【編者按】

1945年8月6日8時16分02秒，人類歷史上第一枚用于實戰的原子彈在廣島上空被引爆，爆炸當量相當于1.25萬噸TNT。3天后，是長崎。8月15日，日本宣布無條件投降，兩枚原子彈為死傷人數過億的第二次世界大戰畫上了句號。

論及原子彈的誕生，很多人的第一反應往往是美國于1942年發起，傾舉國之力的“曼哈頓工程”。但事實上，要想追溯原子彈之路，還需要把時間往前推半個世紀。在《橫空出世：核物理與原子彈的誕生》中，作者從J. J.湯姆孫發現電子，拉開人類對原子構成認識的帷幕講起，之后，在物理學史上最群星閃耀的半個世紀里，盧瑟福、居里夫人、愛因斯坦、玻爾、海森伯、薛定諤、查德威克、奧托·哈恩和莉澤·邁特納等陸續登場，隨之而來的是質子和中子、放射性、質能關系、量子世界以及核裂變的發現。人類，窺見了原子核中蘊含的巨大能量。本文為該書中文版序，澎湃新聞經中信出版集團授權發布。

1938年12月下旬，德國的一個化學實驗室成功實現了核裂變，這開辟了探索威力強大的新能源的道路。這個發現很快就被公之于眾。當時，世界并沒有處于戰爭狀態，況且科學的進步有賴于新的科學發現能自由地傳播。1939年1月，核裂變的發現者，物理學家奧托·哈恩和弗里茨·施特拉斯曼將他們的實驗結果發表在了德國科學期刊《自然科學》上。一個月后，又一份報告接踵而來。這份由奧地利理論物理學家莉澤·邁特納和奧托·弗里施發表在英文科學期刊《自然》上的報告對新近發現的核反應做了物理學闡釋。正是邁特納和弗里施給這種新反應起名為“核裂變”，類比于被稱作二分裂變的活細胞的分裂過程。

核裂變時，重金屬元素（例如鈾金屬）的原子核因受到中子轟擊而被擾動，搖晃并顫動成啞鈴狀，而后分裂成兩個更小的部分。這兩部分都帶有正電荷，以巨大的能量排斥對方，同時各自重組成新元素的原子——氪和鋇。這兩種原子由鈾原子核產生，原子序數之和等于鈾的原子序數。（鈾為92號元素，氪為36號元素，鋇為56號元素，36+56=92。在哈恩和施特拉斯曼用中子轟擊鈾硝酸鹽的實驗中，正是鋇的不期而至使他們意識到部分鈾原子發生了分裂。）在裂變碎片的重組過程中，一小部分質量轉化成了能量。邁特納和弗里施利用愛因斯坦著名的方程E=mc2（能量等于質量乘以光速的平方）計算出了這一過程釋放的能量的大小。他們發現，對于任何一個裂變的原子，釋放的能量約等于處于轟擊狀態的中子能量的兩億倍之多。

在世界范圍內，那些看過這些核反應報告的物理學家很快就明白了它所具有的革命性意義：有這么一個過程，只需借助低能量、室溫下的少量中子，就能促使相當于上百萬攝氏度的巨大能量釋放出來。在黑板上和信封背面，各地的物理學家們迅速地計算出了它可能帶來的結果：開發一種新能源，它驅動輪船以及發電的效率比煤炭燃燒高出6個數量級；再就是制造摧毀力不可想象的炸彈。此時距離“二戰”在歐洲拉開序幕的標志性事件——1939年9月1日德國入侵波蘭——還有不到9個月的時間。這種新發現的核反應被第一次嘗試投入應用將不可避免地是制造一種新的具有強大摧毀力的爆炸物——原子彈。

