Part 02：卖火柴的小费米
Part 03：大学之路
Part 04：法西斯治下的意大利
Part 05：原子核内部的谜团
Part 06：原子核内部的隐秘粒子——中子
Part 07：从理论物理学家到实验物理学家
Part 08：再见了，欧洲
Part 09：关于链式反应的猜想
Part 10：新发现的超铀元素：镎和钚
Part 11：曼哈顿计划
Part 12：美国与德国在研制原子弹中的差距
Part 13：两条通往“引爆原子弹”之路
Part 14：有人死了
Part 15：原子弹“亲吻”了日本
Part 16：传奇人物：挨了两颗原子弹，却没死
Part 17：粒子时代的到来
Part 18：费米悖论
Part 19：嫁给一个物理学家吧
1945年7月16日凌晨5时9分45秒，倒计时开始。
在场的人们在一阵焦急的气氛中等待着，很多人都记录下了当时的情景。这一事件也被描述成了想一千个太阳那样明亮。有人回忆：“突然有一阵巨大的光，这是我见过最亮的光了，我想其他人也没见过比这更亮的。它爆炸了，猛扑过来……”还有人回忆道：“有那么一瞬间，我觉得这爆炸会点燃大气层，毁灭地球，虽然我知道那是不可能的。”这是发生在美国新墨西哥州沙漠里的一次重大事件，我想，这件事对于整个人类历史来讲都是一件不可忽视的事，这就是历史上第一颗原子弹的试爆。费米是曼哈顿计划的主要负责人之一，爆炸之后几秒钟，他站了起来，把一大张纸撕成了碎片，并扬起手扔在了空中。40秒之后，爆炸的冲击波前缘抵达此处，空中的纸片被吹出了一小段距离。费米计算了一下纸片落地的距离，大概2.4米，而后，他看了眼早就准备的表格，对身旁的人说：“我估计，这次爆炸威力大致相当于1万吨TNT。”事后的测算表明了，费米的估算相当精确，他在罗马时的同僚曾开玩笑地说：“费米就像教皇一样，金口玉言，绝无差错。”很早的时候，费米就被冠上了“物理教皇”的外号，这个外号真可谓是实至名归，伴随了费米的一生。恩里科·费米的祖籍是在意大利，他的祖父和父亲都属于晚婚，人到中年才结婚，新娘都比自己小十几岁。费米的母亲伊达·德·加蒂丝是一个军官的女儿，可是她小时候就成了一个孤儿，由亲戚抚养长大，后来成了一名老师。伊达与丈夫阿尔贝托有三个孩子，费米是其中最小的，出生于1901年9月29日。费米在出生后不久就被送到了乡下，一个距离罗马很近的农场，直到两岁半才回到家里，据他姐姐回忆，那时的费米，又小又黑，看上去弱不禁风。家里人给他取了个外号，叫“卖火柴的”。小时候的费米似乎就像是一个寻常人家的孩子，人们第一次意识到他的与众不同，是在他13岁的时候。有一次，在来到父亲办公室的时候，他发现父亲的同事阿米代伊对数学很有兴趣，便问了他一些几何问题，这些问题连费米的父亲都没能解决。为了帮助这个同事家的小孩子，阿米代伊便借了几本书给费米，费米很快就解出了书里面的那些问题，让大人们对他刮目相看。1915年1月，一战已经爆发，对于费米一家来说，一件事沉重打击了他们，就是他们家中的一个孩子，朱利奥因为扁桃体发炎，在一家小诊所做了手术，但由于当时技术的落后，产生了不良反应并导致过敏性休克，没能活着走下手术台。面对小朱利奥的去世，费米的父母都很伤心，而他自己也保持了极度的感情克制。阿米代伊看到了孩子的孤独，也看到了他对学习的强烈热情，于是便力所能及去帮助他，无非就是多送了几个课本罢了。对于普通人来讲，长辈送课本给自己，估计会被恨死吧，但费米不一样，他如饥似渴地研究课本里的内容。有一次，阿米代伊想借给费米关于微积分的内容，但费米却说没必要，因为他已经掌握了微积分。人们经常说，若是费米说掌握了什么内容，那他就一定掌握了，而不是像很多普通学生，老师一讲，全都懂了，而一旦到了做题，又全都不会了。不过，在这期间，他去世的哥哥、朱利奥的一个同学恩里科·佩尔西科成了费米的誓友，这两位朋友喜欢一起散步，探讨科学和机械装置，后来都成了意大利著名的理论物理学教授。费米16岁的时候，要开始考虑未来的路了，要进入大学了。由于意大利的大学都没有宿舍，所以费米如果考虑在意大利上大学，则要走读，住在家里。但阿米代伊觉得，自从朱利奥去世后，费米一家的氛围都很压抑，因此他觉得，若是能将这位聪明的费米解救出来，对他自己来说也是一件好事。于是，在阿米代伊的安排下，费米进了比萨一家极其优秀的学府，即比萨高等师范学校。在入学考试的时候，费米算是第一次获得了一次小巅峰，考试委员会对他的所有考试都判了能给出的最高分，并录取了他。后来，尽管他数学成绩一流，但还是选择了以物理学作为自己的主修领域。原因可能是他从小就喜欢做实验，且乐此不疲。