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電影《奧本海默》中的真與假

諾蘭這部電影主要是根據 ”American Prometheus: The Triumph and Tragedy of J. Robert Oppenheimer” 這本書（中譯本書名和電影相同也叫《奧本海默》，由時報出版發行）。這本書的兩位作者蒐集了數千份記錄、信件和大量的機密文件，並採訪近百位奧本海默的朋友、親屬和同事，花了二十五年時間才完成這本上千頁的巨著，堪稱是最具代表性的歐本海默傳記， 2006 年也獲得普立茲獎以及美國國家書評獎的肯定。 那麼電影《奧本海默》是否符合書中所記載的史實？我得佩服的說：是的，除了少數幾處之外，幾乎都忠於史實，甚至很多對白完全就是當事人當初的原話。電影中有些情節觀眾可能會以為是特意塑造的戲劇效果，其實也都是真的，例如：（以下涉及電影情節，僅適合已看過電影者。） 歐本海默真的曾在教授桌上的蘋果下毒。 泰勒真的計算出核爆可能引發失控的連鎖反應，點燃整個大氣層。 歐本海默的情人瓊真的服藥之後，頭埋入浴缸中溺死，引起各方猜測是否真屬自殺。 最後一次的內爆測試的確顯示核試爆可能失敗。 原子彈試爆前夕的確暴風雨來襲，直到清晨四點才開始放晴。 歐本海默真的和太太約定以「收床單」為暗號，通知她核試爆結果。 費曼真的沒用黑玻璃，在軍車內以裸眼直視核試爆的光芒。 歐本海默真的在出口同位素給挪威的聽證會中講了那些話，引起哄堂大笑，讓在場的史特勞斯又窘又怒。 不過也有幾處就與史實不符了，包括： 波耳差點吃下毒蘋果 並沒有。毒蘋果事件發生在 1925 年晚秋，1926 年春天，拉塞福才將歐本海默介紹給波耳認識。 建議歐本海默前往哥廷根大學的人也不是波耳，而是是哥廷根大學的理論物理研究所主任玻恩。玻恩到劍橋訪問時遇見歐本海默，認為他頗有天分，便邀請他來自己的學校，玻恩也就成為他的指導教授。 歐本海默去找愛因斯坦驗算大氣層是否有可能被引爆 並沒有，他是去芝加哥大學請康普頓驗算。（康普頓於1923年以實驗證明X光散射的數據只能用粒子碰撞解釋，證明愛因斯坦的光量子假說。他在曼哈頓計畫中負責領導芝加哥大學的冶金實驗室。） 事實上，歐本海默在 1947 年接任普林斯頓高等研究院院長前，對愛因斯坦這些抗拒哥本哈根學派的老頑固是相當不以為然的。1945 年，歐本海默被高等研究院列入終身教授的候選人名單，愛因斯坦也不贊成，認為包立更適合。不過九年之後歐本海默面臨聽證會調查時，愛因斯坦仍和其他教授聯名聲援歐本海默。 波耳說海森堡於 1941 年來訪時，告訴他德國使用重水做減速劑 波耳的確於…

