约翰·惠勒自传：京子、黑洞和量子泡沫(黑洞、虫洞和量子泡沫的首创者，我们时代极具创新思想的物理学家颇具启迪的一生)(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：（美）约翰·阿奇博尔德·惠勒,（美）肯尼斯·福特,王文浩（译）

出版社：湖南科学技术出版社

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约翰·惠勒自传：京子、黑洞和量子泡沫(黑洞、虫洞和量子泡沫的首创者，我们时代极具创新思想的物理学家颇具启迪的一生)试读：

献给多年来启迪、引导我的良师益友和学生，

同时

献给那些仍在默默耕耘的人们，

他们在继续探索我们这个神奇美妙的世界

量子是怎么一回事？

存在又是怎么一回事？

只有当我们认识了宇宙的奇妙

我们才理解它是多么简单第1章“抓紧！”

1939年1月16日，星期一，我在普林斯顿大学讲授完上午的课后，便乘火车去纽约，然后步行穿过市区赶往哈德逊河码头。丹麦物理学家尼尔斯·玻尔——几年前我曾与他共过事——今天将搭乘德罗特宁霍姆号轮船抵达这里。玻尔计划在普林斯顿高等研究院做几场演讲，并与他的朋友，当时执教于高等研究院的爱因斯坦会面。我这趟就是来迎接玻尔。

12年来，玻尔与爱因斯坦，这两位也许是当时世界上最为杰出的物理学家，一直就支配亚原子领域物质运动和变化的绝妙理论——量子力学——的意义与解释争论不休。玻尔认为，不确定性和不可预言性是该理论的内在本质，因此也是我们所处的这个世界的本质。而爱因斯坦则坚持决定论的世界观，他无法相信上帝会玩“掷骰子游戏”。多年来，爱因斯坦提出了各种思想实验。这些实验起初时似乎暴露出量子力学结构的缺陷，但玻尔总是能够将每一个这种证据反转过来，比以往更清楚地表明，他的以概率为基本特征的量子理论的“哥本哈根解释”的稳固性。但在玻尔这次访问的大部分时间里，谈论的却是核裂变而不是量子的神秘性质。这种新现象是他从丹麦出发前才听说的。在越洋的旅行途中他一直在琢磨这件事情。

决定去迎接玻尔的并非只有我一个人。我在码头等待的时候，看到意大利物理学家费米（Enrico Fermi）和他的太太劳拉（Laura）以及他们的两个孩子也出现在那里。他们是两周前刚到美国来的。费米长得短小精干，孔武有力，是个习惯优雅、生活规律而且大脑一刻不停地在转动的人。劳拉肤色黝黑但很漂亮，在嫁给费米之前主修工程与科学，后来以作家闻名。有人打趣说，费米在1938年12月到瑞典领取了诺贝尔奖之后，是因为在回意大利的途中迷了路才来到纽约的。但事实上是他们希望摆脱祖国意大利的法西斯政权，因为劳拉是犹太人。这是一趟精心策划秘密实施的旅程，他们来到纽约，那里的哥伦比亚大学有个教席正虚位以待。1930年爱因斯坦与玻尔在布鲁塞尔。他们在这里进行了著名的论战（照片由保罗·埃伦菲斯特拍摄，承蒙美国物理学会埃米里奥·塞格雷视频档案馆提供）

费米来到码头是想邀请玻尔在前往普林斯顿之前先在纽约与他待上一天。玻尔脑中的核裂变新闻想必也会引起费米的极大兴趣，费米可同样是顶尖的核物理学家。然而事情就这么蹊跷，第一个得知这个新闻的却是我本人，而不是费米。

