奥本海默的悲剧，全人类的命运 | 袁岚峰
今日头条的朋友们大家好，我是中国科学技术大学袁岚峰。最近电影《奥本海默》上映，很高兴有这样一部以科学家为主题的电影引起公众热议。
罗伯特·奥本海默（Julius Robert Oppenheimer，1904 — 1967）在科学家中是公众知名度非常高的，——至少比大多数诺贝尔奖获得者高。大家都知道他是曼哈顿计划的组织者、原子弹之父，堪称改变世界的人物。我以前也看过不少相关的资料（开玩笑地说，其中包括不少“黑历史”），所以下面，就来给大家介绍一些背景。虽然不敢说，了解这些你就成为了奥本海默专家，但至少可以说，你对奥本海默的了解就超过了90%的人！
奥本海默
从科学界的视角看来，一个最基本的问题是，奥本海默对科学的贡献有多大？
答案相当的微妙：很大，但没有他的公众名声那么大。或者说，奥本海默对研发原子弹的贡献远超过他对科学本身的贡献。一个基本点是，奥本海默没有得过诺贝尔奖。我们可以造个梗：连诺贝尔奖都没得，对科学的贡献又能大到哪里去呢？
当然这是玩笑话，下面我们来讲干货。奥本海默对科学最大的贡献之一，叫做玻恩-奥本海默近似（Born-Oppenheimer approximation），这是我们处理原子分子体系时基本的出发点之一。其实，这就是我的专业领域“理论与计算化学”中的一个基本近似。
这个近似的背景是，用量子力学来处理原子核与电子组成的体系时，精确的方法是解一个多变量微分方程，其中原子核和电子的坐标全都交织在一起，但这样的方程太困难，简直没法解。好比你要预测太阳系中所有天体的运动，但其中有太阳、八大行星和数不胜数的小行星，所有这些天体互相之间都有万有引力，你怎么算得过来？
太阳系
一个顺理成章的想法是：太阳比行星重得多，所以计算行星的运动时，可以认为太阳是固定在一个地方，而不是跟着行星动。这就大大简化了计算，把原来几乎没法计算的问题变成了可以计算的问题。
玻恩-奥本海默近似其实就是类似的想法：由于原子核比电子重得多，所以对于电子而言，可以认为原子核是不动的。在固定原子核位置的前提下，解一个只包含电子坐标的方程，就容易多了。这个近似是如此的自然、如此的基础，以至于成了默认设置，很多人可能都忘了它是个近似。只有少数情况会突破这个近似，对于这少数情况需要发展特别的算法。
一个有趣的问题是，玻恩（Max Born，1882 — 1970）是谁？他是奥本海默的博士导师，德国物理学家，1954年诺贝尔物理学奖获得者。
玻恩
这就引出一个非常富有奥本海默个人色彩的故事，这个故事来自《杨振宁文集：传记、演讲、随笔》（华东师范大学出版社1998年出版）。1986年，杨振宁在中国科学技术大学研究生院演讲时，讲了“几位物理学家的故事”。
《杨振宁文集：传记、演讲、随笔》目录
我们首先需要知道背景，奥本海默的一大特点是年少成名，恃才傲物。他得到博士学位是在23岁，跟我一样（我是如何14岁上大学的？ | 袁岚峰）。
杨振宁说到，奥本海默到了玻恩那儿以后，立刻就引起了人们的注意。大家都知道来了一个高高瘦瘦的美国人，讲起话来非常不客气。奥本海默来后没多久，有一次去看玻恩。玻恩恰巧写了一篇文章，把它拿给奥本海默看。他对奥本海默说：“请你拿回去看一看，过两天再告诉我，你有什么意见。”其实，这篇文章就是玻恩-奥本海默近似。过了两天，奥本海默把这篇文章还给了玻恩。奥本海默说：“这篇文章写得非常之好，真是你写的吗？”
“这篇文章写得非常之好，真是你写的吗？”
这个故事令我想起我的一位科大少年班师兄，他曾经在美国跟一位诺贝尔奖得主、理论物理学大师读博。这位大师以眼高于顶而著名，但我这位师兄更有个性。据说他有一次对自己的导师说：“我看了你的文章，比爱因斯坦差远了！”
关于奥本海默的才思敏捷，还有一个故事。著名空气动力学家、钱学森的导师冯·卡门（Theodore von Kármán，1881 — 1963）写过一个回忆（冯·卡门：我所认识的玻尔、费米、爱因斯坦 | 返朴），说爱因斯坦在加州理工学院指导过许多次关于物质结构的学术讨论会。
冯·卡门
有一次，爱因斯坦和奥本海默一起主持讨论会，参加讨论的有许多大科学家。爱因斯坦的论述清澈明了，而奥本海默表达问题的方法太复杂，难于理解。奥本海默在黑板前动作迅速，推导方程式常跳过好几步，以为听的人都跟得上。
爱因斯坦接在奥本海默后面登上讲台，然后他说什么呢？爱因斯坦首先表示非常抱歉，说自己比不上奥本海默那样敏捷，不过他将尽力而为。
