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爱因斯坦-西拉德信件

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爱因斯坦-西拉德信件副本

《爱因斯坦-西拉德信件》（英语：Einstein—Szilard letter）是1939年8月2日一封由物理学家利奥·西拉德主笔、阿尔伯特·爱因斯坦签署，并寄给时任美国总统富兰克林·罗斯福的信件。这封信件还得到匈牙利同侪爱德华·泰勒及尤金·维格纳的建议。信件当中警告德国可能发展核武器，并建议美国启动自主核计划。罗斯福在收到信件后采取行动，促成曼哈顿计划，让美国研制出第一批原子弹，并最终用于轰炸日本广岛及长崎。

背景

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1939年1月6日，《自然科学（英语：The Science of Nature）》刊登德国物理学家奥托·哈恩及弗里兹·施特拉斯曼观测到铀产生核裂变反应的重大发现（英语：Discovery of nuclear fission），并经2月11日由瑞典物理学家莉泽·迈特纳刊登在《自然》上的研究结果所确认，震撼物理学界。此时，正逢第五届华盛顿理论物理学会议（Washington Conference on Theoretical Physics）于当年1月26日开幕，丹麦物理学家尼尔斯·玻尔将消息带到美国；哥伦比亚大学的恩里科·费米及约翰·邓宁等实验物理学家迅速证实这一发现[1]。

匈牙利物理学家利奥·西拉德认为由中子引发之重原子核裂变可能产生核链式反应，产生发电或原子炸弹所需的大量能量。他早在1933年旅居伦敦之时，就从前一年欧内斯特·卢瑟福及其团队尝试用质子裂变锂却不甚乐观的实验结果得到灵感并申请专利。不过，他还尚难以富含中子的轻原子引发核链式反应——理论上，若中子引发的单一核链式反应能够产生多于一个中子，那么就可以持续不断，造成数量呈指数级增加的链式反应[2][3]。

西拉德与费米合作，在哥伦比亚大学用天然铀建造了核反应堆；当时，哥大物理学系由乔治·佩格拉姆（英语：George B. Pegram）领导。学界就铀的核裂变反应究竟是由占天然铀比例不到百分之一的铀-235，还是费米坚持认为的铀-238同位素所引发尚存有争议。西拉德及费米展开一系列实验并得出结论：只要找到适当的中子减速剂，就能引发天然铀的核裂变反应。他们亦发现，氢原子在水中虽然可以让中子减速，但也常常直接捕获中子，于是西拉德建议改以碳为中子减速剂。西拉德认为，只要收集到大量的铀及碳等足够素材建造反应堆便可以成功[4]。

与此同时，西拉德担忧德国人也可能进行类似的实验——西格弗里德·弗吕格（英语：Siegfried Flügge）甫于1939年间发表有关原子能开发的重要论文[5][6]。由于比属刚果蕴含丰富铀矿，西拉德与他的匈牙利同侪尤金·维格纳经过讨论，决定先通知比利时人。维格纳认为与比利时王室成员相识的阿尔伯特·爱因斯坦是适当人选[7]；西拉德也很了解爱因斯坦，他们曾于1920年代间共同研发爱因斯坦-西拉德冰箱（英语：Einstein refrigerator）[8][9]。

过程

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起草

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爱因斯坦及西拉德在1946年纪录片《原子能之力量（英语：Atomic Power (film)）》中重现讨论场景[10]

1939年7月12日，西拉德及维格纳自纽约州萨弗克郡卡乔格（英语：Cutchogue, New York）驱车前往爱因斯坦位于长岛的住处[11]。两人向爱因斯坦解释有关原子弹的概念，爱因斯坦回复道：“我根本没想过（Daran habe ich gar nicht gedacht）”[12]。西拉德以德语口授预定向比利时驻美国大使（英语：List of ambassadors of Belgium to the United States）传达的信件内容，维格纳将其写下，然后爱因斯坦同意并签署。应维格纳的建议，他们又写了一封信给美国国务院，说明自身之行为及动机，并给予国务院两周时间回应或批评[11]。

