化的能量。而他们做出这一计算的时间,甚至比爱因斯坦推导出著名的质能方程还要早。    

漫步于伦敦街头的西拉德不时陷入沉思。他后来回忆道:    

正当红灯变成绿灯、我横穿大街时,一个想法……突然在我头脑中出现。我们是否能找到一种元素,当中子穿越它时,它吸收一个中子,放出两个中子。如果能积聚这样一种元素到充分大的质量,就能维持一个原子核链式反应。  

此刻他并没有想出将怎样找到这样一种元素,或者需要做什么样的实验,但这一想法一直萦绕在他心头。事实上,他第一个设想了一种机制——凭借这种机制,通过中子对原子核的轰击,多于中子自身所带的能量就可以被释放出来。“在某一特定情况下,实现原子核链式反应、以工业规模释放原子能、制造原子弹,都应该是可能的。”   

回溯到一年前,当中子于1932年被詹姆斯·查德威克(1935年诺贝尔物理学奖获得者)发现时,西拉德就对原子核链式反应的可能性迷住了。就在这一年,他读到了他所熟识的英国著名科幻作家赫伯特·乔治·威尔斯1914年出版的一部科幻小说《获得自由的世界》。  

这部作品设想在1956年发生了一场世界大战,世界主要城市全被一种利用雪崩式的链式反应来制造的原子弹所摧毁,由此,才实现了对核武器的限制和真正的和平。小说不仅形象地描述了核武器令人震撼的施用效果,而且还精确地预言了人工放射性问题将在1933年得到解决(开篇即提到)——约里奥-居里夫妇确实是在这一年发现了人工放射性,并因此而获得了1935年的诺贝尔化学奖。

有趣的是,威尔斯坦承,《获得自由的世界》的创作灵感,其实来自索迪提出的科学观点。1904年,索迪在给英国皇家工程兵部队作有关镭的演讲,谈到原子能的应用时说:    

有可能所有的重物质都拥有跟镭类似的、隐藏在原子结构内的的能量。如果这些能量能够被人开发出来并加以控制,拥有这种能力的人就可以改变世界的命运。吝啬的大自然有一根用于小心调节这种能量输出的杠杆,能够控制这根杠杆的人将拥有一种武器,只要他愿意,就可以用它来摧毁整个地球。  

1909年,索迪在其所著《镭的阐释》一书中,又谈及类似观点。威尔斯读到此书这些陈述时,认为大自然不可信赖,不可能会“保守她的秘密”,因而他在小说中讲述了“一个美妙而古老的科学浪漫故事”。    

《获得自由的世界》令西拉德印象深刻,并产生了诸多联想,尤其是其军事意义。可以说,正是这部小说触发了西拉德对链式反应、能量产生和原子弹的思考。在随后进行的研究、探索中,他正确地预测了这种反应的结果及其潜在的能量来源,仔细描述了后来称为“临界质量”的概念的基本特征,并在1934年3月12日提交了链式核反应的专利申请。不过,他将专利交给了英国海军部,并根据禁令保守秘密。    

这个时候,西拉德脑海里经常闪现的,是《获得自由的世界》里所描述的那种可怕场景。(上)