罗伯特·奥本海默；美国原子弹之父；摘要：奥本海默是世界著名的理论物理学家，本文通过；关键词：奥本海默，量子力学，黑洞概念，曼哈顿计划；中图分类号：文献标识码：A文章编号：1000－0；罗伯特·奥本海默（RobortOppenheim；1伟人的初期经历；罗伯特·奥本海默（RobortOppenheim；童年的奥本海默就读于纽约伦理文化学校；该校推崇高；1922

罗伯特·奥本海默

美国原子弹之父

摘 要：奥本海默是世界著名的理论物理学家，本文通过他在量子力学、黑洞理论方面所作的贡献，及其他对20世纪30年代美国物理学的迅速崛起所起的作用，来展现作为杰出理论物理学家的形象；他成功地领导了美国第一颗原子弹的研制工作，却竭力阻止氢弹研制而酿成著名的"奥本海默案件"；进一步揭示了科学给科学家所带来的"自豪与道德"之间的良心冲突．

关键词：奥本海默，量子力学，黑洞概念，曼哈顿计划，奥本海默案件

中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1000－010812

罗伯特·奥本海默（Robort Oppenheimer），是20世纪美国著名的理论物理学先驱，年轻时，就为早期量子力学的发展做出了开创性的贡献，并显示出非凡的才能；三十多岁时，就在伯克利创立了美国历史上从未有过的庞大的理论物理学学派，为美国物理学的迅速崛起留下了个人深刻的印记，使他当之无愧地进入世界著名的十大理论物理学家之列．他领导着"史无前例的最庞大的科学家组织"，研制成功世界上第一颗原子弹，为他获得了"原子弹之父"的美誉．二次大战后，他积极倡导原子弹的国际控制，竭力阻止美国研制氢弹，从而酿成了著名的"奥本海默案件"．同时，他还是一位极具性格魅力的演讲者，他用独特的表达方式阐明自己的真知灼见．他担任普林斯顿高等研究院院长长达19年之久，为保持普林斯顿世界瞩目的明星地位作出了不可磨灭的贡献．

1 伟人的初期经历

罗伯特·奥本海默（Robort Oppenheimer 1904-1967）祖籍是德国犹太人，后移居美国，1904年4月22日，奥本海默出生在美国纽约一个富有的家庭，这个家庭己摒弃了传统的文化和宗教，并致力于成为美国富豪．他的父亲朱利叶斯·奥本海默（Julius Opperheimer）是美国有名的企业家，并喜欢建筑、绘画和音乐；母亲埃拉（Ella）是一位颇有天赋的画家，曾留学巴黎．她那惊人的美貌、高雅而又有点忧伤的性格，对奥本海默后来的性格形成产生了不可忽视的影响．

童年的奥本海默就读于纽约伦理文化学校；该校推崇高水平的学术标准和自由的观点．奥本海默开始广泛地阅读从矿物学到柏拉图的大量书籍．他特别喜欢爱略特（T．S．Eliot）的离群索居的、忧伤的作品．并同时开始收集大量五颜六色、形状各异的岩石标本．在小学五年级时，美国自然历史博物馆馆长就接受他为自己的学生，12岁时就被邀请到矿物俱乐部去作学术报告．少年的奥本海默受到全面正规的训练，通过他的勤奋努力，使他轻而易举地成为全校有名的高材生．

1922年，奥本海默进入哈佛大学学习化学，除了在化学课上名列前茅外，他还在物理、东方哲学、古希腊文和拉丁文以及建筑学等方面颇为杰出，他还仿效母亲学习绘画和创作先锋派诗歌，当他进入三年级时遇到了导师柏席·布里奇曼（Percy Bridgman），布里奇曼是一名优秀的教师．他计划使用压力法制造出第一批人造钻石，后来因在高压物理学方面的研究而获得了1946年度诺贝尔物理学奖．布里奇曼除了具有优雅的性情和富有魅力的气质外，还具有广泛的知识面，他对科学哲学的理解深深地吸引了奥本海默，布里奇曼认为，"如果不能明确地指出一个概念是如何被应用于具体情形的话，我们就不了解这个概念的真正含义"；布里奇曼所提出的哲学问题以及它们对于科学实践的意义给奥本海默留下了很深的印象；他所提出的操作主义（operationalism）而使他名垂青史．布里奇曼的这种思想与最新的维

