（拓明君，南京大学，物理学院光电科学系）  

       不得不说，核能的发现到利用正是处在物理学史上的黄金年代。从十九世纪末到二十世纪中叶，物理学迎来了前所未有的蓬勃发展，让人们对物质及其运动有了更深层次的理解。古老的牛顿力学，经典的电磁场、热力学统计理论已经无法满足人们认识世界的脚步，量子论、相对论相继被提出，关于它们的讨论让物理学界进行了一次惊世骇俗的大变革。而关于组成物质的分子、原子结构也相继被发现，促进了核科学的蓬勃发展。

       核能的发现和利用，是几代科学家共同努力的结晶，这些熠熠生辉的名字将会被铭记。19世纪末，英国科学家汤姆孙发现了电子，敲开了通向基本粒子物理学的大门，宣告了原子是由更基本的粒子组成的。1895年，德国科学家伦琴发现了X射线，这为后来物质结构的探测提供了有力手段。1896年，法国物理学家贝克勒尔发现了铀原子的天然放射性，这一发现使人们对物质的微观结构有了更新的认识，并由此打开了原子核物理的大门。1898年和1902年，居里夫人先后发现了放射性元素钋和镭，为放射性的研究提供了原料。1905年，爱因斯坦提出了著名的质能方程，真正为核能的利用提供了坚实的理论依据。1914年，英国物理学家卢瑟福利用α粒子散射实验，提出了原子的核式结构。随后在1919年，他又用α粒子轰击氮，实现了第一个人工核反应。1935年，卢瑟福的学生查得威克发现了中子，至此原子结构基本已经确定。1938年，德国科学家奥托哈恩用中子轰击铀原子核，发现了核裂变现象，揭开了核能利用的序幕。美国科学家西拉德于1936年探讨了铀—水系统中维持链式反应的可能性；于1939年提出铀—石墨系统中维持链式反应的可能性，并发现了铀裂变过程中大约放出两个中子的辐射；1942年，在美国芝加哥大学，著名物理学家费米扳动开关，启动了世界上第一个核反应堆。1945年，两颗原子弹分别投在日本的广岛和长崎，第二次世界大战就此落幕，而原子弹正是同年“曼哈顿计划”的产物。1957年，前苏联建成了世界上第一座核电站奥布灵斯克核电站，人类进入了核能利用的新纪元。

       提到核能的利用，如果说用一个公式来说明它，那么毫无疑问，这个公式就是爱因斯坦的质能方程E=mc^2。这个看上去如此简单的式子，竟蕴含着如此恐怖的能量。无论是重核裂变还是轻核聚变，都可以用这个简单的公式计算出和反应过程中所释放出来的巨大能量。我们知道狭义相对论的两个基本原理分别是是相对性原理，即不同参考系下物理定律表现形式相同和光速不变原理。著名的迈克尔逊-莫雷实验证否定了光的以太学说，得出了光速不变的结论，这引导爱因斯坦走向狭义相对论。后来，他读了洛伦兹在1895年发表的论文，他坚信麦克斯韦-洛伦兹方程的正确性。他假定洛伦兹电子方程在真空参考系中有效，并由此导出了光速不变原理。借助于洛伦兹变换，他指出了一个事件在不同参考系下的时空坐标变换，建立了狭义相对论，并由此推论出质能方程。时间是1905年，当时的他还是瑞士专利局的专利技术员，刚刚获得苏黎世大学的博士学位，依然默默无闻地沉浸在自己的物理世界里，直到他前后发表了五篇开创性的论文，其中就包括那篇关于相对论的《论动体的电动力学》的文章。一时间物理学界对于爱因斯坦其人有了各种各样的猜想，也有人迫不及待地想见到爱因斯坦本人，这里面还包括了当时已经大名鼎鼎的普朗克。1911年秋天，爱因斯坦受邀参加物理学史上的重要的会议索尔维会议，当时参加会议的是来自欧洲的20几位著名的物理学家。爱因斯坦走到一位中年妇女面前，她穿着黑衣服，戴着黑手套，是参加会议的唯一女性。她就是“镭”的母亲，居里夫人。居里夫人摘下黑手套，手指上伤痕斑斑，她笑着说：“这就是放射性的最大功劳，你的公式的最好证明”，她用手指轻巧地在空中划了个E=mc^2。从居里夫人的话中，足见她对质能公式的评价之高。会后，爱因斯坦在给他人的信中写到他对洛伦兹的敬仰：“......他是一个才智和机智的奇迹，一件真正动人的艺术杰作！我认为，在座的理论家中洛伦兹是最有才智的......”

                                       著名的索尔维会议

       战争总是给人类来带来灾难，但有一点不可否认，战争的确推动了科学技术的发展。正如我们所知，核能的利用也与第二次世界大战息息相关。著名的曼哈顿工程催生了原子弹的诞生，也让世界从此进入有核时代。其实最早注意到核裂变价值的是德国科学家，他们在核裂变的研究中也处于世界领先地位。但是由于法西斯的残暴，大批科学家流亡到美国，这里面包括费米、玻尔等科学家。1939年初丹麦物理学家玻尔从两位刚从德国逃亡出来的科学家那里知道德国已经开始研制原子弹的确切消息，他立即前往美国，把消息告诉了正流亡在美国的费米、西拉德等人。深知原子弹威力的这些科学家对此忧心忡忡，西拉德担心德国造出核武器，便向美国政府提出抢先研制，而官员们却将此建议视为天方夜谭。无奈之下，西拉德等人找到了爱因斯坦，说服他直接致信罗斯福总统，说明核裂变能够制造出威力巨大的武器。他们的观点得到了爱因斯坦的支持，他们用爱因斯坦的名义给罗斯福总统写了一封信。罗斯福收到信件后，经过周密考虑，与珍珠港事件发生的前一天批准了研制原子弹的和计划。曼哈顿计划汇集了当时大量的物理学家、化学家、工程师、军人和当地的居民，它开创了科学、军事和工业三位一体的“大科学”典范，揭开了原子能之谜，也把一个最具破坏力的武器赋予了人类。在这里起到决定性作用的几个科学家包括爱因斯坦、西拉德、西伯格、费曼、费米、奥本海默等人。爱因斯坦没有真正参与曼哈顿工程，但他是启动曼哈顿计划的责任者之一，也是后来最强烈的******者之一，西拉德后来也成为******原子弹的主要力量。西伯格领导钚的生产，他被称为“钚之父”，1951年获诺贝尔化学奖。