當青年奧本海默遇上物理大師們

電影《奧本海默》相當沉重，這一篇來講講奧本海默年輕時與幾位物理大師有趣的互動。1925 年奧本海默遠赴英國劍橋大學留學，卻因不善實驗物理而勉強熬過沮喪的一年。第二年，奧本海默轉往德國哥廷根大學，轉攻量子物理的理論，結果就像從陸地回到水中的魚突然發現自己可以大展身手，整個人煥然一新、充滿自信。他在德國結識了許多量子物理的重要人物，除了學術上的討論，也留下不少令人莞爾的對話。 玻恩 (Max Born) 奧本海默的指導教授玻恩當時已是大師級的人物，他於 1925 年協助海森堡完成矩陣力學的數學基礎，第二年還石破天驚地用機率詮釋薛丁格方程式，相當不以為然的愛因斯坦才寫信給他說：「無論如何，我確信祂（上帝）不會擲骰子。」 不過玻恩有時會在冗長的計算中犯些小錯誤，所以常請他的研究生複查他的數學。有一次，玻恩給了奧本海默一組計算。幾天後奧本海默交回來，竟對玻恩說：「我找不到任何錯誤——你真的是自己一個人做的嗎？」 奧本海默拿到博士學位要回美國時，玻恩對他說：「你可以離開，但我可不行。你留給我太多作業了。」 狄拉克 (Paul Dirac) 狄拉克於 1927 年來到哥廷根大學時，對於量子電動力學已做出許多重要貢獻。他大奧本海默不到兩歲，兩人可說完全相反，奧本海默博學多聞、熱愛文學藝術，但狄拉克只專注於物理。事實上，狄拉克是個典型的亞斯伯格症患者，完全沒有浪漫情懷，他曾劈頭就問奧本海默：「他們告訴我你除了研究物理也寫詩。你怎麼會兩種都做？物理是我們試圖向人們說明，讓他們得以明瞭本來不知道的事，詩歌卻恰恰相反。」（意指詩是把本來就知道的事寫得沒人能懂。） 狄拉克對於奧本海默有能力閱讀各種原文的文學作品也無動於衷，還說：「為什麼你要浪費時間在這些垃圾上面？我認為你付出太多時間給音樂和你的繪畫收藏品了。」儘管如此，他們兩人仍是好朋友，奧本海默最開心的就是見到狄拉克，聽他分享最新的量子理論。 包立 (Wolfgang Pauli) 包立絕對是天才型的人物，高中畢業那年就寫了關於廣義相對論的論文，距離愛因斯坦發表廣義相對論還不到三年；他在 1924 年 24 歲時，提出「包立不相容原理」，建構了電子軌域的模型，不同元素為何有相似的物理與化學性質也獲得解釋。不過絕頂聰明的包立卻總是與物理實驗相剋。每當他走進實驗室，不知為什麼，實驗儀器總是會故障甚至爆炸，後來就有「包立效應」這個詞來描述此一奇特現象。 奧本海默是在 1929 年到瑞士跟大他四歲的包立學習。毒舌的包立曾批評奧本海默：「他的想法總是非常有趣，但是他的計算總是錯誤。」還故意叫他「喃–喃–喃先生」(Nim-Nim-Nim man)，只因奧本海默演講中途要思考如何講的時候，會發出「喃–喃–喃」的聲音。奧本海默也會拿「包立效應」來開包立玩笑，但奧本海默還是非常崇拜包立的。 愛因斯坦 對於那些不願接受新的量子理論的保守大老們，年輕的奧本海默可就毫無敬意了。他曾在 1935 年造訪普林斯頓高等研究院，回來後寫信給他弟弟說：「普林斯頓是個瘋人院。那些自大的啟蒙者只能在這與世隔絕的地方發光。愛因斯坦根本頭殼壞去。(Einstein is completely cuckoo.)」 奧本海默大概完全想不到有一天他會擔任高等研究院的院長。 參考資料： 1. 《奧本海默》，時報出版…

