對裂變的恐懼

核武器和核反應堆都基于“核裂變”這種科學現象，即重原子（尤其是鈾）吸收中子后發生裂變。1938年12月，在柏林工作的德國科學家奧托·哈恩和弗里茨·施特拉斯曼以及他們的奧地利合作者莉澤·邁特納和奧托·弗里施發現了裂變（邁特納和弗里施當時居住在瑞典）。哈恩和邁特納等人的這一新發現，是關于物質本質研究的最新成果，基于威廉·倫琴于1895年發現X射線，亨利·貝可勒爾于1898年發現放射性，也源于歐內斯特·盧瑟福關于α輻射和原子結構的研究，瑪麗和皮埃爾·居里夫婦關于放射性物質的研究，尼爾斯·玻爾、維爾納·海森伯等人領導的量子力學革命，弗雷德里克和伊雷娜·約里奧-居里夫婦關于人工放射性的研究，以及恩里科·費米和他在意大利的團隊在使用低能中子（慢中子）制造新放射性化合物的技術創新。

哈恩、邁特納和他們的合作者正在跟進費米的工作，幾年前費米曾聲稱通過將鈾暴露在慢中子下，創造出了新的化學元素。化學家哈恩發現，輻照鈾的殘留物并不是費米所認為的新的重元素，相反，這些殘留物中含有一種放射性元素鋇，該元素大約只有原始鈾一半的大小。他把自己的發現結果寫信告訴了合作者——流亡中的物理學家邁特納。她和侄子弗里施對該實驗做了物理解釋：鈾核并不是像費米認為的那樣從中子中生長出來的，而是分裂成了兩塊。他們稱這種現象為“核裂變”。

這在物理上是趣味盎然的，在科學上是匪夷所思的，但未必是駭人聽聞的。從“核裂變”到“核武器成為可能”需要跨越巨大的鴻溝。從原子的角度來看，單個核裂變反應所釋放出的能量是非常大的。但從人類的角度來看，能量非常小：大約只能移動一粒灰塵。要把它變成一種武器，就需要在百萬分之一秒內讓大約1兆兆個原子發生核裂變。這件事是否可能成功尚不確定，而且即使有可能成功，也無法確定核武器是否能在戰爭中被及時地制造出來。

有一位科學家很快在核裂變的發現中看到了可能存在的威脅。哈恩、邁特納的成果通過口口相傳，在全球物理學界迅速地傳播開來，并于1939年1月，傳到了正在普林斯頓大學訪學的科學家利奧·西拉德的耳朵里。猶太裔匈牙利物理學家西拉德在納粹上臺前一直生活在德國。國會縱火案[1]發生后不久，他就逃往英國，這一經歷塑造了他的世界觀。1933年4月的一天，當他決定從柏林逃往維也納時，他乘坐了一列幾乎空載的火車。一天后，同一車次的火車因過度擁擠而在邊境被攔下，車上的每個人都得接受盤問。利奧·西拉德后來講述了此事對他思想的影響：“這表明，如果你想在這個世界上取得成功，你不需要比其他人聰明多少，你只需要比大多數人早一天。明白這一點，足矣。”

這番話也概括了利奧·西拉德的科學研究風格：高效工作，站在思想的前沿。他之所以比大多數人更敏銳地看出核裂變的軍事意義，是因為他已研究核反應長達5年，并且比其他人花了更多時間思考其后果。1933年9月，利奧·西拉德還在倫敦，他在報紙上讀到了英國物理學家歐內斯特·盧瑟福的一次演講內容，盧瑟福把以工業規模釋放原子能的想法斥為“鏡花水月”。盧瑟福只是重復了當時正統物理學的觀點，即放射性轉化可以釋放出大量能量，但如果不能控制轉化，并大規模增殖能量，就不會有什么作用。盧瑟福指出，那些談論以宏觀方式釋放原子潛在能量的人，很可能是在胡說八道。而在其后5年，尚未發現核裂變之前，盧瑟福的說法一直是對的。