在大学的时候，费米认识了一位朋友，叫弗朗哥·拉塞蒂，他回去后跟母亲说：“我遇到了一个同学，也是个天才，我以前从来没遇到过这样的人。他肯定是某种奇才。在物理学方面他比所有教授加起来懂的还要多，他什么都懂。”接下来的二十多年里，拉塞蒂成了费米身边影形不离的朋友。拉塞蒂的出生也不错，父亲是一个博物学家，母亲则是一名画家，他从小就从父母那里受到了良好的熏陶，继承了父母双方各自优异的天赋。他的记忆力超级棒，广泛阅读了好几种语言的读物，后来又自学了化学。拉塞蒂与费米两人互相影响，费米在认识他之后，一起游玩，也逐渐开朗起来。毋宁说，拉塞蒂将费米从压抑的家庭氛围里解救了出来。在比萨高等师范学院学了四年之后，1922年7月，费米获得了物理学博士学位，他的论文答辩场面让人大失所望，没有一个老师跟他上来握手，因为太高深了。当时所能充分理解相对论并将其用数学语言表达出来的人，屈指可数，甚至就连爱因斯坦本人，都未必能有费米了解透彻。毕业之后的费米似乎是困难重重，当时的物理学界并不认可他的研究成果，而数学界也将他拒之门外。在意大利，要进入学术生涯的既定路线是，先搞到一个给教授当助理的职位。在这样的体系中，往往任人唯亲。如果没有那位举足轻重的奥尔索·马里奥·科尔比诺认识到费米的天赋异禀，可能他也就被埋没了。费米与科尔比诺的关系密切，这种良好的关系一直持续到科尔比诺于1937年去世。在俩人相处的十五年中，科尔比诺给了费米不少帮助，有工作中的，也有生活中的。在十五年中，费米的重心在德国，当时的德国是世界物理的中心，汇聚了一批又一批的青年才俊，跟狄拉克这些理论物理学家相比，费米则更实际一点。后来，费米痴迷上了热力学和统计力学，这占用了他大量的时间，不过他依旧没有工作，好在这是科尔比诺又一次帮助了他，安排他到罗马大学给化学家和生物学家教数学。1924年，费米的母亲去世，同时去世的还有一位社会主义议员，贾科莫·马太奥蒂，他是一位公开反对法西斯主义的人，非正常死亡，是被绑架后杀害的，他的死对于整个意大利来讲都是意义深远的，是意大利迈向极权主义的分水岭。费米似乎对政治并不感冒，他的看法和好友拉塞蒂的相当接近，后来在一次1928年的采访中，拉塞蒂说：“最早那几年，1922年的时候，法西斯主义好像也没那么糟。实际上相当多的意大利人都很欢迎法西斯主义，因为共产主义太强大了，工业共产、铁路交通都被他们搞得乱糟糟的。所以那个时候墨索里尼看起来是相当有理有据的独裁者。真正让更有理有据的人感到恶心的第一件事，就是谋杀马太奥蒂，那是在1924年。”1930年，费米写了一篇“现代物理学”的长篇文章，其中他提出了一个令人深思的问题：“我们对物质详细结构的了解正在突飞猛进，从中已经产生了或即将产生什么实际的后果呢？”费米给出了自己的回答，通常要好几年甚至好几十年，才能使基础科学领域的新见解发展成实际应用，他认为，科学家的工作并不是要与生活保持距离，也不是在追求深奥难解和纯粹抽象的概念时迷失自我。在这期间，意大利的独裁者墨索里尼建立了意大利皇家学院，费米与妻子劳拉通过编写教材赚取一点生活费，似乎看上去并没有多少效果。墨索里尼为皇家学院选了30位人才，名单中有艺术家、作曲家和剧作家，科尔比诺作为物理学家也在名单之中。但他自己是参议员，而皇家学院的内部章程规定，参议员不得称为学院成员。于是，费米被选中了，这让他得到了一个终身职位，且不用在为钱发愁了。在墨索里尼受到希特勒影响之前，法西斯主义中的反犹主义并不是很昌盛。随着纳粹在德国的崛起，意大利这边也难免受到干扰。1931年秋天，政府宣布所有意大利的大学教师都必须签署一份忠诚誓约，表明对国王、国家以及法西斯政权的忠心和爱戴。当时意大利的大学教授超过1250名，但只有十来人拒绝签署誓约。费米没有被要求签约，因为他在被提名成为皇家学院院士之后的没几天，就加入了法西斯党。他似乎还很高兴自己成为党员，但有一点是确定的，他对政治没多少兴趣，在他看来，有意义的是物理。只要他能不受过多干扰专心做研究，别的事情他也就漠不关心，无所谓了。1932年，费米写了一篇文章，有关量子电动力学的，发表在美国的《现代物理学评论》上，这是他第一次在美国期刊上发表文章。这篇文章的影响可谓是深远，伟大的物理学家费曼在后来写道：“几乎我所有关于量子电动力学（QED）的知识，都来自费米的一篇简单的论文。”在30年代，费米就已经有了国际声誉，当时的罗马也成了世界性的物理中心。物理学家们对原子核这玩意非常有兴趣，甚至就连费米也认为，对原子核的研究是未来物理学中最重要的问题。PS：有些朋友可能分不清费曼与费米，上面第一张图是费曼，第二张图是费米。