大科学和原子弹

美国在第二次世界大战中研制和使用原子弹，标志着现代科学和技术的历史发生了一次大转折。这样讲的理由有两点。第一，制成原子弹引人注目地显示了科学的实用潜力，这就是说，使人们清楚地看到了把理论引向应用目的能够得到什么。第二，这件事表明，政府如果以充足的资源支持大规模的科学研究与开发的话，将会产生怎样的效果。这两点在20世纪40年代并不是什么全新的东西。把理论应用于实际，那是早在19世纪就有过的事情，最突出的例子是染料工业和电力工业。政府支持具有潜在应用价值的研究，在第一次世界大战时期已不希奇，而在古埃及也早已有过。研制原子弹这件事所体现的新奇之处，是把上述两种因素结合在一起了：政府主动采取大规模的行动去把科学理论应用于实际目的。这种结合其实就预示了20世纪下半叶科学和技术将会是怎样的情景。政府主动支持把理论应用于实际的做法开创了一种政府支持科学的新模式，它不仅改变了科学与政府的传统关系，而且还从总体上改变了我们对应用科学的看法。

原子弹的故事已经是家喻户晓，这里只作一点简单介绍。制造原子弹的科学理论是在1938和1939年才出现的。1938年，德国物理学家哈恩（Otto Hahn，1879—1968年）证明，某些重元素（例如铀）能够发生裂变，也就是分裂为更简单的成分。接着在1939年，一位从纳粹德国移居瑞典的名叫迈特纳的奥地利女物理学家提出了一种对裂变的理论说明，并通过计算指出，从原理上讲，以爆炸方式进行的原子核链式反应能够释放出无比巨大的能量。当欧洲战事正酣之际，同盟国的物理学家考虑到一颗核弹有可能具有的巨大破坏力，又担心德国会把它首先研制出来。于是由爱因斯坦出面给罗斯福总统（Franklin Roosevelt）写了那封具有历史意义的信件，签字日期是1939年8月2日。信中说的就是制造原子弹的事情。罗斯福总统收到信以后，批准搞一项试探性的小项目。到1941年秋，即在美国参加第二次世界大战的前夕，罗斯福总统下令提前加紧研制原子武器，结果就促成了历史上规模最大的那个基于科学的研究与开发项目。这个项目后来被称为曼哈顿工程，由美国将军格罗夫斯（Leslie Groves）统一指挥。该项工程共动用人员43000人，分散工作在全国37个不同地点。当任务完成时，按当时的币值计算，总共花去22亿美元。1942年12月，流亡美国的意大利科学家费米（Enrico Fermi）在芝加哥大学一座橄榄球场的地下，第一次成功地实现了可控的原子核链式反应。1945年7月16日，由美国物理学家奥本海默（J.Robert Oppenheimer）领导的小组在新墨西哥州邻近洛斯阿拉莫斯实验室的特里尼蒂试验场，引发了世界上第一次原子爆炸。20多天后，8月6日，一架名为埃诺拉·盖伊（Enola Gay）的轰炸机把一枚铀235原子弹投在了日本广岛的上空，共使70000人丧命。紧接着在8月9日，一枚钚239制成的原子弹被投放在长崎。5天后，日本宣布投降。

原子弹使第二次世界大战戏剧般地结束了，同时，也揭开了随后的冷战时期的序幕。美国和苏联在政治、科学和军事工业各领域展开了全面竞争，从1952年开始，双方开始加紧研制破坏力更大的原子武器，甚至研制氢弹，又称热核炸弹。氢弹具有更大得多的威力，它不是利用重元素的裂变来产生能量，而是利用氢聚合为氦的聚变来产生能量。第二次世界大战也推动了许多由政府提供资金的其他应用科学项目，例如雷达、青霉素生产、喷气发动机和最早的电子计算机。战争为科学和政府间的关系建立了一种新的范式，并一直延续到今天。政府以较大的规模投资纯科学和应用科学研究，希望能在工业、医学和军事技术等方面获得丰厚的回报。曼哈顿工程的成功——理论的新成果立即就派上了用场——同样在科学和技术之间的联系方面树立了新的形象。理论工作和应用实践，在许多方面——历史的、组织机构上的、社会学上的——长期以来一直是基本上分离的活动，现在在公众的心目中已经融合在一起了。第二次世界大战以后，已经不能再把技术不视为应用科学了。(https://www.daowen.com)

曼哈顿工程在许多方面还成为科学活动方式的典范，那就是科学生产的工业化，或者如人们常说的大科学。在19世纪，生产科学知识的典型方式，是科学家独自一人，或者还有几名合作者，在一间小实验室里单独搞研究。然而，核物理学在20世纪的发展改变了那种古老的科学生产方式。研究工作开始要求有大型的场所和昂贵的设备，而且越来越超过个人实验者甚至大学或私人研究机构的负担能力。由科学研究人员组织起来的研究群体逐渐取代了科学家各自的分散劳动。研究组里的每一个成员现在已成为科学生产线上的一名专业工人，只负责一个复杂研究项目的某一方面。由这样的科学群体发表的科学论文，作者有时会有数百人。例如，1995年发现的“顶夸克”，是费米国家加速器实验室两个不同的研究组的集体劳动成果。每个研究组有450名科学家和技术人员，管理着各值1亿美元的两台探测器。再比如，国立卫生研究院，作为一个联邦机构，总共雇用了16000多名员工。当然，在许多领域目前还保留着个人或者小组式的研究方式，例如在植物学、数学和古生物学领域就是如此，但是在其他领域，如粒子物理学、生物医学或空间探索等领域，大科学代表着20世纪的一个非常重要的新生事物。