【STS論壇】科學與民主:原子彈發明與不發明的故事

■ 促成原子彈誕生的物理學家歐本海默,在美國真的將原子彈投向日本之後,後悔不迭。

kamoda@flicker
位於日本廣島的原爆紀念碑,上頭放了一串憑弔遊客掛上的紙鶴。

撰文 ∣ 高涌泉(台大物理系教授)

  在我說明今天想表達的看法之前,得先介紹兩個故事,這兩個故事都和原子彈有關。

  1938年底,德國科學家哈恩(Otto Hahn)和史特拉斯曼(Fritz Strassmann)利用中子撞擊鈾235,使得鈾的原子核分裂成兩個子核,再加上數個中子。

中子

  由於產物(X+Y+中子)的質量比一開始反應物(中子+U235)的質量小。少掉的質量,就透過愛因斯坦E=mc2的公式,轉化成能量,也就是說產物(X+Y+中子)會有相當大的動能,這種特殊的反應過程稱之為核分裂(nuclear fission)。由於產物當中有數個中子,而這些中子又可以拿來撞擊其他鈾原子核,如以反覆下去便能夠形成連鎖反應(chain reaction),因此核分裂反應會產生巨大的能量。當時科學家馬上意識到核分裂連鎖反應有重大的應用價值,尤其是可以拿來製造威力強大的炸彈。

  1939年8月,因為納粹壓迫而流亡到美國的匈牙利科學家齊拉德(Leó Szilard) 鼓動愛因斯坦寫信給美國總統羅斯福,信中說明「去年(1938)年底,德國核子化學家發現核分裂反應,這個科學發現可能導致重大毀滅性武器的發展」,督促美國重視原子能研究。到了1942年,因為二次世界大戰,美國決定不只是做原子核研究,而要盡全力製造核子武器(原子彈)。

  1942年9月,美國陸軍上校葛羅伏斯(L. R. Groves)受命接掌曼哈坦計畫(Manhattan Project),此計畫的目標即是盡快造出原子彈。葛羅伏斯很快地就進入狀況:他立即認定曼哈坦計畫必須成立專責實驗室(後來設立於新墨西哥州的洛斯阿拉摩斯),並且在一個月內就做出了整個計畫最關鍵的決定─聘任歐本海默(J. R. Oppenheimer)為實驗室主任。依據名物理學家拉比(I. I. Rabi)的看法,「雖然葛羅伏斯不以天才著稱,這項決定卻是天才之作。」

歐本海默與愛因斯坦
歐本海默(右)與愛因斯坦(左)

  歐本海默的確是大黑馬,因為:一,他是理論物理學家,以這個身分來帶領以實驗與工程為主的機構有些奇怪。二,雖然他當時在理論物理上的成就頗為可觀,普遍獲得敬重,可算是美國第一人,但是他並沒有得過諾貝爾獎,學術聲望比起費米(E. Fermi)、羅倫斯(E. Lawrence)、康普頓(A. H. Compton)等還差一截,當起主任恐怕壓不住陣腳。三,他的太太、前女友、弟弟等人和共產黨有深淺不一的關係,讓情報單位一直不信任他。

  這些「負面」因素讓葛羅伏斯承受了不少批評,不過他還是不改初衷,力挺歐本海默到底。歐本海默自己則認為他入選的原因是其他合格的人都已有重要的任務,而且這個造彈計畫的名聲並不好。總之曼哈坦計畫結束後,葛羅伏斯可以傲然地說:「但是我堅持要歐本海默,他的成功證明我是對的,沒有其他人可完成任務。」

  一九四五年七月,曼哈坦計畫在起步約三年之後終於成功─原子彈造出來了。但是接下來的問題並沒有更容易:該不該將這些原子彈派上用場?那時納粹德軍已經敗亡,所以當初製造原子彈的假想目標已消失。不過日本還在負嵎頑抗,美軍傷亡仍大,尤其是美軍萬一不得不登陸日本本土的話;如果將原子彈轉用於日本說不定可以提前結束戰爭,減少傷亡。但是原子彈的威力非同小可,一定造成重大傷亡,美國如成為第一個使用原子武器的國家,在道德立場上恐怕受人非議。

