曼哈頓計劃的背後推手，幫你看懂“奧本海默”，締造現實中的死神

大佬導演諾蘭又搞事情了 奧本海默最近的熱度是嗷嗷的高 影片是相當的優秀 不過有些地方如果不是很瞭解歷史背景的話 會有些迷糊 作爲一個負責任的軍事博主 大兵這期視頻把幾個關於奧本海默的關鍵背景故事給兄弟們聊聊 方便大家更好的理解這部影片 影片提到了是愛因斯坦寫信給羅斯福總統 才促使了曼哈頓計劃 但是電影並沒有交代具體內容 以及爲什麼愛因斯坦會寫這封信 實際上愛因斯坦一共給羅斯福總統寫了三封信 首先 咱們先來看看這第一封信的內容 閣下 我從費米和希拉德的手稿裏 知道了他們最近的工作 使我預感在不久的將來 誘元素可能會成爲一種重要的新能源 這一情況的某些方面 似乎需要加以密切注意 如有必要 政府方面還應迅速採取行動 因此我認爲我有責任請您注意以下情況和建議 在大量的誘中建立起原子核的鏈式反應 會成爲可能 由此會產生大量的能量和大量像雷一樣的新元素 現在看來幾乎可以肯定 這件事在不久的將來就能做到 這種新現象 也可用來製造炸彈並且能夠設想 儘管還很不確定 由此可以製造出極有威力的新型炸彈來 只要一顆這種類型的炸彈用船運出去 並且使之在港口爆炸 很可能就會把整個港口 連同他周圍的一些區域一起毀掉 鑑於這種情況 您也許會認爲 讓政府與那批在美國從事鏈式反應工作的物理學家 經常接觸是可取的 在這封信的結尾愛因斯坦隱晦的表示 德國人已經開始研究這種新型炸彈了 如果盟軍不想被打敗 請務必也開始研究打炸彈 不過要說明的是 這封改寫了歷史進程的信 直接作者並不是愛因斯坦 而是一個叫利奧·希拉德的科學家 希拉德是匈牙利人 當時也已移居美國 曾在納粹德國求學生活的他 知道德國正在搞核武器的研究 深知這一事件的嚴重後果 作爲科學家 他個人自然無力阻止德國的核武器計劃 唯一的途徑是 寄希望於其他國家領先德國一步造出原子彈 他把目光投向了正冉冉上升的美國 思索之下決定直接寫信給美國總統發出警告 信很快寫好了 但接下來怎麼交到美國總統手中 並說服他接受建議倒是一個大問題 希拉德人微言輕 他首先想到要找一位大人物背書 增加影響力 第一個想到的便是老朋友愛因斯坦 愛因斯坦在世界範圍享有崇高的聲望 他的話總統不會置之不理 其次希拉德又聯絡上了總統經濟顧問薩克斯 請他幫忙把信轉交總統 這才讓羅斯福總統有機會看到這封信 但在接下來的幾個月裏 美國人的原子彈工程進展緩慢 由於當時美國沒有介入戰爭 羅斯福政府認爲這項研究並不緊迫 只是批覆美國海軍向哥倫比亞大學資助了6000美金 這點錢對於研究原子彈根本連杯水車薪都算不上 這讓希拉德更加着急 於是他在1940年3月再次找到愛因斯坦 他們寫下了給羅斯福總統的第二封信 在信中他們警告說 柏林正在從事各種關於誘的研究 並且該研究已取得突破性進展 所以請總統調查美國的工作是否進展的足夠快 看完信後的小羅斯福召集了一個會議 並要求愛因斯坦能夠參加 但愛因斯坦不願過多介入 以自己症患感冒爲由沒有出席 但他卻告訴總統 這項工作要在一定條件下才能以更快的速度和更大的規模進行 我對創造這些條件的明智和緊迫性深信不疑 翻譯一下就是研究炸彈需要錢需要很多很多的錢 如果美國人不着急那將來只能被德國人用新型炸彈收拾了 羅斯福總統聽後明白了他的意思 1941年12月6日 在愛因斯坦給總統寫第一封信的兩年多後 美國啓動了絕密計劃曼哈頓計劃 第三封信的內容大兵暫且不表 等到視頻結尾咱們再來揭曉 接下來咱們看影片中另外一個謎團 奧本海默的團隊製作了核彈原型小工具 用以三位一體的核試驗 兄弟們看到這個核彈原型機肯定會冒問號 如果記憶中的小男孩沒有出錯的話 不應該是一個圓柱形嗎 怎麼變成了一個球 這就要從兩種不同的原子彈結構說起了 根據綜合中子數佔比遠高於輕核的自然現象 科學家推論出當誘核被中子轟擊 裂變成兩個較輕的原子核的過程中 將產生出兩到三個中子 而這兩到三個中子會繼續轟擊周圍的誘核 導致連鎖反應 結果大量的誘核在互相轟擊下 幾乎同時產生核裂變 並釋放出大量能量 這就是原子彈製造的基礎 鏈式反應 由於鏈式反應必須在擁有足夠的臨界質量以上時才能發生 否則會因爲質量過低 而中子快速跑飛而無法進行下一輪轟擊反應 如果反應物質量過大 超過了臨界質量則會自動反應併發生爆炸 因此單塊的反應物必須小於臨界質量 而起爆時必須讓其快速超過臨界質量 併發生鏈式反應 問題是這過程必須足夠快 否則鏈式反應剛開始產生的熱膨脹就又炸開了 鏈式反應就無法進行下去 爲了克服這些難點 奧本海默團隊設計了兩種引爆方式 一種是槍式 在一個類似槍膛的管內 放入兩塊以上對於臨界質量的反應物 引爆時通過炸藥推動右塊壓逼在一起 