对裂变的恐惧

核武器和核反应堆都基于“核裂变”这种科学现象，即重原子（尤其是铀）吸收中子后发生裂变。1938年12月，在柏林工作的德国科学家奥托·哈恩和弗里茨·施特拉斯曼以及他们的奥地利合作者莉泽·迈特纳和奥托·弗里施发现了裂变（迈特纳和弗里施当时居住在瑞典）。哈恩和迈特纳等人的这一新发现，是关于物质本质研究的最新成果，基于威廉·伦琴于1895年发现X射线，亨利·贝可勒尔于1898年发现放射性，也源于欧内斯特·卢瑟福关于α辐射和原子结构的研究，玛丽和皮埃尔·居里夫妇关于放射性物质的研究，尼尔斯·玻尔、维尔纳·海森伯等人领导的量子力学革命，弗雷德里克和伊雷娜·约里奥-居里夫妇关于人工放射性的研究，以及恩里科·费米和他在意大利的团队在使用低能中子（慢中子）制造新放射性化合物的技术创新。

哈恩、迈特纳和他们的合作者正在跟进费米的工作，几年前费米曾声称通过将铀暴露在慢中子下，创造出了新的化学元素。化学家哈恩发现，辐照铀的残留物并不是费米所认为的新的重元素，相反，这些残留物中含有一种放射性元素钡，该元素大约只有原始铀一半的大小。他把自己的发现结果写信告诉了合作者——流亡中的物理学家迈特纳。她和侄子弗里施对该实验做了物理解释：铀核并不是像费米认为的那样从中子中生长出来的，而是分裂成了两块。他们称这种现象为“核裂变”。

这在物理上是趣味盎然的，在科学上是匪夷所思的，但未必是骇人听闻的。从“核裂变”到“核武器成为可能”需要跨越巨大的鸿沟。从原子的角度来看，单个核裂变反应所释放出的能量是非常大的。但从人类的角度来看，能量非常小：大约只能移动一粒灰尘。要把它变成一种武器，就需要在百万分之一秒内让大约1兆兆个原子发生核裂变。这件事是否可能成功尚不确定，而且即使有可能成功，也无法确定核武器是否能在战争中被及时地制造出来。

有一位科学家很快在核裂变的发现中看到了可能存在的威胁。哈恩、迈特纳的成果通过口口相传，在全球物理学界迅速地传播开来，并于1939年1月，传到了正在普林斯顿大学访学的科学家利奥·西拉德的耳朵里。犹太裔匈牙利物理学家西拉德在纳粹上台前一直生活在德国。国会纵火案[1]发生后不久，他就逃往英国，这一经历塑造了他的世界观。1933年4月的一天，当他决定从柏林逃往维也纳时，他乘坐了一列几乎空载的火车。一天后，同一车次的火车因过度拥挤而在边境被拦下，车上的每个人都得接受盘问。利奥·西拉德后来讲述了此事对他思想的影响：“这表明，如果你想在这个世界上取得成功，你不需要比其他人聪明多少，你只需要比大多数人早一天。明白这一点，足矣。”

这番话也概括了利奥·西拉德的科学研究风格：高效工作，站在思想的前沿。他之所以比大多数人更敏锐地看出核裂变的军事意义，是因为他已研究核反应长达5年，并且比其他人花了更多时间思考其后果。1933年9月，利奥·西拉德还在伦敦，他在报纸上读到了英国物理学家欧内斯特·卢瑟福的一次演讲内容，卢瑟福把以工业规模释放原子能的想法斥为“镜花水月”。卢瑟福只是重复了当时正统物理学的观点，即放射性转化可以释放出大量能量，但如果不能控制转化，并大规模增殖能量，就不会有什么作用。卢瑟福指出，那些谈论以宏观方式释放原子潜在能量的人，很可能是在胡说八道。而在其后5年，尚未发现核裂变之前，卢瑟福的说法一直是对的。

