從原爆回到原點

立場新聞 2015/08/10 11:38

    去年夏未，筆者攜內子往廣島一遊，專程憑弔原爆遺址。來到原點，天空中有絲絲縷縷；緣起曼哈頓的思緒，願隨風去。
    70 年前今日早上 8:15，美軍 B-29 「超級堡壘」轟炸機 Enola Gay 在這片天空上 600 米高處引爆 Little Boy，時為愛因斯坦發現 E＝mC2 質能互換 40 年及去信羅斯福 6 年零 3 日之後。美軍將會在 3 日後向長崎投下 Fat Man，摧毀另一個非軍事基地城市。兩次原爆最終殺害平民 25 萬以上[1]，美國政府從來沒有表示悔意，老布殊曾明言「美國統永遠不會道歉，不管事實如何」。
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    圖：廣島原爆後。右上方 Y 型交接處上方附近為原爆原點，右上角為原爆 Dome 在，左方上為日本銀行，下為袋町國民學校。
    原爆 70 週年這天，縈繞心神的卻是大鬍子薩克斯的「元素週期表」。
    雖然癌細胞已失控擴散，「只望新療程能帶來數月正常生活」，生命力驚人的 Oliver Sacks 閱讀無間，最近在紐約時報執筆辭別之時，還有興緻分享科學新知：「這個計算能力——誠如 Wilczek 博士所言，『讓我們預見，核子物理的精密程度和應用範圍將可比擬現時的原子物理』——是一場⋯⋯唉，我永遠看不到的革命。[2]」據諾貝爾獎得主 Frank Wilczek 在 6 月份《自然》期刋的導讀，令薩克斯病中也雀躍的，是一項基礎物理的突破。新一代電腦以驚人的計算力，讓科學家終於可以運用量子色動力學理論，準確地計算質子與中子（構成原子核的粒子）的微小重量差異[3]。
    假如在另一個宇宙，原子核成份的重量比例稍有不同，核子反應釋出的能量就不一樣，原子彈將會一如愛因斯坦在信中向美國總統提及的疑慮，重得不能由飛機運載。不過，這數值只要再偏離多一點，宇宙初生時就沒有足夠的氫或重元素，現有的一切將不能演化生成，我們也就不會在這裡猜想原爆遇難者的其它命運選項。其實愛因斯坦 1939 年 8 月 2 號去信羅斯福兩個月前，英國科學家 Otto Frisch 和 Rudolf Peierls 已算出引發連鎖核反應的鈾-235 臨界重量在 10 kg 數位，空投原子彈已在理論上可行，但訊息蹍轉兩年才傳到美國，至 1941 年底日本偷襲珍珠港前數十日，羅斯福才正式啟動曼哈頓原子彈研發計劃。身為和平主義者的愛因斯坦相信因安全審查，沒有參與曼哈頓計劃的工作，而那封由匈牙利物理學家 Szilárd 草擬的信件亦可為證，他的確沒想到一個「新型炸彈」的核子連鎖反應有夷平整個城市的殺傷力[4]。
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    圖：Einstein-Szilárd Letter.
    宇宙運行本身原無意識和目的，物理學家和詩人同樣相信「美者真，真者美」。計算核子物理基礎參數所運用的 E＝mC2、量子色動力學 (Quantum Chromodynamics)、量子電動力學 (Quantum Electrodynamics) 等理論，無論在主導原則和程式的形態，都符合優雅、統一和對稱的美學要求。Frank Wilczek 在新書 The Bautiful Question 提出大哉問「世界體現了美的意念？[5]」，答案是肯定。他由畢達哥拉斯和柏拉圖的理想宇宙開始回溯，要說服讀者，如果現代物理的成功已能證明，宇宙大自然的一切現象都由美麗的定律和理論在基礎層面主宰，世界就是在體現最美的意念。
    科學家憑著美學信念探求宇宙運行的奧秘，在人間卻成就了最醜惡。
    剛好是一百年前，女數學家艾米·諾特已經以她的「最不為人知的驚世定理」證明，物理定律在時間和空間的對稱性，從數學邏輯上注定了能量和動量不滅。愛因斯坦洞察到時間和空間為一整體，由時空的對稱性發展成狹義相對論，E=mC2 自此横空出世。核子反應中，粒子變換和重組後，能量和動量不變，微少的重量消減就憑著質能互換，以光速平方爆發出比化學反應大百萬倍的能量。核能本應為人類提供源源不絕的潔淨能源，奈何一旦墮落戰爭的煉獄，注定永遠背上塗炭生靈的原罪。
    薩克斯童年在戰亂中的倫敦渡過，學會每遇生離死別的傷痛，就回到物理化學的世界，與數字為友。來到生命的黄昏，大鬚子重訪心靈故鄉，和自少收藏的金屬礦石作伴，還有生日禮盒裡面那些週期表代號和年齡相同的元素樣本。病榻中的大鬚子說，剛過了 82 歲生日，不能不慶祝，儘管可能是最後一個；希望醫生明年收到取代鉛的無毒元素 #83 鉍賀禮之時，香港讀者已脫「鉛水」之困。臨別依依，他最掂念書桌對面一塊加工精美的 #4 鈹。這塊「代表永恆的小標誌[6]」讓他想起久別了的生命始源。
    而那殺氣騰騰的釙，就是啟動長崎原爆的 #84，薩克斯醫生對它沒有盼望。

