超级全面理解冯诺依曼系列文章(建议按顺序阅读);
天才中的高富帅,数学界的暖男——冯诺伊曼量子的世界你不能不懂,冯诺依曼伴你闯荡量子江湖计算机的前世今生:不务正业的富二代如何改变世界科学界国民老公,超会玩的教授,博弈论之父教你中年如何不油腻?“外星人”参加的史上最烧钱最绝密的计划,超级学霸圣地冯·诺依曼生来就是数学家,一生都在不断跨越国界。但是,只要他涉猎并创造出科学理论,它们都具有强大的生命力,而且一旦问世,就得到科学家们的集体关注,然后得到广泛应用:
冯·诺依曼之前是被银行家的父亲逼着学化学的,后来被大加利用,证实了一切都是最好的安排。他对炸药爆轰物理的贡献在他的传记里是找不到的,所以知道的人很少,而且这种贡献和化学化工有着密切的关系。
原子弹需要计算爆轰来驱动铀块,爆轰物理一下子成了曼哈顿计划的重头戏。爆轰物理是一个复杂的力学过程,需要物理知识和化学知识,也需要很高的数学水平。上帝让冯·诺依曼出现,他来跨界指导当顾问:原来的理论框架还可以,但是化学反应速度要从无限变到有限,要建立新的ZND模型。n是冯诺依曼。
ZND模型是爆轰科学发展的里程碑,它被写进了爆轰教科书,成为现代爆轰科学的理论基础。第一颗原子弹在ZND模型上成功设计并爆炸。
冯·诺依曼一完成他的指令就飘然而去,他的脸在爆炸的圈子里并不熟悉。
这种跨界,不出所料,也被炸药理论权威库克压制,花了30年才写进引爆教科书。
冯·诺依曼的全能和跨界,让他在物理学家、化学家和数学家之间有两面性。同时还坐过十几个其他军事项目,对美国战时科研进展了如指掌。每次来实验室都会被围上来,把他们的高等数学问题一个个罗列出来,就像射击场里的鸭子一样,等着冯·诺依曼一个个敲过来。他仍然是为数不多的可以自由进出实验室的科学家。他人脉广,幽默风趣,消息灵通。他是沙漠里的实验室,很受欢迎。想象一下费格年轻的时候。
原子弹的设计必须确立核裂变材料的临界质量,即维持核链式反应所需裂变材料的质量。事实证明,确定临界质量非常困难。冯·诺依曼完成了原子弹爆炸的关键计算。
如前所述,铀-235的提纯非常困难。整个三年的曼哈顿计划花费很大,也没提出多少铀-235,刚好够造两颗原子弹。这可能就是为什么在广岛引爆第一颗代号为小男孩的原子弹时,日本没有立即投降。日本有三天时间考虑,但不同意接受波茨坦最后通牒,即无条件投降。他们竭力掩盖广岛的真相,声称广岛落下了一块陨石。他相信美军只有一颗原子弹,把希望寄托在苏联的调停上。
但日本科学家不知道的是,曼哈顿计划还在用钚-239研制另一枚核弹,钚-239是用反应堆进行化学分离得到的,美国人同时也制造了钚-239,虽然数量不大。所以在对日实战之前,美国人只做过一次核试验,著名的三位一体试验,当时用的是钚239。
自从美国第一颗原子弹爆炸以来,马绍尔群岛的比基尼环礁已经发生了20多枚原子弹和氢弹爆炸,真正震惊全国的是,时尚界摩拳擦掌,发明了“比基尼泳装”。因为这件泳衣相当暴露,完全突破了当时人的三观,所以发明者认为它的影响和核爆炸没什么区别。
钚239一开始就遇到了一个无法解决的问题,适用于铀弹的“枪式”扳机(用一块铀射另一块铀)不适用于钚弹。很多方法都失败了,营长奥本海默甚至决定放弃。
这时,赛斯·内德梅尔天才地提出了内爆法:一个介质空钚球被包裹在一个爆炸包里,由一个固体壳封闭。炸药使钚的体积被压缩,从而达到临界质量。
