物理领先世界,研发率先开展,二战德国为何没能制成原子弹?

大家知道,二战尾声时,美国在日本广岛和长崎投下了两枚原子弹。而其实美国研发的原子弹,最初的目的是用于在欧洲与德国进行的战争,只是德国在原子弹可被用于实战之前就已经崩溃,所以原子弹才被用到了日本。而美国启动研发原子弹的曼哈顿计划,一个重要的诱因就是他们知道了德国已经在进行核武器的研发了。那么当时德国率先开始研发核武器,又拥有一大批堪称领先世界的科学家参与其中,为何最终却完全没有打开成功的大门呢?


德国的核武器研发计划

首先我们可以毫无疑问地说,在1930年代,德国在物理学的几乎所有领域都处于世界领先地位。比如在最近这几年网上特别流行的那张包括了许多奠定了现代物理学基础的科学大拿的“史上最牛合影”里,其中17位最著名的科学家里就有5个是德国人,另外还有两个是在1930年代被德国吞并了的奥地利人,而这7个人可以说在里面的份量也都是最重的。比如提出了广义相对论的爱因斯坦,又比如提出了量子力学测不准原理的海森堡以及提出了著名的“薛定谔的猫”试验的薛定谔等。

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“史上最牛合影”,第一排中间为爱因斯坦,第三排右三为海森堡,右六为薛定谔,他们都是德国人

所以在1938年12月核裂变被发现之后,德国就立即在第2年4月启动了被称为“铀工程”(Uranverein)的核武器研发项目。虽然这个项目只进行了4个月就因为项目组有3名科学家应征入伍而中断,但仅仅一个月之后,项目就再次重启,而主持这个项目的核心人员之一,就是前文提到的科学巨匠海森堡。

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海森堡堪称决定了德国核计划成败的核心人物

但这个项目从一开始就没能把德国全部的相关科学力量给集中起来,因为从1933年希特勒上台之后,很快开始在包括物理学界在内的德国全国推行种族主义政策,之后许多科学家因其种族背景无法在德国再从事科研活动。希特勒上台之后很短时间内,就有15名已经赢得诺贝尔将或者其成就已经达到诺贝尔奖级别的德国物理学家和化学家离开德国,移居海外。其中就包括上面合影里的爱因斯坦和波恩等人。而其中一些人以及他们的学生等尖端人才最终到了美国,甚至直接参与进了美国的核武器研发计划曼哈顿计划之中,所以在一定程度上,可以说希特勒的上台反而促成或者至少是加快了美国核武器的成功研制。

“铀工程”的各种波折

而且德国对“铀工程”的投入,却是从一开始就有很大保留。而其中的一个重要原因是,在“铀工程”中发挥核心作用的海森堡自己并不认为核武器能在短期内研制成功。所以在1939年他向希特勒汇报此事的前景时就说短期内很难成功,而且汇报的方式显得比较随意,也就是没有非常积极地要求希特勒给予支持。而在战后他在解释自己这样做的原因时说,自己当时确实认为成功的可能性接近于零,而在这种情况下如果自己强烈要求希特勒为此投入大量人力物力,但最终却没有结果,那么可能自己的性命都会成问题,所以自己从一开始就摆出了相对有一些保留的态度。

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海森堡1934年会见玻尔,二人在1941年再次会面引发了后人很多遐想

所以在二战结束后,曾有观点认为是海森堡不想让希特勒获得核武器,进而赢得二战,所以才故意态度不积极,而且在研制过程中还有意拖延了进度。这种说法产生的原因之一是海森堡在1941年在哥本哈根会晤了同样出现在“最牛合影”里的丹麦科学巨匠玻尔。在会谈中他对玻尔说自己不认为研制核武器能取得成功。不过当时海森堡想表达的意思其实是说因为德国不可能研制成功,所以他希望玻尔传话给美国核计划的负责人,让他们也停止研制。同时其实他会面的目的也是想尝试能否从玻尔那里探听到一些美国核计划的信息。所以现代的主流观点认为,海森堡并没有有意拖延德国核计划的推进,只是他确实认为这事做不成。

所以德国对这个核计划从一开始就没有全力投入。在1942年的最高峰时期,参与研制核武器的科学家也只有70人,其中只有40个把50%以上的工作精力用在了研发核武器之上。而在且也许是因为之前大批科学家移民海外,所以纳粹当局对从事核武器研究的科学家似乎始终没有完全信任,海森堡后来也曾表示在整个计划期间,自己始终只获得了有限的信任,所以工作中一直有很多掣肘。