玻尔得知核裂变这件事是在他和他的儿子埃里克正要从哥本哈根搭乘火车前往古腾堡（德罗特宁霍姆号轮船的起锚地）的前四天——1月7日。当时，一位在玻尔的哥本哈根理论物理学研究院工作的由德国移民到丹麦的物理学家奥托·弗里施（Otto Frisch）找到玻尔，向玻尔透露了由他（弗里施）和他姨妈莉泽·迈特纳（Lise Meitner）在12月份的最后一周所发展的核裂变基本假设，以便用来解释德国化学家奥托·哈恩（Otto Hahn）和弗里茨·斯特拉斯曼（Fritz Strassmann）在他们位于柏林的实验室里所发现的令人困惑的结果。实验中当哈恩与斯特拉斯曼用中子（不带电的亚核粒子）轰击铀材料时，他们发现有证据显示该过程中有钡元素产生。由于在周期表上钡元素与铀元素相距很远，而且钡原子核要远比铀核轻，因此他们不能理解这个实验结果。为此哈恩给在瑞典的迈特纳写了封信描述了这个谜团。迈特纳是一位物理学家，她在为逃避迫害而离开德国之前曾经在柏林与哈恩共事多年。当时她的外甥弗里施正好来度假，于是两人便在圣诞节的除夕到树林里一面散步——他滑着雪橇，她走路——一面讨论柏林实验室中的这个结果。突然间他们恍然大悟：铀原子核肯定是分裂成大的碎片，导致形成其他元素的原子核，这其中就包括钡原子核。

玻尔听了弗里施给出的这个解释后立刻表示赞同。“呵，我们一直以来真是不开窍！”他说，“哦，但这个解释真是太绝妙了！事实肯定就是这样的。”玻尔有一个有准备的头脑，他对原子核的了解在当时可谓无出其右。他立刻看出核裂变的解释非常合理——尽管直到那时之前，他和其他核物理学家都认为原子核最多只能分裂出微小碎片。

玻尔这趟美国之行，除了带着儿子埃里克以外，随同的还有一位年轻同事莱昂·罗森菲尔德（Léon Rosenfeld）。罗森菲尔德此行的角色是玻尔的学术秘书和交谈对象，任务是协助玻尔整理一路上琢磨出来的设想，记录下玻尔与爱因斯坦交流时所迸发出的星星点点的思想火花，以便将来出版之需。在九天的越洋行程中，玻尔想得更多的是核裂变的问题，而不是与爱因斯坦见面时将要讨论的议题。玻尔一路上都在与罗森菲尔德讨论核裂变问题（玻尔住的特等客舱里有一面黑板可供他们讨论之用）。当玻尔上得岸后，和我以及费米握手时，他对于理论上如何解释核裂变机制已经有明确的思路。在随后的几个月里，这个问题将是我们讨论的重点所在。1936年，弗里施在他位于哥本哈根的实验室中（承蒙哥本哈根玻尔档案馆提供）

但在登岸后的彼此寒暄时他对核裂变却是只字未提。按他的个性和处世原则，他想等迈特纳和弗里施对提出核裂变这个概念的优先权得到认可之后再将这一消息传播开来。甚至在玻尔与费米共处的一天当中，他对此也是守口如瓶。这种克制想必使玻尔颇为难熬。当时，费米刚因中子轰击原子核的研究而荣获诺贝尔奖。事实上，他在几年前就已经在位于罗马的实验室里发现核裂变反应，只是不明所以。他曾将这些结果看成是产生出比铀还要重的元素的证据，而不是铀的裂变现象。甚至在1934年当德国化学家伊达·诺达克（Ida Noddack）认为事实上费米已经使铀核发生裂变的时候也没人予以注意，因为在当时这个想法实在太过超前。（我们不禁想到，如果当时诺达克的这个设想是由男性提出而不是由女性提出，会不会更容易为人们所接受？）事后回想起来，20世纪30年代中叶物理学家和化学学家在核裂变现象上的盲点真可谓上苍的恩典——如果当时是德国或其他地区的科学家按照诺达克的建议去做，那么就很有可能是德国而非盟军首先拥有原子弹，世界历史或许就会因此而改写。1937年，在哥本哈根莉泽·迈特纳与意大利物理学家塞格雷（Fmilio Segrè）进行激烈讨论（承蒙哥本哈根玻尔档案馆提供）

