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前言
羅伯特·奧本海默(1904-1967)是20世紀美國理論物理領域的開拓者,他的研究取得了重要進展。在他還很小的時候,他就已經在伯克利大學建立了一個美國有史以來規模最大、規模最大的理論物理學院,給美國物理學的飛速發展打下了堅實的基礎,因此,他也被選入了國際上最負盛名的10位理論物理學家之一。
他率領“規模空前、規模最大的一批科學家”研發出了世界上首枚原子彈,並因此贏得了“原子彈之父”的美名。二次大戰後,他極力主張對核彈實行國際管制,並極力反對美國發展氫彈,由此引發了奧本海默事件。
同時,他也是一個很有個性的演說家,很愛用自己獨特的語言來表達自己的想法。他在普林斯頓高等研究院擔任了十九年的院長,為普林斯頓在國際上的影響力和影響力,做出了巨大的貢獻。
早年經歷
奧本海默於1904年4月22日生於美國紐約的一個富豪之家,他的父親朱利葉斯·奧本海默,是美國著名的商業巨子,愛好建築、繪畫、音樂;他的母親埃拉,則是一名才華橫溢的藝術家,曾經在巴黎求學,她的優雅和淡淡的憂鬱,成為了奧本海默日後性格的重要組成部分。
奧本海默年幼時曾在紐約道德與文化學院學習,這所學院崇尚高水準的學術水準及開明的見解。奧本海默讀了很多書,從礦物學到柏拉圖。
在此期間,他還在搜集各種顏色不同形狀的石頭。美國自然史博物館的館長就把他收為弟子,十二歲的時候,他就受邀到礦產俱樂部做學術講座。十幾歲的奧本海默接受過完整、正式的培訓,刻苦用功,很容易就成了學校里的佼佼者。
一九二二年,奧本海默到哈佛攻讀化學,在化學課程中,他不僅是數一數二的學生,在物理、東方哲學、希臘文、拉丁文、建築等領域,也有相當的造詣,並模仿媽媽的畫法,寫出先鋒詩篇。當他讀到三年級的時候,他認識了他的老師,柏席·布里奇曼。
布里奇曼曾是一位出色的老師,利用加壓方法生產出了世界上最早的人造鑽石,並憑藉其對加壓物理的貢獻,贏得了1946年諾貝爾物理獎。布里奇曼不僅風度翩翩,風度翩翩,而且博學多才,最重要的是,他在科學哲學方面的見解,使奧本海默着迷。
布里奇曼說,“我們無法理解這個概念的真實意義,除非我們能夠清楚地表明,它是怎樣適用於特定情況的。”奧本海默被 Bridgeman的哲學問題和這些問題在科學實踐中的重要性所深深打動。布里奇曼還因為提出了運籌論而在歷史上留下了自己的名字。
布里奇曼的這一觀點,與維特根斯坦的現代哲學以及邏輯性的實證論完全一致。布里奇曼的理念將奧本海默生命中的文化與科學這兩個層面融為一體,並激勵着奧本海默將物理學視為他畢生追求的事業。
奧本海默事後回憶道,“哈佛對我來說是最令人激動的時光,我真的得到了學習的機會,我愛上了她,而我對理智的熱情也在此蘇醒。”
出國留學
奧本海默在哈佛大學讀書時,正是原子物理學、量子力學等領域有了巨大突破的時候,全球各大知名大學、研究所相繼傳出,物理學家在原子領域有了長足的進步。奧本海默被微觀的神秘所迷住了,並深信在這個領域中他會有很大的成就。
奧本海默於1925年在哈佛完成了四年的學業,並於三年後以最高榮譽畢業於哈佛大學。奧本海默在英國劍橋大學的卡文迪許實驗室(Cavendish Laboratory)的指導下,拿到了布里奇曼(Bridge)的介紹信。