  美國政府成立了一個臨時委員會來考慮是否該用上原子彈。委員會主席是戰爭部長史汀生,成員包括哈佛大學校長、麻省理工學院校長、海軍次長、科學研究辦公室主任等人。這委員會指派了一個科學顧問組提供諮詢,四位成員是歐本海默、費米、勞倫斯、康普頓;這四個人除了歐本海默之外,都是諾貝爾物理獎得主。臨時委員會最終建議杜魯門總統「應該盡快用原子彈對付日本」。

  曼哈坦計畫總負責人葛羅伏斯後來認為與其說杜魯門總統「同意」了投擲原子彈,不如說他沒有「反對」這麼做;在當時無論任何人都得有極大的勇氣才能說「不」(見敘述原子彈歷史的《比一千個太陽還亮(Brighter Than a Thousand Suns)》一書)。科學顧問組的智者顯然也沒有勇氣反對這項建議。

  不過當時仍有不少科學家反對投擲原子彈,例如當初鼓動愛因斯坦上書羅斯福總統重視原子能研究的齊拉德就取得了數十位科學家的連署,呼籲杜魯門千萬要慎重。這些人準備了一份報告反對臨時委員會的建議,他們認為「不預警地對日本使用核子武器是不恰當的」。如果美國這麼做,她會失去全球的支持,而且促發軍備競賽。

  廣島長崎原爆之後,歐本海默與杜魯門總統見了面。歐對杜說:「我覺得我們手上有血。」杜回答說:「不用擔心,它會洗掉的。」事後,杜魯門寫信給朋友說歐本海默是個:「哭鬧的科學家…來我辦公室…一直告訴我他們手上有血因為發現了原子能。」

  我再來要講的是納粹德國那邊原子彈計畫的故事。

  德國投降之後,美軍立刻派了一組專家調查德國的原子武器發展狀況,結果驚訝地發現他們遠遠落後於美國自己的「曼哈坦」原子彈計劃。德國不僅是沒有造出原子彈,似乎連入門的訣竅都還未摸到。怎麼會這麼離譜呢?

Werner_Heisenberg(wiki)
海森堡玉照

  當時,德國的確有個核分裂研究計劃,領導者是海森堡(W.Heisenberg)。他可以說是二十世紀物理的金童,24歲不到就發現了量子力學,32歲獲諾貝爾獎,在理論物理中重要的貢獻比比皆是。如果海森堡是美國人,領導曼哈坦計劃的應該就是他了。其實在美德正式開戰之前,海森堡於1939年初夏還赴美一趟探望朋友。許多已經流亡在美的朋友都勸他留下來。他卻仍執意回德國。他的解釋是他不能背棄還在德國的同僚與學生,他需要留在德國撐住局面,設法掙得一些「淨地」,以便納粹時期渡過之後,還能保有元氣重建德國物理。不過這種「無私」的情操還是引來一些人的懷疑,認為海森堡其實還是懷抱著德國勝利的希望,尤其是他曾說過類似蘇聯共產主義危害尤勝於納粹之類的話。他選擇回德國就是要貢獻一己之力。海森堡在美國曾與費米見面深談。敏感者那時已可預見,海費二人將是敵對兩陣營各自原子彈計劃的主持人。海費見面時場景的歷史張力可想而知。

  以海森堡的聲譽及德國的科技水準,任何敵手當然會擔心德國很快就能造出一顆原子彈。真相是德國雖然在1939─1940年間的確對原子彈興趣濃厚,爾後並沒有和美國一樣傾全力投注於製造原子彈,只維持了一小規模的純研究計劃。主因是海森堡在1942年說服主管經濟資源的史培爾(A.Speer)放棄大規模發展原子武器計劃,因為「太大、太貴」,對戰時德國而言「沒有把握」。事後看,很多人會「感激」海森堡這個判斷,否則難說歷史不會轉彎。在事過境遷之後,可以檢討、探究的事情很多,例如海森堡的決定從德國的角度出發看是正確的嗎?雖然「太大、太貴」美國不仍成功了嗎?這個決定所依據的科學理由何在?從大戰結束後至今,談論這些疑點的文章與書仍不斷湧現。有幾種講法。一是海森堡其實錯估了造彈的難度。因為他搞錯「臨界質量(critical mass)」的大小。