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德国核计划启动后,在比利时殖民地刚果设立了提炼铀的工厂

所以德国的核计划从一开始就进展的非常缓慢,而到1942年6月,由海森堡牵头实施的试验反应堆项目“铀机器”(Uranmaschine)毁于一次化学品爆炸。到直到此时,德国人始终没能实现可控的核链式反应,而且也没有进行铀浓缩的可靠途径,同时也没有提出制作钚弹的备选方案(长崎原子弹就是钚弹),因此可以说其3年研发的进展非常有限。而在此时,德国在战场上被动的局面越来越明显,对于能立即在战场上看到效果的资源投入需求也越来越迫切。

所以负责实施这一项目的德国国防军军械局此时要求参与“铀工程”的科学家说明他们预计何时能制造出核武器,而这其实就是军械局的最后通牒了。但这些科学家的答复仍然是理论上可以实现,但实践中需要大量人力物力,所以不认为能在近期实现。随后军械局做出决定,继续实施“铀工程”,但其负责机构由军械局改为帝国科研院,而这也就意味着核计划在德国已经不再是最高优先级的计划,德国已经把首要的资源从核武器研发转向了希特勒本人更为青睐的导弹等能更快见效的研发项目之上。

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位于挪威维默尔克的重水工厂

所以此后德国的核武器研究进展大幅放缓,许多附属研究机构也不再从事相关工作。而在此时,还发生了一件雪上加霜的事情。之前海森堡决定采用重水作为核裂变的慢化剂,以实现可按核裂变。但当时德国本土没能建成重水工厂,德国所控制的唯一一座重水工厂是位于挪威境内。结果在1943年2月28日,挪威重水工厂被挪威抵抗力量的突击队破坏,使德国损失了500公斤的重水。虽然此后德国人也修复了部分设施,但此后该工厂又开始频繁遭到同盟国军队轰炸,始终没能恢复其完整的运转能力,这也在一定程度上拖慢了德国的核计划进度。

最后的尝试

不过即使这样,在二战的最后几个月里,德国人还是进行了核武器研制的最后尝试。一些记载显示,当时在德国陆军的物理学家库尔特·戴布内尔的带领下,一群德国科学家最临近战争结束时成功地制造出来了一个“核装置”。

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带领一些德国科学家做了最后的“核挣扎”的库尔特·戴布内尔

但现在的证据表明,这个核装置还不够格被称为核弹。它只是德国的科学家在最后的绝境里利用其当时所拥有的所有核材料拼凑出来的一个利用了核原料的武器。这个装置的原理似乎是用高爆化学炸药激发核裂变和核聚变反应。有人认为在1945年3月4日,德国人在德国中部城市奥尔德鲁夫附近对这个装置进行了试爆,但因为现代没人掌握任何直接记录,因此这一试验是否成功激发了核反应或是否真的进行了都无法确定。

而至于德国核计划失败的原因,似乎海森堡从一开始就不看好研制核武器能够成功是一个决定因素。而根据有些说法,他之所以这么没信心,是因为他在计算核裂变材料的临界质量时出了错,认为需要有几吨重的铀-235才能制造出原子弹,而实际上这个临界质量只有15公斤。海森堡对自己的计算结果一直坚信不疑,以至于在他被同盟国俘虏监禁之后,当他们被告知美军在广岛投下了原子弹时,他和他的一些助手竟然对此嗤之以鼻,认为是美军看守在骗他。

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1945年4月美英士兵及工作人员拆除位于德国海戈尔洛赫的试验性核反应堆的场景


所以德国核计划的失败,恐怕也跟德国在核计划启动之前就损失了一些尖端人才,没有类似重量级的科学家能发现海森堡的失误有关。相比之下,美国的曼哈顿计划之所以能够成功,当然也离不开美国政府对其的高度重视。而美国政府的高度重视,则是因为听取了包括爱因斯坦在内的一批富有远见的科学家的意见。而在曼哈顿计划启动之后,美国政府还为其提供了无条件的支持,对计划所需使用的人力物力不加任何限制,所以才能通过无数科学家相互之间以及政府和产业界的通力合作,所以最终才在这场核竞赛中打败了德国。


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