特根斯坦（Wittgenstein）哲学和逻辑实证主义哲学十分吻合．布里奇曼的思想似乎融合了奥本海默生活的两个方面--文化和科学．这促使奥本海默立志把物理学作为自己一生为之奋斗的目标．他回忆说："在哈佛是我一生中最兴奋的时代，我确实有机会学习，我爱她，并且我的理性激情开始在这里觉醒．"

2 游学欧洲

正在这一时期，原子物理和量子理论取得了突破性的进展，世界各国的一些著名大学、研究所纷纷传出了物理学家们探索原子世界取得重大进展的消息，微观世界的奥秘深深地吸引了奥本海默，他坚信自己能在这一领域大有作为．

1925年，奥本海默用三年时间修完四年课程，并以最优异的成绩从哈佛毕业．奥本海默带着他的导师布里奇曼的推荐信准备去世界著名的科学中心英国剑桥卡文迪许实验室学习．推荐信中写道："奥本海默具有十分惊人的吸引力，他在研究问题的许多方面表现出处理上的高度创造性和高超的数学才能，他的思想是分析型的而不是物理型的，他的弱点在实验方面，如果他能在这方面接受到好的训练必将取得非凡的成功"．在剑桥，奥本海默希望能成为欧内斯特·卢瑟福（E．Ruttbborford）的学生，这位曼彻斯特的物理学家1919年到剑桥接替的J．J汤姆逊（J．J．Thomson）领导卡文迪许实验室，卢瑟福对布里奇曼的信并不重视，而且也没有收下奥本海默，但年迈的J．J汤姆逊在卡文迪许实验室破例收下他，奥本海默惊奇地发现："剑桥在实验方面确实是世界物理学中心，这里的学术水准能一下子挖走哈佛所有的人"．

在剑桥，奥本海默结识了比他大两岁的保罗·狄拉克（P．Dirac），狄拉克有着和奥本海默相似的孤僻性格，喜欢躲在圣约翰学院的一幢不起眼的四方院里工作，且奥本海默有着卓越的思想，他们两人从一开始就十分投缘．此时，狄拉克刚刚23岁，他已经开始正在经历着复杂转变的量子理论方面从事重要工作．奥本海默只有21岁，正处于雄心勃勃、跃跃欲试的年龄，认识狄拉克的时候，奥本海默正在加紧学习意大利语以便能够阅读原文的但丁（Dante）作品，狄拉克对奥本海默能使诗歌与物理学并行不悖深感惊讶．

1925年，德国天才物理学家海森伯（W．Heisenberg）认为："没有必要讨论一个看不见的电子轨道环绕着一个看不见的原子．如果它们是看不见的，那么它们就是没有意义的．"被测量的物质被认为是波还是粒子并不重要，测量的结果取决于它们是如何进行的．这个见解十分精辟，但是怎样才能用一种有效的方式表达这些测量结果呢？海森伯的工作受到了哥廷根大学的物理学教授玻恩（Max Born）的关注．玻恩建议可以通过矩阵形的数字行与列进行测量．然后应用矩阵理论就可以预测物理变量的值和不同能量状态的数学概率．事实证明这些矩形的数字行与列比原子的"图形"更有用，使量子力学可以用与古典力学相似的方式进行预测．奥地利物理学家薛定谔（E．Schr?dinger）却认为：这充满数学复杂性的理论，可以用图形来说明物质世界的任何一个方面．到1925年底他提出了一种新的量子理论，形象地形容粒子具有相关的波．该粒子的特性可以从它的既像粒子又像波的本质中得出．1926年年中，狄拉克提出了第三种理论："量子变换论．"该理论显示矩阵力学和波动力学实际上在数学上是等同的．

奥本海默依靠广泛的知识阅历和敏锐的物理头脑掌握着最复杂的概念，并开始潜心钻研量子理论的最新发现，同时经常与狄拉克进行交流．到1925年5月，奥本海默已经发表了一系列论文，他描述了量子隧道效应，写成了《论旋震光带的量子理论》和《论二体问题的量子理论》两篇重要论文在剑桥著名的杂志《哲学会刊》上发表，奥本海默开始在这一领域展露头角．