但在敢于逆向思考的西拉德看來，盧瑟福還是過于保守了。中子是于1932年被發現的一種亞原子粒子，具有許多新的可能性。因為中子是電中性的，所以更有能力穿透圍繞著帶正電荷的原子核、帶負電荷的電子云，進入原子的核心。西拉德的判斷是，一個由中子引發的核反應，其本身所產生的中子可以誘發進一步的反應，有可能產生一個快速增殖的鏈式反應。如果一個中子反應產生了兩個中子，而這兩個中子中的每一個反應又各自產生兩個中子，以此類推，將形成粒子數量和能量的“指數爆炸”[2]。只需要30次這樣的增殖，就可以達到超過10億個中子；進行到第80次增殖時，就能達到1萬億個中子。只要找到合適的反應，就會有一個虛擬的中子爐供人們使用。如果你能使反應進行得足夠快，你就有了一種武器。據西拉德說，他之所以癡迷于這個想法及其重大意義，是受到了赫伯特·喬治·威爾斯極富遠見的科幻小說的啟發。威爾斯曾在幾十年前寫過造出“原子彈”的可能性，并指出其破壞力不僅會改變戰爭的性質，而且會改變全球政治的本質。

但西拉德并不了解什么樣的核反應可以產生這樣的中子鏈，這一研究在1933年的時候還未起步。不過，他并沒有因此而停止思考。他轉而考慮，如果真有這樣的反應，他能夠做些什么。到1934年，西拉德列出了一個可能發生的鏈式反應的粗略大綱，其中包含一個早期的“臨界質量”概念（所需反應材料的數量，以使反應維持自持）和鏈式反應的屬性。為了吸引英國官方對其研究工作的關注，并對該研究實施一些管控，他在英國申請了專利，將其轉讓給英國海軍部，并敦促英國海軍部對其加以保密。西拉德的行為可以說是實施核保密的第一個實例，而這居然是在發現核裂變和原子彈具備技術可行性之前。

這些舉措對西拉德來說是非常大膽的，原因有二：第一，其實他并沒有發明什么，只有一個基于某個物理過程的想法，而該物理過程尚在探索之中；第二，他的首個舉動便是使其成為專利和秘密，這兩者都不符合科學的理想主義精神。西拉德就這一想法寫信給英國的物理學家，他們當時肯定認為他很古怪，甚至很偏激。當西拉德試圖向盧瑟福推銷這個想法時，盧瑟福把他趕出了辦公室，因為西拉德在核物理方面投機、業余的做法，以及為這個想法申請專利的舉動觸怒了他。英國政府愿意為西拉德的專利保密，但他們并未對此表現出明顯的興趣。在當時，西拉德的專利還只是一種假設。現在回想起來，我們可以看到西拉德的計劃中充滿希望的部分，但有很多東西顯然依賴于在當時尚未實現的反應或尚未被發現的粒子。

西拉德并未氣餒，開始研究向各種元素發射中子，觀察是否會產生更多中子。這是一項費力、乏味且耗費錢財的工作，而且他未能引起其他科學家對他創見的重視。鑒于西拉德本人并非一位全情投入的實驗者，他沒有得到有用的結果也就不足為奇了。1938年，他預見了第二次世界大戰的爆發，移民去了美國。當時他已失去了對實現鏈式反應的信心，但不久之后，他又聽說了有關核裂變的發現。

當西拉德聽聞哈恩和邁特納的研究時，他立即想到了自己假設的中子誘發鏈式反應。核裂變是由一個中子引起的，但它是否會產生更多的中子，也就是所謂的次級中子？哈恩和邁特納的論文并沒有提到這種可能性。但西拉德已經準備好尋找中子了，這不一定是因為他更聰明，而是因為他再一次比其他人領先了一天。一夜之間，關于鏈式反應的想法從科幻小說變成了可能——只要能發現次級中子。

在這一關鍵時刻，他的思想再次轉向了保密。正如他后來回憶道：“我想，如果中子確實是在裂變過程中釋放出來的，那么應將這一事實對德國人保密。”因為對于一個歐洲猶太裔難民來說，沒有什么比面對擁有核武器的納粹德國更糟糕了，如果科學的新發現確實會帶來一種新武器，那么他希望這種武器能受到控制。正是在這些迫切的恐懼中，在科幻小說和新的物理發現先后涌現的時代，第一次出現了嘗試開展核保密工作的一群人。