“奧本海默很有魅力,他在很多問題上都有很高的創造力和很高的數學天賦,他的思維方式更像是一種分析性的而不是一種物理學的思維方式,他最大的弱點就是實驗,只要他能得到很好的訓練,他就會獲得很大的成功。”
在劍橋大學,奧本海默的理想是當上歐內斯特·盧瑟福(E.他是曼徹斯特物理學家魯特博福德的弟子。盧瑟福並沒有把布里奇曼的那封信放在心上,也沒有接受奧本海默。”湯姆孫倒是給他開了個先河。奧本海默驚訝於“劍橋大學果然是實驗物理的中心,它的學術水平可以把哈佛的學生一網打盡。”在那裡,奧本海默認識了保羅·狄拉克。
狄拉克和奧本海默一樣,都是一個獨來獨往的人,他喜歡在聖約翰學院一個不起眼的四合院中工作,兩人一見如故。那時狄拉克才二十三歲,並已開始研究量子理論的繁複,而奧本海默才二十一歲,正是野心勃勃、躍躍欲試的年紀,他與狄拉克相識時,奧本海默為了能讀懂但丁的原作而努力苦讀意大利文,奧本海默竟能將詩和物理結合起來,這讓狄拉克感到非常驚奇。
1925年,德國著名的物理學家海森伯格說:“我們不需要去討論一條無形的電子繞着無形的原子運行。”如果他們看不到,他們就毫無意義。”不管被測物質是波粒還是微粒,這都無關緊要。這是一個非常深刻的洞見,但如何能夠用一個有效的方法來表述這些度量?
海森伯的研究是由馬克斯·玻恩(M. Born)在哥廷根大學物理教授的指導下完成的。玻恩提出了一種基於矩陣的測量方法,並將其運用到實驗中,對實驗中出現的各種能態的物理量以及各種能態的發生概率等問題中去。與原子“圖形”相比,矩陣形狀的數行和數列被證實是更為實用的,因此,量子力學也能像經典力學那樣被預言。薛定諤是一位著名的奧地利物理學家。
薛定諤則是這樣想的:“這是一種非常複雜的數學理論,它能將物理世界的一切,都用一張圖來解釋。”在1925年末,他發明了一個新的量子論,這個量子論把微粒和波粒聯繫在一起,從而使微粒的性質變得和波粒一樣。在1926年中期,狄拉克又推出了“量子轉換理論”,這一理論表明,矩陣機械與波動動力學其實是相等的。
奧本海默憑藉豐富的學識和對物理學的敏感,將最難理解的概念融會貫通,並在此期間與狄拉克頻繁溝通,專註於量子力學上的新發現。奧本海默在一九二五年五月出版了一批文章。他對量子隧穿現象進行了描述,並以《論旋震光帶的量子理論》、《論二體問題的量子理論》等兩篇重要的文章刊登在了劍橋大學最受歡迎的《哲學會刊》上,從此,奧本海默的聲望也隨之水漲船高。
玻恩對這些論文很感興趣,於是在1926年,奧本海默應玻恩的邀請,前往哥廷根大學學習,那裡是德國的科技中心。在哥廷根大學期間,奧本海默在理論物理方面的造詣突飛猛進,為量子力學開闢了一條新的道路,其博士學位論文《論連續光譜的量子理論》被刊登在德文《物理雜誌》的權威期刊上,得到了玻恩的高度評價。
與此同時,奧本海默和玻恩共同開發了一套完整的量子理論,並給出了其量子特性的精確刻畫,被稱為"玻恩-奧本海默計算",具有深遠的意義。奧本海默在哥廷根與尼爾斯·玻爾,海森伯,費米等人交手後,突然發覺自己已經站在了這些巨人的身邊。
量子力學是一個新的,變化很快的科學,只要你能理解它的複雜度,熟悉它的最新進展,你就能取得成功。從1926到1929年,他共發表了十六篇關於量子物理的論文,其中有六篇德文論文,對量子物理做出了重大的貢獻,玻恩-奧本海默逼近理論至今仍是量子物理的核心理論。