在码头寒暄之后，玻尔和他的儿子同意留在纽约与费米盘桓一天，罗森菲尔德则跟我先回普林斯顿。他可以先在拿骚俱乐部安顿下来，等候玻尔的到来。当时罗森菲尔德并不知道玻尔希望让迈特纳和弗里施享有这个发现的优先权的考虑，在火车上就将这个重大发现告诉了我，我当时非常兴奋。这可是我们一直忽略了的核子行为的新模式。

星期一，玻尔抵达纽约的当天，是物理系期刊俱乐部例行聚会的日子。在一学期里每周的周一这一天，教职员、研究生和客座访问学者将一起出席非正式的晚间聚会，由与会者介绍物理领域的新发现——通常是刚发表的最新结果。当时正好是由我负责安排期刊俱乐部的事务，因此在我从罗森菲尔德那里得知有关核裂变的信息后，我当即决定改变议程，邀请罗森菲尔德就核裂变现象做一场20分钟的简短报告，他答应了。因此当玻尔在第二天得知我们已经揭秘此事后，他感到非常沮丧。但玻尔的为人向来低调和宽厚，他并没有责备罗森菲尔德或我。

罗森菲尔德的报告引起轰动。所有人都立刻明白这不仅仅是核子的另一种有趣行为那么简单；它至少意味着存在链式反应并释放出大量能量的可能性。在那个年代，物理学家不可能立刻冲到电脑前用电子邮件将这个消息瞬间传播到全球各个角落，他们也没有长途电话可供使用。因此尽管这个消息在当晚的期刊俱乐部引起轰动，但还是经过好几天才散布到国内的其他实验室。

那天，来自哥伦比亚大学的著名实验物理学家拉比（I.I.Rabi）正好在普林斯顿并且聆听了罗森菲尔德的报告。奇怪的是他并没有立刻将这个消息转告给他的新同事费米。反倒是哥伦比亚大学的年轻教员威利斯·兰姆（Wil-lis Lamb，和拉比一样，日后都成为诺贝尔物理学奖获得者）后来才将这一消息告诉了费米。兰姆于1月20日星期五早晨乘火车赶到普林斯顿，一方面是为了和我一起继续我们在某些计算上的合作，另一方面是为了参加当天下午的理论研讨会。他吃了晚饭，并和普林斯顿的一些朋友做了些交流，然后赶半夜两点的火车回去，于凌晨四点左右回到纽约。“坐夜车我基本没怎么睡，”兰姆后来告诉我说，“我赶到浦品实验室去找约翰·邓宁（John Dunning，当时是负责哥伦比亚大学回旋加速器的教授），但没有找到他，却遇见了尤金·布思（Eugene Booth，博士后研究人员）和赫布·安德森（Herbert Anderson，昵称Herb，费米的学生），于是我把核裂变的事情告诉了他们。后来我找到费米并告诉了他这个消息。这是他首次听说这件事儿，并显示出极大的兴趣。”兰姆这个说法无疑过于克制了。

玻尔关于核裂变的正式报告是在1月26日，即罗森菲尔德在期刊俱乐部做的口头报告的10天以后。玻尔的报告是在华盛顿特区的乔治·华盛顿大学的理论物理学大会上做的。会议由俄裔理论物理学家乔治·伽莫夫（George Gamow）主持。伽莫夫当时是乔治·华盛顿大学的教授，他在移民美国之前曾在丹麦的玻尔研究院工作过一段时间。我们系的系主任哈里·史密斯（Henry Smyth）很爽快地答应了玻尔的请求，同意我离开普林斯顿几天去参加大会。但我因为事先与学生有约，因此没有赴会。

大会期间，丹麦的弗里施和美国的几个研究小组已经用物理实验（而不是化学实验）证实了裂变现象的存在——这些实验都直接探测到裂变发生时所释放出的巨大能量。说来也奇怪，一种效应，要经过多年的艰苦探索才得以发现，但要证实它则仅需几天时间就够了。这个确认过程之所以如此容易，全在于裂变过程会产生大量的能量。当时许多实验室都已经掌握了中子轰击靶这项实验技术，因此一旦物理学家知道他们要寻找的是什么，很快就知道实验需采用铀靶，选用适当的探测器，并对裂变所产生的大的能量脉冲特征峰进行测量。在哥伦比亚大学，赫伯特·安德森只花了一天时间——1939年1月29日，星期日——就完成了整个实验测量。