今天，我們很難想象當初核裂變的發現引起了多大的轟動，各大報紙均以醒目的標題向全世界報道了此事。在哈恩—施特拉斯曼和邁特納—弗里施論文發表的一年中，足足有100項更深入的調查研究發表在各種科學期刊上。一個加快個體裂變的關鍵過程在1939年4月發表的一篇文章中被揭示，這一過程是由不斷產生的繼發性中子形成一個呈指數式增長的鏈式反應。在這一發現之后不到一年的時間內，一名握有希特勒企圖征服世界第一手資料的猶太流亡物理學家與愛因斯坦一同起草了一封信，向當時的美國總統羅斯福發出警報。到1941年初，加利福尼亞大學的化學家們已經通過用中子轟擊鈾分離出了一種新的人造元素钚，并且很快測定出它的分裂能力是鈾的2倍多：如果他們需要約15千克的鈾-235（一種稀有的鈾同位素）來產生最大限度的核爆炸，那么只需要大約6千克的钚就能達到同樣的效果。同樣是到1941年，美國政府才在本土開始接管鈾的研究工作，他們認為納粹德國已經著手制造原子彈，因而下定決心要搶在德國之前制造出原子彈，否則將有一場浩劫。

那些在美國參與制造第一批原子彈的科學家后來遭到了指責，他們被質問為什么同意制造原子彈。責難者想知道的是，這些原子科學家在原本可以達成協議，對外隱瞞存在制造核彈的可能性時，為何又選擇參與制造這種大規模殺傷性武器。這種指責是德國中世紀浮士德傳說的一個變種。在這一古老的傳說中，浮士德就是一個為了換取知識和權力，不惜出賣自己的靈魂，與魔鬼訂立契約的學者。

原子科學家們真的是在進行浮士德式的交易嗎？這種推測源于對科學家工作方式的一種誤解。科學是按照人類學家稱之為“禮物交換”（gift exchange）的方式運作的：某位科學家將其實驗結果公之于眾，其他科學家通過研究這些成果找到線索，做進一步的研究，得到進一步的發現，并相應地將結果公布出來。只有這樣，科學知識才會朝更加廣闊的前沿和更尖的尖端邁進，每位科學家的發現都會促使這項集體工作向前發展。也正是因為每位思維敏捷的科學家能夠在同一知識層面工作，科學上的突破才往往在差不多同一時段在世界各地不同的實驗室內相繼發生，有時只差幾天或幾小時。

1938年，許多物理學家都在思考用中子轟擊鈾會發生什么。如果哈恩與施特拉斯曼沒有意識到他們的鈾實驗中產生了鋇，也會有其他人獨立發現這一點。為了寫這本書，我曾采訪過幾位1938年正在加利福尼亞大學工作的科學家，他們向我表達了與核裂變的發現失之交臂的極大失望之情。在他們看來，這個發現僅用實驗室里現成的儀器和材料便能完成。其中一個人形容條件已經“成熟過頭”。當哈恩和施特拉斯曼的實驗結果傳來時，他們立即沖進實驗室，重復了這項實驗并進行了必要的檢測，然后才意識到核裂變一直都在眼前，只是自己過去沒能理解這一異常現象。

第一份發現核裂變的報告公布后，1939年1月至2月間，世界上每一個技術先進的國家都對核裂變開展了不同程度的研究。它們之所以這樣做，顯然是因為這種新反應從一開始就很可能會被用來發展一種威力強大、沒有任何防御措施可以抵擋的新型炸彈，除非大家以此武器互相要挾。在這一最初階段，中國是罕見的沒有采取行動的國家。中國當時已經卷入戰爭，正全力以赴與日本作戰。法國在遭德國入侵并淪陷后也停止了核研究，戰后才得以繼續。蘇聯在1941年6月被德國突襲后也因疲于自保而沒有開展核研究。1943年，在通過一些間諜情報獲悉英美在進行一項高級計劃后，蘇聯才投入了有限的人力物力。日本在實驗室內對從濃縮鈾到核彈的可能性進行了研究，但由于戰爭中物資匱乏而無力開始工業級別的生產。德國科學家則害怕給殺人成性的獨裁者希特勒承諾太多卻不能兌現，因而沒有繼續下去。不管怎樣，這個德國元首對火箭的興趣遠勝于核彈。當時只有英美兩國聯手才有能力和機遇在戰爭時期研發核武器，即使這樣，原子彈也只是在德國被打敗、“二戰”已接近尾聲之際才研制成功，勉強來得及用來對付日本。