  什麼是「臨界質量」?基本上原子彈是利用鈾235核分裂的鏈鎖反應。而鏈鎖反應要成立,鈾235的量得要足夠,起碼要在所謂的「臨界質量」以上。海森堡以為此「臨界質量」是以噸計。其實正確的答案不會超過數十公斤。要提煉一噸以上的鈾235絕非德國(與美國)在短時間內可以達成的事。但若是幾十公斤就足夠造一顆原子彈,則德國或許會撐下去硬幹。所以海森堡的「無能」導致了德國計劃的失敗。

  另一種說法強調海森堡其實從來沒有認真仔細地計算過「臨界質量」,因為他的確不願意讓希特勒手握原子彈,所以在初步的估算後就很「高興」地打住了。再一種講法是海森堡已經得到正確的結果,但是他故意對當局隱瞞,誇大難度。名記者作家包爾斯(T.Powers,1940-)幾年前寫了一本《海森堡的戰爭(Heisenberg's War)》就是採這種看法。

波爾與海森堡
波爾(左)與海森堡(中)的合照

  歷史學家與識得海森堡的人都一致認為海森堡絕非納粹的同情者。1930年代納粹在剿伐「猶太物理」時,海森堡本人也是受害者之一。他也不熱衷於政治,不過他算得上是一位愛國者。當國家被惡棍挾持時,他不能像非常少數勇敢的人,能以生命為賭注堅持良知,不過他卻也沒有逃避他國。德國量子大師普朗克(M. Planck)曾對他說:「在這樣恐怖的德國,沒有人能保有尊嚴。」

  1941年,當德國還在趾高氣昂,四處侵略之時,海森堡到丹麥做「文化」之旅,也就是宣傳之旅。他特別到哥本哈根一趟,求見曾影響他至深的老師兼量子物理戰友波爾。兩人再度一起散步、私談。這次見面是兩人情誼的分水嶺,從此這兩位二十世紀物理名人再也不是推心置腹的朋友了。究竟兩人談了些什麼?海森堡自己在戰後回憶說,他問波爾是否相信「物理學家有道德上的權利可以參與原子能實際應用的研究」。波爾非常驚訝,反問海森堡是否相信原子能可以於戰爭。海森堡回答說:「是的,我知道。」不過他告訴波爾由於技術上的困難,戰爭結束之前不可能作出原子彈。因為牽涉到機密而且擔心蓋世太保竊聽,他不敢講得太明白,所以波爾誤解了他的用意。而波爾則從來沒有公開談論到1941年這次會面,不過從蛛絲馬跡可推測,他以為海森堡正在替希特勒造原子彈。從丹麥人的觀點,這真是助紂為虐,不可原諒。後來有論者認為正直如海森堡者對於受壓迫者的心情也太沒有同理心了。大戰後兩人再次會面,對於當時到底彼此說了什麼,依然沒有共識。

  我想以上兩個故事對於「科學與民主」的關係可以有些啟發:

andystoll@flicker
日本廣島的原爆圓頂。這是原子彈落下點附近唯一倖存的未倒建築物,1996年被聯合國教科文組織登錄為世界文化遺產。日本政府刻意將其維持原爆後的原樣,「直到人類放棄核武的那天,才會拆除」。