但在敢于逆向思考的西拉德看来，卢瑟福还是过于保守了。中子是于1932年被发现的一种亚原子粒子，具有许多新的可能性。因为中子是电中性的，所以更有能力穿透围绕着带正电荷的原子核、带负电荷的电子云，进入原子的核心。西拉德的判断是，一个由中子引发的核反应，其本身所产生的中子可以诱发进一步的反应，有可能产生一个快速增殖的链式反应。如果一个中子反应产生了两个中子，而这两个中子中的每一个反应又各自产生两个中子，以此类推，将形成粒子数量和能量的“指数爆炸”[2]。只需要30次这样的增殖，就可以达到超过10亿个中子；进行到第80次增殖时，就能达到1万亿个中子。只要找到合适的反应，就会有一个虚拟的中子炉供人们使用。如果你能使反应进行得足够快，你就有了一种武器。据西拉德说，他之所以痴迷于这个想法及其重大意义，是受到了赫伯特·乔治·威尔斯极富远见的科幻小说的启发。威尔斯曾在几十年前写过造出“原子弹”的可能性，并指出其破坏力不仅会改变战争的性质，而且会改变全球政治的本质。

但西拉德并不了解什么样的核反应可以产生这样的中子链，这一研究在1933年的时候还未起步。不过，他并没有因此而停止思考。他转而考虑，如果真有这样的反应，他能够做些什么。到1934年，西拉德列出了一个可能发生的链式反应的粗略大纲，其中包含一个早期的“临界质量”概念（所需反应材料的数量，以使反应维持自持）和链式反应的属性。为了吸引英国官方对其研究工作的关注，并对该研究实施一些管控，他在英国申请了专利，将其转让给英国海军部，并敦促英国海军部对其加以保密。西拉德的行为可以说是实施核保密的第一个实例，而这居然是在发现核裂变和原子弹具备技术可行性之前。

这些举措对西拉德来说是非常大胆的，原因有二：第一，其实他并没有发明什么，只有一个基于某个物理过程的想法，而该物理过程尚在探索之中；第二，他的首个举动便是使其成为专利和秘密，这两者都不符合科学的理想主义精神。西拉德就这一想法写信给英国的物理学家，他们当时肯定认为他很古怪，甚至很偏激。当西拉德试图向卢瑟福推销这个想法时，卢瑟福把他赶出了办公室，因为西拉德在核物理方面投机、业余的做法，以及为这个想法申请专利的举动触怒了他。英国政府愿意为西拉德的专利保密，但他们并未对此表现出明显的兴趣。在当时，西拉德的专利还只是一种假设。现在回想起来，我们可以看到西拉德的计划中充满希望的部分，但有很多东西显然依赖于在当时尚未实现的反应或尚未被发现的粒子。

西拉德并未气馁，开始研究向各种元素发射中子，观察是否会产生更多中子。这是一项费力、乏味且耗费钱财的工作，而且他未能引起其他科学家对他创见的重视。鉴于西拉德本人并非一位全情投入的实验者，他没有得到有用的结果也就不足为奇了。1938年，他预见了第二次世界大战的爆发，移民去了美国。当时他已失去了对实现链式反应的信心，但不久之后，他又听说了有关核裂变的发现。

当西拉德听闻哈恩和迈特纳的研究时，他立即想到了自己假设的中子诱发链式反应。核裂变是由一个中子引起的，但它是否会产生更多的中子，也就是所谓的次级中子？哈恩和迈特纳的论文并没有提到这种可能性。但西拉德已经准备好寻找中子了，这不一定是因为他更聪明，而是因为他再一次比其他人领先了一天。一夜之间，关于链式反应的想法从科幻小说变成了可能——只要能发现次级中子。

在这一关键时刻，他的思想再次转向了保密。正如他后来回忆道：“我想，如果中子确实是在裂变过程中释放出来的，那么应将这一事实对德国人保密。”因为对于一个欧洲犹太裔难民来说，没有什么比面对拥有核武器的纳粹德国更糟糕了，如果科学的新发现确实会带来一种新武器，那么他希望这种武器能受到控制。正是在这些迫切的恐惧中，在科幻小说和新的物理发现先后涌现的时代，第一次出现了尝试开展核保密工作的一群人。

