奧本海默的悲劇，全人類的命運 | 袁嵐峰

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導讀：奧本海默當初制造核武器的時候，為了盡快結(jié)束戰(zhàn)爭竭盡心力，見到它的毀滅性后又積極投身反戰(zhàn)運動，這充分反映了知識分子的良心。然而，最具有諷刺意味的是，迄今為止唯一的核戰(zhàn)爭受害者日本，最近肆無忌憚地往海里排核污水，又成了全世界最大的核污染源。

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大家好，我是中國科學技術(shù)大學袁嵐峰。最近電影《奧本海默》上映，很高興有這樣一部以科學家為主題的電影引起公眾熱議。

羅伯特·奧本海默（Julius Robert Oppenheimer，1904 — 1967）在科學家中是公眾知名度非常高的，——至少比大多數(shù)諾貝爾獎獲得者高。大家都知道他是曼哈頓計劃的組織者、原子彈之父，堪稱改變世界的人物。我以前也看過不少相關(guān)的資料（開玩笑地說，其中包括不少“黑歷史”），所以下面，就來給大家介紹一些背景。雖然不敢說，了解這些你就成為了奧本海默專家，但至少可以說，你對奧本海默的了解就超過了90%的人！

奧本海默

從科學界的視角看來，一個最基本的問題是，奧本海默對科學的貢獻有多大？

答案相當?shù)奈⒚睿汉艽?，但沒有他的公眾名聲那么大?；蛘哒f，奧本海默對研發(fā)原子彈的貢獻遠超過他對科學本身的貢獻。一個基本點是，奧本海默沒有得過諾貝爾獎。我們可以造個梗：連諾貝爾獎都沒得，對科學的貢獻又能大到哪里去呢？

當然這是玩笑話，下面我們來講干貨。奧本海默對科學最大的貢獻之一，叫做玻恩-奧本海默近似（Born-Oppenheimer approximation），這是我們處理原子分子體系時基本的出發(fā)點之一。其實，這就是我的專業(yè)領(lǐng)域“理論與計算化學”中的一個基本近似。

這個近似的背景是，用量子力學來處理原子核與電子組成的體系時，精確的方法是解一個多變量微分方程，其中原子核和電子的坐標全都交織在一起，但這樣的方程太困難，簡直沒法解。好比你要預測太陽系中所有天體的運動，但其中有太陽、八大行星和數(shù)不勝數(shù)的小行星，所有這些天體互相之間都有萬有引力，你怎么算得過來？

太陽系

一個順理成章的想法是：太陽比行星重得多，所以計算行星的運動時，可以認為太陽是固定在一個地方，而不是跟著行星動。這就大大簡化了計算，把原來幾乎沒法計算的問題變成了可以計算的問題。

玻恩-奧本海默近似其實就是類似的想法：由于原子核比電子重得多，所以對于電子而言，可以認為原子核是不動的。在固定原子核位置的前提下，解一個只包含電子坐標的方程，就容易多了。這個近似是如此的自然、如此的基礎(chǔ)，以至于成了默認設(shè)置，很多人可能都忘了它是個近似。只有少數(shù)情況會突破這個近似，對于這少數(shù)情況需要發(fā)展特別的算法。

一個有趣的問題是，玻恩（Max Born，1882 — 1970）是誰？他是奧本海默的博士導師，德國物理學家，1954年諾貝爾物理學獎獲得者。

玻恩

這就引出一個非常富有奧本海默個人色彩的故事，這個故事來自《楊振寧文集：傳記、演講、隨筆》（華東師范大學出版社1998年出版）。1986年，楊振寧在中國科學技術(shù)大學研究生院演講時，講了“幾位物理學家的故事”。