在玻尔的报告发表的几天以后，大概是1月30日星期一的上午，物理学家路易斯·阿尔瓦雷兹（Luis Alvarez）——另一位日后的诺贝尔奖获得者——正在加州大学伯克利分校的校园理发厅里理发。他边理发边看报纸《旧金山纪事》。当浏览到一则有关玻尔宣布核裂变的发现的专题报道时，阿尔瓦雷兹不待理发师剪好头发，便跃起直奔大学的辐射实验室。他把这则消息告诉了他的学生菲尔·阿贝尔森（Phil Abelson）。第二天阿贝尔森就通过实验确认了核裂变现象。于是阿尔瓦雷兹邀请同事罗伯特·奥本海默（Robert Oppenheimer）到实验室来查看这一证据。也就几分钟，奥本海默便从怀疑转而相信这个事实。按照阿尔瓦雷兹的描述，奥本海默在一刻钟内就在脑海里复现了整个过程，并想象出链式反应。

裂变物理学领域的研究就此展开。但对这个现象的牢靠的理论解释仍付之阙如。

和大多数物理学家一样，当时我之所以对核裂变感兴趣，纯粹是因为这个现象揭示了基础科学所研究的自然本性，而不是因为它可以用来建造反应堆或原子弹。在1939年，尽管我们已了解了核裂变现象，知道链式反应很可能大有用途，甚至在第二次世界大战已在欧洲全面爆发之后，我对核裂变的兴趣依然还是只在授业解惑，做研究，希望更深入地了解这种自然本性。我是慢慢地才意识到自己或许有义务运用所学到的技能来为国家效力的。两年之后，也就是1941年秋天的一天，我正和我的绝顶聪明（而且相当风趣）的研究生迪克·费曼（Dick Feynman）讨论一个令人振奋的研究性问题时，系主任史密斯在实验室里找到我让我坐下并说道：“约翰，你最好将你和费曼的工作告一段落。你肯定很快就要参与到战事上来。”他所言不虚——就在我们交谈后不久，日本于1941年12月攻击了珍珠港，美国宣布参战。我立刻开始寻找途径，立志为战事做出贡献。

1942年初，美国各大学有大批的物理学教授和学生离开了实验室和教室去寻找为战争出力的途径，我也是其中一员。一部分人来到麻省坎布里奇的麻省理工学院的辐射实验室从事雷达研究。一部分人则前往芝加哥、纽约，以及伯克利从事裂变研究。还有一些人则留在各自的大学校园里，转换研究方向，以期为战争效力。在随后两年里，有大批的科学家集聚在新墨西哥州台地、田纳西州丘陵地区，以及华盛顿州东部沙漠里。我自己则在芝加哥和特拉华州的威尔明顿作短暂停留后于1944年秋天来到华盛顿州的里奇兰（Richland），在汉福德附近的一座大型反应堆上工作。这座反应堆设计用来生产原子武器所需的钚。我的许多朋友则选择前往新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室和田纳西州的橡树岭国家实验室工作。

到1944年10月25日，也就是汉福德的第一座反应堆启动后的几周后，德军在意大利境内已顺利推进到罗马以北。而高山、雨水和泥泞则延宕着克拉克将军指挥的盟军越过佛罗伦斯向波河（Po River）推进的速度。我的弟弟乔（Joe，比我小三岁，那年30岁整）就在这一天牺牲了。乔拥有布朗大学的史学博士学位，当时他是克拉克军队的蓝恶魔部队（Blue Devils Unit）的一等兵。起初我们接到通知说他“作战失踪”，过了很久才证实他已经阵亡。经过了18个月，一直到1946年4月他们才发现乔的尸体，他的躯体已经腐化得只剩下一具枯骨，与一位战友的骸骨并躺在当初阵亡的山丘的散兵坑里。如今，乔与其他4401名战士一起被安葬在佛罗伦斯附近的占地70英亩的佛罗伦斯美国烈士陵园内。那是一处风景优美的地点，无数白色十字架整齐排列，与附近的葡萄园和树林形成强烈对比。每次我前往此地去祭拜乔，总是不禁要想，如果盟军能够提早一年发明出原子弹，我们是不是能够挽回包括乔在内的众多死难军民的生命。据我估计，死亡的人数高达数百万。