1939年，也就是發現核裂變的信息傳遍全球的那一年，著名的英國晶體學家和科學領袖約翰·戴斯蒙德·貝納爾提出了這樣一個命題：“現代科學與否定保密的觀念正在同時發展。”他認為，信奉保密就是信奉中世紀的做法，就是煉金術和自我禁錮的神秘主義。貝納爾把科學保密與工業、國家控制和軍事研究聯系在一起，他對保密制度與科學的觀點即受此影響。他將國家試圖控制科學知識（他稱之為“更為危險的保密形式”）與納粹試圖“規定”自然真理進行類比。他認為，保密制度和國家控制將融為一體，“科學家將成為國家的仆人，或者更準確地說是國家的奴隸”。對貝納爾來說，科學保密制度不僅低效，而且將導致國家對科學的完全控制，甚至會導致科學的毀滅。

與之類似，在1942年，美國社會學家羅伯特·金·默頓在嘗試制定科學活動的規范時抨擊了保密制度。默頓認為，科學領域的核心理念之一，就是個人不享有對科學思想的專有權，所有科學思想都應當廣泛且無限制地傳播。沒有公開性，科學主張就不能得到獨立研判，科學就會停止進步。默頓曾指出“保密是規范的對立面”“充分與開放的交流才是規范的法則”。貝納爾和默頓二人對此觀點一致。到了20世紀初，科學家——尤其是擁有影響力的科學家——傾向于認為，科研事業在一定程度上是由開放的國際交流來定義的。

然而，科學知識與保密二者之間并非界限清晰，歷史學家和科學社會學研究者對此早有實證。長期以來，科學家出于各種原因采取保密措施，他們害怕失去領先優勢，害怕政治或宗教報復，也害怕軍事上的濫用。選擇這樣做的科學家并不是什么怪人，在那些利用保密獲益的人中，有伽利略、牛頓和達爾文這樣的知名人士。在工業時代，科學知識往往被視為是專有的（即使這一概念影響了科學的“純潔性”）。在第一次世界大戰期間，科學與可能造成危險的、必須保密的軍事知識聯系在一起。默頓和貝納爾對各種有關科學的論述，描繪的是假設中的理想，而非現實。但即使在與商業、國家安全或軍事無關的領域，科學從業者長期以來出于專業原因，也會在決定傳播信息的方式和時機時保持謹慎，比如在需要保持科研領先優勢時。

但在發現核裂變之后，貝納爾和默頓對當時的科學保密做法提出了具有參考性的意見，他們是現代學術界卓越的指路人。保密被視為與科學進步背道而馳，它會阻礙科學進步，并對科學事業本身構成潛在的威脅。今天，科學家仍然普遍認同此觀點，包括那些從事致命性科技研究的科學家。他們始終對保密制度有著強烈的反感，尤其是對由他人設計、掌控的保密制度。

20世紀30年代，想要主動掌控自己工作的物理學家，往往不是通過保密手段，而是利用專利。申請專利與大型工業和牟取暴利之間存在著某種負面聯系，但做學術研究的物理學家找到了一條解決之道，即將專利分配給一個中立的、非營利性的組織，比如成立于1912年的美國科學進步研究公司。所有商業專利的收益將用于進一步研究，以使所有科學家受益。這種方法兼顧了理想主義和實用主義：理想主義主張保持科學的“純潔性”，而實用主義則主張通過信貸和基金循環投資來促進科學事業的發展。

在此背景下，我們可以看到西拉德的做法在許多方面超越了科學界同行共同遵守的規范。西拉德申請專利的行為本身是可以容忍的，但他并沒有為了實現自己的構想而真正地投入中子鏈式反應的研究工作中，也沒打算放棄專利控制權。他訴諸專利保密的做法令人十分不安。