因此，無論是否被用于軍事目的，核裂變的發現都不是科學家能夠接受或拒絕的浮士德式的交易。核裂變的發現不是孤立的，是從科學知識的歷史積淀中涌現出來的，況且，在科學發現中也不存在甄別道德好壞的過濾器。領導在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯制造第一批原子彈的美國理論物理學家奧本海默曾一針見血地指出：“科學中深層的內容被發現并不是因為它們有用，而是因為它們能被發現。這是一個深刻而必然的真理。”

為檢驗核裂變發現的歷史以及科學背景，這本書并不以這次發現作為開場，而是追溯到38年前。那時，電子和X射線的發現使世界范圍內的科學家緊鑼密鼓地開始了測定原子輻射的各種能量以及這些能量的組成的工作。這個新的學術領域被稱為核物理。它在世界大戰和全球動蕩的局面下得到發展。數百萬人在泥濘的戰壕中喪生，不斷的空襲已經使政府對城市被毀以及大量平民死亡變得麻木。戰火蔓延到非軍事區，死亡人數與日俱增。如果用圖表來描述從1世紀到20世紀因戰爭死亡的人數，可以發現它大約是按指數增長的，在1940年至1945年間達到頂峰，約有7500萬人因戰爭而喪生。

核武器在1945年的出現突然扭轉了死亡人數增加的局面。此后，每年在戰爭中死亡的人數不過一二百萬。這樣的數字固然觸目驚心，卻與每年因吸煙而死亡的人數相當。1945年后發生的某事使這些國家發動大規模戰爭的意愿降低了。

各民族國家之間不再進行大規模屠殺，對此，最可靠的解釋是大家不愿意冒險使自己的家園毀于核武器的報復式打擊中。權力之所以起作用，往往在于它能提供一個穩定的權力基礎，讓一個地區或者一個國家掌握在權力精英能控制的范圍內。核武器使這一權力基礎處于極其危險的境地，權力精英也相應地控制了他們的野心。這就是為什么一個國家擁有了核武器之后往往并不像它的對手們常預期的那樣引發更多的戰爭，而是正好相反。中國在1964年10月準備試驗第一批核武器的舉動被美國政府認為是對美國安全的一次極大膽的挑釁，以至于當時的美國總統林登·約翰遜很認真地考慮是否用常規武器或者核武器來襲擊羅布泊的試驗場。理智終究占了上風。中國也成了一個常規核武器國，給其他有核國家樹立了一個榜樣：限制核武器的數量，以最低威懾的姿態出現，這比美國和蘇聯更具恐嚇性的強大威懾姿態要好得多。

核武器的出現帶給世界的恐懼被稱為存在性威懾（existential deterrence）。它并沒有終結戰爭，但限制了戰爭的規模。在長達65年的時間里，出乎意料地沒有一顆核彈爆發于怒火之中。盡管如此，存在性威懾有一個致命的缺點：它要求敵方有資產，從而不敢冒被核武器報復的風險。這么說吧，需要有個可以作為核攻擊目標的“家庭住址”。這表明在阻止侵略方面，威懾理論對于民族國家來說是成立的，但對于一個恐怖組織來說，它未必起作用。

一個恐怖組織擁有極少需要保護的資產。如果一個恐怖組織獲得了核武器——或者通過竊取，或者（可能性不大）通過竊取來的高濃縮鈾（由于技術原因，不可能竊取到钚）制造出一個或多個核武器——理論上他們可以毫無顧忌地使用這些武器。然而，一個即使僅有幾千噸當量的核武器在世界上任何一個主要城市爆炸，都將是一個世界性的災難，很可能會帶來大范圍的經濟崩潰以及一場新的核軍備競賽。

