從英雄故事到跨域知識:淺談原子彈內傳

作者|梁家祺副教授(元智大學通識教學部)

在一次偶然的機會筆者看到《雪地英雄》這部1965年拍的電影,描述二次大戰期間,盟軍計畫破壞德國納粹在挪威設立重水工廠的歷程。

重水是製造原子彈的重要原料,因此英軍與挪威游擊隊在1942年至1944年間數次突擊與轟炸重水工廠,導致後期德國決定把工廠設備和重水運回國內,載著幾千加侖重水的海德羅號行經挪威廷湖(Tinn lake)時,爆炸沉入湖中,從此德國失去製造原子彈的重要原料來源。筆者向來著迷於英雄故事,對於二戰歷史中沉沒於廷湖的海德羅號的裝載物充滿好奇,也對重水在德美的原子彈競賽中所扮演的角色充滿疑惑。

此圖片摘自《雪地英雄》劇照。

60年後,一群水下考古學家藉由尋找海德羅號來解謎《核武機密》,打撈上岸的桶子的確裝了濃度不同的重水,但是總量卻很低,根本無法運轉一座核反應爐,這其實解釋了大戰後期盟軍發現希特勒根本沒有製造原子彈的計畫,充其量就是個原子反應堆實驗室,因此盟國早期認為重水是德國用來製造原子彈的看法其實不正確,也就是說挪威突擊隊英勇炸沉的海德羅號中所裝載的重水其實沒那麼重要。

其實重水量的多寡並不是重點,重點是為什麼選擇用重水,因為重水相當不易製備,其含量只佔水的萬分之一,所以要大量提取相當困難,根本是個不可能的任務。[1]

貝特(Hans Bethe)曾在《今日物理》發表一篇文章,談到二次大戰期間對於德國和美國使用中子減速劑的差異,當時所知道影響核裂變鏈式反應的減速劑為石墨和重水,德國實驗物理學家波特(Walter Bothe)用石墨作實驗,發現無效就斷然採用重水,文中提到德國人因為過度相信權威而沒有懷疑波特的結論,貝特甚至直言若有一位德國科學家重複做此實驗,結果應該會改變,或許也就沒有後續佔領挪威重水廠和盟軍突擊隊英勇抵抗的感人故事。

問題是美國的物理學家費米(Enrico Fermi)也在做同樣的石墨實驗,結果似乎也不好,為何費米沒有放棄用石墨轉而用重水,其中關鍵的因素在於同為物理學家的研究夥伴席拉德(Leo Szilard)之前的化工背景讓他們對於石墨的純度產生懷疑,在改善石墨純度後繼續進行實驗,果然成功並進展快速。由於石墨便宜又提取方便,所以在減速劑的選擇上德國就已註定計畫失敗的命運。[2]

沈致遠先生在《科學是美麗的》書中,藉由貝特的這篇文章談寬廣知識的重要性,並進而反思學科間的壁壘分明的問題,此對於現階段台灣高等教育的困境如同當頭棒喝。

關於德國為什麼沒有造出原子彈,其實眾說紛紜,包括:希特勒迫害當時猶太物理學家導致大批歐洲菁英物理學家逃往美國、希特勒情報不足以致於沒有全力投入製造原子彈、德國的領頭物理學家海森堡(Werner Heisenberg)根本沒有掌握關鍵技術或在道德反省下採拖延方式應付、盟軍的空襲使得挪威重水廠的設備無法使用……等。

已故的武漢大學美國現代史專家李存訓教授引用1984年波蘭 《是與非》記者提出波蘭愛國者的破壞才是德國未造出原子彈的主因[3],此點與眾不同的新看法倒是一解筆者心中的疑惑,文中提到一開始德國科學家也是鎖定石墨作為中子減速劑並請德國西門子公司生產,西門子公司把這個任務交給位於波蘭南部拉齊布日的一間工廠負責,工廠中具有強烈反法西斯思想的總工程師判斷此些數量龐大、規格特殊且罕見的石墨應具有軍事目的,於是決定生產不純的石墨試圖破壞德國的軍事計劃,德國科學家因為不知道訂製的石墨有問題,反覆做實驗失敗只好重新檢討理論的問題,最後才改弦易轍轉用重水當減速劑,也就是說若不是波蘭愛國者的有心破壞,德國科學家可能會比美國更早研製出原子彈。

筆者年輕時閱讀費曼的〈原子彈外傳〉[4],只覺得文中句句幽默的反映了美國投入巨大人力與物力於曼哈頓計劃的大科學典範,也感受到科學理論成了技術後,科學家無法掌控其應用方向的可悲,卻沒有時間或說是沒有人帶領對於二次大戰期間科學家的角色進行反思。近幾年筆者因為投入通識科學領域課程的開設,對於這樣的議題有了不同的認識與切點,試圖帶領學生從歷史的脈絡下看科學的發展,讓學生從感性認識的角度理解科學理論所產生的影響、科學家的思考脈絡與科學真理追求的歷程,並進一步引導學生思考科學知識表象下深層的美感並反思科學的本質以及科學、社會、宗教、倫理、文化之間的關係。

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[1] Hans Bethe. (2010). The German Uranium Project. Physics Today, 53(7), 34-36.
[2] 沈致遠 (民93)。科學是美麗的。台北:商周出版。
[3] 李存訓 (民75)。希特勒德國爲何未能造出原子彈。載於施宣圓、李春元(主編),《世界文化之謎》。文彙出版社。
[4] 吳程遠(譯) (民82)。別鬧了,費曼先生 (原作者:R. Feynman)。台北:天下文化。(原著出版年:1992)

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