1927年,奧本海默在哥廷根大學取得了優秀的博士學位,並訪問了歐洲各大研究所,訪問了許多著名的理論物理學家,並與荷蘭萊頓的厄任菲斯特成為了好朋友,並與蘇黎世科技大學的著名量子力學專家沃爾夫岡·保羅(WolfgangPauli)泡利(WolfgangPauli)一起討論量子物理學的前沿課題。
創造學校
奧本海默於1929年返回美國,哈佛和帕薩迪納新建的加州技術學院都曾向他發出過邀請,但他對伯克利的加州大學尤其感興趣。奧本海默曾對一位朋友說過,當他還在歐洲做研究時,他曾夢想着在美國創建一個龐大的理論物理學院,而當時美國的理論物理領域仍然是“一片荒漠”。
回國後,他廣收賢才,於美國伯克利與加州理工兩地兼課,致力於美國新一代理論物理學家的發展。奧本海默機靈機靈,過目不忘,聰慧過人。他在學術上的造詣和組織上的才能,短短數年之內,便在伯克利與加州建立起了一個理論物理學的大學校,與哥廷根、劍橋、哥本哈根等大學齊名,並對美國理論物理學的發展起到了極其重要的作用。
奧本海默不僅僅是在做自己的研究,更是在給學生們上課。這個又高又瘦,長着一雙冰冷的藍色眼睛,酷愛吸煙的男人,搖身一變,成為一名個性鮮明的教師,並迅速吸引了四面八方的學生。20世紀30年代,當時美國正在經歷一場“大衰退”,大批難民為了躲避歐洲不斷惡化的政治環境而來到美國,他的弟子包括14歲、天賦異稟的俄克拉何馬樹林少年羅西·洛馬尼茨、猶他州一名貨車司機哈特蘭德·斯尼德、以及德國猶太人、達豪集中營越獄、紐約一名海港工人、受其影響而成為頂尖物理學家的彼得斯。
通過和學生們的相處,奧本海默發掘出了自己的領導才能,他接受的是一種優秀的教育,這使得他有了獨特的想法,同時也是一種引領潮流的先鋒。同時,他對量子理論做出了開拓性的貢獻,並與狄拉克、海森伯等人建立了深厚的友誼,這些都為他開啟了一扇又一扇友誼之門。在密歇根,他曾和費米進行過有關核輻射的研究;在哥倫比亞,他會見了被放逐的匈牙利科學家裡奧·西拉德,齊拉特;他見到了愛因斯坦,見到了尼爾斯·玻爾、普林斯頓的高級研究所。
隨着歐洲精英猶太科學家從哥廷根、柏林遷出,普林斯頓(Principle University of Principles)高等研究院(Principle Institute)很快就成了理論物理學研究的中心。奧本海默的學識讓他可以和其他的專家談笑風生,他並不只是致力於理論物理學,而是在很多方面都表現出了極大的興趣,他把自己的工作重心從亞原子轉移到了宇宙學。在1939年,奧本海默和他的弟子哈特蘭德·斯尼德共同出版了一份名為《論持續的引力塌陷》的報告,報告指出,在宇宙中,光線在靠近大型天體的時候,會被扭曲。
根據奧本海默與斯尼德的理論,當一顆燃燒殆盡的星球受到自己的重力而崩潰時,太空會產生一種極強的彎曲,因此,從星球表面射出的光線會被反射到星球內部,從而使星球與外界完全隔離,從而產生一個“視界”,在這個“視界”之內,沒有什麼能逃過其強大的重力。根據愛因斯坦的理論,時間是一維的,也就是說,它會在“視界”的另一端消失,形成一個“時空奇點”。
