Tag 二次大戰

3月11日—推動現代科技產業的人

凡納爾·布許(Vannevar Bush)?相信即使是科技產業的圈內人,大多也都對於這個名字感到陌生。其實他對現代科技的發展至關重要,無論是電腦、網際網路、人機介面與多媒體應用,倘若一路回溯過往歷史,最終都會發現他的身影。

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。

你愛國但國家不愛你——哈柏的悲劇人生

《人口論》預言饑荒無可避免 英國學者馬爾薩斯 (Thomas Malthus) 於十八世紀末發表《人口論》,認為人口以幾何級數快速成長,但糧食的產量卻只能以等差級數增加,絕對趕不上全體人類所需。若不設法抑制出生率,未來饑荒勢不可免。馬爾薩斯並非危言聳聽,尤其進入十九世紀後,工業化帶動經濟繁榮,醫療衛生也大幅改善,人口增加的速度更是遠遠超乎農產品的增幅。 農業生產最主要的瓶頸就在於氮肥嚴重不足。氮是植物生長的重要營養元素之一,但植物無法直接吸收大氣中的氮氣,在自然環境下,必須由閃電或土壤中的微生物將氮氣分解,轉化為氨 (NH3,俗稱阿摩尼亞) 後,才能被植物吸收。要提高農作物產量就必須施肥,當時只能從含氮量很高的動物糞便或硝石中獲得天然氮肥,但天然氮肥數量有限,也就莫可奈何。 那麼全世界人口從《人口論》發表時約莫 10 億,至今已達 79 億,為什麼並未發生馬爾薩斯所預言的糧食危機?這就要歸功於德國化學家哈柏 (Fritz Haber),他發明了將氮氣轉化為氨的化學方法,可以直接製造人工氮肥,從此氮肥要多少有多少,徹底解決糧食不足的問題。 哈伯法打破人類宿命 哈柏於 1868 年 12 月 9 日出生於普魯士一個猶太家庭,兩年多後,普魯士結合其它德意志邦國成立德意志帝國,具有強烈愛國情操的哈柏自小在身分認同上,認為自己是德國人的程度遠遠大於是個猶太人,還受洗改信基督教。 哈柏的母親在生他時難產而亡,不知是否因為這樣,父親與他的關係一直相當緊繃。哈柏於 1891 年取得化學博士學位後,應父親要求回家繼承家業,參與化工廠的營運,但兩人衝突不斷,父親才死了這條心。第二年哈柏就重返校園做博士後研究,兩年後在大學擔任助理,踏上學術研究之路。 1908年,哈柏發明後來以他為名的「哈柏法」(Haber process),將氮氣跟氫氣以 1:3 的比例混合,施予高溫高壓(攝氏 400 度, 200 大氣壓),用鋨當催化劑,成功製造出氨氣。只不過鋨是非常稀有的金屬,無論是數量或價格的因素,仍然無法大量生產氮肥。 不過德國化學公司 BASF 仍看好哈柏法的潛力,向哈柏買下此一製程專利。之後工程師博世 (Carl Bosch) 帶領團隊,試了兩萬多種配方,終於在…

盤尼西林的幕後英雄

1928 年 9 月 3 日,英國細菌學家弗萊明 (Alexander Fleming) 度完假回到實驗室,發現自己離開前竟忘了將葡萄球菌的培養皿收好。他收拾整理時,一個角落長了綠色黴菌的培養皿引起他的注意:在這黴菌周圍竟然乾乾淨淨,完全沒有葡萄球菌!弗萊明馬上想到這種黴菌或許有殺菌功能,隨即