爱因斯坦
这个故事在令人大笑之余，冯·卡门的评论发人深思。他说：爱因斯坦是个思考缓慢的人，但却是一位渊博的思想家。冯·卡门对奥本海默的评论更是发人深思：要不是早年父亲及时教导我懂得坚韧而深刻的思考的价值，我也可能会滑到小聪明的老路上去了。
是的，这正是当时很多人对奥本海默的看法：大家都公认他聪明绝顶，却惋惜他没有做出最重要的发现。玻恩-奥本海默近似这样的成果，搞个科学院院士之类的不在话下，但离诺贝尔奖还是有显著的差距，因为它不是开创一个体系那样的革命性成就。
《杨振宁文集》里还有一篇文章，标题就叫做“奥本海默的悲剧”。里面说，世界历史上，像奥本海默那样，生活充满了戏剧性（或者说悲剧性）的人物并不多见。他的同辈人曾认为，奥本海默才气横溢，却没有对物理学做出什么重大贡献，这更增加了他一生的悲剧色彩。
奥本海默的悲剧
然而，下面是一个重要的然而，杨振宁紧接着就说，这种说法现在已有改变。后来大家发现，奥本海默最重要的科研成就其实还不是玻恩-奥本海默近似，而是——黑洞。
是的，《三体》、《星际穿越》等科幻作品中经常出现的黑洞，最初是奥本海默和他的学生在三十年代提出的，只不过那时还没有黑洞（black hole）这个名字。他们的论文标题是《论持续的引力收缩》（On Continued Gravitational Contraction），这其实就是引力无限塌陷会导致黑洞的意思。
《星际穿越》中的黑洞
你也许想问，黑洞这个名字，是什么时候出现的？是在1968年，由美国科学家惠勒（John Archibald Wheeler，1911 — 2008）和他的博士后、意大利科学家Remo Ruffini等人提出的（约翰·阿奇博尔德·惠勒：传记回忆录 | 中科院物理所）。
惠勒（他自己没得诺贝尔奖，却教出了两位得诺贝尔奖的学生，理查德·费曼和基普·索恩）
2019年，全球科学家通过国际合作拍摄到第一张黑洞照片时，我的同事、科大天文学系袁业飞教授参与了这个工作（参与了首张黑洞照片拍摄的中国科学家，怎么解读这张照片？ | 科技袁人plus），而Remo Ruffini老爷子刚好在科大访问。于是我们三人做了一场对话，老爷子就讲了他和惠勒、霍金、栗弗席兹等人研究黑洞的经历（我40年前访问中国，见证了一场中国科技的“长征” | 科技袁人plus）。
第一张黑洞照片
让我们回到奥本海默。杨振宁评论道：非常不幸的是，当1967年他因患癌症去世时，黑洞的存在在天体物理学中还没有被大家普遍承认。假如他再多活5年，黑洞就被大家承认了。那将无疑是他一生对纯粹科学的贡献中最重要的。
奥本海默一生最大的贡献是黑洞
一个有趣的细节是，在《奥本海默》电影的预告片里，有一段是奥本海默跟曼哈顿工程区司令格罗夫斯（Leslie Richard Groves，1896 — 1970）将军对话。格罗夫斯问，你是说，我们的实验有可能造成世界毁灭？奥本海默回答：这种概率接近于0。然后格罗夫斯说：0才是好的回答（Zero would be nice）。
格罗夫斯
那么，是什么有可能导致世界毁灭呢？在当时，大家担心的是核裂变永不停止。这个担心早就被排除了，然而现在我们会担心另外一件事：粒子对撞造成微型黑洞，然后它不断扩大，把整个地球吸进去。有趣的是，这也跟奥本海默的工作有关！
不过解释一句，黑洞的危险基本也是“接近于0”，因为根据现在大多数宇宙学家相信的理论，黑洞并不是只进不出，它会因为“霍金辐射”（纪念霍金：人是一根会思想的芦苇 | 袁岚峰）蒸发质量。
霍金辐射
而霍金辐射的特点是黑洞越小，蒸发得越快，因此即使加速器能造出微型黑洞，它也会在长大前迅速蒸发掉，不会对我们造成威胁。
霍金
了解了这些背景，让我们评价一下奥本海默对科学的整体贡献。有一个概念值得向大家介绍：朗道分级（https://www.eoht.info/page/Landau%20genius%20scale）。
朗道（Lev Davidovich Landau，1908 — 1968）是苏联理论物理学家、1962年诺贝尔物理学奖获得者，他提出了一种打分方法，给物理学家的成就评级。朗道用的是对数坐标，每差1就意味着成就相差10倍。
朗道
他把牛顿放在最高，独一无二的0。然后是爱因斯坦，唯一的一个0.5。然后是几位量子力学的开创者，玻尔、海森堡、薛定谔、狄拉克等人都是1。至于他自己，朗道很谦虚地只给自己排了个2.5，多年以后才把自己提升到了2。
