歷史 物理

長壽的物理學家們(一):奧立馮特 (下) 好戰的和平主義者

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撰文者:高崇文
發文日期:2020-10-06
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  • 上次阿文簡單地介紹了奧利馮特的前半生,提到他發現了核融合,還提到他在讓盟軍下定決心製造原子彈一事上,扮演臨門一腳的關鍵角色。他的一生高潮迭起,還有更多的事蹟值得一提,就請讓阿文我慢慢道來...

     
    University_of_Birmingham_-_Poynting_Physics_Building_-_blue_plaques_group_-_Oliphant

    By PicturePrince - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=46544231


    1941年十二月珍珠港事件爆發,美國也正式參戰,建造原子彈的計畫也快速地展開,奧利馮特回去伯明翰,但是沒多久他又離開伯明翰了。原來早在1940年5月,法國淪陷,納粹隨時可能入侵英國的時候,奧利馮特就將妻小送回澳大利亞。原本以為澳大利亞孤懸海外,應該可以置身事外,但沒想到戰火居然蔓延到大洋洲,當1942年2月新加坡淪陷時,奧利馮特主動向雪梨大學電氣工程學教授,科學與工業研究理事會放射物理學實驗室負責人John Madsen請纓,要求回澳洲負責開發雷達。[Madsen也是拉塞福的學生,著名的金箔實驗就是他與蓋格完成的。] 


    3月20日,他從格拉斯哥出發前往澳大利亞。這次他搭的是QSMV Dominion Monarch,是46艘船組成的船隊的一艘,航行緩慢,為了避免U型船,該船隊經常曲折行進,直到5月27日才到達弗里曼特爾。澳大利亞這時已經準備在當地生產雷達裝置。奧利馮特說服了optical munitions Panel 負責人教授將Eric Burhop和Leslie Martin調出來參與雷達研發工作,(Eric Burhop 曾在卡文迪許實驗室跟著奧利馮特研究核融合,Martin 是拉塞福的學生,也在卡文迪許實驗室工作過,還跟考克饒夫共用實驗室過。)他們於1942年5月在墨爾本大學的實驗室中成功地製造了一個腔磁控管。奧利馮特與Martin合作,將實驗室磁控管移至生產線。戰爭期間,澳大利亞生產了2000多套雷達。


    1942年10月26日,奧利馮特從墨爾本出發,將妻子羅莎和孩子們帶回了英國。在掛著法國國旗的渴望號(Desirade)上的這次海上航行又是一次緩慢的航行,直到1943年2月28日他們才到達格拉斯哥。回到伯明翰後,奧利馮特又開始投入研究,他對使用電磁分離鈾的同位素信心滿滿,他甚至提了計畫,要在伯明翰用那裡的加速器來實現他的想法。但是1943年8月,根據《魁北克協定》,英國鋼管合金計畫與美國曼哈頓計畫合併後,奧利馮特作為英國團隊的一部分,而且他還是美國希望前來協助的人選中的首選,他只好離開妻兒,再次前往美國。事實上他與查德威克,皮爾斯還有Francis Simon 早在協定簽訂前就被命令出發到美國去,他們在協定簽署當天到達美國,但是與美國方面卻是在九月八日才召開第一次會議。


    奧利馮特到了美國以後,歐本海默極力試圖說服他加入斯阿拉莫斯實驗室,但奧利馮特寧可去協助他的朋友勞倫斯在伯克萊輻射實驗室開發電磁鈾濃縮技術,奧利馮特過去曾用過類似的方法分離過鋰的同位素,之前也準備在伯明和做類似的實驗,所以做起來格外順手。他還邀請了澳大利亞磁性物理學家Harrie Massey,還有曾在澳大利亞一起組成研究磁控管腔的James Stayers和Stanley Duke一起到柏克萊參加新團隊。由Harrie Massey 負責柏克萊輻射實驗室的理論部門。Massey曾在卡文迪許實驗室工作過,二戰爆發前是倫敦大學學院的應數系教授,大戰爆發後在海軍研究實驗室負責對付德國水雷的任務。後來奧利馮特將Eric Burhop 從奧大利亞請過來柏克萊。他們研究了磁場中的放電特性(現稱為Bohm擴散),並研究了電磁鈾濃縮過程中用作進料的鈾化合物(如四氯化鈾(UCl4)和六氟化鈾(UF6))的電離。可惜的是,電離濃縮鈾的方法事後證明相較於氣體擴散分離法效率要低得多了,但是當時為了保證無論花費多少,都將有足夠的材料可供使用,所以不惜血本地開發這項技術。它對戰爭努力的最終最終貢獻是將來自氣體擴散工廠的材料進一步濃縮到更高的純度。


    奧利馮特對任務的熱忱,劍及履及的積極態度與卓越的柯學才能讓他成為勞倫斯的實質上的副手,並在勞倫斯不在時負責伯克萊輻射實驗室。他雖然住在伯克萊,但經常訪問田納西州的橡樹嶺實驗室,那裡是分離廠,偶爾也來過洛斯阿拉莫斯。他努力使澳大利亞科學家參與該計畫,他向英國駐澳大利亞高級專員斯坦利·布魯斯介紹了曼哈頓計畫,並敦促澳大利亞政府確保澳大利亞鈾礦的安全。但是美國與英國在合作的過程中慢慢產生摩擦與猜疑,最後跳出來的,又是奧利馮特!