看電影《奧本海默》前，先來科普一下

簡單說，這次諾蘭的《奧本海默》並不燒腦，可是資訊量龐大。不但出現很多科學家與歷史事件，又是以倒敘與順序交叉進行，不熟悉的觀眾大概很難立即掌握整個來龍去脈。為了幫助讀者在看這部片時能進入狀況，我就以奧本海默為主軸，盡量不劇透地依時間順序，簡單介紹片中比較關鍵的科學家及其背景。 1924年，奧本海默到英國劍橋大學留學 當時最先進的物理研究都在歐洲，「核子物理之父」拉塞福在劍橋大學主持的卡文迪許實驗室更是聚集了青年才俊。不過奧本海默未能獲得拉塞福指導，偏偏他的指導教授偏重實驗物理，讓手腳笨拙的奧本海默痛苦不堪。這一年海森堡也到丹麥哥本哈根大學跟波耳學習。波耳當時已是量子物理的大師，他於1913年用量子理論修正了拉塞福的原子模型，指出電子只能在特定的一些公轉軌道上，除非吸收或輻射足夠的能量，才會躍遷到另一個軌道。波耳的原子模型成功符合許多光譜實驗，因而獲頒1922年的諾貝爾物理獎。奧本海默曾說波耳是他的上帝。 1926年，奧本海默轉往德國哥廷根大學 哥廷根大學是當時量子理論的聖地。奧本海默在這裡結識了年紀相差不多的海森堡、費米、泰勒與許多後來成為量子物理大師的年輕學者；其中費米與泰勒二人之後都加入曼哈頓計畫。1927年奧本海默取得博士學位；海森堡則發表「不確定性原理」，指出粒子的位置與動量不可能同時獲知，打破古典物理的認知，而於1932年獲頒諾貝爾物理獎。 奧本海默返美短暫一年後，於1928年到荷蘭任教；他在這裡有了「奧比耶」(Opje)的暱稱，回到美國後就成了「奧比」(Oppie) 。他造訪德國萊比錫大學時結識同樣來自美國的物理學家拉比，成為他一輩子情義相挺的好友。拉比後來因為核磁共振的技術獲頒1944年的諾貝爾物理獎 1929年，奧本海默到加州大學柏克萊分校任教 奧本海默和比他早一年來的物理學家勞倫斯很快成為知交。勞倫斯未曾留學歐洲，算是美國土生土長的實驗物理學家，兩年之後他發明迴旋加速器，以前所未有的能量撞擊粒子，開啟了人造放射性元素的研究，因而獲頒1939年的諾貝爾物理獎。 從1929年到1933年，美國陷入經濟大蕭條，很多人失去工作。同情勞工的奧本海默因此支持工會與共產主義，勞倫斯雖然相當不以為然，但仍相信奧本海默的忠誠，後來還力薦他加入曼哈頓計劃。 1939年，奧本海默得知德國發現核分裂 這件事得從費米講起。他於1934年用慢中子轟擊各種元素，得到具有放射性的同位素，甚至發現比鈾重的超鈾元素，而於1938年獲得諾貝爾物理獎。孰料德國科學家重做費米的實驗，卻發現他根本搞錯了，鈾原子核吸收中子後並沒有變成超鈾元素，而是分裂成兩個較輕的原子核，並再釋出2~3個中子，而減少的質量依E=MC^2公式換算後恰好就是產生的能量。 這消息是波耳於1月初來美國參加研討會時透露的，剛移居美國的匈牙利物理學家西拉德得知後立刻覺得大事不妙。他幾年前就想過核反應若產生兩個以上的中子，可以引發連鎖反應，產生巨大的能量，倘若德國用來發展原子彈，後果將不堪設想。於是他一方面找費米進行實驗確認，一方面擬了封信請愛因斯坦一起背書，促請羅斯福總統展開核連鎖反應的研究。 9月，德國入侵波蘭，開啟了第二次世界大戰。10月羅斯福簽署成立「鈾諮詢委員會」，著手評估多少鈾才能產生連鎖反應。結果花了將近兩年的時間，才確認原子彈可以小到掛在轟炸機上，羅斯福終於在1941年10月批准原子彈研發計畫。兩個月後日本偷襲珍珠港，美國正式參戰。 1942年到1945年，奧本海默領軍開發原子彈 這段故事就請直接觀看電影。但有件事電影裡沒特別交代，那就是羅斯福於1945年4月病逝，才由副總統杜魯門接任總統。杜魯門希望在7月17日舉行的波茲坦會議前確認手上有什麼籌碼，才要求核子試爆要在會議前完成。 1947年，奧本海默應史特勞斯之邀，擔任普林斯頓高等研究院院長 普林斯頓高等研究院是由幾位猶太商人出資於1930年設立，並不隸屬於普林斯頓大學，只是成立之初借用數學系的辦公室。獲邀進駐的科學家可以專心思考，無須教學也不用發表論文。 第一批進駐的六位科學家包括了愛因斯坦、哥德爾、馮紐曼。電影中特別拍攝愛因斯坦與哥德爾一起散步的場景，因為愛因斯坦曾說自己的工作沒啥意思，進研究室就只為了有榮幸同哥德爾一起散步回家。哥德爾在1930年提出不完備定理，隔年發表後震驚各界，因為它徹底粉碎了數學家試圖建立完善的數學體系的夢想。 除了擔任高等研究院院長，奧本海默也在1947這一年成立的美國原子能委員會(AEC)中，擔任總顧問委員會主席。 1954年，奧本海默接受聽證會調查 前一年史特勞斯被艾森豪總統任命為新一任AEC主席後，突然在12月通知奧本海默，說他遭人檢舉危及國家安全，建議他辭去總顧問委員會主席。奧本海默不願蒙受不白之冤，寧可接受聽證會調查，電影便是從這裡開始以奧本海默的角度回顧……。 電影另一條敘事支線則是以黑白畫面呈現史特勞斯的視角，從他1958年中結束AEC主席任期後，接受艾森豪任命為商務部長，也要面對參議院聽證會，開始回顧與奧本海默的交集。 最後兩人接受聽證調查的結果雖然已是史實，這裡就不透露，留待讀者隨著劇情推展去體會奧本海默的情感糾結、良心掙扎、起伏人生以及最終命運囉。