       费曼被称为出生于20世纪最伟大的物理学家，同时也是一位出色的数学家。参与曼哈顿计划的时候他才24岁，在他老师贝特领导的小组工作，其任务是计算原子弹爆炸需要的裂变材料的数量。费曼不是按常理出牌的人，并且练就了一身开锁的好本领，常常以打开装有************的保险箱为乐，让他的同事对他“刮目相看”，自得其乐。他是世界上第一个用裸眼看原子弹爆炸的人，当别人都戴着特制眼镜准备见证第一颗原子弹爆炸的时候，他却躲在一辆大卡车的挡风玻璃后面，心想那么厚的玻璃一定能够挡住辐射。他还是一个直言不讳的人，连玻尔都说：“下次我们要讨论什么时，单找这些只会说‘是，玻尔博士’的人是不行的，让我们先找那个小子谈谈。”

       说到费米，先讲一个关于费米的笑话：理论物理学家费纸，实验物理学家费电，理论实验物理学家费米。从这个简短的笑话里面，就能看出费米是一个在实验和理论方面都非常厉害的人。早在1938年，他就因热中子轰击等方面的成就获得诺贝尔物理学奖。前文中也提到，他在1942年就领导建设了世界上第一个核反应堆。而在量子统计、金属理论等多个方面均作出了建设性的工作。在世界上第一颗原子弹爆炸的现场，费米撕下笔记本的一页纸，一感到震波，他便把举过头顶的纸片松手放开。纸片飘扬而下，落在他身后2.5米处。心算之后，他便得出原子弹能量相当于10000吨TNT当量。后来经过尖端的仪器设备分析，证明他的估算是有效的。他喜欢通过非常直接的，而不是缜密理性的途径去解决问题。他善于把困难的问题简化，应用到实际生活中去。为了在学生中间推广这种想法，他经常会提出一种特殊类型的问题，即众所周知的费米问题。这些问题只包含很少的已知条件，初听来感觉得到答案，但可以经过分析之后可以十分接近确切答案。

       讲原子弹的诞生，当然还要讲讲“原子弹之父”——奥本海默，他是曼哈顿工程的领导者，世人评论他锋芒毕露。他在二十多岁的时候曾在德国做波恩的研究生，波恩曾在他的自传中说，研究生奥本海默曾经很多次在别人发表演讲时打断他的演讲，上台拿起粉笔写，然后说：“这样会更好”，连他的导师都不能避免。在原子弹试爆成功后的现场，当炸弹的火球腾空而起时，沙漠上变得通亮炽白，这为惊恐万状的科学家想起了印度史诗《薄枷梵歌》中的一句不祥预言：“我就要死去了，世界也将毁灭。”他还对当时在场的其他科学家说了一句：“妈的，现在我们都成******养的了！”后来发生的事情，验证了他当时的预言。

                            世界上第一次原子弹爆炸产生的蘑菇云

       原子弹变成了人类自我毁灭的工具，对那些曾经参与或研究过原子弹制造的科学家们产生了巨大的震撼，他们大都对此表示深深的忏悔和自责。1945年8月6日，当爱因斯坦得知日本广岛遭原子弹轰炸的消息时，他感到极为震惊，他遗憾地说：“我现在最大的感想就是后悔，后悔当初不该给罗斯福总统写那封信......我当时是想把原子弹这一罪恶的杀人工具从疯子希特勒手里抢过来，想不到现在又将它送到另一个疯子的手中......”。作为“原子弹之父”的奥本海默，面对成功和荣誉，他的心情是苦涩而复杂的。当原子弹在广岛和长崎扔下后，他心中的罪恶感更加难以解脱，以至于作为美国代表团成员在联合国大会上脱口而出：“总统先生，我的双手沾满了鲜血”。二战后，他和爱因斯坦一起，反对试制氢弹，致力于原子能的国际控制和和平利用。而在爆炸后就迫不及待估算出爆炸当量的费米，发现爆炸的威力超出了他原来的想象。他本来是一个冷静而有理智的人，这时也受到了很大的震惊，甚至无法自己开车回家。他对所有持反对意见的同事只能重复这样的回答：“不要让我跟你们一块受良心的折磨吧。无论如何，这毕竟是物理学上的一个杰出成就......”

      以史为鉴，核能的利用经历了漫长而痛苦的过程，耗费了几代科学家的心血才得以有现在和平地开发和利用，造福人类。本文讲述了在核能的利用历史上两个重要时期的一些小故事，与各位共同回忆核能发展的艰辛历程。科学技术从来不是一蹴而就的，更不是个人力量可以完成的，在当今尤为如此。谈到核能利用，就不可避免地谈到核能的安全、和平利用。二战中，原子弹给人类留下了一道永远的伤疤；切尔诺贝利核泄漏、福岛核泄漏事件一次次地给人类敲响警钟。科学技术的发展，就是为了改善人类的生活。在此希望人们能够继续和平、安全、高效地利用核能，同时能够通过各种方式更多地了解核能，不要谈核色变，要用核的知识来武装自己。