    後記：原點

    1939 年 1 月 25 日，原爆前 6 年半多，在約紐市曼哈頓上城哥倫比亞大學物理系 Pupin 大樓地牢，一群科學家在回旋加速器首次錄得核裂變，證實了由 Niels Bohr 從德國帶來的最新實驗發現；其後半年間，英美科學家確認核裂變引發的連鎖反應能釋放巨大能量，促使愛困斯坦在二戰爆發 3 月前向總統發出警告，要密切注示德國發展新型武器的危險。1942 年在大戰中啟動的原子彈研發計劃，因以為名。
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    圖：哥倫比亞大學物理系 Pupin 大樓。攝：Voices of Manhattan Project.
    Pupin 大樓座立校園最西北一角，在磚紅銅綠中離群獨處，面向東南卻幽暗森嚴。大半生前，我誤打誤撞來到這個地方。對那年代的香港底層學生來說，大學遙不可及，哥倫比亞和哥倫布之間只是字數的差別。Pupin 地牢封存了的秘密，樓上辦公室殘留的諾貝爾獎得主身影，和學生運動的餘燼等等一起，就從平地僭建起理科生心中的理想國，馴服了年青的不覉。兩年後，我在核融合應用物理、文藝復興期藝術等莫明其妙但在自由放任的樂園卻順理成章的選項當中，選了純科學。為了更動人心弦的研究院程度物理，我匆匆從 Pupin 出發，驅車到西岸，在柏克萊鐘樓下的 Le Conte 物理系大樓渡過兩年半夢幻假期。然而，教我時常反顧的，還是這裡。

    Love is the unfamiliar Name
    Behind the hands that wove 
    The intolerable shirt of flame
    Which human power cannot remove.

    —T. S. Eliot, Little Gidding (1942)

    去年廣島穹蒼下曾有所思。今日猛然驚醒，70 年前原點上那度光將時空斷裂，留下的絲絲縷縷，都要和我一起，回溯到曼哈頓那棟紅樓。
    註
    1. 關於原爆的史料及數字，主要來自維基百科及標準教科書。美方對傷亡數字的事前估計，對評價杜魯門的決定至為重要；歷史學者在機密文件解密後，重新大大幅調低的數字，比較客觀和公正。見 John Kifner, Hiroshima: A Controversy That Refuses to Die, New York Times，31 January 1995 及 Christian Appy, 70 Years Later, We Still Haven’t Apologized for Bombing Japan. Aeon, 4 August, 2015. 
    2. "The ability to calculate this, Dr. Wilczek wrote, 'encourages us to predict a future in which nuclear physics reaches the level of precision and versatility that atomic physics has already achieved' — a revolution that, alas, I will never see."

    3. 現代物理的基礎理論隨 2013 年發現「上帝粒子 Higg’s Boson」而臻完善。「標準模型」將宇宙一切物質化約至終極時，質子和中子的結構幾乎一模一樣，由三個奈克組成，透過膠子進行強相互作用，互相禁錮，型成粒子，它們的質量大部份源自完全相同的強相互作用能量，兩者的差異來自電場及夸克。質子帶電，有較高的能量，據質能互換原理本應比中子稍重，但被稍輕的奈克低消，總重比中子輕約 2.5 粒電子之微。

    4. 愛因斯坦後來表示，對促成曼哈頓計劃感到悔意。

    5. "Does the world embody ideas?"

    6. "A little emblem of eternity"

    2015 年 8 月 5 日