    奧利馮特一直認為,戰爭結束後,英國可以製造自己的核武器。1944年9月,當他在伯克萊與曼哈頓計畫負責人萊斯利·格羅夫斯少將會面時,奧利馮特確定了美國打算在戰後壟斷核武器,將英國的相關研究和生產都限制在加拿大,並且不打算與澳大利亞共享核武器技術。奧利馮特知道這些盤算之後非常火大,他馬上打算退出曼哈頓計畫,讓英國獨立地發展原子彈!他甚至繞過了英國任務團團長查德威克,直接向倫敦管合金計畫負責人華萊士·艾克斯(Wallace Akers)發送了一份報告。艾克斯召集奧利馮特返回倫敦進行諮詢。在途中,奧利馮特會見了查德威克和英國駐華盛頓代表團的其他成員,討論了恢復獨立英國核武計畫的前景。查德威克堅決主張與美國人的合作應繼續下去,奧利馮特及其團隊應繼續存在,直到製造原子彈的任務完成為止。但是艾克斯向查德威克發了一封電報,指示奧利馮特應在1945年4月之前返回英國。他把柏克萊的工作則交給Harrie Massey。奧利馮特於1945年3月返回英國,回到伯明翰原來的教職上。


    由於在戰爭最末期奧利馮特已經回到英國,所以他對美軍最後在納粹投降後還是使用了原子彈一事並不知情。當他第一次聽說廣島和長崎發生原子彈爆炸時,正與家人在威爾斯度假。後來他說,他感到“炸彈的確奏效,並為它對人類所做的一切感到震驚”。奧利馮特從此成為核武器的嚴厲批評者,並參加了帕格沃什科學與世界事務會議,他說:“我從一開始就一直對核武器的存在感到非常擔憂,非常反對使用核武器。” 說來諷刺,當年正是他冒性命危險飛越大西洋促成慢哈頓計畫的開始。奧利馮特持續參加了四次會議(1961–64年)。 在會場上他令人印象深刻,有著濃密的白髮,高大的身形並且雄辯滔滔。他自稱是“好戰的和平主義者”,的確是個令人難忘的人物。


    戰爭結束後,奧利馮特又回到忙碌的研究生活,但是不知不覺中他站上不一樣的舞台。1946年4月,澳大利亞總理Ben Chifley問奧利馮特是否願意擔任新成立的聯合國原子能委員會(UNAEC)澳大利亞代表團的技術顧問,該委員會正在就國際控制核武器問題進行辯論。奧利馮特同意並加入外交事務大臣H. V. Evatt和澳大利亞駐聯合國代表Paul Hasluck,一起聽取了《巴魯克計劃》Baruch Plan。這個進行國際核管制的嘗試沒有成功,沒有達成任何協議。


    Ben Chifley和戰後重建局局長H. C.“ Nugget” Coombs博士還與奧利馮特討論了建立新的研究機構的計劃,該研究機構將吸引世界上最好的學者到澳大利亞,並提高全國大學教育水準。所以澳洲國會特別通過專案法設立了澳洲國立大學(The Australian National University,縮寫作 ANU)該法案由當時的澳洲總理Ben Chifley以及二次世界大戰戰後重建委員會主任John Dedman所共同提出,並得到了反對黨領袖Robert Menzies的全力支持,順利於1946年8月1日獲得通過。創校宗旨在於建立一所頂尖的研究型國立大學,以提升澳洲的整體學術研究實力。ANU也成了澳洲唯一由聯邦國會立法設立的國立大學,不同於其它澳洲公立大學皆是由各地州議會立法設立。