在了解核裂變的信息后，西拉德回到了哥倫比亞大學，他移民到美國后一直在那里工作。他向朋友、同事和同為移民的恩里科·費米提出了自己的擔憂。費米在幾年前完善了用中子轟擊各種元素的方法，并于1938年利用接受諾貝爾物理學獎的機會逃離了法西斯統治下的意大利。在當時，要論對核裂變本質的理解之深，防止納粹獲得核武器的決心之堅定，全世界無人可與費米匹敵。

費米已經開始計劃做實驗，如果能產生裂變，就要確定裂變產生的次級中子的數量。如果裂變反應產生的次級中子的數量平均超過一個，那么就可能引發威力巨大的鏈式反應。如果沒有，那么一切就只是“鏡花水月”。西拉德建議費米，為了保持自身優勢，不要將科研結果發表。費米對此建議極為憤慨，西拉德要求自己隱藏最前沿的研究成果，而這些成果正是他榮膺諾貝爾獎的研究的延續。西拉德的理由是，該成果有可能被納粹用來惡意制造一種受科幻小說啟發的武器。學術上的成就，自古以來就是“文出喜洋洋，無作凄凄藏”，第二個發現的人往往得不到任何獎賞。費米認為，鏈式反應成功的概率只有一成，而妨害其實際應用的“未知因素”則數不勝數。

從1939年初的實際情況來看，費米言之有據。反觀西拉德這邊，無論是他的科學構想，還是對納粹德國針對核裂變信息采取行動的能力、工業基礎設施的調配，以及將基礎科學研究轉化為軍事應用時限的判斷，大多基于假設。我們現在知道，西拉德對自然科學的理解是正確的，而對納粹德國核研究的看法是錯誤的，但在當時根本沒有人兩者皆知。

費米的拒絕讓西拉德感到沮喪，但他們的工作地點相距不遠，所以西拉德知道費米的研究工作和計劃。除了費米和西拉德，還有誰可能在思考鏈式反應？對西拉德來說，下一個目標是顯而易見的，巴黎法蘭西學院的弗雷德里克·約里奧-居里。眾所周知，約里奧雄心勃勃，能力出眾，主攻與中子和輻射相關的前沿科學研究。約里奧也曾嘗過錯失科研領先優勢的苦澀。1932年，他與正電子和中子的發現失之交臂，關于這兩個發現的諾貝爾獎均落入他人之手。1934年，他和妻子伊雷娜發現了人工放射性核素，最終贏得了他們夢寐以求的諾貝爾獎。但約里奧知道，20世紀30年代，在核物理學領域保持領先優勢極為困難，一個科學家團隊只需要幾個月的時間就能發現另一個團隊正在苦苦探尋的結果。伊雷娜自己也曾錯失發現核裂變的機會——哈恩、邁特納的實驗就是參照了伊雷娜和她的一位合作者一年前所做的實驗，可惜伊雷娜當時對那項實驗體悟不深。

約里奧在巴黎的團隊擁有測試次級中子所需的資源、經驗和想象力。1939年2月，西拉德收到信息說約里奧正在進行某種“秘密”實驗。西拉德（錯誤地）認為，只有裂變方面的工作才配得上這種保密性。他寫信給約里奧，（誤導性地）在信中表明哥倫比亞大學的科學家正在考慮對鏈式反應研究進行自我審查，并聲稱哥倫比亞大學要求約里奧的團隊也這樣做。信中沒有提出任何明確的建議，而且在許多方面都很含糊。幾個星期過去了，法國團隊沒有再收到西拉德的信件，他們認為此事已經過去。

與此同時，哥倫比亞大學尋找次級中子的工作仍在繼續。1939年3月初，實驗裝置完成。西拉德后來回憶說：“一切都準備就緒，我們要做的就是打開儀器，向后靠穩當，盯緊屏幕。如果屏幕中圖像亮光閃閃，那就意味著鈾在裂變的過程中釋放出了中子，這也意味著原子能的大規模‘解放’指日可待。我們打開儀器，看到了閃光。我們只看了一會兒，就把所有設備都關掉，各自回家了。那天晚上，我基本斷定，整個世界已走上了一條令人悲哀的道路。”