乔阵亡那天，位于田纳西州的克林顿兵工厂（Clinton Engineer Works，一个包括整个橡树岭新建小镇的综合体）的铀分离设备已经可以部分运行，并生产出若干克的浓缩铀235（U-235），但距制造一个原子弹所需的几千克的数量还为时尚早。同一地点的一处核反应堆也已生产出若干克的钚239（Pu-239），而要产出足够量（数千克）的核燃料则要等到第二年夏天汉福德工厂全力运行之后。在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室里，科学家和工程师们也已经大体掌握了枪炮型武器的设计方法，只是他们还必须等待提炼出足够多的铀燃料才能使这种武器真正实用化。仅仅几个月前，实验才表明，如果要用钚做炸弹燃料，就必须将其设计成一种内爆型武器。1944年10月，一间重组的实验室开足马力刚好解决了内爆问题，并设计出能够采用钚的武器。

1944年的夏秋之际，我收到乔从意大利前线寄来的明信片。明信片传递出的全部信息便是“抓紧！”1939年到1940年，报纸上关于铀和核裂变的大量报道已使得明眼人稍作思考就会明白，盟军，或是德国人、日本人，都正全力发展原子弹。对这方面乔比其他人更了解，他知道在1939年玻尔已和我合作发展核裂变理论。这个理论预言，同位素铀235（以及当时尚未发现的同位素钚239）在慢中子的轰击下会产生核裂变。他知道我曾放下普林斯顿的工作到芝加哥大学去从事战时研究，并为此前往特拉华州威尔明顿的杜邦公司，随后又转到华盛顿州的偏远地带。他很容易判断出我所从事的战时研究的工作性质。

乔希望能有某种神奇的手段来结束这场恐怖的战争。因此他告诉我要“抓紧！”

我确信，如果科学家与政治当权人物能够提早投入这项计划，那么美国在英国和加拿大等盟国的协助下就能够提早拥有原子弹，也就能提早结束战争——或许比1945年夏天还早一年。从1944年到1945年，战斗与轰炸夺走了超过300万条生命。由政府核准的杀戮总共夺走了至少1200万条生命，包括对犹太人的大屠杀在内。死亡总数惨重得超乎我们想象，战争造成的损失是如此惊人，令人完全目瞪口呆。然而任何人都不能否认：如果原子弹计划提前一年开始实施，战争就能提前一年结束，我们就可能挽救1500万条生命，包括我的弟弟乔的生命。

1942年，格罗夫斯将军接掌曼哈顿计划之后，科学家与工业界被动员起来全力投入原子弹的制造，计划得到快速推进。但那时距离我们了解核裂变的基本概念已经过去了3年，距离爱因斯坦写信给罗斯福总统提醒他核裂变在军事上的潜在重要性也已经过去了3年。

历史固然不能重演，但我还是不禁会反思我自己的角色。我原本可以更早地了解德国威胁的严重性。如果当时我去尝试，说不定我可以影响决策者。过去50多年来，我一直对弟弟的死亡无法释怀，也很难排除这件事情对我的影响。但有一点是肯定的：一旦国家需要我，我就有责任接受征召以报效国家。

我在1939年与玻尔的合作又是怎么回事儿呢？当时我们对于原子核的研究主要是受好奇心的驱使，很少想到武器。那个时候他53岁，我27岁。玻尔是诺贝尔奖得主，领导着哥本哈根研究院，这所吸引着世界各地的研究人员来到地域狭小的丹麦。而我当时在普林斯顿任助理教授还不到一年，我的职责是协助推动高等研究院进入原子核物理学这一全新领域（在此之前，普林斯顿和我对此都没有任何概念，只知道原子核是奇妙的小块物质）。