1939年，也就是发现核裂变的信息传遍全球的那一年，著名的英国晶体学家和科学领袖约翰·戴斯蒙德·贝纳尔提出了这样一个命题：“现代科学与否定保密的观念正在同时发展。”他认为，信奉保密就是信奉中世纪的做法，就是炼金术和自我禁锢的神秘主义。贝纳尔把科学保密与工业、国家控制和军事研究联系在一起，他对保密制度与科学的观点即受此影响。他将国家试图控制科学知识（他称之为“更为危险的保密形式”）与纳粹试图“规定”自然真理进行类比。他认为，保密制度和国家控制将融为一体，“科学家将成为国家的仆人，或者更准确地说是国家的奴隶”。对贝纳尔来说，科学保密制度不仅低效，而且将导致国家对科学的完全控制，甚至会导致科学的毁灭。

与之类似，在1942年，美国社会学家罗伯特·金·默顿在尝试制定科学活动的规范时抨击了保密制度。默顿认为，科学领域的核心理念之一，就是个人不享有对科学思想的专有权，所有科学思想都应当广泛且无限制地传播。没有公开性，科学主张就不能得到独立研判，科学就会停止进步。默顿曾指出“保密是规范的对立面”“充分与开放的交流才是规范的法则”。贝纳尔和默顿二人对此观点一致。到了20世纪初，科学家——尤其是拥有影响力的科学家——倾向于认为，科研事业在一定程度上是由开放的国际交流来定义的。

然而，科学知识与保密二者之间并非界限清晰，历史学家和科学社会学研究者对此早有实证。长期以来，科学家出于各种原因采取保密措施，他们害怕失去领先优势，害怕政治或宗教报复，也害怕军事上的滥用。选择这样做的科学家并不是什么怪人，在那些利用保密获益的人中，有伽利略、牛顿和达尔文这样的知名人士。在工业时代，科学知识往往被视为是专有的（即使这一概念影响了科学的“纯洁性”）。在第一次世界大战期间，科学与可能造成危险的、必须保密的军事知识联系在一起。默顿和贝纳尔对各种有关科学的论述，描绘的是假设中的理想，而非现实。但即使在与商业、国家安全或军事无关的领域，科学从业者长期以来出于专业原因，也会在决定传播信息的方式和时机时保持谨慎，比如在需要保持科研领先优势时。

但在发现核裂变之后，贝纳尔和默顿对当时的科学保密做法提出了具有参考性的意见，他们是现代学术界卓越的指路人。保密被视为与科学进步背道而驰，它会阻碍科学进步，并对科学事业本身构成潜在的威胁。今天，科学家仍然普遍认同此观点，包括那些从事致命性科技研究的科学家。他们始终对保密制度有着强烈的反感，尤其是对由他人设计、掌控的保密制度。

20世纪30年代，想要主动掌控自己工作的物理学家，往往不是通过保密手段，而是利用专利。申请专利与大型工业和牟取暴利之间存在着某种负面联系，但做学术研究的物理学家找到了一条解决之道，即将专利分配给一个中立的、非营利性的组织，比如成立于1912年的美国科学进步研究公司。所有商业专利的收益将用于进一步研究，以使所有科学家受益。这种方法兼顾了理想主义和实用主义：理想主义主张保持科学的“纯洁性”，而实用主义则主张通过信贷和基金循环投资来促进科学事业的发展。

在此背景下，我们可以看到西拉德的做法在许多方面超越了科学界同行共同遵守的规范。西拉德申请专利的行为本身是可以容忍的，但他并没有为了实现自己的构想而真正地投入中子链式反应的研究工作中，也没打算放弃专利控制权。他诉诸专利保密的做法令人十分不安。