关于费曼，在西方史中肯定会介绍。1911年，欧内斯特·卢瑟福就用α粒子轰击了氢原子，发现所有氢原子核只是带正电的单个粒子，这个粒子的质量是电子的将近两千倍，这就解释了为什么氢原子的绝大部分质量都集中在原子核里，这个带正电的粒子后来被人们称为质子。但是，谜团马上就出现了，在元素周期表上，氢原子下面是氦原子，原子核里有两个质子，但氦原子核的质量却是氢原子核的四倍。这怎么回事呢？肯定是还有别的东西躲在里面，没被人们发现。沿着元素周期表看下去，同样的谜团持续存在，而且质子数与原子核质量之间的差别越来越大。还有一个让人百思不得其解的问题，究竟是什么样的一种力量让原子核抱成了一团？万有引力在这实在是太小了，都可以忽略不计。当时，人们只知道还有一种力，就是电磁力，可以解释原子怎样构成，但问题是，在质子之间，电磁力只会引起排斥，不会带来相互吸引的作用力。这究竟是怎么回事呢？实际上，这背后还有一个问题。卢瑟福早在轰击原子之前，就观察到，放射性元素中存在两种衰变，一种是α衰变，会释放出一个带正电的粒子，α粒子的质量远远大于电子，最终被确定为氦原子核。另一种是β衰变，会有一个电子释放出来。衰变后的原子核与衰变前的在带电量上有所不同，β衰变会让带电量增加一个单位，而α衰变则会让带电量减少两个单位。由此，当时的科学家猜想，在一个巨大的原子核中会有电子质子结合在一起形成氦原子核，也就是α粒子。可要说原子核内部存在电子，就有点让人匪夷所思了。于是，科学家推测，原子核里有一个质子找到了一个电子，并与之紧密结合。但是，这种推测虽然能解释一些事情，但带来了许多麻烦，比如，其中一个问题就建立在海森堡的不确定性原理之上，再者，电子和质子是如何紧密结合在一起的呢？就算结合了，电子又是如何从中逃逸出来从而形成β衰变呢？其中最重要的是，β衰变中能量很明显是不守恒的。费米对这些问题都很感兴趣，并组织了一次研讨会。后来，在居里夫人等人的实验下，查德维克发现了原子核内部一种不带电，且有质量的粒子，人们叫它中子。中子的发现，是一项伟大的发现，是一项配得上诺贝尔奖的发现，在考虑谁应该为此发现荣获诺贝尔奖的殊荣时，据报道，卢瑟福是这么说的：“诺贝尔奖应该颁给单独发现中子的查德维克。小居里夫妇那么聪明，他们很快就会因为别的什么获得诺贝尔奖的。”三年后的1935年，查德维克因发现了中子而获得了诺贝尔物理学奖。另外说一句，查德维克是卢瑟福的助手，看来，卢瑟福虽然自己没拿到物理奖，之前因为发现了放射性元素嬗变而拿到了令人哭笑不得的化学奖，但他绝对护犊子。中子可以解释原子核中多出来的质量，但还有一个问题，即中子是否应该被当做与质子一样的粒子来对待？中子究竟是原子核的基本成分还是混合进去的材料？再者，究竟是什么样的一种力，将中子与质子结合在原子核内部的呢？对此，大家一无所知。1934年，在第七届索尔维会议之后，费米提出了一个全新的理论，他认为，在万有引力和电磁力之外，还存在另一种作用力，它能在原子核里将一个中子转化成质子、一个电子和一个非常轻的中子。另一位物理学家泡利在三年前也曾提出过这样的一种中子。费米表示，如果发生了这样的转化，产生的质子会留在原子核内部，而释放出来的电子和泡利所说的轻中子会马上从原子核中跑出来。费米的这番理论，揭示了β衰变中观测到的电子为何与理论的相反，答案就在其中，电子并非真的在原子核中。泡利所说的那种轻中子，后来被称为中微子，成了全球的通用，但意大利人一般用“小中子”来指代中微子。然而，费米的这番理论在一开始并没有被认真对待，毕竟太理论了。早在1932年，美国加州理工学院就已经发现了正电子，其最早是由狄拉克从公式中推导出并预言的。正电子的质量与电子一样，自旋也与电子一样，只不过带的是正电。反物质理论预测，如果电子遇到了正电子，二者会一起消失，只在原来的位置留下电磁辐射，也就是光子。根据费米的理论，其他人还计算出了当中微子与原子核发生碰撞时，产生电子或正电子的概率。他们这么做其实是想看看有没有技术可以观测到中微子，但最终他们的结论是：“没有实际可行的方法来探测到中微子。”随着技术的进步，1956年，探测中微子成了可能。当一颗大型恒星坍缩时，数秒内就会有大量的中微子释放出来，随后在恒星的位置上会出现一颗超新星。20世纪80年代中期，人们探测到了一阵长达10秒的中微子爆发，紧随其后便出现了一颗超新星。这些中微子花了17万年才抵达地球。1934年年初，费米还只是一个理论物理学家，到了这年的年底，他就向前走进了实验物理学家的行列，他最大的贡献，是用中子而非α粒子来对诱导出的放射性进行研究，他也因此获得了1938年的诺贝尔物理学奖。