1933年，也就是来到普林斯顿的5年前，我获得了约翰霍普金斯大学的理论物理学博士学位。随后，我先在纽约大学跟着格利高里·布赖特（Grego-ry Breit）教授，后来又在哥本哈根大学跟着玻尔总共实习了一年时间，这之后我又到北卡罗莱纳大学做了三年的助理教授。在1938年来到普林斯顿之前，我已经结婚，并和太太珍妮特（Janette）有了两个孩子。直到60年后的今天，除了休假以及在奥斯汀的得克萨斯大学度过愉快的10年时光之外，我们都一直住在这里。

玻尔在越洋旅行期间与罗森菲尔德的交谈讨论正是他的典型的工作方式。他喜欢站着、走着、在黑板上写着来讨论问题，而且几乎总是会与在场的年轻同事进行讨论。他在船上的工作方式与他回到哥本哈根研究所后的工作方式并无二致。在登上纽约码头的时候他已经确信，原子核的液滴模型能够解释裂变现象。第一个提出核子与液滴具有某种程度的相似性的是乔治·伽莫夫。玻尔扩展了这一概念，并用它来描述因受到轰击而得到额外能量的原子核——即他所称的“复合核”——的行为。1930年前后的玻尔和爱因斯坦。核裂变研究使得他们很少有时间享受这样惬意的同志般情谊（照片由埃伦菲斯特拍摄，承蒙美国物理学会埃米里奥·塞格雷视频档案馆提供）

尽管玻尔最初在提及核裂变时显得犹豫，但几篇早期文章的发表并未被耽误。1939年2月，《自然》杂志连续三期刊登有关这个主题的论文。由迈特纳和弗里施撰写的第一篇文章发表在2月11日出版的这一期上（提交的时间是1月16日，也就是玻尔到达纽约的当天），文中建议用裂变机制来解释用中子轰击铀靶产生钡的现象。在玻尔旅行期间，弗里施已经在实验室里观察到裂变所产生的大量能量的“印记”。他关于这个实验的另一篇文章也是在1月16日提交的，并于2月18日刊出。玻尔本人则在抵达普林斯顿之后随即花了几天时间撰写了一篇短文，描述他关于核裂变的一般概念。为了不掠人之美，造成不经意抢在迈特纳和弗里施之前发表，玻尔将论文完成日期注明为1月20日，并寄给弗里施请他转寄给《自然》。文章在2月25日刊出。这三篇论文的发表标志着裂变物理学研究正式起步。

几乎与此同时，玻尔询问我是不是愿意和他一起对核裂变理论做更深入的研究。罗森菲尔德对这个课题不是很感兴趣，经验也比较少。另外，玻尔希望罗森菲尔德仍能够专心为他的演讲以及他与爱因斯坦的讨论做记录（两位大师后来也的确进行了交谈，但讨论的范围却比原先计划的缩小了许多）。我从1934年开始从事核物理学研究，1934～1935年期间又跟随玻尔做博士后，他对我很了解，因此与他合作对于我是一种合理的选择，于是我很爽快地就答应了，尽管从事裂变研究工作偏离了我那时非常感兴趣的研究方向——超距作用。我曾经认为，粒子通过超距作用而作用到另一个粒子上的图像是一种要比标准“场论”更简单、更令人满意的电磁学描述，场论则是一种将“物质”指派给空间电场和磁场的理论。

因此，玻尔和我都改变了彼此原有的研究方向，他（暂时）停止了对量子的研究，我则（暂时）停止了对电磁学的研究。

我们合作得相当愉快。那是一段令人振奋的日子。别人对我说，我的工作作风，甚至我的某些癖好都变得与玻尔类似。这恐怕是事实。我也喜欢和同事以轻松自由的交谈方式来讨论工作课题，而且多半是提出问题而非解答；在评价比我资历浅的同事的研究结果时，我也总是会强调其优点，给他们应得的鼓励，建立起他们的自信心。但我们彼此对对方感兴趣究竟是因为我对人对事要比他更简单，还是我的行事风格根本就是从他那里学来的？我猜想可能两者都有。“裂变（fission）”这个词是弗里施从细胞生物学领域借来的，用以描述新发现的原子核分裂成两个大的碎片的核过程。当时弗里施询问在哥本哈根工作的一位美国生物学家威廉·阿诺德（William Arnold），怎么称呼细胞分裂现象，对方给出的就是这个词。但玻尔对这个词的用法并不看好。“如果用fission作名词，”他跟我说，“那么与它对应的动词是什么？你总不能说‘原子核fishes’了吧。”于是我们开始合作的第一件事情，就是从我们在法恩楼二楼的办公室跑到三楼的数学物理学图书馆，花了一个多小时查阅各种字典和参考书，以便找到玻尔中意的词。但这些努力全都白搭了。经过几次“挑出一个想想又否决了”之后，我们又回到“fission”上来，并沿用至今（玻尔一度称能够产生裂变的原子核为“splitter”，好在这个词并没有被沿用下来）。