在了解核裂变的信息后，西拉德回到了哥伦比亚大学，他移民到美国后一直在那里工作。他向朋友、同事和同为移民的恩里科·费米提出了自己的担忧。费米在几年前完善了用中子轰击各种元素的方法，并于1938年利用接受诺贝尔物理学奖的机会逃离了法西斯统治下的意大利。在当时，要论对核裂变本质的理解之深，防止纳粹获得核武器的决心之坚定，全世界无人可与费米匹敌。

费米已经开始计划做实验，如果能产生裂变，就要确定裂变产生的次级中子的数量。如果裂变反应产生的次级中子的数量平均超过一个，那么就可能引发威力巨大的链式反应。如果没有，那么一切就只是“镜花水月”。西拉德建议费米，为了保持自身优势，不要将科研结果发表。费米对此建议极为愤慨，西拉德要求自己隐藏最前沿的研究成果，而这些成果正是他荣膺诺贝尔奖的研究的延续。西拉德的理由是，该成果有可能被纳粹用来恶意制造一种受科幻小说启发的武器。学术上的成就，自古以来就是“文出喜洋洋，无作凄凄藏”，第二个发现的人往往得不到任何奖赏。费米认为，链式反应成功的概率只有一成，而妨害其实际应用的“未知因素”则数不胜数。

从1939年初的实际情况来看，费米言之有据。反观西拉德这边，无论是他的科学构想，还是对纳粹德国针对核裂变信息采取行动的能力、工业基础设施的调配，以及将基础科学研究转化为军事应用时限的判断，大多基于假设。我们现在知道，西拉德对自然科学的理解是正确的，而对纳粹德国核研究的看法是错误的，但在当时根本没有人两者皆知。

费米的拒绝让西拉德感到沮丧，但他们的工作地点相距不远，所以西拉德知道费米的研究工作和计划。除了费米和西拉德，还有谁可能在思考链式反应？对西拉德来说，下一个目标是显而易见的，巴黎法兰西学院的弗雷德里克·约里奥-居里。众所周知，约里奥雄心勃勃，能力出众，主攻与中子和辐射相关的前沿科学研究。约里奥也曾尝过错失科研领先优势的苦涩。1932年，他与正电子和中子的发现失之交臂，关于这两个发现的诺贝尔奖均落入他人之手。1934年，他和妻子伊雷娜发现了人工放射性核素，最终赢得了他们梦寐以求的诺贝尔奖。但约里奥知道，20世纪30年代，在核物理学领域保持领先优势极为困难，一个科学家团队只需要几个月的时间就能发现另一个团队正在苦苦探寻的结果。伊雷娜自己也曾错失发现核裂变的机会——哈恩、迈特纳的实验就是参照了伊雷娜和她的一位合作者一年前所做的实验，可惜伊雷娜当时对那项实验体悟不深。

约里奥在巴黎的团队拥有测试次级中子所需的资源、经验和想象力。1939年2月，西拉德收到信息说约里奥正在进行某种“秘密”实验。西拉德（错误地）认为，只有裂变方面的工作才配得上这种保密性。他写信给约里奥，（误导性地）在信中表明哥伦比亚大学的科学家正在考虑对链式反应研究进行自我审查，并声称哥伦比亚大学要求约里奥的团队也这样做。信中没有提出任何明确的建议，而且在许多方面都很含糊。几个星期过去了，法国团队没有再收到西拉德的信件，他们认为此事已经过去。

与此同时，哥伦比亚大学寻找次级中子的工作仍在继续。1939年3月初，实验装置完成。西拉德后来回忆说：“一切都准备就绪，我们要做的就是打开仪器，向后靠稳当，盯紧屏幕。如果屏幕中图像亮光闪闪，那就意味着铀在裂变的过程中释放出了中子，这也意味着原子能的大规模‘解放’指日可待。我们打开仪器，看到了闪光。我们只看了一会儿，就把所有设备都关掉，各自回家了。那天晚上，我基本断定，整个世界已走上了一条令人悲哀的道路。”