就争取政府对铀研究支持的问题，西拉德又一好友、奥地利经济学家古斯塔夫·施托尔珀（英语：Gustav Stolper）建议接触能与时任美国总统富兰克林·罗斯福牵上线的美国经济学家亚历山大·萨赫斯。萨赫斯说他早已与罗斯福商讨过有关问题，只是费米及佩格拉姆先前才报告称制造原子弹之前景渺茫。萨赫斯仍然同意为西拉德转交信件，不过他建议找一位声望更高的人来做代表；西拉德认为爱因斯坦正是显而易见的人选[7]。于是两人起草了一封充满拼写错误的信，并寄给爱因斯坦[13]。

8月2日，西拉德再度前往长岛；因维格纳有事在身，他只能请另一位匈牙利物理学家同侪爱德华·泰勒代驾。爱因斯坦拿到草稿以后先用德语口授信件内容，待西拉德回到哥伦比亚大学再以英语口授与系上一名速记员珍妮特·科茨沃斯（Janet Coatesworth）记录。此后她回忆道，当西拉德提到“威力极大的炸弹”之时，她“确信自己正在为疯子工作（was sure she was working for a nut）”[14]；即使信件以“阿尔伯特·爱因斯坦敬上（Yours very truly, Albert Einstein）”作结，也丝毫没有让这一印象好转。该信随后与另一封详细解释信件一同交给爱因斯坦检阅并签署[14]。

这封写于8月2日、寄给罗斯福总统的信件称[15]：

过去四个月来，借由法国方面约里奥与美国方面费米及西拉德等人之研究，已经证实有可能利用大量的铀引发核链式反应，以产生巨额能量及类镭新元素。现在基本可以确信，这将在不久以后的未来实现。

利用这一新现象还能制造炸弹，而且可以认为——尽管不那么确定——将是一种威力极大的新型炸弹。只需要将区区一枚炸弹以船只载入港口引爆，就很有可能将整座港口连同部分周遭地区摧毁。不过，这种炸弹也很有可能因为太过笨重而难以空运。

In the course of the last four months it has been made probable — through the work of Joliot in France as well as Fermi and Szilard in America — that it may become possible to set up a nuclear chain reaction in a large mass of uranium, by which vast amounts of power and large quantities of new radium-like elements would be generated. Now it appears almost certain that this could be achieved in the immediate future.

This new phenomenon would also lead to the construction of bombs, and it is conceivable — though much less certain — that extremely powerful bombs of a new type may thus be constructed. A single bomb of this type, carried by boat and exploded in a port, might very well destroy the whole port together with some of the surrounding territory. However, such bombs might very well prove to be too heavy for transportation by air.

其中又特别就德国提出警告[15]：

据我所知，德国已经停止自其接管之捷克斯洛伐克矿场出售铀矿。或许可以这样理解：她之所以这么早采取行动，是因为其副国务秘书之子冯·魏茨萨克与柏林威廉皇帝学会过从甚密，而该研究所现正复制美国方面关于铀的一些研究。

I understand that Germany has actually stopped the sale of uranium from the Czechoslovakian mines which she has taken over. That she should have taken such early action might perhaps be understood on the ground that the son of the German Under-Secretary of State, von Weizsäcker, is attached to the Kaiser-Wilhelm-Institut in Berlin where some of the American work on uranium is now being repeated.