那么，奥本海默在朗道分级中排在哪一档呢？很遗憾，我搜来搜去，都没找到朗道对他有打分。由此可见，奥本海默如果要评的话，应该是在2.5以后。
前面我们说了这么多奥本海默在科学方面的悲剧，但实际上这只是依赖于你以什么样的标准去看而已。假如以爱因斯坦、普朗克这样学科奠基人的标准去看，那奥本海默对科学的贡献确实有点不如预期。但如果以对大多数科学家的标准去看，那奥本海默当然是出类拔萃的，至少能上教科书，这已经是不朽了。奥本海默真正的悲剧，是在政治方面。
大家都知道，奥本海默一生最重要的成就是主持曼哈顿计划，开发出了原子弹。他自己也非常清楚这意味着什么：人类第一次拥有了毁灭自己的力量。因此，在第一次核试验的现场，他就想起了《薄伽梵歌》的名言：现在我变成了死神，世界的毁灭者。
第一次核试验，1945年7月16日于新墨西哥州索科罗县的托立尼提沙漠举行，代号Trinity
二战之后，奥本海默和爱因斯坦等人一道，投身于反战运动。总之，在大义上，奥本海默是行得正、站得直的。
《时代》杂志1948年11月8日封面人物：罗伯特·奥本海默博士
然而，这正成了他悲剧的来源。奥本海默是个典型的书生，同情左派和共产主义运动，说话又尖酸刻薄，有意无意之间得罪了很多人。在美国五十年代的反共浪潮中，他就成了最著名的受害者之一。
1954年，在有人指控奥本海默为苏联间谍的背景下，美国政府组织了一场对他的听证会。虽然绝大多数科学家都坚决支持奥本海默，但听证会的结果还是吊销了他的安全许可，相当于把他以前对国家的贡献一笔勾销，他甚至不再能看到自己以前写的信件。
《杨振宁文集》中写的奥本海默事件
《杨振宁文集》里，也讲了很多这方面的故事。最特别的一个视角是，杨振宁在芝加哥大学的两位老师都参加了奥本海默听证会，但他们做出了截然相反的陈述。
第一位是费米（Enrico Fermi，1901 — 1954），1938年诺贝尔物理学奖获得者。在听证会上，费米说他很熟悉奥本海默，他认为奥本海默对美国的贡献非常之大，对美国的安全绝对没有什么危险。费米非常明确地、直截了当地站在奥本海默一边，堪称“铁肩担道义”。
费米与奥本海默听证会
另一位是爱德华·泰勒（Edward Teller，1908 — 2003），美国的氢弹之父。他跟杨振宁的关系更近，因为他是杨振宁的博士导师。非常遗憾的是，泰勒成了唯一的一位在听证会上说奥本海默坏话的杰出科学家。他说，他并不知道奥本海默有过任何背叛美国的事情，可是奥本海默的许多决策是他所不能理解的，所以他觉得，假如美国的国防事业不放在奥本海默手里，会更安全一些。
泰勒与奥本海默听证会
根据杨振宁的回忆，这件事对奥本海默和对泰勒都造成了极大的影响。奥本海默在美国政府那里遭到了巨大的打击，在科学界却得到了极度的拥护。反之，泰勒遭到了科学界的严重鄙视，许多朋友跟他断交，他后来只剩下了政界、军界、商界的朋友。
奥本海默事件对奥本海默和泰勒的影响
听证会后不几天，泰勒到洛斯阿拉莫斯去，在餐厅里吃早饭时，看到了一个和他很熟的同事克里斯蒂，在战时他们曾共事多年。泰勒跑过去跟克里斯蒂打招呼，想要握手。克里斯蒂不理他，走到别的地方去了。泰勒后来讲，这件事对他和他的夫人都是极大的打击。这个故事让我想到，大多数科学家都是很正直的，至少可以说道德水准高于平均线。
最后，让我们认真思考核武器引出的道德困境。奥本海默当初制造它的时候，为了尽快结束战争竭尽心力，见到它的毁灭性后又积极投身反战运动，这充分反映了知识分子的良心。然而，最具有讽刺意味的是，迄今为止唯一的核战争受害者日本，最近肆无忌惮地往海里排核污水，又成了全世界最大的核污染源（日本排核污水，是安全合规还是以邻为壑？| 袁岚峰）。
日本核污水排海
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作者简介：袁岚峰，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，中国科学技术大学科技传播系副主任，中国科学院科学传播研究中心副主任，科技与战略风云学会会长，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，中国科普作家协会理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物。