罗伯特·奥本海默,被誉为美国原子弹之父,他到底有多厉害?

2023年07月19日21:32:04 历史 1183

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前言

罗伯特·奥本海默(1904-1967)是20世纪美国理论物理领域的开拓者,他的研究取得了重要进展。在他还很小的时候,他就已经在伯克利大学建立了一个美国有史以来规模最大、规模最大的理论物理学院,给美国物理学的飞速发展打下了坚实的基础,因此,他也被选入了国际上最负盛名的10位理论物理学家之一。

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他率领“规模空前、规模最大的一批科学家”研发出了世界上首枚原子弹,并因此赢得了“原子弹之父”的美名。二次大战后,他极力主张对核弹实行国际管制,并极力反对美国发展氢弹,由此引发了奥本海默事件。

同时,他也是一个很有个性的演说家,很爱用自己独特的语言来表达自己的想法。他在普林斯顿高等研究院担任了十九年的院长,为普林斯顿在国际上的影响力和影响力,做出了巨大的贡献。

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早年经历

奥本海默于1904年4月22日生于美国纽约的一个富豪之家,他的父亲朱利叶斯·奥本海默,是美国著名的商业巨子,爱好建筑、绘画、音乐;他的母亲埃拉,则是一名才华横溢的艺术家,曾经在巴黎求学,她的优雅和淡淡的忧郁,成为了奥本海默日后性格的重要组成部分。

奥本海默年幼时曾在纽约道德与文化学院学习,这所学院崇尚高水准的学术水准及开明的见解。奥本海默读了很多书,从矿物学到柏拉图

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在此期间,他还在搜集各种颜色不同形状的石头。美国自然史博物馆的馆长就把他收为弟子,十二岁的时候,他就受邀到矿产俱乐部做学术讲座。十几岁的奥本海默接受过完整、正式的培训,刻苦用功,很容易就成了学校里的佼佼者。

一九二二年,奥本海默到哈佛攻读化学,在化学课程中,他不仅是数一数二的学生,在物理、东方哲学、希腊文、拉丁文、建筑等领域,也有相当的造诣,并模仿妈妈的画法,写出先锋诗篇。当他读到三年级的时候,他认识了他的老师,柏席·布里奇曼。

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布里奇曼曾是一位出色的老师,利用加压方法生产出了世界上最早的人造钻石,并凭借其对加压物理的贡献,赢得了1946年诺贝尔物理奖。布里奇曼不仅风度翩翩,风度翩翩,而且博学多才,最重要的是,他在科学哲学方面的见解,使奥本海默着迷。

布里奇曼说,“我们无法理解这个概念的真实意义,除非我们能够清楚地表明,它是怎样适用于特定情况的。”奥本海默被 Bridgeman的哲学问题和这些问题在科学实践中的重要性所深深打动。布里奇曼还因为提出了运筹论而在历史上留下了自己的名字。

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布里奇曼的这一观点,与维特根斯坦的现代哲学以及逻辑性的实证论完全一致。布里奇曼的理念将奥本海默生命中的文化与科学这两个层面融为一体,并激励着奥本海默将物理学视为他毕生追求的事业。

奥本海默事后回忆道,“哈佛对我来说是最令人激动的时光,我真的得到了学习的机会,我爱上了她,而我对理智的热情也在此苏醒。”

出国留学

奥本海默在哈佛大学读书时,正是原子物理学、量子力学等领域有了巨大突破的时候,全球各大知名大学、研究所相继传出,物理学家在原子领域有了长足的进步。奥本海默被微观的神秘所迷住了,并深信在这个领域中他会有很大的成就。

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奥本海默于1925年在哈佛完成了四年的学业,并于三年后以最高荣誉毕业于哈佛大学。奥本海默在英国剑桥大学的卡文迪许实验室(Cavendish Laboratory)的指导下,拿到了布里奇曼(Bridge)的介绍信。

“奥本海默很有魅力,他在很多问题上都有很高的创造力和很高的数学天赋,他的思维方式更像是一种分析性的而不是一种物理学的思维方式,他最大的弱点就是实验,只要他能得到很好的训练,他就会获得很大的成功。”

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在剑桥大学,奥本海默的理想是当上欧内斯特·卢瑟福(E.他是曼彻斯特物理学家鲁特博福德的弟子。卢瑟福并没有把布里奇曼的那封信放在心上,也没有接受奥本海默。”汤姆孙倒是给他开了个先河。奥本海默惊讶于“剑桥大学果然是实验物理的中心,它的学术水平可以把哈佛的学生一网打尽。”在那里,奥本海默认识了保罗·狄拉克

狄拉克和奥本海默一样,都是一个独来独往的人,他喜欢在圣约翰学院一个不起眼的四合院中工作,两人一见如故。那时狄拉克才二十三岁,并已开始研究量子理论的繁复,而奥本海默才二十一岁,正是野心勃勃、跃跃欲试的年纪,他与狄拉克相识时,奥本海默为了能读懂但丁的原作而努力苦读意大利文,奥本海默竟能将诗和物理结合起来,这让狄拉克感到非常惊奇。

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1925年,德国著名的物理学家海森伯格说:“我们不需要去讨论一条无形的电子绕着无形的原子运行。”如果他们看不到,他们就毫无意义。”不管被测物质是波粒还是微粒,这都无关紧要。这是一个非常深刻的洞见,但如何能够用一个有效的方法来表述这些度量?