这些文章给马克斯·玻恩留下了深刻的印象，1926年，受马克斯·玻恩之邀，奥本海默转赴德国科学中心哥廷根大学．在哥廷根大学，奥本海默理论物理学水平得到了长足的提高，并大大地开拓了量子力学的疆界，他杰出的博士论文《论连续光谱的量子理论》，在权

威性的德文《物理杂志》上发表，玻恩给出了高度的赞扬．同时，奥本海默与玻恩一起合作研究出分子的量子理论，他对分子的量子性质给出了恰当的描述，这一方法被公认为"玻恩-奥本海默计算法"，这是一项重要而持久的贡献．在哥廷根，奥本海默得以与尼尔斯·玻尔、海森伯和费米等人进行切磋，他猛然意识到自己已与巨人们并肩同行．量子力学是一门崭新的、日新月异的学科，任何能掌握其复杂性并熟知其最新发展的人都可能有所成就．在1926－1929年间，他发表了16篇量子力学方面的文章（包括6篇用德文写的文章），做出了几项重要贡献．其中"玻恩-奥本海默近似法"时至今日依然是量子力学的中心概念之一． 1927年，奥本海默以优异的成绩获得哥廷根大学博士学位，然后他游历欧洲的主要研究中心和拜访理论物理学界的名流，他到荷兰的莱顿和厄任菲斯特（Paul Ehrenfest）接下了深厚的友谊；同时在苏黎世工业大学和伟大的量子理论权威泡利（Wolfgang Pauli）共同探讨量子理论的最新问题．

3 创建学派

1929年，奥本海默回到美国，哈佛向他提供了工作，在帕萨迪纳新成立的生气勃勃的加州理工学院也为他提供工作，但伯克利的加州大学却特别引起他的兴趣．罗伯特·奥本海默早在欧洲研究时就告诉他的一位朋友，他梦想在美国建立一个理论物理学的巨大学派，但此时美国在理论物理学方面是"一片荒漠"．回到美国后，他四处收罗人才，并同时在伯克利和加州理工学院两处任教，为培养美国下一代理论物理学家竭尽全力．奥本海默是头脑最敏捷的人，具有铁的记忆力，才华横溢．由于他的学术水平和组织天才，在几年时间内，就使伯克利和加州在理论物理学方面形成了一个可以同哥廷根大学、剑桥大学和哥本哈根大学相媲美的庞大的理论物理学派，这一学派对美国理论物理学的发展产生了极为深远的影响． 奥本海默不但继续他的研究，同时还进行着富有成效的教学；这个高高瘦瘦的、有着冷冰冰的蓝眼睛、爱抽烟的人成了一位极具性格魁力的老师；他很快吸引了来自四面八方的学生．20世纪30年代，美国正陷入"经济大萧条"，大量的难民逃离欧洲日趋恶化的政治气氛到美国，他的学生有来自俄克拉何马森林的14岁的天才少年洛马尼兹（Rossi Lomanitz）；有曾在犹他州做过卡车司机的哈特兰德·斯尼德（Hartland Snyder）；有从达豪集中营逃出，在纽约当过港口工人的德国犹太人彼得斯（Bernard Peters）；这些人以及许多其他人在他的启发和指导下都成了一流的物理学家．在与学生共处的过程中，奥本海默发现了自己身上从未发现过的领导素质，他曾受到的精英教育使他的思想独树一帜，并能在前沿引导着人们． 与此同时，他在量子力学方面的开创性贡献以及他与狄拉克和海森堡等人的友情，为他打开了许多友谊之门．在密歇根大学，他与费米（E．Fermi）讨论辐射问题；在哥伦比亚大学，他与匈牙利流亡科学家齐拉特（Leo Szilard）会面；在普林斯顿大学的高等研究院，他与爱因斯坦及来访的尼尔斯·玻尔相约．由于欧洲犹太科学家的精英纷纷逃离哥廷根和柏林，新成立的普林斯顿高等研究院迅速崛起而成为理论物理的研究中心．奥本海默的知识使他足以与专家们触膝对话．奥本海默不仅为理论物理竭尽辛劳，而且对各个领域都有广泛的兴趣，他从亚原子物理转向了宇宙论；1939年，与哈特兰德·斯尼德合作发表了题为"论持续的引力塌陷"的论文，这篇论文表明当光接近宇宙中的大的物体时会发生弯曲．