《楊振寧文集：傳記、演講、隨筆》目錄

我們首先需要知道背景，奧本海默的一大特點是年少成名，恃才傲物。他得到博士學位是在23歲，跟我一樣。

楊振寧說到，奧本海默到了玻恩那兒以后，立刻就引起了人們的注意。大家都知道來了一個高高瘦瘦的美國人，講起話來非常不客氣。奧本海默來后沒多久，有一次去看玻恩。玻恩恰巧寫了一篇文章，把它拿給奧本海默看。他對奧本海默說：“請你拿回去看一看，過兩天再告訴我，你有什么意見。”其實，這篇文章就是玻恩-奧本海默近似。過了兩天，奧本海默把這篇文章還給了玻恩。奧本海默說：“這篇文章寫得非常之好，真是你寫的嗎？”

“這篇文章寫得非常之好，真是你寫的嗎？”

這個故事令我想起我的一位科大少年班師兄，他曾經(jīng)在美國跟一位諾貝爾獎得主、理論物理學大師讀博。這位大師以眼高于頂而著名，但我這位師兄更有個性。據(jù)說他有一次對自己的導師說：“我看了你的文章，比愛因斯坦差遠了！”

關(guān)于奧本海默的才思敏捷，還有一個故事。著名空氣動力學家、錢學森的導師馮·卡門（Theodore von Kármán，1881 — 1963）寫過一個回憶，說愛因斯坦在加州理工學院指導過許多次關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的學術(shù)討論會。

馮·卡門

有一次，愛因斯坦和奧本海默一起主持討論會，參加討論的有許多大科學家。愛因斯坦的論述清澈明了，而奧本海默表達問題的方法太復雜，難于理解。奧本海默在黑板前動作迅速，推導方程式常跳過好幾步，以為聽的人都跟得上。

愛因斯坦接在奧本海默后面登上講臺，然后他說什么呢？愛因斯坦首先表示非常抱歉，說自己比不上奧本海默那樣敏捷，不過他將盡力而為。

愛因斯坦

這個故事在令人大笑之余，馮·卡門的評論發(fā)人深思。他說：愛因斯坦是個思考緩慢的人，但卻是一位淵博的思想家。馮·卡門對奧本海默的評論更是發(fā)人深思：要不是早年父親及時教導我懂得堅韌而深刻的思考的價值，我也可能會滑到小聰明的老路上去了。

是的，這正是當時很多人對奧本海默的看法：大家都公認他聰明絕頂，卻惋惜他沒有做出最重要的發(fā)現(xiàn)。玻恩-奧本海默近似這樣的成果，搞個科學院院士之類的不在話下，但離諾貝爾獎還是有顯著的差距，因為它不是開創(chuàng)一個體系那樣的革命性成就。

《楊振寧文集》里還有一篇文章，標題就叫做“奧本海默的悲劇”。里面說，世界歷史上，像奧本海默那樣，生活充滿了戲劇性（或者說悲劇性）的人物并不多見。他的同輩人曾認為，奧本海默才氣橫溢，卻沒有對物理學做出什么重大貢獻，這更增加了他一生的悲劇色彩。

奧本海默的悲劇

然而，下面是一個重要的然而，楊振寧緊接著就說，這種說法現(xiàn)在已有改變。后來大家發(fā)現(xiàn)，奧本海默最重要的科研成就其實還不是玻恩-奧本海默近似，而是——黑洞。

是的，《三體》、《星際穿越》等科幻作品中經(jīng)常出現(xiàn)的黑洞，最初是奧本海默和他的學生在三十年代提出的，只不過那時還沒有黑洞（black hole）這個名字。他們的論文標題是《論持續(xù)的引力收縮》（On Continued Gravitational Contraction），這其實就是引力無限塌陷會導致黑洞的意思。

《星際穿越》中的黑洞

你也許想問，黑洞這個名字，是什么時候出現(xiàn)的？是在1968年，由美國科學家惠勒（John Archibald Wheeler，1911 — 2008）和他的博士后、意大利科學家Remo Ruffini等人提出的。