信件撰写之时，核裂变链式反应原预计会耗用数公吨的素材。七个月后，英国突破性研究弗里施-佩尔斯备忘录将反应预估临界质量降低至10公斤以下，令空运炸弹成为理论上可行之事[16]。

递交

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罗斯福的回信

西拉德在8月9日收到爱因斯坦签署后寄回的信件[14]。8月15日，他将长、短两份信件连同自己写的另一封信寄给萨赫斯。萨赫斯向白宫工作人员预约晋见罗斯福总统，但在他见到总统以前，德国于9月1日入侵波兰，宣告第二次世界大战全面爆发，罗斯福政府陷入战争泥沼，于是萨赫斯便延迟晋见至10月份罗斯福能认真看待信件的时候。10月11日，萨赫斯同罗斯福、其秘书埃德温·华生（英语：Edwin "Pa" Watson）陆军准将与基斯·F·亚当森（Keith F. Adamson）陆军中校及吉尔伯特·C·胡佛（Gilbert C. Hoover）海军中校等两位军械专家会面；罗斯福总结会面结果道：“亚历克克斯（指萨赫斯），你的目标就是不要让纳粹炸翻我们。（Alex, what you are after is to see that the Nazis don't blow us up.）”[17][18]

罗斯福随后回复信件感谢爱因斯坦，并通知他称[19]：

我认为这一资料相当重要，并已经召集国家标准局领导人与陆军及海军代表组织会议，彻底调查您有关铀元素建议之可行性。

I found this data of such import that I have convened a Board consisting of the head of the Bureau of Standards and a chosen representative of the Army and Navy to thoroughly investigate the possibilities of your suggestion regarding the element of uranium.

此后爱因斯坦还曾于1940年3月7日及4月25日两次致信罗斯福，建议展开原子能研究[20]。西拉德为爱因斯坦草拟的第四封信原欲敦促罗斯福与西拉德会面讨论原子能政策，不过这封于1945年3月25日写就的信没能在当年4月12日罗斯福逝世以前寄达[21]。

影响

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罗斯福认为必须就信件所提之事采取行动，于是授权成立铀顾问委员会；铀顾问委员会以国家标准局局长莱曼·布里格斯为主席、亚当森及胡佛等人为委员，1939年10月21日召开第一次会议，与会者还包括国家标准局的佛瑞德·L·莫勒（Fred L. Mohler）、华盛顿卡内基研究所的理查德·B·罗伯特斯（Richard B. Roberts）、西拉德、泰勒及维格纳等人。亚当森怀疑原子弹制造之可行性，不过依然同意拨款6,000美元（约相当于2023年的131,426美元）用于采购西拉德与费米等人实验所需的铀及石墨[22]。

铀顾问委员会成为美国政府投入研发原子弹之滥觞，不过委员会并未大力研发武器，而其职能日后亦依序由国防研究委员会（1940年成立）及科学研究及开发办公室（1941年成立）继承[23]。直到英国方面陆续出台弗里施-佩尔斯备忘录及穆德报告，罗斯福才于1942年1月决定授权展开全面研发[24]。1942年6月以降，美国核裂变反应相关研究工作由陆军工程兵团管辖的曼哈顿区——即主导原子弹全面研发的曼哈顿计划——接手[25]。

爱因斯坦并未参与曼哈顿计划。陆军及万尼瓦尔·布什于1940年7月拒绝给爱因斯坦发放工作许可，表示他的和平主义倾向及名人地位构成安全风险[26]。爱因斯坦曾在战间于海军军械局（英语：Bureau of Ordnance）担任顾问[27]，不过他对原子弹研发进展一无所知，也无力影响任何使用原子弹的决定[26]。据莱纳斯·鲍林称，爱因斯坦后悔签署这一导致原子弹研制及投入战争使用之信件，并表示他只能以纳粹德国首先研制出原子弹可能造成更大危险为由合理衡量这一决定[28][29]。1947年，爱因斯坦告诉《新闻周刊》：“若当初明白德国人没有办法成功研发原子弹，我就什么都不会做。（had I known that the Germans would not succeed in developing an atomic bomb, I would have done nothing.）”[26][30]

