“紙老虎”研究五十年

　　　　　　　　　　　　　　　　·方勵之·

今年（２００６）是北大物理系１９５２－１９５６屆學生畢業五十年。我是其中之一。諸同窗好事者將於２００６年四月聚首北京，憶半世紀歲月之滄桑。另外，北京天文台諸友，也於今日聚首敘舊。我均不能恭逢其盛，謹寫下幾段有關“紙老虎”研究的經歷以謝之。也供其它友好一笑。

算盤年代

１９９９年，中華人民共和國成立五十年，ＴＩＭＥ（Ａｓｉａ）雜誌　在那年九月出了一個專集，有五十篇文章，介紹大陸五十年中的五十個方面。其中有關中國進入核俱樂部的一篇，題為“Ｔｈｅ　Ｂｉｇ　Ｂａｎｇ”，是約我寫的。其實，我對中國核歷史內情所知甚少。他們約我寫，只因為我是介入核項目的早期研究人員之一。所以，我也只能為ＴＩＭＥ極簡單地描寫一下１９５５－５７兩年間的核經歷。有關的幾段原文如下：

“五十年代初，（在中國）核彈，即俗稱原子彈，經常被批判為“紙老虎”。然而，就在那時候中國當局已經決定製造自己的“紙老虎”。１９５５年一百個物理系大學生被調集到北京大學的一個秘密單位——我也在其中。當局告訴我們，任務是學核物理，準備發展中國的核項目。當時，中國有資格的核物理學家，不會多於三十位。遠不足以加入核俱樂部。

“一年之後，我２０歲，成為近代物理研究所的一名實習研究員。我所在的組，有１２個成員。我們當時的任務是研究核反應堆理論。核反應堆能生產鏷－２３９，通過裂變它可釋出巨大能量。該組的日常事務由我負責。除了一個成員外，其餘的年齡都小於２５。

“最大的問題是數值計算。那時候，連電動計算器都缺。我們只能靠算盤。在計算高峰時，整個房間聽起來像是一個老式的銀行，充滿算盤珠的劈啪聲。誰想得到，這些噪聲就是核爆炸巨響的前奏之一。”

ＴＩＭＥ雜誌的編輯不要求我寫“算盤計算”的課題，寫了也不會發表。他們可能怕擔待不起“核（知識）擴散”的罪名。當時，最耗時的數值計算是用Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ　方法求解中子的輸運方程。中子如何在輸運過程中隨時間變慢（能量減小）是設計反應堆的一個關鍵。由於，反應堆中物質分布極不均勻，加之非簡單的邊界條件，“算盤計算”決非易事。

“核機密”

其實，ＴＩＭＥ雜誌編輯可能不知道，物理方面的核機密，到１９９９年，早就擴散了。１９９２年，加州大學出版社出版了Ｒｏｂｅｒｔ　Ｓｅｒｂｅｒ著“Ｔｈｅ　Ｌｏｓ　Ａｌａｍｏｓ　Ｐｒｉｍｅｒ：Ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｌｅｃｔｕｒｅｓ　ｏｎ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｂｕｉｌｄ　ａｎ　ａｔｏｍｉｃ　ｂｏｍｂ”。這是美國Ｍａｎｈａｔｔａｎ計劃的第一篇經典文獻。當時是絕密。現在可以在ａｍａｚｏｎ．ｃｏｍ　網上用１２美元買到。

藉助Ｓｅｒｂｅｒ的書，我擴散一個“核機密”。製造核彈或核堆的一個重要參數是一個鈾核裂變時釋放出的中子數。這個數大於一，鏈式反應才有可能。這個數愈大，做核彈或核堆所要的材料愈少，或所需鈾濃縮的程度愈低。反之要多，要高。所以它對設計核彈或核堆的是至關重要的。伊朗的核項目就是在鈾濃縮上與西方起了衝突。

二戰之前，研究釋放中子數的文獻是公開發表的。大戰爆發後，有關釋放中子數的研究成為軍事機密，不再也不准公開發表。１９５６年秋，在近代物理研究所，有關領導口頭告訴我，這個數是２.３。絕密。只許記在腦子裡，不准寫在紙上。計算時直接打入算盤，不留痕跡。