惠勒（他自己沒得諾貝爾獎，卻教出了兩位得諾貝爾獎的學生，理查德·費曼和基普·索恩）

2019年，全球科學家通過國際合作拍攝到第一張黑洞照片時，我的同事、科大天文學系袁業(yè)飛教授參與了這個工作，而Remo Ruffini老爺子剛好在科大訪問。于是我們?nèi)俗隽艘粓鰧υ?，老爺子就講了他和惠勒、霍金、栗弗席茲等人研究黑洞的經(jīng)歷。

第一張黑洞照片

讓我們回到奧本海默。楊振寧評論道：非常不幸的是，當1967年他因患癌癥去世時，黑洞的存在在天體物理學中還沒有被大家普遍承認。假如他再多活5年，黑洞就被大家承認了。那將無疑是他一生對純粹科學的貢獻中最重要的。

奧本海默一生最大的貢獻是黑洞

一個有趣的細節(jié)是，在《奧本海默》電影的預告片里，有一段是奧本海默跟曼哈頓工程區(qū)司令格羅夫斯（Leslie Richard Groves，1896 — 1970）將軍對話。格羅夫斯問，你是說，我們的實驗有可能造成世界毀滅？奧本海默回答：這種概率接近于0。然后格羅夫斯說：0才是好的回答（Zero would be nice）。

格羅夫斯

那么，是什么有可能導致世界毀滅呢？在當時，大家擔心的是核裂變永不停止。這個擔心早就被排除了，然而現(xiàn)在我們會擔心另外一件事：粒子對撞造成微型黑洞，然后它不斷擴大，把整個地球吸進去。有趣的是，這也跟奧本海默的工作有關(guān)！

不過解釋一句，黑洞的危險基本也是“接近于0”，因為根據(jù)現(xiàn)在大多數(shù)宇宙學家相信的理論，黑洞并不是只進不出，它會因為“霍金輻射”蒸發(fā)質(zhì)量。

霍金輻射

而霍金輻射的特點是黑洞越小，蒸發(fā)得越快，因此即使加速器能造出微型黑洞，它也會在長大前迅速蒸發(fā)掉，不會對我們造成威脅。

霍金

了解了這些背景，讓我們評價一下奧本海默對科學的整體貢獻。有一個概念值得向大家介紹：朗道分級。

朗道（Lev Davidovich Landau，1908 — 1968）是蘇聯(lián)理論物理學家、1962年諾貝爾物理學獎獲得者，他提出了一種打分方法，給物理學家的成就評級。朗道用的是對數(shù)坐標，每差1就意味著成就相差10倍。

朗道

他把牛頓放在最高，獨一無二的0。然后是愛因斯坦，唯一的一個0.5。然后是幾位量子力學的開創(chuàng)者，玻爾、海森堡、薛定諤、狄拉克等人都是1。至于他自己，朗道很謙虛地只給自己排了個2.5，多年以后才把自己提升到了2。

那么，奧本海默在朗道分級中排在哪一檔呢？很遺憾，我搜來搜去，都沒找到朗道對他有打分。由此可見，奧本海默如果要評的話，應(yīng)該是在2.5以后。

前面我們說了這么多奧本海默在科學方面的悲劇，但實際上這只是依賴于你以什么樣的標準去看而已。假如以愛因斯坦、普朗克這樣學科奠基人的標準去看，那奧本海默對科學的貢獻確實有點不如預期。但如果以對大多數(shù)科學家的標準去看，那奧本海默當然是出類拔萃的，至少能上教科書，這已經(jīng)是不朽了。奧本海默真正的悲劇，是在政治方面。

大家都知道，奧本海默一生最重要的成就是主持曼哈頓計劃，開發(fā)出了原子彈。他自己也非常清楚這意味著什么：人類第一次擁有了毀滅自己的力量。因此，在第一次核試驗的現(xiàn)場，他就想起了《薄伽梵歌》的名言：現(xiàn)在我變成了死神，世界的毀滅者。