费米团队在接下来的研究中，发布了一个振聋发聩的结论：元素周期表必须得改改了。是的，他们成功创造出了93号元素，也就是原子核里有93个质子的元素。92号元素是铀元素，在之后的元素被称为超铀元素。一般来讲，超铀元素大多都是由人工核反应发现和制取的，只有极少的超铀元素存在于自然界。至今发现的超铀元素有27种。超铀元素大都是不稳定的人造元素，它们的半衰期很短，这给人工合成这些元素带来困难。（半衰期很短的意思就是，biu一下就没了，衰变成其他稳定的元素了）费米的这一项成就立即登上了意大利的头条，而且被国家主义拿来宣传，说是法西斯主义制下的辉煌。随着德国吞并奥地利，以及反犹主义在意大利产生了呼声，而费米的妻子劳拉就是犹太人，这不得不让费米对未来的局势产生了担忧。1938年年底，费米前往斯德哥尔摩领取诺贝尔奖，但从此就再也没有回到意大利，而是直接去了美国。这一年的诺贝尔奖，显得有些单调，除了费米的物理奖和赛珍珠的文学奖，化学奖、生理学奖以及医学奖都空缺着。到了美国之后，费米将开始他新的人生，虽然很短暂，因为他在1954就去世了。可以说，费米开启了原子能时代，他也被誉为“原子能之父”。海森堡在其回忆录里讲述了费米给他的一个留在美国的理由，他说：“这是一个广阔而又自由的国度，在这里，你不会被历史的重量压碎。在意大利，我是一个伟人，可在这儿，我已经重新变成了一个青年物理学家，这可真是有意思啊。把过去的重担全都丢掉，从这里重新开始吧！”当时有两个物理学家认为，铀原子核被慢中子轰击之后，可以分裂成两个更小的原子核，这个过程被称为“核裂变”。这个过程其实可以更早被人发现，但在当时来讲，一个原子核分裂成两个原子核，本身就是一个革命式的发现，在物理学界，除非有可靠的实验数据，否则这种革命式的发现都会被人们忽略。费米发现自己搞错了，超铀元素比自己想象的还要重。如果在1935年，费米就发现了这种裂变会怎么样？可能会让人倒吸一口凉气，希特勒制下的德国会认识到裂变的潜在价值，不惜动用国家力量发展原子弹。1939年1月2日，费米一家乘坐皇家邮轮“弗朗哥尼亚”号抵达了美国。物理学也在此期间发生了天翻地覆的变化，核物理学逐渐出现在了人们的谈话中，许多新入门的人也都在谈论它：它究竟有什么意义？1939年年底，裂变研究领域的两位公众人物是费米和玻尔，玻尔关注的是在裂变的不同模式中的异常现象，而费米的关注点在于所有裂变模式中的共通性。费米假设，在裂变发生的时候，有可能会有额外的中子释放出来。他甚至开始推测，要是用中子束瞄准大量紧密堆积的铀原子核，会发生什么。想想就令人兴奋，比如说，要是最初的裂变可以产生两个中子，这两个中子就可以继续跟其他的铀原子核发生碰撞从而产生四个中子，如此，每一次碰撞，将新产生2N个中子，N是碰撞次数，就像多米诺骨牌被推倒一张，剩下的就在最初推动力下发生令人瞠目结舌的情况，这种链式反应一旦发生，将产生一个史前怪兽一样庞大的能量源。但是，将脑海中的思维实验搬到现实中来，还是会遇到许多问题，比如当链式反应刚刚发生的时候，产生的能量会不会瞬间就将装置给炸成渣渣，从而使得链式反应中断了。与其去想，不如动手去做，于是费米停止了脑海中的遐想，将注意力暂时集中在产生链式反应的目标上。他摩拳擦掌，准备跃跃欲试。1月30日，那一天是星期一，早上，一位年轻的物理学家在理发，当他看到那天的《旧金山记事报》上写着“德国化学家发现，铀原子受到中子轰击时会分裂成两部分”时，立即起身，吩咐理发师别理发了，而后快速跑到了实验室。他就是路易斯·阿尔瓦雷茨，日后成了很多工具的重要发明人，其中就包括雷达和原子弹。在路上，阿尔瓦雷茨遇见了理论物理学家罗伯特·奥本海默，他停了一会，告诉了他刚刚自己看到的东西，奥本海默一脸惊讶，第一反应是，原子核绝对不可能分裂。可是阿尔瓦雷茨根本就不理会奥本海默的质疑，他很快设计好并成功进行了揭示铀原子核裂变的实验，并邀请奥本海默前来观看结果。1939年3月16日，德军入侵捷克斯洛伐克，尤金·维格纳从普林斯顿赶到哥伦比亚大学见了费米，利奥·西拉德——这位从纳粹手中逃脱的犹太物理学家和乔治·佩格拉姆，维格纳向他们表明了自己的担忧，希望他们能向美国政府发出警告。费米被派去海军部作报告，然而，实际来看，这并不是一个最佳的选择。因为费米不是一个声张的人，他不像西拉德和维格纳那样大张旗鼓地去宣讲德国带来的威胁，他在海军部官员面前，只是直接抛出了事实，他本身就倾向于对危险轻描淡写，大事化小。当官员听了费米的报告后，估计也没当回事，觉得也并没有什么值得大惊小怪的。费米只关心链式反应，对政治也没啥兴趣。