這是一個具有重大意義的物理學發現，但此發現加深了西拉德對納粹德國未來擁有核武器的恐懼。當科學家記錄下這些結果時，希特勒正在入侵捷克斯洛伐克。此時，西拉德提出的科學家需進行自我審查的觀點顯得格外有分量。哥倫比亞大學的物理學家再次召開會議，并達成了妥協：他們將采取一種保密制度。任何關于核裂變的新論文都將被寄送到《物理評論》，后者將對收到的論文進行登記。這些登記記錄今后可用來仲裁科研領先優勢爭端，但這些論文均不得發表，直到未來的某一天。這是一個理想的方案，既可以滿足記錄科研發表順序的需要，又不會使研究內容立即公之于眾。

盡管這只是權宜之計，涉及范圍不大，僅僅是一種試探性的做法，但它仍可算作是第一個核保密措施。它是一道程序，而尚未形成一種制度，作為一種權宜之計，違反者無須承擔后果。任何不愿意遵從這道程序的人都可以把自己的研究結果交給《物理評論》以外的出版機構。這種保密要求的約束性很弱，然而它在哥倫比亞大學的物理學家之間引起了爭議。費米仍然對任何形式的自我審查持反對態度。但西拉德已經說服了另一位移民來美國的物理學家——同為匈牙利裔的愛德華·泰勒進行自我審查，泰勒也意識到了可能存在的危險。少數服從多數，費米最終同意了，但他仍然認為不可能在短期內造出原子彈。

費米的保守態度并不是由于缺乏遠見，而是由于仍然存在諸多未知數：他們尚不清楚兩種鈾的同位素中只有一種能發生裂變反應；不知道對鈾進行濃縮是必要的，而且確實還沒發展到那一步；不知道反應堆會產生一種新的可裂變元素（钚）；也不了解反應的速度、臨界質量等。西拉德提出了一個不同尋常的要求，他認為應該停止當前正常的研究程序，因為擔心核武器研究仍然需要10年時間才可能成功。其他此前站在西拉德對立面的科學家最終還是同意了他的觀點，這證明他們也有此顧慮。

下一步，西拉德要將哥倫比亞大學這邊的結果告知約里奧，并通知他們要求進行自我審查的決定。但就在西拉德起草發往法國的電報時，哥倫比亞大學的研究小組收到通知，約里奧的研究小組剛剛在英國《自然》雜志發表了一份研究報告，宣布他們發現了次級中子。費米極為生氣，他建議立即發表自己在哥倫比亞大學的研究結果。但西拉德仍然認為應該有所保留。法國的研究報告沒有說明每個裂變反應探測到了多少中子，而對于研發核彈或反應堆的人來說，這才是至關重要的信息。

費米認為，應該把這件事上報哥倫比亞大學資深教授喬治·佩格拉姆，交由他來解決。但佩格拉姆也難以做出決斷。西拉德進一步與哥倫比亞大學的其他物理學家討論了這個問題。一些人認為，此項研究確實可行，而且其性質足以引人擔憂，希特勒對全世界造成的威脅只會隨著時間的推移越來越大。同為移民的另一位物理學家維克托·維斯科普夫同意寫信給約里奧的一位合作者，提議他們可以像哥倫比亞大學的科學家一樣，利用某家期刊作為中介，以同時滿足記錄科研成果發表順序和保密的雙重要求。

維斯科普夫還給英國物理學家帕特里克·布萊克特發了一封電報，請他說服《自然》和《英國皇家學會學報》的編輯同意這個方案。布萊克特回電報說，他已經把這個要求轉達給了雜志社，并表示他們“肯定會合作”。哥倫比亞大學科學家移民小組與丹麥物理學家尼爾斯·玻爾達成額外協議，以確保丹麥不會泄露任何研究成果，但玻爾對這個計劃持懷疑態度，因為公眾已經知道了核裂變消息。最后，哥倫比亞大學的研究小組聯系了從事相關領域研究的美國各科學實驗室的負責人，讓他們知悉這個新的自我審查計劃。《物理評論》同意了該計劃：他們不僅會暫不發表與核裂變相關論文，還會告知哥倫比亞大學的物理學家投稿人是誰。