这是一个具有重大意义的物理学发现，但此发现加深了西拉德对纳粹德国未来拥有核武器的恐惧。当科学家记录下这些结果时，希特勒正在入侵捷克斯洛伐克。此时，西拉德提出的科学家需进行自我审查的观点显得格外有分量。哥伦比亚大学的物理学家再次召开会议，并达成了妥协：他们将采取一种保密制度。任何关于核裂变的新论文都将被寄送到《物理评论》，后者将对收到的论文进行登记。这些登记记录今后可用来仲裁科研领先优势争端，但这些论文均不得发表，直到未来的某一天。这是一个理想的方案，既可以满足记录科研发表顺序的需要，又不会使研究内容立即公之于众。

尽管这只是权宜之计，涉及范围不大，仅仅是一种试探性的做法，但它仍可算作是第一个核保密措施。它是一道程序，而尚未形成一种制度，作为一种权宜之计，违反者无须承担后果。任何不愿意遵从这道程序的人都可以把自己的研究结果交给《物理评论》以外的出版机构。这种保密要求的约束性很弱，然而它在哥伦比亚大学的物理学家之间引起了争议。费米仍然对任何形式的自我审查持反对态度。但西拉德已经说服了另一位移民来美国的物理学家——同为匈牙利裔的爱德华·泰勒进行自我审查，泰勒也意识到了可能存在的危险。少数服从多数，费米最终同意了，但他仍然认为不可能在短期内造出原子弹。

费米的保守态度并不是由于缺乏远见，而是由于仍然存在诸多未知数：他们尚不清楚两种铀的同位素中只有一种能发生裂变反应；不知道对铀进行浓缩是必要的，而且确实还没发展到那一步；不知道反应堆会产生一种新的可裂变元素（钚）；也不了解反应的速度、临界质量等。西拉德提出了一个不同寻常的要求，他认为应该停止当前正常的研究程序，因为担心核武器研究仍然需要10年时间才可能成功。其他此前站在西拉德对立面的科学家最终还是同意了他的观点，这证明他们也有此顾虑。

下一步，西拉德要将哥伦比亚大学这边的结果告知约里奥，并通知他们要求进行自我审查的决定。但就在西拉德起草发往法国的电报时，哥伦比亚大学的研究小组收到通知，约里奥的研究小组刚刚在英国《自然》杂志发表了一份研究报告，宣布他们发现了次级中子。费米极为生气，他建议立即发表自己在哥伦比亚大学的研究结果。但西拉德仍然认为应该有所保留。法国的研究报告没有说明每个裂变反应探测到了多少中子，而对于研发核弹或反应堆的人来说，这才是至关重要的信息。

费米认为，应该把这件事上报哥伦比亚大学资深教授乔治·佩格拉姆，交由他来解决。但佩格拉姆也难以做出决断。西拉德进一步与哥伦比亚大学的其他物理学家讨论了这个问题。一些人认为，此项研究确实可行，而且其性质足以引人担忧，希特勒对全世界造成的威胁只会随着时间的推移越来越大。同为移民的另一位物理学家维克托·维斯科普夫同意写信给约里奥的一位合作者，提议他们可以像哥伦比亚大学的科学家一样，利用某家期刊作为中介，以同时满足记录科研成果发表顺序和保密的双重要求。

维斯科普夫还给英国物理学家帕特里克·布莱克特发了一封电报，请他说服《自然》和《英国皇家学会学报》的编辑同意这个方案。布莱克特回电报说，他已经把这个要求转达给了杂志社，并表示他们“肯定会合作”。哥伦比亚大学科学家移民小组与丹麦物理学家尼尔斯·玻尔达成额外协议，以确保丹麦不会泄露任何研究成果，但玻尔对这个计划持怀疑态度，因为公众已经知道了核裂变消息。最后，哥伦比亚大学的研究小组联系了从事相关领域研究的美国各科学实验室的负责人，让他们知悉这个新的自我审查计划。《物理评论》同意了该计划：他们不仅会暂不发表与核裂变相关论文，还会告知哥伦比亚大学的物理学家投稿人是谁。