当时还是有很多人对链式反应的可能性抱怀疑态度，因为中子吸收效应会太大，另外，美国陆军部认为，赢得战争最重要的是士气，而不是武器。不过，在一些怀有理想的人的坚持下，罗斯福总统新组建的“铀咨询委员会”还是做出了购买石墨和铀的建议，石墨用来干嘛呢？用来降低中子的速度。可是，委员会批出来的钱却少得可怜，只有区区五千美金。战争的味道弥漫在整个欧洲，德国纳粹对核裂变产生了浓厚的兴趣，并组建了一个“铀俱乐部”，刚从美国回来的海森堡被指派负责其中的理论部门。回到费米这边，为了用通俗易懂的术语来描述自持链式反应，他引入了一个标记为k的系数，也就是著名的中子再生系数。将中子被减速的概率、被铀或者碳吸收的概率以及最终诱导出裂变的概率都放在一起考虑，相乘之后就得到了便于使用的单一术语，他管这个术语叫k。这个术语说明了在每一代中子再生时发生了什么。如果k值大于1，中子的数量就会持续增长，如果小于1，中子数量就会减少。自持链式反应只有当k值大于1时才有可能实现。还有一个因素需要考虑。费米在战后写的一篇文章里提到，k值大于1意味着想要的反应会“持续不断，只要因泄漏损失的中子数量足够小。当然，只要反应堆的尺寸够大，这总是能够实现的。”“反应堆”这个术语也是费米造出来的，因为碳和铀原则上可以组装成任意形状，可以是立方体，可以是球形，可以是柱状，也可以是任何最恰当的形状。但他们组装出来的就是个“堆”。反应堆越大，泄漏就越少。费米和安德森意识到，自持链式反应需要他们建造一个比现在大得多的反应堆才能实现。他们需要更多石墨，更多铀，也需要更大的空间来安放反应堆。这些要全都办到得花很大一笔钱。他们完全不知道，这钱能从哪儿来。政府似乎是唯一可能的金主。成立于1939年末的铀咨询委员会已经证明无能为力，而其领导人莱曼·布里格斯也起不到作用。然而到了1940年年中，当费米提请更多资金时，政府成立了一个权力要大得多的组织。这个新的超级组织就是国防研究委员会（NDRC）。它的成立表明美国政府终于承认，科学研究将在战争时期的举国动员中发挥重要作用。加州大学伯克利分校有一位年轻的物理学家，叫埃德温·麦克米伦，他曾尝试制造过超铀元素。麦克米伦知道，普通的铀原子铀-238在吸收了中子后会变成放射性的铀-239。他研究了铀-239的两种衰变模式，其中一种的半衰期是23分钟，另一种则要慢得多，半衰期比两天多那么一丢丢。这两种模式都有一个特性，即初始原子核中的种子释放了一个电子。后来，麦克米伦发现，半衰期23分钟的衰变，结果产生的是有93个质子的原子核，一种名副其实的超铀元素。由于太阳系中在天王星（Uranus）后面的是海王星（Neptune），因此他将这种跟在铀（uranium）元素后面的新元素命名为镎（neptunium）。但是，那个较长半衰期的衰变模式依然是一个谜。在接下来的研究中，这种谜一样的半衰期终于真相大白，这是另一种超铀元素，在海王星后面的是冥王星（Pluto），所以这个质子数是94的元素被称为钚（plutonium）。核物理学家仔细斟酌后提出，有94个质子的原子核在受到慢中子轰击后应该会以跟铀-235一样的方式进行裂变。这就产生了一种颇有意思的可能性：造超级炸弹的第二条路，不需要费劲巴拉地去分离化学上完全相同的两种同位素。最让人激动的是，这个钚元素的半衰期长达2.5万年，极为稳定，并且像铀-238那样，在捕获慢中子后发生裂变。这种元素的名字就像冥王一样，洋溢着神话冥府世界般的魅力。1941年12月7日，日本偷袭美国珍珠港，罗斯福总统将这一天称为“活在奇耻大辱中的一天”，沉睡的巨人终于被唤醒了，但是同时越来越多的人开始担心，如果真的造出了那种链式反应的炸弹，那将是多么一件恐怖的事。一场秘密实验在美国应运而生，在那里工作的每一个人都自愿实施自我审查制度。关于芝加哥1号堆的一切信息，都没有走出实验室的大门，这也成了一个天字号的机密。将近一年的时间，链式反应结构于1942年12月2日完工。早在这年的5月12日，罗斯福总统就签署了一个秘密授权书，对格罗夫斯表示绝对的支持。于是，他便启动了一开始被称为“替代材料开发计划”的项目，但这个名称似乎太土，又太高调，于是便更名为“曼哈顿工程区”，总部设立在纽约百老汇大街270号18层。罗斯福给了曼哈顿计划高于一切行动的特别优先权。其顶峰时期，一共有54万人参与工作。几个月之内，“曼哈顿计划”就购买了面积近600平方千米的地方，用来建设三个原子社区，专门从事秘密研究。该项目的负责人是格罗夫斯和奥本海默，奥本海默在全国网罗人才，他的搜寻无休无止，用他自己的话来说，他的招募工作“绝对没有道德底线”，就像曹操当年的“求贤令”一样，唯才是举。