30年代后期，苏联理论物理学家列夫·朗道（D．Landau）曾经为恒星如何得到使自己发热的能量问题感到迷惑；他设计过一种机制，在恒星譬如太阳的中心，也许有一个尺度为十或二十公里，质量大约为太阳质量十分之一的中子星；而太阳的气体逐渐落到这个中子星上去，这种沉落会产生使太阳发热的热量．他自己思索并与合作者讨论中揣摩这些思想．由于朗道30年代早期在德国生活了很久，并在那里研究物理学，尽管他是一名犹太人，他仍然受到政府的怀疑，并被某些苏联物理学家控告为德国间谍．朗道急中生智，他把写好的一份手稿给哥本哈根的玻尔，其中包括太阳是由在它中心的中子核来维持发热的思想．他还附了一封信要求说，如果玻尔认为这是一个好思想，就请他转给《自然》发表．玻尔知道朗道

是企图躲过牢狱之灾，并给苏联《消息报》写了一份热情洋溢的赞扬信，可惜不管用．朗道在监牢里待了一年而且几乎丧命．

在朗道系狱期间，奥本海默从朗道关于恒星获得热量来源的理论中发现了一个漏洞，并准备在《物理学评论》上发表了一篇文章把朗道的思想粉碎．但是他并不知道那篇文章是朗道企图用来逃避牢狱之灾的．这也成为奥本海默和他的学生哈特兰德·斯尼德获致黑洞理论努力的契机．奥本海默和斯尼德认为，当一个燃尽了的恒星在自身引力的作用下塌陷时，空间将以很深的曲度变弯，从恒星表面散发出来的光将会被折回恒星的内部，这样恒星内部发生的一切都与外边的世界隔绝开来，一种单向的"视界"将会形成，"视界"内部任何东西都无法逃脱它巨大的引力．按照爱因斯坦的广义相对论，时间是空间的一维，这就意味着同空间一样，时间也会在视界的另一侧消失"时空奇点"，无限的引力把一切都压缩到有限的密度；空间、时间和辐射都掉进"视界"里消失殆尽．奥本海默和斯尼德提出的爱因斯坦的磁场方程式的解，公然挑战了所有专家的宇宙论观点．这一理论直到20世纪60年代才被命名为"黑洞"，但奥本海默没有进一步考虑在视界之内恒星会发生什么问题；40年后，史蒂芬·霍金（S．Hawkins）把量子引力引入视界之内使这一工作变成极为有趣的问题．

4 曼哈顿计划的卓越组织者

1938年年底，德国化学家哈恩（O．Hahn）和斯特拉斯曼（F．Strassman）发现核裂变，原子核在裂变过程中放出巨大的能量，这一核裂变的消息是由从哥本哈根逃亡到美国的尼尔斯·玻尔在作学术报告时透露出来的．科学家们纷纷跑到实验室进行验证，他们都成功了．当时二次大战正在进行，物理学家们自觉地行动起来，在美国的匈牙利出生的物理学家齐拉特和其他社会活动家，带着爱因斯坦的签名信设法去见罗斯福总统，并解释了目前形势的严重性．1940年2月，美国政府作出了积极的反应，并制定了"曼哈顿工程计划"，向原子弹进军．

1941年10月21日，奥本海默被邀参加在斯克内克塔迪召开委员会会议，此时的奥本海默刚刚37岁，但他已是相当心不在焉的超凡的理论物理学家．奥本海默开始并不赞同制造核武器，正是这次会议使他改变注意，他那惊人的天赋使他意识到，在原子能事业上他将大有作为．曼哈顿计划的主要负责人格罗夫斯（Croves）准将一下子看中了奥本海默，他认为：奥本海默是一位天才，一位真正的天才，他能知道一切并能同你淡论一切你提出的问题，格罗夫斯准将任命奥本海默为研究核武器的新实验室的主任．

在新墨西哥州的赫梅斯·斯普林斯40英里的赫梅斯山西坡上的一个深峡谷，沿着峡谷往上走便到一个方顶山上，那里有一所男童小学，这所小学以她南边的那条峡谷的名字命名为"洛斯·阿拉莫斯（Los Alamos）"．人们描述到：洛斯·阿拉莫斯除蜿蜒的河流以外"炎热而荒芜"，有的只是沙子、仙人掌以及少数几棵勉强长出地面的矮松树，而空间是辽阔而透明的，没有雾和水分，透过山中清澈的空气可以看到远处白雪覆盖的锯形山．奥本海默将在这一宏伟的景地上创建一座新实验室，得以实现了他一生的梦想，把他的两个最爱：科学和高山结合在一起．当他的实验室地址选定以后，他就开始招兵买马．