第一次核試驗，1945年7月16日于新墨西哥州索科羅縣的托立尼提沙漠舉行，代號Trinity

二戰(zhàn)之后，奧本海默和愛因斯坦等人一道，投身于反戰(zhàn)運動。總之，在大義上，奧本海默是行得正、站得直的。

《時代》雜志1948年11月8日封面人物：羅伯特·奧本海默博士

然而，這正成了他悲劇的來源。奧本海默是個典型的書生，同情左派和共產(chǎn)主義運動，說話又尖酸刻薄，有意無意之間得罪了很多人。在美國五十年代的反共浪潮中，他就成了最著名的受害者之一。

1954年，在有人指控奧本海默為蘇聯(lián)間諜的背景下，美國政府組織了一場對他的聽證會。雖然絕大多數(shù)科學家都堅決支持奧本海默，但聽證會的結(jié)果還是吊銷了他的安全許可，相當于把他以前對國家的貢獻一筆勾銷，他甚至不再能看到自己以前寫的信件。

《楊振寧文集》中寫的奧本海默事件

《楊振寧文集》里，也講了很多這方面的故事。最特別的一個視角是，楊振寧在芝加哥大學的兩位老師都參加了奧本海默聽證會，但他們做出了截然相反的陳述。

第一位是費米（Enrico Fermi，1901 — 1954），1938年諾貝爾物理學獎獲得者。在聽證會上，費米說他很熟悉奧本海默，他認為奧本海默對美國的貢獻非常之大，對美國的安全絕對沒有什么危險。費米非常明確地、直截了當?shù)卣驹趭W本海默一邊，堪稱“鐵肩擔道義”。

費米與奧本海默聽證會

另一位是愛德華·泰勒（Edward Teller，1908 — 2003），美國的氫彈之父。他跟楊振寧的關(guān)系更近，因為他是楊振寧的博士導師。非常遺憾的是，泰勒成了唯一的一位在聽證會上說奧本海默壞話的杰出科學家。他說，他并不知道奧本海默有過任何背叛美國的事情，可是奧本海默的許多決策是他所不能理解的，所以他覺得，假如美國的國防事業(yè)不放在奧本海默手里，會更安全一些。

泰勒與奧本海默聽證會

根據(jù)楊振寧的回憶，這件事對奧本海默和對泰勒都造成了極大的影響。奧本海默在美國政府那里遭到了巨大的打擊，在科學界卻得到了極度的擁護。反之，泰勒遭到了科學界的嚴重鄙視，許多朋友跟他斷交，他后來只剩下了政界、軍界、商界的朋友。

奧本海默事件對奧本海默和泰勒的影響

聽證會后不幾天，泰勒到洛斯阿拉莫斯去，在餐廳里吃早飯時，看到了一個和他很熟的同事克里斯蒂，在戰(zhàn)時他們曾共事多年。泰勒跑過去跟克里斯蒂打招呼，想要握手。克里斯蒂不理他，走到別的地方去了。泰勒后來講，這件事對他和他的夫人都是極大的打擊。這個故事讓我想到，大多數(shù)科學家都是很正直的，至少可以說道德水準高于平均線。

最后，讓我們認真思考核武器引出的道德困境。奧本海默當初制造它的時候，為了盡快結(jié)束戰(zhàn)爭竭盡心力，見到它的毀滅性后又積極投身反戰(zhàn)運動，這充分反映了知識分子的良心。然而，最具有諷刺意味的是，迄今為止唯一的核戰(zhàn)爭受害者日本，最近肆無忌憚地往海里排核污水，又成了全世界最大的核污染源。

日本核污水排海

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作者簡介：袁嵐峰，中國科學技術(shù)大學合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心副研究員，中國科學技術(shù)大學科技傳播系副主任，中國科學院科學傳播研究中心副主任，科技與戰(zhàn)略風云學會會長，安徽省科學技術(shù)協(xié)會常務(wù)委員，中國青少年新媒體協(xié)會常務(wù)理事，中國科普作家協(xié)會理事，入選“典贊·2018科普中國”十大科學傳播人物。

來源: 風云際會（合肥）文化傳播有限公司

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