罗斯福将这么重大的人物交给格罗夫斯算是找对人了，早在之前他就已经开始在寻找铀矿石了，再者，他选中了奥本海默作为技术总负责人。老实讲，在当时的美国，顶尖物理学家一抓一大把，而奥本海默虽然年轻，没有拿过诺贝尔奖，但他是一个公认的天才，智力方面是没的说的。不过，要成为总负责人，管理技术也是一项不可或缺的技能，但他显然没有。再者，奥本海默有共产主义倾向，在二战后还因为此事被怀疑是苏联的代理人而遭到了指控，被辞去了职位。不过，格罗夫斯毅然决然地选择了奥本海默作为总负责人，也是一项正确的选择，因为奥本海默有着非比寻常的一项能力，就是除了精通物理学，对化学、金属学、武器和工程制造都有全面的了解。要制造一个武器，并不等同于通常的科研，所以一般的物理学家还真的未必能比奥本海默适合。第一批科学家于1943年3月中旬抵达了洛斯阿拉莫斯基地，一个月后，费米和拉比也加入了计划。由于这项事业是国家级最高的机密，因此费米也摇身一变，有了亨利·法默这个名字，身份成了一个农夫，而且上头还给他安排了一名贴身侍卫，为的就是保护他的安全，也可以说是监视。除了美国，德国也在开展制造原子弹的工作，但关于制造原子弹的原材料，德国人并没有像费米那样意识到，从商业渠道搞到的碳夹杂了太多的杂质，在将其用于反应堆中做慢化剂之前必须要将杂质除掉。此外，同盟国在阻止德国得到重水这件事上也取得了部分成功，而重水正是另一种可选的慢化剂。负责德国原子弹制造计划的是海森堡，但他是一个理论物理学家，对实验物理捉襟见肘，而另一边的奥本海默，虽说也是一个理论物理学家，但却非常擅长经营洛斯阿拉莫斯项目，且他手下聚集了当时世界顶尖的科学家，可谓是人才济济。大家可以对比一下三国时期的曹操和诸葛亮，曹操麾下猛将如云、谋士如雨，就相当于美国，而诸葛亮虽说自己很牛逼，但大事小事都一把抓，除了自己就没培养出一个合格的接班人，对于下属也做不到充分放权。奥本海默的团队，除了来自美国的科学家，还有来自英国的和加拿大的科学家，就像曹操，手下的能人不仅可以从凉州找，还可以去冀州找，而诸葛亮呢，只能在益州找。再者，美国庞大的工业生产能力和财政支援能力，也远胜海森堡的团队。但是到了1944年夏天，同盟国的原子弹之路看起来依旧遥遥无期，他们选择了两条路，一条是主攻铀-235，另一条则主攻钚。但两条路都是困难重重，从铀矿中分离铀-235的工作进展缓慢，看起来到1945年只能制造出一颗原子弹，在可预见的未来也没法制造更多。钚的情况要相对好一些，但其核反应堆还在计划中，如果核反应堆不能正常工作，则到时候一颗原子弹都造不出来。引爆原子弹的机制也是一个需要关注的重要问题，一条路是所谓的“枪式”机制，相对简单直接。一块中子再生因子k小于1的裂变材料被打进其附近另一块相同的材料中，一旦他俩聚集到一块，这两块亚临界状态的材料就会变成超临界状态，从而使得k值接近2，也就是每吸收一个中子，可以生出两个中子，如此，爆炸将会在几微秒之内以指数级发生。第二条路是这样的，其关键是用爆炸物将球形的裂变材料包起来，裂变材料并不足够致密，还不会达到临界状态。在同时引爆后，爆炸物会使球形材料从内爆炸，并很快达到临界状态所需要的密度。但要使裂变材料能够均匀压缩，其放置方式就得极为精细。因此，这一条路比第一条路要相对复杂许多。那么直接走第一条路呗，不行！为什么呢？因为还有困难！简单来讲，就算枪式机制能正如预期对铀-235有效，对钚也还是会束手无策。在反应堆生成的钚中，放射性同位素钚-240的百分比太高，将使枪式机制失效，原子弹也就哑火了。想将常规的钚-239从钚-240中分离出来也是痴人说梦。于是乎，大家开了一个会，无奈之下，必须要给钚反应堆重新建一条路，就是上面的第二条路，奥本海默原本希望费米能够加入进来，但他目前在另一个实验场所建造铀-238反应堆，根本忙不过来。在实验反应堆的时候，费米发现，这个反应堆熄火了，但不久之后又运转起来。常规来讲，反应序列原本是这样：在吸收了中子之后，反应堆中有一部分铀-238原子核变成铀-239，随后经过两步衰变，又变成钚-239，这就是所需要的最终产物。然而，其他的铀-238原子核发生了裂变。在随后的衰变反应中，有一步产生了一种可怕的中子吸收剂，吸收效应极为强大，能将所有再生的中子吸得一干二净，从而有效关闭了反应堆。但是为什么过了几个小时反应堆又自己开始工作了呢？也有一个答案在这里：这种吸收剂并不稳定。要不了几个小时，吸收剂的原子核衰变为别的原子核，就不再吸收中子了。这时候反应堆就能够再次启动，周而复始循环下去。万幸的是还有办法补救。