海森伯的研究是由马克斯·玻恩(M. Born)在哥廷根大学物理教授的指导下完成的。玻恩提出了一种基于矩阵的测量方法,并将其运用到实验中,对实验中出现的各种能态的物理量以及各种能态的发生概率等问题中去。与原子“图形”相比,矩阵形状的数行和数列被证实是更为实用的,因此,量子力学也能像经典力学那样被预言。薛定谔是一位著名的奥地利物理学家。

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薛定谔则是这样想的:“这是一种非常复杂的数学理论,它能将物理世界的一切,都用一张图来解释。”在1925年末,他发明了一个新的量子论,这个量子论把微粒和波粒联系在一起,从而使微粒的性质变得和波粒一样。在1926年中期,狄拉克又推出了“量子转换理论”,这一理论表明,矩阵机械与波动动力学其实是相等的。

奥本海默凭借丰富的学识和对物理学的敏感,将最难理解的概念融会贯通,并在此期间与狄拉克频繁沟通,专注于量子力学上的新发现。奥本海默在一九二五年五月出版了一批文章。他对量子隧穿现象进行了描述,并以《论旋震光带的量子理论》、《论二体问题的量子理论》等两篇重要的文章刊登在了剑桥大学最受欢迎的《哲学会刊》上,从此,奥本海默的声望也随之水涨船高。

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玻恩对这些论文很感兴趣,于是在1926年,奥本海默应玻恩的邀请,前往哥廷根大学学习,那里是德国的科技中心。在哥廷根大学期间,奥本海默在理论物理方面的造诣突飞猛进,为量子力学开辟了一条新的道路,其博士学位论文《论连续光谱的量子理论》被刊登在德文《物理杂志》的权威期刊上,得到了玻恩的高度评价。

与此同时,奥本海默和玻恩共同开发了一套完整的量子理论,并给出了其量子特性的精确刻画,被称为"玻恩-奥本海默计算",具有深远的意义。奥本海默在哥廷根与尼尔斯·玻尔,海森伯,费米等人交手后,突然发觉自己已经站在了这些巨人的身边。

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量子力学是一个新的,变化很快的科学,只要你能理解它的复杂度,熟悉它的最新进展,你就能取得成功。从1926到1929年,他共发表了十六篇关于量子物理的论文,其中有六篇德文论文,对量子物理做出了重大的贡献,玻恩-奥本海默逼近理论至今仍是量子物理的核心理论。

1927年,奥本海默在哥廷根大学取得了优秀的博士学位,并访问了欧洲各大研究所,访问了许多著名的理论物理学家,并与荷兰莱顿的厄任菲斯特成为了好朋友,并与苏黎世科技大学的著名量子力学专家沃尔夫冈·保罗(WolfgangPauli)泡利(WolfgangPauli)一起讨论量子物理学的前沿课题。

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创造学校

奥本海默于1929年返回美国,哈佛和帕萨迪纳新建的加州技术学院都曾向他发出过邀请,但他对伯克利加州大学尤其感兴趣。奥本海默曾对一位朋友说过,当他还在欧洲做研究时,他曾梦想着在美国创建一个庞大的理论物理学院,而当时美国的理论物理领域仍然是“一片荒漠”。

回国后,他广收贤才,于美国伯克利与加州理工两地兼课,致力于美国新一代理论物理学家的发展。奥本海默机灵机灵,过目不忘,聪慧过人。他在学术上的造诣和组织上的才能,短短数年之内,便在伯克利与加州建立起了一个理论物理学的大学校,与哥廷根、剑桥、哥本哈根等大学齐名,并对美国理论物理学的发展起到了极其重要的作用。

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奥本海默不仅仅是在做自己的研究,更是在给学生们上课。这个又高又瘦,长着一双冰冷的蓝色眼睛,酷爱吸烟的男人,摇身一变,成为一名个性鲜明的教师,并迅速吸引了四面八方的学生。20世纪30年代,当时美国正在经历一场“大衰退”,大批难民为了躲避欧洲不断恶化的政治环境而来到美国,他的弟子包括14岁、天赋异禀的俄克拉何马树林少年罗西·洛马尼茨、犹他州一名货车司机哈特兰德·斯尼德、以及德国犹太人、达豪集中营越狱、纽约一名海港工人、受其影响而成为顶尖物理学家的彼得斯。