這個理論一直到1960年代才以“黑洞”的名字出現,但是奧本海默並沒有對視界範圍內的恆星的情況進行更深入的研究,四十年後史蒂芬·霍金(在視界內引入了量子重力,使得這個工作成為一個非常有意思的天文物理問題。
傑出的曼哈頓項目組織者
德國化學家哈恩是一位非常有前途的科學家。哈恩)以及斯特拉斯曼(F。斯特拉斯曼等人發現了核子裂變,即在裂變時,核子會釋放出大量能量。一九四○年二月,美國政府制訂了「曼哈頓項目」,以爭取製造核彈。
一九四一年十月二十一日,在斯克內克塔迪舉行的一次大會上,奧本海默被邀請出席,當時奧本海默只有三十七歲,卻已經成為了一名出色的理論物理學家。
奧本海默起初並不贊成發展核武器,但那次會談讓他認識到,他可以在核能領域取得巨大的成就,從而改變了他的想法。曼哈頓項目的總指揮,格羅夫斯少校對奧本海默一見鍾情,直接任命他為這個新成立的核武研究所的所長。
奧本海默決定在新墨西哥州赫梅斯山西的一個叫洛斯·阿拉莫斯的地方建立一個新的試驗場,在那裡,他完成了他畢生的夢想,那就是把他最熱愛的兩個東西,一個是科學,一個是山,然後,他開始招募人手。
奧本海默在短短几個月的時間裡,便從國內招募到了一百多位科學家,包括費米,漢斯·貝蒂,以及勞倫斯和愛德華·特勒。泰勒,拉姆賽,H.康普頓),諾貝爾獎得主雲集於此,他們代表着美國最頂尖的學術水準,就算是在劍橋、卡文迪什、柏林、哥廷根、普林斯頓,也沒有如此之多的人才匯聚於此。格羅夫斯將軍常說這是“歷史上最大的一批金子”。
奧本海默描述道:“幾乎所有人都認識到了這項偉大的任務,也幾乎所有人都明白,這是一個利用基礎科學知識和技術,為國效力的絕佳機會,奉獻精神和愛國熱情終於戰勝了一切,受到邀請的大部分科學家,都在洛斯·阿拉莫斯大學。”
奧本海默一開始就任命費米帶領一個為獲取鈾235而建造核反應堆的團隊;由勞倫斯負責建立與自然鈾中的U-235 (U-235含量為0)。當 U-235很容易發生分裂時,7%);用氣相擴散方法製造濃縮鈾235的任務交給尤里;為了儘快弄到炸藥,他採取了三種方法。曼哈頓項目的總成本高達二十億美元,這種情況只發生在20世紀,也只發生在蘇聯修建了金字塔,修建了白海運河,這是一種前所未有的技術。
到二戰末期,曼哈頓項目花費的資金比美國所有的汽車產業加起來還要多。在奧本海默的帶領下,該實驗室擁有豐富的科技儲備,良好的工作人員,令人印象深刻,並以其卓越的才能和沉着的面容主持大局。
特勒曾經說:"奧本海默可能是我所見到的最出色的實驗室負責人,他有着敏銳的思維,能夠理解實驗室中所有的重大發明,並且具有一種在物理學家中罕見的獨特的洞察力。漢斯·貝特稱讚道:“他對實驗室中發生的所有事都了如指掌,無論是化學、理論物理學還是機械工程。他能把所有的一切都記在心裡,而且能把它們融會貫通,當他和別人說話的時候,他總是告訴別人,您的工作對我們的事業很重要,在洛斯·阿拉莫斯,他從來不會讓別人覺得低人一等。”
身為實驗室負責人,奧本海默展現出無人能及的領導才能,得到了所有與他一起工作過的科學家們的擁護,使得核武器的研發得以成功。
1945年七月,一個被命名為“三位一體”的內部爆炸項目被充分執行,測試是在七月十六日早晨5:30在洛斯·阿拉莫斯20米遠的霍爾納多進行的。有人這樣形容10 mile所見的壯麗景象:“爆炸發生的瞬間,震撼人心的一幕就是一片耀眼奪目的光芒,整片天空都閃耀着不可思議的光芒,看上去就像是一個明亮的、底部向下的、黃色的半球形,就像一輪剛剛升起的太陽。5分鐘後,他們聽到了一聲巨響,就像是從100米外傳來的炮彈開火一樣,這是全世界最優秀的科學家花了五年時間才完成的。