伴隨著美蘇冷戰的結束以及十年之后宗教激進組織的出現，來自恐怖分子的核攻擊威脅已經成為有核國家相信自己會面臨的主要挑戰。盡管老牌的核大國不愿意考慮放棄他們的核武庫，但對于恐怖分子的核威脅而言，除此之外別無他法。世界開始向消除核武器的方向發展，這一趨勢的產生雖然有其他一些原因，但在任何一個國家首腦眼中，沒有什么比恐怖分子的核彈威脅更為緊迫。

追蹤并鎖定世界上每一千克的高濃縮鈾并不是一項輕而易舉的任務。難度稍小的是監控全世界的核燃料生產設施和核電站。核裁軍本身就像懸崖勒馬，危險至極，當各國核武庫中核彈的數量降到幾百甚至幾十時尤為危險。最艱難的部分或許將是商討常規武器的數量限制，因為一旦缺乏限制，在沒有核武器的世界中，美國與其他國家的軍事實力差距將比現在更為懸殊。盡管如此，仍然只有完全的核裁軍才能使世界免受核武器之災。正如美國前總統奧巴馬2009年4月在布拉格清楚地指出的那樣：

數以千計的核武器的存在是冷戰留給后人最危險的遺產。盡管美蘇之間并沒有爆發核戰爭，但那一代人都知道，他們的世界可以在頃刻間被毀滅。像布拉格這樣一個有著悠久的歷史，體現了人類如此多的美與天賦的城市，那時可能會不復存在。

今天，冷戰已經過去，但數以千計的那些武器還在。歷史處于一個奇特的轉折點上，全球性核戰爭的威脅已經降低，遭受一次核襲擊的可能性卻在增大。許多國家已經擁有這些武器，核試驗仍在繼續。核機密和核原料的黑市交易大量存在，制造核彈的技術被傳播開來。恐怖分子已經下定決心要擁有核武器，無論是通過購買、制造還是盜取。為了遏制這些危險，我們正在努力構建一個全球范圍內的核不擴散體制，但隨著越來越多的人及國家破壞規則，我們可能會走向這個體制無法控制的危險和混亂的局面。

現在我們知道，這對不論身處何方的人都至關重要。一顆核彈如果在某個城市爆炸——也許是紐約或莫斯科，伊斯蘭堡或孟買，東京或特拉維夫，巴黎或布拉格——會使數以十萬計的居民喪生。而且不管發生在哪兒，它對我們的全球安全、我們的安保、我們的社會、我們的經濟甚至人類的生存可能帶來的后果都會是無法想象的。

一些人認為，無法阻止也無法核查這些武器的擴散。他們說，我們注定要生活在一個越來越多的國家、越來越多的人擁有這種終極毀滅工具的世界里。這種宿命論是我們致命的敵人，因為如果我們相信核武器的擴散是不可避免的，那么在某種程度上，我們就已經承認核武器的使用是不可避免的。

在過去的兩個世紀里，人類已經在控制流行病方面取得了顯著的進步。在20世紀的前 50 年中，戰爭造成的死亡（人為制造的死亡）人數在早逝的總人數中顯得十分突出，其中的一個原因是，通過國民保健體系，疾病造成的死亡（生理性死亡）已經得到了越來越好的控制。從1945年開始，對核武器報復的恐懼也限制了人為制造的死亡人數，但為此付出的代價是局部甚至世界范圍內人為制造死亡的風險大大增加了。罪魁禍首是所謂的一觸即發式的威懾性核武庫。21世紀初，自殺式恐怖主義的抬頭意味著此種核武庫對特定地區某些一窮二白的組織是毫無威懾性的。

核武器的辯護者聲稱，核武器存在的唯一價值是用來威懾有同樣武器裝備的敵手。如果是這樣的話，消除核武器在邏輯上就更沒有反對的理由了。

所有這些挑戰和轉變的出現，是由于一些科學家在探索物質的基本結構時，碰巧用意想不到的方式釋放了原子核中潛在的巨大能量。這一切是如何發生的以及它究竟帶來了什么直接的后果，都是這本書要探討的內容。希望讀者能從中獲益。

《橫空出世：核物理與原子彈的誕生》，[美]理查德·羅茲著，江向東、廖湘彧譯，方在慶校，新思文化｜中信出版集團2023年11月。