    他們希望首先吸引澳大利亞三個最傑出的學者回來:奧利馮特,霍華德·弗洛里(Howard Walter Florey, Baron Florey)和基思·漢考克(Keith Hancock).[弗洛里是澳大利亞藥理學家,由於對盤尼西林的研究而與恩斯特·伯利斯·柴恩以及亞歷山大·弗萊明共同獲得1945年的諾貝爾生理學或醫學獎。弗洛里後來還受封成為男爵。基思·漢考克則是著名的歷史學者。]澳大利亞距離正在最新物理研究的中心很遠,當時的學術交流情況也跟現在不同同日而語。奧利馮特在伯明翰可以占盡地利人和,可以在核物理與加速器研究維持領導的地位,但是奧利馮特接受了祖國的召喚,並於1950年回到澳大利亞,擔任澳大利亞國立大學物理科學與工程研究學院的第一任主任。華德·弗洛里和基思·漢考克後來也分別回到澳大利亞,在澳大利亞國立大學任教。奧利馮特在伯明翰的職位則是由他的同學兼室友Phillip Moon 接手。


    奧利馮特在澳大利亞國立大學首先創建了粒子物理部門,由他本人領導,由Ernest Titterton領導的核物理部門,(Titterton 是英國人,參加過曼哈頓計畫)由John Jaege負責地球物理部門,(John Jaege 出生於雪梨,曾在劍橋學習物理數學,原本在塔士馬尼亞大學當數學講師,二戰時參與了與岩石相關的研究)由Bart Bok負責天文學部門,(Bartholomeus Jan "Bart" Bok是著名的荷蘭天文學家,原本在哈佛任教,他對澳大利亞天文學的發展居功厥偉)由Kenneth Le Couteur擔任理論物理部門(Le Couteur是劍橋物理博士,二戰時做過破解密碼的工作,原本在利物浦大學任教)以及Bernhard Neumann旗下的數學部門。(Neumann是德裔英國數學家,曼徹斯特數學博士,是群論的專家)可以看得出來,奧利馮特從各處網羅人才,為的是打造一個一流的研究中心。


    奧利馮特野心勃勃,設想坎培拉有一天會成為牛津大學或劍橋大學之類的大學城。1949年大選後,Robert Menzies領導的澳大利亞自由黨獲勝,這對大學的未來構成了威脅。許多自由主義者反對ANU,認為這是一種浪費。Menzies為它辯護,但在1954年,他宣布ANU已經進入了一個合併期,並設有資金上限,從而註定無法與歐洲和北美一流大學競爭了。 1959年,Menzies政府把坎培拉大學學院與ANU合併。從今以後,它將不再是一所研究型大學,而只是一所正規大學,要負起責任教育大學生了。儘管如此,而澳大利亞國立大學仍然是奧大利亞首屈一指的研究型大學。不過距離奧利馮特的理想有多遠,那就不知道了。


    奧利馮特是核武器研究的倡導者。他在戰後技術委員會任職,該委員會的任務是提供英國政府核武器方面的建議,並公開宣布英國需要獨立於美國發展自己的核武器,以“避免變為小國”。在澳大利亞建立世界一流的原子核物理研究能力與政府開發核能和武器的計劃有著密切的聯繫。將新的研究機構設在坎培拉將使其靠近“雪山計劃”(Snowy Mountains scheme) ,這個計劃原先規劃坎培拉周遭成為新的核電工業核心。奧利馮特希望英國能夠協助澳大利亞的計劃,英國人對合作感興趣,因為澳大利亞擁有鈾礦和武器測試場,而且人們擔心澳大利亞與美國的關係過於緊密。做出了安排將澳大利亞科學家借調到 Harwell的英國原子能研究機構的安排,但奧利馮特尋求的密切合作卻因英國對美國的承諾引起的安全疑慮而受到阻礙。


    1951年9月,奧利馮特申請簽證前往美國參加在芝加哥舉行的核物理會議。簽證沒有被拒絕,奧利馮特也沒有被指控從事顛覆活動,但美國卻不願意給他簽證。 《美國麥卡錫法案》限制了前往美國的旅行,Menzies政府在澳大利亞試圖禁止共產黨,並且不傾向於支持奧利馮特而惹毛美國政府。隨後美國國務院拒絕了1954年9月通過夏威夷前往加拿大的請求。儘管奧利馮特獲得了特殊的豁免,允許他過境美國,但他寧可取消旅行,而不願接受這種屈辱。Menzies政府隨後將他排除在參與或觀察Maralinga的英國核試驗之外,也不允許獲得機密的核情報。


    現在從英國國家檔案館中的許多文件得知,奧利馮特一直是1940年代後期英國戰後原子研究計劃的中心。 然而,由於1951年克勞斯·福克斯(Klaus Fuchs)間諜案,使得他在1950年代對自己的祖國澳大利亞進行的英國獨立核彈試驗的試驗中被排除在外。美國聯邦調查局的一份報告甚至懷疑奧利馮特和Eric Burhop兩人可能在美國工作的期間向紐約的蘇聯特工傳送了有關曼哈頓計劃的情報。這項指控從未得到確認,兩人也從未被起訴,因為它依賴於高度機密的維諾納筆錄(Venona project)。[維諾那計劃是美國和英國的情報機構聯手合作進行的一項長期的的秘密情報收集和分析任務,目的在截獲和破譯蘇聯情報機關(大部分在二戰期間)所發出的消息。但是內容珍偽難以判定]由於英國正在製造氫彈並與美國談判建立核同盟,因此,英國和美國都認為這一指控足以把奧利馮特與Eric Burhop排除在外。華盛頓方面甚至因此宣布奧利馮特是不受歡迎的人物呢。