但法國人仍然置身于審查計劃之外，而且在美國還出現了讓局勢變得更為復雜的意外。卡內基研究所一個沒有參與自我審查計劃的小組檢測到了“延遲中子”，它是一種由裂變的放射性副產品釋放的中子，而不是源自裂變反應本身。雖然這一發現可能不會實現自持的中子鏈式反應，但科學期刊上相關文章的發表仍使人們對原子能的未來充滿樂觀。約里奧團隊看到了該文章，并得出了如下結論：美國的科學家嘴上喊著要實施他們的保密計劃，實際上卻毫無節制地發表文章。他們并不知道西拉德正在努力地協調期刊編輯的保密工作。不管怎么說，保密計劃的邏輯仍讓人懷疑。德國也有能干的科學家，他們無疑也在積極地工作。約里奧在1939年4月初給西拉德發電報稱，“針對相關問題已做研究”，“我的意見是現在就發表論文”。

就在約里奧給西拉德發電報的同一天，他的研究團隊給《自然》雜志寄去了一份簡短報告，稱他們已經得出結論，鈾原子核裂變釋放的中子數為3.5個，足以使核裂變鏈式反應成為可能。這并不一定意味著核彈研制可能成功（仍然存在許多不確定性），但至少核反應堆可以作為重要的軍事技術投入使用，而且現已基本研制成功。《自然》雜志隨即發表了該研究報告。

一旦法國團隊打破了出版禁令，其他國家的科學家就會立即跟隨其步伐。在閱讀了這份篇幅不長的報告后，法國、英國、美國、蘇聯、日本和德國的科學家紛紛開始了自己的研究項目。在一年內，許多人向美國政府請愿，稱迫切需要為軍事目的開展核裂變研究。到1939年底，納粹坦克越過波蘭邊境后，已有100多篇與核裂變相關的科學論文發表，其中有10多篇研究與鏈式反應及其潛力有關。試圖利用保密手段來控制核裂變鏈式反應研究的努力幾乎剛一開始就失敗了。西拉德親自公開了自己被《物理評論》雪藏的論文內容。在寫給英國的布萊克特的信中，他遺憾地說：“目前美國不會按照維斯科普夫建議的路線采取行動。”

我們應該如何看待這種自我審查的早期嘗試？在通常情況下，人們強調的是它的失敗，而不是它有較大的成功的可能性。20世紀30年代，科學界的文化氛圍并不認同以科學可能產生的負面結果為借口反對發表、出版相關研究內容。而競爭激烈的、目標內容高度重疊的研究工作，意味著任何工作都可能只比競爭對手提前幾周做出結果。第二次世界大戰結束后幾個月，加州大學伯克利分校輻射實驗室的負責人歐內斯特·O.勞倫斯說，他的實驗室只差一點兒就發現了核裂變。“我們做出的結果只比德國科學家公布的時間晚了幾周而已。因此，從任何角度來看，擱置這些重要的基礎性科學發現都沒有好處。其實，無論在任何地方，科學都會因知識的廣泛傳播而受益。”

試圖在視彼此為競爭對手的科學家之間建立一個臨時的、非國家的、非強制性的國際保密協議，也許是西拉德眾多瘋狂想法中最瘋狂的一個。他設法讓一幫科學家和期刊編輯接受了自己的想法，這證明了西拉德極具說服力，以及科學家內心的恐懼正日益增長。他阻止“次級中子”信息公布的嘗試失敗了，但其影響并沒有隨著約里奧文章的問世而完全消失。相反，正如我們將在后文中所見，西拉德搭建起來的這套系統成為后來核保密制度的基礎。通過把各大洲的科學家聯系在一起，讓大家關注某些信息可能帶來的威脅。同時，通過建立一個期刊編輯聯絡網，他成功地讓這些編輯聚焦保密問題。西拉德的自我審查制度的影響遠遠超出了“次級中子”的問題。雖然物理學家對保密的懷疑態度不會完全減弱，但他們很快就會習慣在保密制度下工作。