图:佚名,1944(公有领域)
罗伯特·奥本海默
J. Robert Oppenheimer1904–1967 · 生于美国纽约 · 美国
同一年他算出了黑洞,也走上了通往三位一体试验场的路
「现在我成了死神,世界的毁灭者。」
—— 1965 年电视访谈中回忆三位一体核试爆的瞬间,引自《薄伽梵歌》
1939 年 9 月 1 日,《物理评论》刊出一篇题为《论持续的引力坍缩》的论文,作者是奥本海默和他的学生斯奈德。同一天,德军越过波兰边境。
那篇论文说的是:一颗足够重的恒星烧完燃料后,没有任何已知的力能阻止它继续坍缩;它会一直缩下去,缩到光也逃不出来。这是黑洞的第一次严肃计算。
此后二十年几乎无人引用它。作者本人也再没回到这个题目——他去了新墨西哥。
剑桥的那颗苹果
奥本海默生在纽约一个富裕的德裔犹太家庭,父亲做纺织品进口,母亲是画家。他三年读完哈佛,然后去了剑桥卡文迪什实验室。
那一年他过得很糟。他做实验笨手笨脚,跟导师布莱克特处不好,精神濒临崩溃。据他自己和几位友人的说法,他曾把一颗浸了化学药品的苹果放在布莱克特桌上——事情被发现,学校本要处分,靠父亲奔走才以「接受心理治疗」了结。
救他的是理论物理。1926 年他转到哥廷根跟玻恩,一年后拿到博士学位。同年他与玻恩合写的那篇分子量子理论论文,给出了今天所有量子化学计算的第一步:核重电子轻,先固定核解电子,再让核在电子铺好的势场里动。
从零建起一个学派
1929 年他回美国,同时在伯克利和加州理工任教。当时美国的理论物理几乎是空白,好学生都得去欧洲。奥本海默把欧洲的做法带了回来——他讲课快得出名,学生跟不上就自己补,他身边逐渐聚起一批人,后来撑起了美国理论物理的半壁。
1930 年代他做的题目相当前沿:正电子、宇宙线、中子星的质量上限(奥本海默-沃尔科夫极限),以及 1939 年那篇坍缩论文。
台地上的三年
1943 年,格罗夫斯将军选中他做洛斯阿拉莫斯实验室主任。这个任命当时看很冒险:他没管过大项目,左翼交往复杂,安全部门反对。格罗夫斯坚持了。
事后看这是个精准的判断。奥本海默把几千人——理论、实验、工程、军方——摁在新墨西哥一块台地上运转了三年。贝特管理论部,费曼在他手下算数,玻尔化名来访。
1945 年 7 月 16 日凌晨,三位一体试验。二十年后他在电视访谈里回忆那一刻,说自己想起了《薄伽梵歌》里的一句:现在我成了死神,世界的毁灭者。
听证会
战后奥本海默成了美国最有影响力的科学顾问,也用这个影响力做了一件招祸的事:1949 年苏联试爆原子弹后,他在原子能委员会的总顾问委员会里反对把氢弹列为优先项目。
1954 年,安全听证会开庭。四周的审讯里,检方翻出他 1930 年代的左翼交往、他与前女友的关系、他战时对一次接触的含糊陈述。泰勒出庭作证时说,他不认为奥本海默不忠,但「我更愿意把国家的关键事务交给我更能理解的人」——这句话结束了两人的友谊。
许可被吊销。他没有被起诉任何罪名,只是从此被排除在决策之外。1963 年他获得费米奖,算是官方姿态上的部分平反。2022 年,美国能源部正式撤销了 1954 年的决定,认定当年的程序有失公正——那时他已去世五十五年。
那篇被遗忘的论文
1960 年代,惠勒把「黑洞」这个词推广开,彭罗斯 1965 年证明了坍缩到奇点不需要假设完美的球对称,霍金随后把它推到整个宇宙。人们回头去找源头,找到了 1939 年 9 月 1 日那一期《物理评论》。
奥本海默生前从未再谈起它。据惠勒回忆,1960 年代他试图和奥本海默讨论引力坍缩,对方礼貌地把话题岔开了。
一个人一生最经得起时间的工作,未必是他自己认为最重要的那件。
代表方程
玻恩-奥本海默近似
原子核比电子重几千倍,动得也慢得多。把核先当成不动的,先解电子,再让核在电子给出的势场里运动——今天所有的分子模拟、量子化学计算都建立在这一步上。
持续引力坍缩
1939 年他与斯奈德算出:足够重的星体燃尽后无法停下,会一直坍缩到光也出不来。在外面的人看来它逐渐冻结在视界上,在坠落者自己看来只需有限时间。这是黑洞的第一次严肃计算。