    奧利馮特雖然成了不受美國歡迎的人物,在澳大利亞的領導地位還是屹立不搖。他在1954年成立了澳大利亞科學院。奧利馮特擔任院長直到1956年。奧利馮特決定科學院應有自己的特殊建築,並從捐贈中籌集了所需的資金。作為建築設計委員會主席,他選擇並監督了坎培拉最引人注目的建築設計之一的建造。(見圖)


     
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    澳大利亞科學院: The Shine Dome

     
    奧立馮特剛回澳大利亞時就向政府申請建造新的加速器的資金。這座新加速器的目的是以低成本生產10 GeV質子。為了加速同步加速器中質子所需的高磁場,他需要在現場建造了一個同極發電機(HPG)。HPG可以通過電源在10分鐘內通電,然後短路。 最終的加速質子束將以每小時六次的脈衝出現,這是異常低的重複率。 Oliphant認為,這些10-GeV質子雖然很少,但會攜帶重要的新信息。
    但是在1955年由於坎培拉加速器嚴重延誤,加上柏克萊發現了反質子,讓坎培拉加速器計畫失去競爭力,奧利馮特只好宣布集中資源建造HPG。奧利馮特開始設計和建造世界上最大的500兆焦耳同極發電機(HPG)。


    這台大型機器包含三個直徑3.5米(11英尺)的圓盤,重38噸(37長噸)。他從澳大利亞原子能委員會獲得了40,000英鎊的初始資金。奧利馮特認為,從HPG接收的電流會很大,收集這些電流時需要使用液體噴射刷。他選擇了鈉和鉀的混合物,NaK,在室溫下為液體,但是這是很不穩定的危險物質,1962年,HPG定期運行時發生爆炸,造成嚴重傷害。奧利馮特和他的同事被偵訊後發現整個操作程序都符合安全法規。一個同事後來嘗試用常規的(銅-石墨)刷子,這種刷子工作得很順利,所以取代了原先的設計。HPG最後還是在1963年完成,原本打算作為同步加速器的動力源,既然加速器最後並未建造,HPG就被用來為電漿物理實驗的科學儀器的動力來源。HPG在1985年退役。沒有蓋成坎培拉加速器,大概是奧利馮特一生最大的遺憾吧!


    奧利馮特於1964年從粒子物理學教授的位置退下來,並被任命為離子化氣體教授(Professor of Ionised Gases)。他還留著一間實驗室與一個小團隊。他在這職位上發表了自1930年代以來的第一篇研究論文。1967年,他正式退休成為ANU的名譽教授。
    退休後,精力充沛的奧立馮特轉戰政壇。南澳大利亞省的邦總理Don Dunstan邀請他擔任南澳大利亞州總督,他從1971年至1976年擔任此職位。(自1947年澳大利亞通過接受西敏寺法,澳大利亞各州設州總督一職作為州元首(女王)的代表,但與聯邦總督互不隸屬。)在1975年的澳大利亞憲法危機中時,奧利馮特曾大力支持當時澳洲總督John Kerr的決定,引起了 Dunstan的極大關注。奧利馮特還協助成立了澳大利亞民主黨,並擔任該黨於1977年在墨爾本舉行的會議的主席。他在1959年就受封為爵士。


    晚年時奧利馮特親眼看著妻子羅莎在1987年去世前受了不少苦,讓他開始倡導自願安樂死。但是他自己反倒是非常長壽,2000年7月14日,他在坎培拉因衰老而無疾而終,享年98歲。這個直爽而自信的澳大利亞學者一生勇往直前,他的百年人生真是令人驚奇,也令人佩服,各為看官是否也有同感?


    下次再為各為介紹另一位長壽的日本物理學家,敬請期待!

    延伸閱讀:
    長壽的物理學家們(一):奧立馮特(上) 來自澳大利亞的火爆浪子


    參考資料:
    (一)中文 英文維基相關條目
    (二)Making the Jitterbug Work--Marcus Oliphant and the Manhattan Project by Sue Rabbitt Roff
    (三)Marcus Laurence Elwin Oliphant, 1901-2000 This memoir was originally published in Historical Records of Australian Science, vol.14, no.3, 2003. 
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    本文作者:高崇文   中原大學物理系教授
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