尤金·维格纳为达到最高效率设计了反应堆，但在惠勒的建议下，杜邦公司曾计划留下安全余地，因此安装了多余材料和备用设备。要做出改进、接通冷却所需的额外的水都需要时间，但是可以还算迅速地搞定这些。这样也能修复反应堆，因为根据费米和惠勒现在的测算，做出的改进将使反应堆克服污染问题。可是在制造原子弹的途中，一件不幸的事发生了，那是在1945年8月，实验室发生了第一次辐射事故，当时的一位青年物理学家哈里·达格里恩被紧急送往医院。备受折磨25天后，这位24岁的年轻人不幸身亡。我们以为参加曼哈顿计划的科学家是幸运的，因为他们不用上前线，但实际上，他们也都是在用命工作，可能是出于一种爱国情怀，亦或是对希特勒的恐惧，不管心理动机如何，他们都是将自己置于巨大的危险之中。按照美国畅销杂志《生活》的说法，在1945年8月7日之前，“全国知道曼哈顿计划全部意义的最多不过几十人，另外可能也只有一千人知道原子领域的工作与此相关”。这篇文章是否将富赫斯视为了解情况的数十人之一还并不知道，但将美国副总统杜鲁门划归一无所知的人却无疑是正确的，一直到1945年4月12日都是如此。就在那一天罗斯福总统突发严重脑溢血，几小时后宣告不治。来自密苏里州的美国前参议员哈里·杜鲁门担任副总统刚刚一年有余，就在这天晚上宣誓就任总统。就职仪式后，战争部长亨利·史汀生向新官上任的总统粗略介绍了“新型炸弹的进展情况，这种炸弹的破坏力令人难以置信”。杜鲁门对此毫不知情，感到又是困惑又是吃惊。作为参议院国防计划调查委员会主席，他知道有曼哈顿计划这么回事，但从未得知这个计划在做什么，更别说计划的进展情况了。在得到详细报告之后，杜鲁门将原子弹添到他本来就排满了的日程当中。跟德国的战争渐趋尾声，但跟日本还有的打。随着有关战后欧洲重组的争论浮出水面，美国与苏联之间的关系变得越来越紧张。在这样的情势下，政府高层对玻尔在核武器研究方面开展国际合作的主张就不抱多少同情了。1945年5月7日，德国投降，阿拉莫斯实验室里的科学家既高兴又泄气，高兴的是，战争结束了，再也不用担心德国会制造出原子弹了，泄气的是，德国投降了，原子弹还有必要造吗？再者，关于原子弹在道德层面的争辩也依然存在，一战中使用毒气的历史已经让大众与媒体对新型的武器产生了警惕。7月17日，丘吉尔、斯大林和杜鲁门在波兹坦会晤，共同商讨战后的世界和平问题。当时，虽然对德的战争已经结束，但日本还在与同盟国交战，日本的失败已成了定局，问题就是，在日本投降或被毁灭之前，美国还会牺牲多少士兵。粗略算下来，这是一个不小的数字，因此，将新发明的武器用在日本人头上，就成了三巨头的共识。前一天，第一颗原子弹在美国新墨西哥州索科罗县的沙漠试爆，取得了成功，曼哈顿计划的第一阶段结束了。之后，格罗夫斯召开了会议，讨论将在哪里投放核弹，他告诉委员会成员，推荐的日本备选城市不要超过4个，并考虑一个“控制因素”：目标城市应该定位在最能对日本人继续战斗的意愿产生有害的影响，且是之前没有被空隙过、破坏过的地方。于是东京就被排除在外了。格罗夫斯原本想投放在京都，但被一名著名的老政治家给否决了，为啥？因为京都具有悠久的历史传统，于是乎，广岛成了被选中的第一个目标。8月6日清晨，在第一颗原子弹试爆的三周后，一架由空军上校大队长保罗·蒂贝茨驾驶的B-29轰炸机，从位于北马里亚纳群岛天宁岛的美国空军基地起飞，一枚名为“小男孩”的铀-235核弹被装进了飞机的弹药舱。8点15分，“小男孩”被投在广岛，据估计，这座城市的40万人口中，有10万死于爆炸。3天后，8月9日，钚弹“胖子”在长崎落下，造成了同样的结果。8月15日，日本天皇通过广播正式宣布投降，二战结束。原子弹爆炸的消息震惊了全世界，尤其是之前在德国负责原子弹计划的海森堡等人。人们一开始是欢呼，而后便是谴责美国犯下了反人类罪，虽然客观来讲，两颗原子弹不仅拯救了盟国士兵的命，还变相拯救了日本士兵的命。虽然随着时间的流逝，认为当年对日本投放原子弹之事是一个正当行为的支持者有所下降，但还有近超过一半的人认为其是正当的。