通过和学生们的相处,奥本海默发掘出了自己的领导才能,他接受的是一种优秀的教育,这使得他有了独特的想法,同时也是一种引领潮流的先锋。同时,他对量子理论做出了开拓性的贡献,并与狄拉克、海森伯等人建立了深厚的友谊,这些都为他开启了一扇又一扇友谊之门。在密歇根,他曾和费米进行过有关核辐射的研究;在哥伦比亚,他会见了被放逐的匈牙利科学家里奥·西拉德,齐拉特;他见到了爱因斯坦,见到了尼尔斯·玻尔、普林斯顿的高级研究所。

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随着欧洲精英犹太科学家从哥廷根、柏林迁出,普林斯顿(Principle University of Principles)高等研究院(Principle Institute)很快就成了理论物理学研究的中心。奥本海默的学识让他可以和其他的专家谈笑风生,他并不只是致力于理论物理学,而是在很多方面都表现出了极大的兴趣,他把自己的工作重心从亚原子转移到了宇宙学。在1939年,奥本海默和他的弟子哈特兰德·斯尼德共同出版了一份名为《论持续的引力塌陷》的报告,报告指出,在宇宙中,光线在靠近大型天体的时候,会被扭曲。

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根据奥本海默与斯尼德的理论,当一颗燃烧殆尽的星球受到自己的重力而崩溃时,太空会产生一种极强的弯曲,因此,从星球表面射出的光线会被反射到星球内部,从而使星球与外界完全隔离,从而产生一个“视界”,在这个“视界”之内,没有什么能逃过其强大的重力。根据爱因斯坦的理论,时间是一维的,也就是说,它会在“视界”的另一端消失,形成一个“时空奇点”。

这个理论一直到1960年代才以“黑洞”的名字出现,但是奥本海默并没有对视界范围内的恒星的情况进行更深入的研究,四十年后史蒂芬·霍金(在视界内引入了量子重力,使得这个工作成为一个非常有意思的天文物理问题。

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杰出的曼哈顿项目组织者

德国化学家哈恩是一位非常有前途的科学家。哈恩)以及斯特拉斯曼(F。斯特拉斯曼等人发现了核子裂变,即在裂变时,核子会释放出大量能量。一九四○年二月,美国政府制订了「曼哈顿项目」,以争取制造核弹。

一九四一年十月二十一日,在斯克内克塔迪举行的一次大会上,奥本海默被邀请出席,当时奥本海默只有三十七岁,却已经成为了一名出色的理论物理学家。

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奥本海默起初并不赞成发展核武器,但那次会谈让他认识到,他可以在核能领域取得巨大的成就,从而改变了他的想法。曼哈顿项目的总指挥,格罗夫斯少校对奥本海默一见钟情,直接任命他为这个新成立的核武研究所的所长。

奥本海默决定在新墨西哥州赫梅斯山西的一个叫洛斯·阿拉莫斯的地方建立一个新的试验场,在那里,他完成了他毕生的梦想,那就是把他最热爱的两个东西,一个是科学,一个是山,然后,他开始招募人手。

奥本海默在短短几个月的时间里,便从国内招募到了一百多位科学家,包括费米,汉斯·贝蒂,以及劳伦斯和爱德华·特勒泰勒,拉姆赛,H.康普顿),诺贝尔奖得主云集于此,他们代表着美国最顶尖的学术水准,就算是在剑桥、卡文迪什、柏林、哥廷根、普林斯顿,也没有如此之多的人才汇聚于此。格罗夫斯将军常说这是“历史上最大的一批金子”。

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奥本海默描述道:“几乎所有人都认识到了这项伟大的任务,也几乎所有人都明白,这是一个利用基础科学知识和技术,为国效力的绝佳机会,奉献精神和爱国热情终于战胜了一切,受到邀请的大部分科学家,都在洛斯·阿拉莫斯大学。”

奥本海默一开始就任命费米带领一个为获取铀235而建造核反应堆的团队;由劳伦斯负责建立与自然铀中的U-235 (U-235含量为0)。当 U-235很容易发生分裂时,7%);用气相扩散方法制造浓缩铀235的任务交给尤里;为了尽快弄到炸药,他采取了三种方法。曼哈顿项目的总成本高达二十亿美元,这种情况只发生在20世纪,也只发生在苏联修建了金字塔,修建了白海运河,这是一种前所未有的技术。

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二战末期,曼哈顿项目花费的资金比美国所有的汽车产业加起来还要多。在奥本海默的带领下,该实验室拥有丰富的科技储备,良好的工作人员,令人印象深刻,并以其卓越的才能和沉着的面容主持大局。