對２.３一數，我一直好奇。我查過文獻，直到戰爭前夕，在公開發表的文獻中２.３並不是公認的。１９４０年Ｌ．Ａ．Ｔｕｒｎｅｒ在Ｒｅｖｉｅｗｓ　ｏｆ　Ｍｏｄｅｒｎ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．１２，ｐ．１－２９上的文章，可能是戰前發表的最後一篇總結。其中列舉的數據從２到３.５都有，很不準確。因為實驗很難作，不能直接測到中子，只能用裂變核的質量虧缺反推。中國在１９５６年之前並不具備準確測量這個數的實驗條件。所以，當時我想，這個數據多半來自蘇聯。因為，按照５９６計劃，蘇聯的確給過中國一些核數據。也許，２.３是蘇聯的秘密實驗結果。

不過，我買到Ｓｅｒｂｅｒ一書後（１９９４年），發現歷史並非如我五十年前猜測的。

第一，在Ｓｅｒｂｅｒ一書中，“中子數”的數值也是２.３（他用２.２－２.４）。

第二，他說，直到那時（１９４３），還沒有很準確的實驗結果。

第三，所以，２.３實質上是當作缺省（ｄｅｆａｕｌｔ）值來用的。

第四，書中有後人的註：２.３一數其實並不對。現在知道，對鈾－２３５，準確值是２.５２，對鏷－２３９，它是２.９５。

所以，如果２.３一數的確來自蘇聯，那麼，美，蘇，中三方當年各自在秘密發展核彈時，都採用了一個同樣的但並不正確的缺省參數２.３。所以，結論應當是，“核（知識）擴散”是從製造原子彈的第一篇文獻的時代就開始了。

宇宙學與恐怖主義

我早就離開了“紙老虎”研究。當時的１２個人中，有６個也很快離開了。因為，從物理學角度看，核項目是技術性的。

１９７０年代，我的興趣轉向相對論天體物理和宇宙學。九十年代初我耒美國後，平均每年要請一位中國的年輕學者來我這裡作宇宙學研究。九十年代一直沒有簽證困難。紐約９１１恐怖事件後，情況變了。簽證一度極為困難。或拒簽，或要等半年以上。問領事部門，他們說國土安全部要進行審查，因為宇宙學包含有對恐怖活動有用的知識。宇宙學是最公開的學科，居然也不准擴散？

國土安全部的專業分類，不是全無道理。當今美國最怕的是核恐怖。宇宙學雖多是紙上談的“大爆炸”，但也許有真“老虎”在。二戰後，不少從事製造核武器的人，“轉業”下來後，都到了天體物理和宇宙學。從核爆炸轉到超新星爆炸和宇宙學的標準模型——大爆炸。如今，Ｌｏｓ　Ａｌａｍｏｓ的強項之一就是超新星爆炸的數值模擬。俄國的Ｙ．Ｚｅｌｄｏｖｉｃｈ，是蘇聯氫彈的兩位奠基之一（另一個是Ａ．Ｓａｋｈｒｏｖ　）。六十代，Ｚｅｌｄｏｖｉｃｈ轉到物理宇宙學，又成了這一領域的奠基人之一。Ｚｅｌｄｏｖｉｃｈ轉到宇宙學後，立即（１９６８）提出了著名的Ｓｕｎｙａｅｖ－Ｚｅｌｄｏｖｉｃｈ效應。這是Ｚｅｌｄｏｖｉｃｈ的一個重要的宇宙學貢獻。如果知道他的核經歷，一點都不奇怪他的“手到擒來”。Ｓｕｎｙａｅｖ－Ｚｅｌｄｏｖｉｃｈ　效應同上述的“算盤”課題，物理實質是一樣的。後者是中子在冷核子中輸運，導致中子能量減少，而前者是光子在熱電子中輸運，導致光子能量增加。在近似情況下，二者都是用Ｋｏｍｐａｎｅｅｔｚ方程來計算。而且，宇宙學中，物質分布大多是均勻的，或對稱的，沒有複雜邊界條件，好算。

我現在得到ＮＳＦ支持的一個項目是用新算法研究宇宙學中的光子輸運。又是要用到老朋友Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法。所以，宇宙學中發展的算法，真說不定對鈾項目等還有用處。就此打住，不再多說，以防以今後來美宇宙學者再遇上簽證麻煩。

五十年的“紙老虎”，悲耶？樂耶？

記於“從心所欲不逾矩”到來之日

寄自美國 刊登在 2006 華夏快遞 kd060213.