  其一,在(美國那樣的)民主社會中,杜魯門代表民意決定「國家大事」,歐本海默代表「技術專家」提供專業意見,沒有決定權,僅扮演「工具」的角色。所以杜魯門認為歐本海默根本沒資格訴苦「手上沾滿血」,真正沾滿血的是杜魯門自己的手,杜魯門並非沒有「良心」,但他必須考慮更大的得失,歐本海默的「良心」對於杜魯門來說是微不足道的事。由於杜魯門是民選總統,所以他的確有某種道德正當性來決定是否丟擲原子彈。假設杜魯門是獨裁者,沒有所謂的合法民意基礎,大家一定對於他能夠擁有決定是否丟擲原子彈的權利,感到極為不安。如果大家覺得當初美國決定丟擲原子彈的過程(不包括結果),沒有太大可以挑剔之處,那是因為我們都已接受民主制度背後的價值觀,而不是如柏拉圖那樣信仰「哲學家皇帝」的制度。這種選擇是一種價值的選擇,沒有邏輯上的道理,可是一但走上這個(民主)道路,就很難回頭。

  在民主體制中,無論是藉由直接民意或間接民意來行使權力,無人會反對決策者(voting public)應該盡量理解相關議題的意義;就科學與技術方面的議題來說,決策者不能不或多或少具有相關的科學與技術知識。因此「科學普及」之類的事必然是STS密切關切的事。

  其二,很多人對於科學家僅扮演「工具性」的角色,仍感不安。他們擔心「科技專業縱然能夠解決複雜問題中的某項,但卻有著見樹不見林的盲點與偏見,更因為不見全貌而製造出新問題及新風險」,他們希望科技專業學生能「前瞻性地最為社會良心」,不能成為「權力者的旗子…服從權威的順民」,而能「思考令人不安但卻富含哲理的命題」,能「在社會衝突時面對良心做出價值判斷」等。在這種思考之下,STS的重點之一即是「教化」科技專業人員,培養「科技人全方位思考的能力、跨領域溝通的能力、及前瞻的能力,如此方能使科技專業人員給社會帶來幸福,而不再製造更多的風險。」(以上引言皆見林崇熙〈為何科技專業教育教不出優良人才─論科技專業通識教育的必要性〉,《科技報導》337。)

  我基本上贊同提升任何人(當然包括科技人)全方位思考的能力,也因此贊同在理工學院內開授STS課程,讓學生明瞭「科技內含的政治性格」。不過前述海森堡與波爾的哥本哈根之會的故事說明了這種思考的不足之處。假設波爾與海森堡二人在那場會面達成協議,物理學家要封鎖住他們找到的秘密,以免人類「誤用」這些知識,給社會「製造更多的風險」,那是可以的嗎?他們有權利這麼作嗎?誰來決定科學知識之存留?誰能決定怎麼才能「正確」地應用科學知識?這些問題沒有邏輯上的答案,但是我相信在民主社會裡,人民才是仲裁者,科學家不能先自我審查,隱藏可以既可善也可為惡之真理。 目前我們是以名利來誘惑科學家知無不言、言無不盡,而不要「留一手」,並讓全民決定手上「應不應沾血、如何沾血」,我們要改變這種狀況嗎?

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(本文為作者今年3月26日參與國立台灣大學『科學、技術與社會』研究團隊整合研討會之講稿)

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3 thoughts on “【STS論壇】科學與民主:原子彈發明與不發明的故事

  • 2010 年 03 月 30 日 at 11:42:13
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    會中我重覆了一貫的想法。
    知識(knowledge)不等於判斷(judgment),也不等於覺知(awareness)。但是知識絕對有助於覺知與判斷。或許是覺知可以驅使我們尋求有用的知識。

    隱藏知識顯然無補於事,但歷史上應該也不乏三緘其口,隱而不發的例子,我猜多有牽涉己身利害者。

    倒是與會者不少年輕學子,對科技和社會的關係十分重視,如何與他們建立以知識為基礎的溝通平台,才是我關心的事。

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  • 2010 年 10 月 09 日 at 23:16:49
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    在濕熱的天氣爆炸會怎樣呢?

    Reply
  • 2010 年 10 月 12 日 at 22:08:51
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    不是很理解你的問題,可否詳述呢?

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