在我看来，对玻尔也是如此，裂变似乎是个一眼看去就可信的事实。我觉得自己实在很笨，几年前就该认识到原子核应该可以分裂。早在北卡罗莱纳大学任教时，我的学生凯瑟琳·魏（Katharine Way）就用液滴模型研究过原子核的磁性。当时我们就知道，如果核旋转得太快，她给出的方程无解。这个结果表明，原子核在高速自旋的状态下会变得不稳定并发生解体。思忖会不会有其他途径使得核发生裂解，这对于我们原本是很自然的事情。假使我们当时能按照她的思路继续深入研究下去，说不定我们早就想到裂变了。

普林斯顿大学给玻尔安排的办公室是法恩楼208室。地上铺有地毯，天蓬装有吊顶，一面墙上固定着书柜，另一面墙上是一块黑板，第三面墙则是一排的五扇窗户，窗外是树林。办公室18英尺（1英尺=0.305米，下同）见方，相当宽敞，尽管谈不上豪华。法恩楼以亨利·法恩（Henry Burchard Fine）院长的名字命名，主要是一幢数学馆，同时也有部分物理学家在此办公，里面还有一间相当好的法恩图书馆，典藏着数学和物理学文献。我的办公室是法恩楼的214室，与玻尔的办公室只隔几个门，陈设也基本相同。这为我们喜欢的面对面交流提供了很大方便。我们的研究讨论大都以玻尔坐在或站在我的办公室里的黑板附近开始。他会一面陈述着基于他的复合核模型所得出的概念，一边在黑板上写写画画。很快，我们便轮流用粉笔在黑板上画出草图或写下公式。等到我的办公室开始显得局促，玻尔会带头离开，我们便沿着法恩楼二楼的走廊边走边谈，往往是转了几圈后停在玻尔的办公室门前，于是我们进去用他的黑板来继续交流更多的想法，直到我们决定分开各自进行思考或计算为止。有时候玻尔会显得相当激动，他用粉笔用力地敲着黑板，粉笔便断成几节。黑板的左边部分总是整齐地列着一个表单，那是玻尔要做的事情的清单，提醒他研究工作之外的职责。一旦工作告一段落或该去休息喝茶时，玻尔便会掀起地毯一角，将粉笔头踢到地毯下面——他知道如果不这样的话就会又被清洁工责骂了。

我们在讨论时没有想过将裂变用于制造炸弹或反应堆。我们只是想弄清楚这种新的核现象，而不是想要设计出什么东西。有一件事情是我们很快就认识到的：像铀这样的重核要分裂成为大的碎片，就必须先经过相当大的变形（我们假定核在吸收一个中子前呈球状。现在我们知道，即使处于非激发态，铀核以及其他大部分原子核也均呈椭球形——就像一个小橄榄球。但裂变要求球核暂时形变为非正常形态）。