毋宁说，两颗原子弹的爆炸，也震慑了二战之后的世界，人们对战争的恐惧达到了高潮，虽说之后的美苏冷战曾一度到了剑拔弩张的地步，但谁都没有再向前跨一步，这可能也是大家对1945年8月份的两颗原子弹心有余悸吧。（冷战期间，大部分人都活在核阴影的恐惧之中，在冷战最高潮阶段，好在两边的政治家，美国的肯尼迪和苏联的赫鲁晓夫都是成熟的，都在尽力避免核战争）这里讲一个传奇人物，他的经历非常传奇，让人怀疑其真实性，不过，我可以很负责任地告诉大家，这的确是真的。主人公是一个叫山口疆的日本普通男人，1945年，他29岁，“小男孩”爆炸的时候，他正在广岛出差，在他准备回家时，发现签署文件的个人印章落在了办公室，于是，他的回城被耽搁了。结果，8月6日早晨，“小男孩”原子弹在广岛爆炸，爆炸中心距离山口居住的地方约3公里。在爆炸的巨大冲击力下，山口摔倒在地，永远地失去了左耳听力。不过，很快他就找了一个地方躲起来，第二天回到家乡接受治疗。两天后，左耳失聪的山口疆缠着绷带，回到了工作岗位。那一天是8月9日，山口的公司在长崎，正当他跟一位主管讲述自己被炸的经历时，突然，熟悉的感觉再次袭来，还是那股味道，“胖子”原子弹被扔到了长崎，爆炸中心依然距离山口所在的地方约3公里。山口疆是日本政府认可的唯一一位“双重爆炸幸存者”，两场爆炸加起来，一共有100-300名幸存者。不过，到目前为止，只有山口疆获得了这一称号。经过爆炸和辐射之后，山口的身体时好是坏，年轻时的大多数时间都缠着绷带。他的儿女认为，辐射带来的健康问题遗传给了自己，不过，山口疆本人却很长寿，2010年1月去世的时候已经94岁高龄了。2005年，山口疆六十岁的小儿子因年幼时遭受原子弹爆炸的影响，尽管跟病魔斗争了几十年，遭受了各种折磨后终于还是去世了。山口疆悲痛之余决定讲出自己的故事。2006年，90岁的山口疆主演了电影《双重被爆》，后来这部电影在联合国上映时山口疆被邀请到联合国发表演讲，演讲中他说：“我是为了在这里说话才活到了现在，虽然有句俗语说有二就有三，但是我真的不想再被原子弹炸第三次了。”战争结束后，费米再次声名鹊起，物理学也迎来了一个“粒子加速器”的时代，物理学的中心也从站前的欧洲转移到了美国。芝加哥的物理学家一直希望攻克20世纪30年代就已经提出但一直没有解决的棘手问题：是什么力量让原子核成形，而为什么有时候原子核又能分裂呢？1935年，日本物理学家汤川秀树就曾表示，核力可能是由一种完全不同的粒子所携带，并将这种粒子称为介子。量子场论提供了关于介子的一种描述：介子在原子核内的中子和质子之间来回交换。介子在转瞬之间现身又随即消失。如何观察介子是一个问题，因为汤川秀树的理论断言，介子的质量会很大。介子的质量估计约为质子质量的15%。20世纪30年代的回旋加速器毫无希望能直接探测到介子，因为加速器无法提供足够的能量来产生质量这么大的粒子。然而，战后加速器技术的发展使得先前不可能的事情成为可能。一种大为增强的回旋加速器版本，被称为同步回旋加速器，显著提升了粒子的能量。当加速器开始运行，一些意想不到的结果也在散射实验中出现了。有些迹象表明产生了新的粒子，这些迹象也显示出，对物质终极结构的探寻将会是一条漫漫长路。另一方面，二战结束之后，美国与苏联都在制造威力更大的氢弹。1952年11月1日，美国在太平洋一处环礁进行了超级炸弹的第一次全面测试。爆炸所产生的的能量是投在长崎的原子弹的450倍以上。1950年，费米提出了一个著名的“费米悖论”，简单来讲，就是如果这个宇宙中存在技术远远超过人类的外形智慧文明，那为什么我们还没观察到这种超级牛逼的文明呢？关于费米悖论有很多解释，其中有一种“大过滤器”的解释，是由美国学者罗宾·汉森提出来的。大概是说，对于任何文明来讲，技术都可能存在一种筛选机制。比如，出现生命是一层，制造工具是一层，避免核战争毁灭是一层。就相当于，文明在前进，技术在发展的同时，会有一道道困难等着你去越过，如果越过了，那恭喜你，进入下一关，如果没越过，那对不起，要么就是低等生命，不可能出现可以飞出自身星球的科技，要么就是自我毁灭了。汉森总共提出了九层筛选机制，其中，按照他的理论，我们人类目前还处于第三层到第四层的中间，如果我们没走好，那么我们就会被困死在自己的星系。看来，我们人类还有很长的一段路要走啊。回到费米，在1954年，费米被诊断出患了肺癌，医生告诉他，他的肺癌已经转移扩散，只有几个月的失衡命了，没有希望了。尽管已经走到了生命的尽头，费米似乎并没有什么大惊小怪，他的几个朋友都前来探望，与他做最后的告别，其中包括杨振宁。1954年11月28日，费米在芝加哥去世，年仅53岁。费米的妻子劳拉一直以来就默默陪伴在他身边，之前是贤妻良母的角色，现在开始进入了政治活动的舞台。费米去世后不到一年，她就出席了1955年8月在日内瓦举办的第一届和平利用原子能国际会议，这次会议使得她成为了一名和平使者。1977年，劳拉被肺纤维化的慢性病击倒，临终前，她手上还带着1928年费米给她戴上的戒指。很多人都说物理学家都是一群不近人情的人，都是一些来自外太空的人，实际上，他们和我们普通人又有什么区别呢？劳拉生前曾写说：“总而言之，跟物理学家在一起的生活，很值得过。”