發明雷射的人

「早安，女士先生們，我們今天在此向各位宣布：人類已經成功達成科學家們企求多年的目標。有史以來第一次，出現了同調性（coherent）的光源。換句話說，追尋已久的雷射不再是難以捉摸的夢想，而是已經確立的事實。」1960 年 7 月 7 日，梅曼（Theodore Maiman）博士在紐約的一場記者會中自豪地如此宣告。 的確，自 1950 年代起各路人馬競相研發雷射，卻始終難以突破，沒想到最後拔得頭籌的，竟然不是貝爾實驗室等有著輝煌紀錄的研發機構，而是製造飛機的休斯公司（Hughes Aircraft Company）在二次大戰後才成立的實驗室，而且發明者是加入才第四年的梅曼。 梅曼出生於 1927 年 7 月 11 日，從小就是個過動兒，卻能耐著性子跟在當電子工程師的父親身邊做實驗，也因此十幾歲時便能幫別人修理電器用品來賺取零用錢。他在史丹福大學拿到電機碩士學位後，繼續攻讀博士，但轉向實驗物理，利用微波光學測量氦原子光譜的精細結構，而這也為他日後研發雷射打下基礎。 梅曼拿到物理博士學位後，於 1956 年到休斯公司的原子物理部門上班，負責改良為陸軍打造的邁射（MASER）設備。邁射和雷射都是基於同樣的原理。原子吸收能量（入射光子）後，電子會被激發到較高的能階，但因激發態較不穩定，因此電子會再跳回低能階，同時以光子（放射光子）的形式釋出兩個能階的能量差距。 如果入射光子的頻率剛好對應於兩個能階的能量差距，那麼誘發出的放射光子，無論是頻率、相位、前進方向都會和入射光子完全相同（稱為同調性），於是便有了兩個同調性的光子。這兩個光子又可激發出另兩個光子，如此不斷倍增便產生能量極強又集中的光束。這種方式產生的光束就叫「受激輻射造成的光增強」（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation），簡稱雷射（LASER）。若光束是波長比可見光長（因此能量較低）的微波，就叫「受激輻射造成的微波增強」，把 Light 換成 Microwave，簡稱邁射。 雷射和邁射的理論基礎最早是由愛因斯坦在 1917 年發表的論文中所提出，此後又有許多物理學家進行相關實驗，並提出如何付諸實現的構想，但要到 1953 年，美國物理學家湯斯（Charles Townes）才利用激發態的氨分子成功產生邁射。不過湯斯的邁射無法連續發射，反倒是蘇聯物理學家巴索夫（Nikolay Basov）和普羅霍洛夫（Alexander Prokhorov,…