特勒曾经说:"奥本海默可能是我所见到的最出色的实验室负责人,他有着敏锐的思维,能够理解实验室中所有的重大发明,并且具有一种在物理学家中罕见的独特的洞察力。汉斯·贝特称赞道:“他对实验室中发生的所有事都了如指掌,无论是化学、理论物理学还是机械工程。他能把所有的一切都记在心里,而且能把它们融会贯通,当他和别人说话的时候,他总是告诉别人,您的工作对我们的事业很重要,在洛斯·阿拉莫斯,他从来不会让别人觉得低人一等。”

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身为实验室负责人,奥本海默展现出无人能及的领导才能,得到了所有与他一起工作过的科学家们的拥护,使得核武器的研发得以成功。

1945年七月,一个被命名为“三位一体”的内部爆炸项目被充分执行,测试是在七月十六日早晨5:30在洛斯·阿拉莫斯20米远的霍尔纳多进行的。有人这样形容10 mile所见的壮丽景象:“爆炸发生的瞬间,震撼人心的一幕就是一片耀眼夺目的光芒,整片天空都闪耀着不可思议的光芒,看上去就像是一个明亮的、底部向下的、黄色的半球形,就像一轮刚刚升起的太阳。5分钟后,他们听到了一声巨响,就像是从100米外传来的炮弹开火一样,这是全世界最优秀的科学家花了五年时间才完成的。

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费米曾经抛下一张小纸,根据这张纸飞出的距离,他很快判断出这颗炸弹的当量为2x104 tTNT左右。爆炸发生的地方,那座高达百英尺的铁塔已经消失不见,恐怖的高温将方圆八百米的沙子都融化成了玻璃状,这是一个真正的核弹时代。

奥本海用一种诙谐的口吻说道:“我现在是死神,是这个世界的破坏者。随着这个令人震惊的消息,这个理论物理学家的名字也将被写进历史书中。研发原子弹,是一件涉及到数学、物理、化学和工程技术等多个学科的复杂工程,是人类历史上第一次大兵团作战,集体攻克科学难题的典范,其所积累的经验,为后来的人造卫星登月计划等提供了有用的参考。

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这一宏伟工程的成功实施离不开奥本海默的辛勤工作,他于1946年获得了“原子弹之父”的称号,并在此期间获得了“美国国会奖章”的荣誉。

大学校长

普林斯顿高级研究所成立于1932年,它的创始人是哈佛大学的一位教授、一位巨富,他为该研究所提供了一笔资金。在他的最初计划中,这个研究所的成员都是一群见多识广、各自为政的学者,每个人都在做着自己的研究,不需要任何导师,不需要任何汇报,也不需要任何考核,只需要在每四个星期的中午十二点半到下午四点之间,进行一场“午间报告”,而这场“午间报告”,也吸引了不少人,包括普林斯顿大学的学生。

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自1947年以来,奥本海默一直担任普林斯顿高级研究所的所长,并于1966年离职,担任了19年。那时候的高等研究院,是全球最顶尖的理论研究机构,从它成立到现在,已经有不少诺贝尔奖得主在那里担任过研究员,而与诺贝尔奖并列的菲尔兹奖,有一大半的人都是来自于这个机构。作为一个真正意义上的“学人社会”,“高等研究院”在当时众多的高校、学术组织中,的确是独树一帜。

在普通人眼中,这是一种近乎神秘的存在,不仅充满了活力,还受到了人们的尊敬和崇拜。奥本海默以其过人的管理能力,将研究所经营的井井有条,与冯·诺伊曼、哥德尔等“下属”打成一片,让他们在普林斯顿做客,与他们的关系也变得非常亲密。奥本海默在研究所内招收了大量的年轻科学家,他们的工作时间被限定在了研究所内,并且从世界各地聘请了大量的访问学者,这不仅让研究所内的学术氛围得到了很大的改善,更是让研究所变成了一个“学者乐园”,拥有了更多的国际影响力。

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作为普林斯顿高级研究院的院长,奥本海默写过很多书,也是一个很有人格魅力的演说家。他常常以一种特殊的语言来表达自己的思想,让那些有幸听过他讲话的人,都能从他的话语中得到启发和启发。他的报道经常得到热烈的喝彩,很明显,这些喝彩声既是对他所遭受的不公正待遇的一种同情,也是一种愤怒。

直到9年后,奥本海默才得到公平对待。1963年11月,美国肯尼迪宣布,奥本海默获得恩里克·费米奖的提名,并向公众宣布,奥本海默将获得公众认可。肯尼迪就在那一天被暗杀,而约翰逊也遵守了诺言,但并没有把奥本海默号上的安全许可归还。一九六七年二月十八日,这位量子理论的开创者,曼哈顿计划的第一人,因为咽喉癌,于美国普林斯顿大学逝世,其生前的亲朋好友,以及众多科学家,为其举办了一场盛大的葬礼。

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