導致右塊質量超過臨界質量 並同時壓迫末端中子圓皮釋放出中子 在中子轟擊下 發生鏈式反應產生核爆炸 這種引爆方式的缺點非常明顯 就是在鏈式反應初期 就由於能量釋放產生熱膨脹 導致右塊的臨界密度降低 從而結束鏈式反應 1945年美軍投向廣島的原子彈小男孩就是使用這種設計 結果原子彈內封裝的約60公斤 高濃縮鑰235 大約只反應了一公斤 反應率只有1%多一點 大約相當於1.5萬噸TNT當量 另一種設計是內爆式 這種設計把低於臨界質量的反應物做成球形 外層包裹着炸藥 起爆時點燃外層炸藥 瞬間產生的熱膨脹會向內壓迫包裹布球的殼體 殼體變形並擠壓裏面的布球 導致布239的濃度急劇增加並超過臨界狀態 擠壓同時導致布球中心的中子圓皮球 釋放出中子引起連鎖反應並瞬間爆炸 這種設計從核心起爆反應均勻 能最大限度的利用反應物 反應率遠高於槍式設計 美軍投向長期的原子彈胖子 和三維一體試驗的小工具 同爲內爆式設計 胖子使用比鑰235更易裂變更容易提取的布239作爲反應物 這顆布彈只使用了約6公斤的布239 當爆炸當量達到了2.2萬噸TNT當量 比反應物多10倍的小男孩誘彈還高 接下來咱們再看一個有趣的現象 影片中奧本海默總是不間斷的向他桌子上的玻璃缸裏放置玻璃球 難道科學家這麼無聊嗎 其實這是在計算誘235提取時間與儲存量 也是製造原子彈的另一個難點 不是所有的誘都能產生和裂變的 最開始時科學家發現只有誘235可以 而誘235在所有的天然誘中含量大約只有0.71% 其餘99%以上都是不能裂變的誘238 關鍵問題是誘238不單不能通過吸收中子產生連鎖反應 它甚至會吸收多餘的中子 也就是它至少能吸收一箇中子 這樣誘235和裂變產生的2到3箇中子 很快就會被比自身多100多倍的誘238吸收完 無法繼續轟擊其他的誘235 鏈式反應瞬間停止 因此要使鏈式反應生效的方法是 提高誘235的濃度 這就是常說的誘235提純 根據當時的計算誘235的濃度要達到90%以上 才能用於製造核武器 這是影片中製造核武器最大的難點 由於誘235是混合在誘238裏面的 而且常規的誘是固態的 而誘235和誘238又是同一種元素 化學性質幾乎完全一樣 所以根本沒法通過化學方法來提取誘235 當時科學家提出了好幾種方法 但都耗能異常巨大需要耗費大量能源 同時提取量又很慢 這就是奧溫海默裝填玻璃球的原因 目前最常用的方法是氣體離心法 通過大型離心機 把含有誘的化學氣體中 質量較輕的誘235提取出來 因此目前是否擁有大型離心機 已經成爲是否研究核武器的判斷標準之一了 雖然提純誘235極其困難 但科學家們很快就發現了 另一種核裂變材料 鈈239 這是一種自然礦石裏找不到的元素 原子敘數是94 比天然最重的元素鈈的原子敘數92 還高2 這種元素最初 是在覈反應堆裏發現的 在覈反應堆裏 鈈238通過吸收一顆慢中子 會有一定概率通過兩次衰變成爲鈈239 而鈈238的天然含量巨大 是最容易獲得的鈈元素 而且鈈的化學性質 與鈈完全不一樣 可以很方便的通過化學方法從油中 提取出來 因此鈈239成了製造原子彈的最佳選擇 鈈239是在覈反應堆裏自然產生的 而核反應堆裏的鈈235濃度要求只有3% 遠低於核武器要求的90% 因此核武器的提純工藝要求瞬間大降 而這也是奧本海默的玻璃缸能更快填滿玻璃珠的原因之一 最後大兵來揭曉愛因斯坦的第三封信 1944年底 愛因斯坦一位祕密參與曼哈頓計劃的朋友 確信計劃會取得成功 並拜訪了愛因斯坦 他們都認爲無論原子彈 是否被用於戰爭 戰爭與和平的性質將永遠被改變 1945年3月希拉德在拜訪愛因斯坦時也表示了同樣的擔憂 既然已經清楚德國並未成功研製原子彈 美國爲什麼還要迫不及待的製造它 於是愛因斯坦給羅斯福總統寫下了第三封信 可惜的是羅斯福總統沒有讀到這封信 他在1945年4月12日去世後 這封信後來在他的辦公室被發現並被交給了繼任者杜魯門總統 杜魯門又把他交給了國務卿馬歇爾 雖然希拉德最終面見了馬歇爾但他不爲所動 從此這封信就再也沒有人看過了 根據後來愛因斯坦的表現 大兵揣測出幾分這封信的內容大概是愛因斯坦希望羅斯福總統停止研究原子彈 因爲那些在科學家看來可能是開啓世界末日的鑰匙 可惜新上任的杜魯門並沒有在意而是加緊了核彈的研發 1945年8月6日一枚被稱爲小男孩的原子彈被投在了廣島 那天下午正在喝茶的愛因斯坦聽到了這個消息 噢我的上帝 這是他得知消息後說的唯一一句話 這與電影的結尾一樣 奧本海默因爲恐懼人類濫用核武器而反對繼續研究氫彈 但歷史的車輪被推動的那一刻起就不是個人可以阻擋的了 兄弟們覺得原子彈爲人類帶來了和平還是世界末日呢 我是大兵我們下期節目再見