如果你把一个橘子切成两半，这两半会分开，但这对于原子核不成立。想象我们将一个铀核切成两个半球，这时两个半球之间强大的核子作用力就会阻止这种分离。但如果我们采用某种方法让被切下来的是一小块，而且使它飞离的距离大于核子间的短程吸引力，那么这时长程的静电力就会起主要作用，使得带正电的两个被分开来的部分因同号电荷相斥而高速飞离。我们将这种情形称为核劈裂过程存在能量“壁垒”。到底需要多大的能量才能越过这个想象的能量壁垒，则取决于原子核分裂所采取的具体“路径”（专业术语称为反应道——译注），就好比登山者从一地到另一地所需攀爬的高度取决于他选取这两地之间的哪条路径。玻尔和我所证明的是：裂变需跨越的能量壁垒有一个最小值，为此原子核在裂变过程中必须经过一连串的变化——从橘子状到黄瓜状再到大个花生状，而不是像掰橘子那样直接将其掰成两半。这条“路径”堪比登山者找到的两地间最低的翻山越岭途径，使得他能在体力消耗最少的情形下由此及彼。一旦原子核获得了恰好足够的额外能量，并且形状也变形得合适，那么此时核就会处在能量壁垒的峰顶，其内部粒子基团之间的结合力接近“消失”，导致各部分之间由于静电斥力而分离。

那么是什么因素最先使原子核变形的呢？其实就是吸收一个中子所得到的额外能量。因为有这个额外能量，我们称原子核此时处于“被激发”的状态。激发态能够以各种不同的方式影响原子核。其中之一就是使核处于交替变形的状态——就好像雨滴，随着能量增加，它会在球形和卵圆形之间反复交替。如果核的振动正好使它的能量超过了能量壁垒，那么这个核就不会回到初始形状而是分裂开。-15在裂变过程中，处于激发态的核会在10秒的刹那间从橘子状变形为黄瓜状再变成花生状。核也可以通过其他方式来释放多余的能量，例如辐射出伽马射线（电磁能的一种高能量子态），但发生这种情况的概率很小。铀原子核一旦吸收了额外能量而处于激发态，它多半会选择裂变而不是其他途径。

当时紧邻玻尔办公室隔壁的是物理系的尤金·威格纳（Eugene Wigner）教授的办公室（法恩楼209室）。威格纳可是曼哈顿计划的关键人物，也是我终生的朋友。他的这间办公室虽在拐角，但有壁炉，以前曾是爱因斯坦的办公室。1938年，高等研究院在市区的另一处地方盖了新楼，爱因斯坦就搬过去了。威格纳比我大9岁，是一位匈牙利流亡者，学的是化工，但真正使他声名鹊起的却是数学物理。他最为人所称道的是他思维缜密且待人彬彬有礼。普林斯顿的研究生看到威格纳总是为别人开门，便引用圣经故事调侃道：“都说富人上天堂难，可要让威格纳先你一步进门那更是难过穿针眼儿。”1963年，威格纳因在物理学上的卓越成就而荣获诺贝尔物理学奖。

玻尔和我在讨论变形铀核的能量变化时，自然会提出这样一个问题：原子核在吸收一个中子从而获得额外能量后，通过一系列形变导向核裂变而不是其他途径的机会有多大？我认为这个问题与下面这个问题是类似的：一个络合分子被给予额外能量后能够分解成较小碎片的概率有多大？我知道威格纳曾与柏林的物理化学家迈克尔·波兰尼（Michael Polanyi）研究过这类问题，因此我希望和威格纳谈谈，看他能否提供有用的线索。（每当研究遇到困难时，玻尔和我都会毫不犹豫地请教同事的意见）当时，威格纳正因为吃了被污染的生蚝而染上黄疸病住在大学附属医院里。我来到威格纳的床边，他虽然脸色蜡黄但还是热情地招呼我。他引导我沿着正确的方向去寻找答案。我这才能够在一两天内就得到了计算核裂变概率的公式，并回头继续与玻尔的合作。

我的办公室与威格纳的以及玻尔的办公室中间隔着一个聚会场所，即二楼的大厅或叫茶室。每天下午，数学系和物理系的老师和研究生都会到这里喝上一杯。正像奥本海默说的：“茶室是我们彼此之间解释我们弄不明白的事情的地方。”玻尔和我是午茶聚会的常客。与茶室相对的环形走廊的另一端是另一个大房间——法恩楼202室，当时是“教授休息室”，现在则更名为琼斯楼（Jones Hall）202室，用作东亚研究的办公场所。那间房间的壁炉上方的石台上至今仍刻着爱因斯坦的名言：

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