但是很多人觉得这个设计行不通。但是冯诺依曼很喜欢。还记得这两个关于诺依曼的公式吗?(一)冯·诺依曼可以证明任何事情;(b)冯·诺依曼证明的一切都是正确的。冯·诺依曼很快证明内爆法是最正确的方法。冯·诺依曼用他新发明的电子计算机进行了无数次的计算和分析,结果表明内爆如果内部对称性不超过5%就能起作用。这终于解决了制造原子弹的关键问题。
然后他成功设计了一个由棱镜组成的内爆装置。他有一个重要的观点:爆炸产生的压力会使钚的密度远远高于正常状态,这将大大提高链式反应的速度。由于这种现象,原子弹将从较少的裂变材料中产生巨大的冲击波。
当事实证明铀-235不足以制造一枚以上的铀弹时,冯·诺依曼的计算证明做出了巨大贡献。他的方法将研制原子弹的时间缩短了大约一年。
他还指导设计了原子弹的最佳结构,以确保它足够小,可以装入轰炸机。
冯·诺依曼还战略性地提出了原子弹的轰炸地点,包括京都、广岛、横滨和果敢。京都最终得以逃脱,是因为它在人类文化史上的重要性。
1945年5月,德国投降,证据显示海森堡领导的德国团队“铀俱乐部”尚未制造出原子弹。海森堡声称自己并不真正信任希特勒政权,于是极力拖延纳粹德国的研究项目。然而曼哈顿计划的重要领导人古德施密特对这种说法嗤之以鼻,这种说法也被称为“海森堡之谜”。
除了冯·诺伊曼,参与曼哈顿计划的犹太物理学家还有奥本海默、西拉德、维格纳、贝特、莫格雷特、费曼、拉比、布洛赫、尼尔斯·波尔和他的儿子爱德华·泰勒……他们大多在32岁左右。历史的悖论在于希特勒屠杀了600万犹太人,而最重要的犹太科学家却成功逃脱并成功完成了
1945年8月6日,爱罗拉·盖轰炸机投下了广岛战争中使用的第一枚枪式原子弹(小男孩)。
1945年8月9日,一枚内爆钚弹,胖子原子弹,被投在长崎/[/k0/】。
1945年8月15日,裕仁天皇宣布日本战败,第二次世界大战结束。
原子弹之父奥本海默看到第一颗核弹爆炸时,站在了荣誉之巅。他引用了印度史诗《博伽梵歌》中的一首诗来忏悔自己。“天空充满了光彩,就像圣灵一样。只有一千个太阳才能与之抗衡。现在我是死亡,世界的毁灭者。”。
爱因斯坦也发表过一个著名的演讲:“我现在最大的感受就是后悔不该给罗斯福总统写那封信。.....我试图把原子弹这种罪恶的杀人工具从疯子希特勒身边夺走。没想到现在又发给另一个疯子。”
奥本海默忏悔。毕竟他才是真正的原子弹之父,爱因斯坦的遗憾有点多余。毕竟原子弹真的和他没关系。
尽管战争残酷,但原子弹在第二次世界大战结束时发挥了关键作用。同时加速了日本法西斯在中国和东南亚发动的侵略狂潮的结束,为创造世界和平做出了贡献。
当然,投在日本领土上的两枚原子弹所扮演的角色,以及美国对这两枚原子弹所持的“道德理由”,已经被公众和学者们讨论了几十年,正反两方一直在互相对抗。这个宏大的问题超出了本文的范围。但我们所知道的是,中国和美国几十年来一直处于不断的争端中,但在这个问题上,他们几十年来保持了惊人的一致——没有遗憾。
曼哈顿计划在政治和文化上都产生了深远而广泛的影响。阿拉莫斯实验室的建立是美国历史上的一个重要里程碑。同时也开启了人类战争史上的又一个里程碑——人类进入了核武器威慑时代。
作为曼哈顿计划中最重要的科学家之一,冯·诺依曼和曼哈顿计划在人类历史上一起闪耀,至今仍照耀着我们。
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