参见

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参考资料

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  1. ^ Hewlett & Anderson 1962，第10—13页.
  2. ^ Lanouette & Silard 1992，第132—136页.
  3. ^ GB 630726A,Szilard, Leo,“Improvements in or relating to the transmutation of chemical elements”,发表于1936-03-30 
  4. ^ Hewlett & Anderson 1962，第13—14页.
  5. ^ Flügge, Siegfried. Kann der Energieinhalt der Atomkerne technisch nutzbar gemacht werden?需要付费订阅. Die Naturwissenschaften. 1939, 27 (23—24) [2023-08-04]. doi:10.1007/BF01489507. （原始内容存档于2023-08-04） （德语）. 
  6. ^ Flügge, Siegfried. Die Ausnutzung der Atomenergie. Vom Laboratoriumsversuch zur Uranmaschine – Forschungsergebnisse in Dahlem. Deutsche Allgemeine Zeitung（英语：Deutsche Allgemeine Zeitung） (387, beiblatt). 1939-08-15 （德语）. 
  7. ^ 7.0 7.1 Hewlett & Anderson 1962，第15—16页.
  8. ^ US 1781541A,Szilard, Leo & Albert Einstein,“Improvements in or relating to the transmutation of chemical elements”,发表于1930-11-11 
  9. ^ Dannen, Gene. The Einstein-Szilard Refrigerators需要付费订阅. Scientific American. 1997, 276 (1): 90—95 [2023-08-04]. doi:10.1038/scientificamerican0197-90. （原始内容存档于2023-08-04） （英语）. 
  10. ^ Atomic Power!. The March of Time（英语：The March of Time） (Time). 1946. 事件发生在 约6分40秒至8分14秒 （英语）. 
  11. ^ 11.0 11.1 Lanouette & Silard 1992，第198—200页.
  12. ^ Lanouette & Silard 1992，第199页.
  13. ^ Lanouette & Silard 1992，第200—201页.
  14. ^ 14.0 14.1 14.2 Lanouette & Silard 1992，第202页.
  15. ^ 15.0 15.1 Einstein's Letter to President Roosevelt - 1939. Atomic Archive. [2023-08-04]. （原始内容存档于2023-08-04） （英语）. 
  16. ^ Gowing 1964，第40—45页.
  17. ^ Lanouette & Silard 1992，第207页.
  18. ^ Hewlett & Anderson 1962，第17页.
  19. ^ President Roosevelt's response to Dr. Einstein. Atomic Archive. [2023-08-04]. （原始内容存档于2023-06-06） （英语）. 
  20. ^ Clark 1970，第678—681页.
  21. ^ Lanouette & Silard 1992，第261—263页.
  22. ^ Hewlett & Anderson 1962，第20—21页.
  23. ^ Hewlett & Anderson 1962，第24—26、41页.
  24. ^ Hewlett & Anderson 1962，第49页.
  25. ^ Hewlett & Anderson 1962，第75页.
  26. ^ 26.0 26.1 26.2 The Manhattan Project. Einstein. American Museum of Natural History. [2023-08-04]. （原始内容存档于2015-11-09） （英语）. 
  27. ^ Brunauer, Stephen. Einstein in the U. S. Navy需要付费订阅. Journal of the Washington Academy of Sciences（西班牙语：Journal of the Washington Academy of Sciences）. 1979, 69 (3): 108—113 [2023-08-04]. （原始内容存档于2023-08-04） （英语）. 
  28. ^ Scientist Tells of Einstein's A-bomb Regrets (PDF). The Philadelphia Bulletin（英语：The Philadelphia Bulletin）. Associated Press. 1955-05-13 [2023-08-04]. （原始内容 (PDF)存档于2006-11-08） （英语）. 
  29. ^ Prof. Einstein Working on Explosives for U.S. Navy Department. JTA Daily News Bulletin. Jewish Telegraphic Agency（英语：Jewish Telegraphic Agency）. 1943-06-16 [2023-08-04]. （原始内容存档于2023-08-04） （英语）. 
  30. ^ Atoms: Einstein, the Man Who Started It All. Newsweek. Vol. 29 no. 10: 58—61 （英语）. 

参考文献

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延伸阅读

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外部链接

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