費米曾經拋下一張小紙,根據這張紙飛出的距離,他很快判斷出這顆炸彈的當量為2x104 tTNT左右。爆炸發生的地方,那座高達百英尺的鐵塔已經消失不見,恐怖的高溫將方圓八百米的沙子都融化成了玻璃狀,這是一個真正的核彈時代。
奧本海用一種詼諧的口吻說道:“我現在是死神,是這個世界的破壞者。隨着這個令人震驚的消息,這個理論物理學家的名字也將被寫進歷史書中。研發原子彈,是一件涉及到數學、物理、化學和工程技術等多個學科的複雜工程,是人類歷史上第一次大兵團作戰,集體攻克科學難題的典範,其所積累的經驗,為後來的人造衛星、登月計劃等提供了有用的參考。
這一宏偉工程的成功實施離不開奧本海默的辛勤工作,他於1946年獲得了“原子彈之父”的稱號,並在此期間獲得了“美國國會獎章”的榮譽。
大學校長
普林斯頓高級研究所成立於1932年,它的創始人是哈佛大學的一位教授、一位巨富,他為該研究所提供了一筆資金。在他的最初計劃中,這個研究所的成員都是一群見多識廣、各自為政的學者,每個人都在做着自己的研究,不需要任何導師,不需要任何彙報,也不需要任何考核,只需要在每四個星期的中午十二點半到下午四點之間,進行一場“午間報告”,而這場“午間報告”,也吸引了不少人,包括普林斯頓大學的學生。
自1947年以來,奧本海默一直擔任普林斯頓高級研究所的所長,並於1966年離職,擔任了19年。那時候的高等研究院,是全球最頂尖的理論研究機構,從它成立到現在,已經有不少諾貝爾獎得主在那裡擔任過研究員,而與諾貝爾獎並列的菲爾茲獎,有一大半的人都是來自於這個機構。作為一個真正意義上的“學人社會”,“高等研究院”在當時眾多的高校、學術組織中,的確是獨樹一幟。
在普通人眼中,這是一種近乎神秘的存在,不僅充滿了活力,還受到了人們的尊敬和崇拜。奧本海默以其過人的管理能力,將研究所經營的井井有條,與馮·諾伊曼、哥德爾等“下屬”打成一片,讓他們在普林斯頓做客,與他們的關係也變得非常親密。奧本海默在研究所內招收了大量的年輕科學家,他們的工作時間被限定在了研究所內,並且從世界各地聘請了大量的訪問學者,這不僅讓研究所內的學術氛圍得到了很大的改善,更是讓研究所變成了一個“學者樂園”,擁有了更多的國際影響力。
作為普林斯頓高級研究院的院長,奧本海默寫過很多書,也是一個很有人格魅力的演說家。他常常以一種特殊的語言來表達自己的思想,讓那些有幸聽過他講話的人,都能從他的話語中得到啟發和啟發。他的報道經常得到熱烈的喝彩,很明顯,這些喝彩聲既是對他所遭受的不公正待遇的一種同情,也是一種憤怒。
直到9年後,奧本海默才得到公平對待。1963年11月,美國肯尼迪宣布,奧本海默獲得恩里克·費米獎的提名,並向公眾宣布,奧本海默將獲得公眾認可。肯尼迪就在那一天被暗殺,而約翰遜也遵守了諾言,但並沒有把奧本海默號上的安全許可歸還。一九六七年二月十八日,這位量子理論的開創者,曼哈頓計劃的第一人,因為咽喉癌,於美國普林斯頓大學逝世,其生前的親朋好友,以及眾多科學家,為其舉辦了一場盛大的葬禮。