開啟電力時代的人

誕生 1856 年 7 月 9 日午夜，位於現今克羅埃西亞西部，一個人口不到五百人的小村莊斯米連 (Smiljan，當時屬於奧地利帝國)，一名塞爾維亞婦人在分娩途中，突然雷電交加，暴雨伴隨著狂風傾盆而下。受到驚嚇的接生婆喃喃說道：「這是壞預兆，這孩子一定是黑暗之子。」產婦忍著疼痛以堅定的語氣反駁：「不，他會是光明之子！」 產婦說的話不只是期望，還真的成了預言，因為數小時後她生下的小孩，日後便是促成電力普及的關鍵人物——特斯拉 (Nikola Tesla)。 其實當 26 歲的特斯拉於 1882 年來到巴黎時，入夜後的市區街道已是燈火通明，固然其中大部分仍是煤氣燈，但有些路燈已經改用電弧燈。不過弧光燈需使用高伏特的交流發電機，不適用於戶內，因此愛迪生在巴黎成立分公司，希望用直流電網搭配他的白熾燈泡，取代室內的煤氣燈。特斯拉就是被愛迪生歐洲分公司雇用為初級工程師，才辭去布達佩斯電信局的工作，興沖沖地來到巴黎。 愛迪生公司 特斯拉很快展露電學天分，解決公司在各地發電站的大小問題，還改良愛迪生的標準發電機。不過他念茲在茲的，卻是研發他在布達佩斯時想出來的新型交流馬達，利用電磁感應，不需電刷與整流器，效率更佳、用途也更廣。問題是交流馬達無法接上直流電網，自然被主管否決，特斯拉索性申請調到美國總公司，希望當面說服愛迪生。 1884 年，愛迪生熱情接見早已而耳聞其優異表現的特斯拉，並賦予他許多重要任務。特斯拉不負所望一一搞定，其中包括一項須在時限內解決的發電機同步運作問題，愛迪生還特別懸賞五萬美元獎金。沒想到愛迪生竟食言而肥，還笑特斯拉不懂美國人的幽默。特斯拉大失所望，他之前已經知道愛迪生對交流電不屑一顧，只寄望用這筆獎金私下開發交流感應馬達，如今顯然已無待下去的必要，於是來不到一年就斷然辭職。 失業的特斯拉人生地不熟，只能到建築工地幹粗活，賺著日薪兩美元的辛苦錢。幸好一年多後，工頭無意間聽見特斯拉批評愛迪生的電網，說得頭頭是道，於是把他介紹給西聯電報公司 (Western Union Telegraph) 的主管。特斯拉終於在 1887 年獲得資金挹注讓他成立公司，他不但打造出交流感應馬達的原型機，還設計出多相交流發電機，這一年他就申請了四十項專利，架構出完整的交流電系統。 西屋公司 第二年，特斯拉受邀至美國電氣工程師協會演講，並展示他的設計。他的演說論文刊出後，引起西屋公司創辦人威斯汀豪斯 (George Westinghouse) 注意。此時西屋已經在部分城市建立交流電發電站，為商家提供照明，等於是與愛迪生直接競爭。不過在馬達這塊領域，西屋沒有產品可與愛迪生競爭，如果特斯拉的交流感應馬達真的管用，將會是一大利器。此外，他的多相交流電系統或許也能大幅改善西屋現有電網的安全性與穩定性。威斯汀豪斯派人去考察特斯拉的實驗室後，立即和他簽約，除了當下給付 7 萬美元，未來交流感應馬達所產生的每匹馬力，都要再付 2.5 美元的權利金給特斯拉。 特斯拉加入西屋陣營後沒多久，愛迪生先暗中支持交流電的動物實驗，讓民眾目睹狗和馬被活活電死，再運作讓紐約監獄改用電椅執行死刑，強化民眾對交流電的嫌惡。更大的打擊隨之而來，1890 年底，英國霸菱兄弟銀行倒閉，造成不斷擴大的金融危機，西屋電氣因而面臨資金缺口。在威斯汀豪斯的請求下，特斯拉一口答應放棄權利金，仍繼續為西屋開發交流電系統。 1893 年的芝加哥萬國博覽會，西屋用特斯拉的交流電系統點亮近十萬個燈泡，正式宣告了家庭照明新時代的來臨。西屋也因而拿到尼加拉瀑布水力發電的標案，於…