在极短的时间内，奥本海默在全国招聘科学家近百名，这些科学家有费米、汉斯·贝蒂（Hans Bethe）、劳伦斯（E．O．Lawrence）、爱德华·特勒（E．Teller）、拉姆赛、康普顿

（A．H．Compton）、冯·诺伊曼（von Neumann）、赛格雷（Emilio Segre）、尤里（H．C．Urey）等，这里遍布了诺贝尔奖获得者和后来获得诺贝尔奖的人，他们代表美国当代第一流的水平，无论是剑桥大学的卡文迪什实验室，还是柏林和哥廷根，甚至普林斯顿的高等研究院都不曾聚集过这么多的天才．格罗夫斯将军总是习惯地称之为"有史以来最庞大的金头脑组合"．奥本海默描述道："......几乎每个人都意识到这一项伟大的事业，几乎每个人都知道，这是用科学的基本知识和技艺为国家利益服务的无与伦比的一次机会，献身和爱国主义的情感最终占了上风，大多数被邀的科学家都来到了洛斯·阿拉莫斯"．奥本海默首先让费米领导一个小

组，负责筹建原子反应堆，以获得铀-235；让劳伦斯负责筹建电磁同位素分离，从天然铀中分离铀-235（铀-235只仅天然铀-238的0．7％，而铀-235是容易裂变的产物）；让尤里负责用气体扩散法生产浓缩铀-235；他采用三管齐下，以便早日拿到炸药．曼哈顿计划全部费用当时为20亿美元，在历史上类似的人力状况只有建造金字塔和20世纪开凿苏联的白海运河时才出现过，而动用最优秀的技术力量是从来没有过的．到战争结束的时候，曼哈顿计划已经大于整个美国的汽车工业了．

在奥本海默的领导下，实验室有强大的技术储备，训练有素的人力和良好的士气，他以明显的能力和外表的镇静统管着全局，特勒一再说："奥本海默也许是我见过的最好的实验室主任，因为他头脑十分灵活，成功地了解了实验室里几乎每一件重要的发明，他对别人的心理有很不寻常的洞察，这点在物理学家中是很少见的"．汉斯·贝特常夸奖说："他知道而且理解实验室里进行的一切事情，不管是化学或理论物理或机械车间方面的．他能够把这些事情统统装在脑子里，并进行协调，而在洛斯·阿拉莫斯，他显得在智力上超乎寻常．他听到任何事后马上就明白了，而且会把这件事纳入总的情况，得出正确的理论．实验室里根本没有任何人能赶上他，他不仅知识丰富，而且对人热情温暖，人人都肯定感到奥本海默关心每一个人的工作．他和人谈话时总要使对方明白，你的工作对整个工程来说是重要的，在洛斯·阿拉莫斯，他没有使任何人感到自卑．"奥本海默这位实验室主任显出旁人难以胜任的领导才干，赢得了所有与他共事的科学家的支持，使核武器研制顺利进行．

1943年夏初，奥本海默从国家标准局招来了一位加州理工学院的学生内德迈耶（S．Neddermeyer），奥本海默很欣赏内德梅尔解决问题的方法，认为他具有"独创性和睿智的头脑"．内德梅尔为原子弹想出了一套出色的组装战略．他建议在球形反射层周围装上一层球形的高效炸药，里面是一个具有厚壁的空心球形弹芯．在许多点同时点火以后，高效炸药会向内吹进．爆炸所产生的冲击波会从四周挤压反射层，反射层又会挤压弹芯，挤压的结果会把空心的圈壳变为实心球，使他超过临界质量，产生链代反应而放出巨大的核能，这种以三维的方式向内挤压称为"内爆"．1944年3月，开始计划搞内爆武器的全面试验，奥本海默将这一计划的代号起名叫"三位一体"．在芝加哥进行世界上第一个核反应堆实验的过程中，费米制造出少量的新发现的元素钚，以其放射性同位素钚239状态出现．这是一个重大的进展，钚239的临界质量只是铀235