但法国人仍然置身于审查计划之外，而且在美国还出现了让局势变得更为复杂的意外。卡内基研究所一个没有参与自我审查计划的小组检测到了“延迟中子”，它是一种由裂变的放射性副产品释放的中子，而不是源自裂变反应本身。虽然这一发现可能不会实现自持的中子链式反应，但科学期刊上相关文章的发表仍使人们对原子能的未来充满乐观。约里奥团队看到了该文章，并得出了如下结论：美国的科学家嘴上喊着要实施他们的保密计划，实际上却毫无节制地发表文章。他们并不知道西拉德正在努力地协调期刊编辑的保密工作。不管怎么说，保密计划的逻辑仍让人怀疑。德国也有能干的科学家，他们无疑也在积极地工作。约里奥在1939年4月初给西拉德发电报称，“针对相关问题已做研究”，“我的意见是现在就发表论文”。

就在约里奥给西拉德发电报的同一天，他的研究团队给《自然》杂志寄去了一份简短报告，称他们已经得出结论，铀原子核裂变释放的中子数为3.5个，足以使核裂变链式反应成为可能。这并不一定意味着核弹研制可能成功（仍然存在许多不确定性），但至少核反应堆可以作为重要的军事技术投入使用，而且现已基本研制成功。《自然》杂志随即发表了该研究报告。

一旦法国团队打破了出版禁令，其他国家的科学家就会立即跟随其步伐。在阅读了这份篇幅不长的报告后，法国、英国、美国、苏联、日本和德国的科学家纷纷开始了自己的研究项目。在一年内，许多人向美国政府请愿，称迫切需要为军事目的开展核裂变研究。到1939年底，纳粹坦克越过波兰边境后，已有100多篇与核裂变相关的科学论文发表，其中有10多篇研究与链式反应及其潜力有关。试图利用保密手段来控制核裂变链式反应研究的努力几乎刚一开始就失败了。西拉德亲自公开了自己被《物理评论》雪藏的论文内容。在写给英国的布莱克特的信中，他遗憾地说：“目前美国不会按照维斯科普夫建议的路线采取行动。”

我们应该如何看待这种自我审查的早期尝试？在通常情况下，人们强调的是它的失败，而不是它有较大的成功的可能性。20世纪30年代，科学界的文化氛围并不认同以科学可能产生的负面结果为借口反对发表、出版相关研究内容。而竞争激烈的、目标内容高度重叠的研究工作，意味着任何工作都可能只比竞争对手提前几周做出结果。第二次世界大战结束后几个月，加州大学伯克利分校辐射实验室的负责人欧内斯特·O.劳伦斯说，他的实验室只差一点儿就发现了核裂变。“我们做出的结果只比德国科学家公布的时间晚了几周而已。因此，从任何角度来看，搁置这些重要的基础性科学发现都没有好处。其实，无论在任何地方，科学都会因知识的广泛传播而受益。”

试图在视彼此为竞争对手的科学家之间建立一个临时的、非国家的、非强制性的国际保密协议，也许是西拉德众多疯狂想法中最疯狂的一个。他设法让一帮科学家和期刊编辑接受了自己的想法，这证明了西拉德极具说服力，以及科学家内心的恐惧正日益增长。他阻止“次级中子”信息公布的尝试失败了，但其影响并没有随着约里奥文章的问世而完全消失。相反，正如我们将在后文中所见，西拉德搭建起来的这套系统成为后来核保密制度的基础。通过把各大洲的科学家联系在一起，让大家关注某些信息可能带来的威胁。同时，通过建立一个期刊编辑联络网，他成功地让这些编辑聚焦保密问题。西拉德的自我审查制度的影响远远超出了“次级中子”的问题。虽然物理学家对保密的怀疑态度不会完全减弱，但他们很快就会习惯在保密制度下工作。