书城科普108影响人类的伟大发明
11850100000037

第37章 发明11(4)

罗斯福领悟了博士讲述的这个故事,当即命令美国政府,立即着手研制原子弹。事后,罗斯福又同丘吉尔等几国首脑达成协议,把英国、加拿大等国正在从事原子能研究的科学家全部集中到美国一起加紧进行这项研究。1942年8月,美国开始启动名为“曼哈顿计划”的原子弹研制工作,由著名物理学家奥本海默主持整个原子弹的设计工作。经过3年多的紧张工作,1945年7月,美国终于制造出绰号分别为“瘦子”、“胖子”、“小男孩”的第一批原子弹。1945年7月16日清晨5时30分,名为“瘦子”的世界上第一颗原子弹在新墨西哥的沙漠上试爆成功,威力相当于2万吨黄色炸药的爆炸能量。

这时,第二次世界大战已接近尾声,在欧洲,德、意法西斯已向同盟国举起白旗,在东方的日本也开始了进行有条件投降谈判的准备。在这种情况下,这一新武器本已无用武之地。参与“曼哈顿计划”的科学家们在原子弹试爆中初次感受到原子弹的杀伤破坏力实在太大,一致表示不必使用原子弹。可是,原子弹一旦研制成功,便再也不受科学家的控制了。1945年8月6日、9日分别在日本广岛和长崎落下了美国投放的两颗原子弹。落在广岛的“小男孩”在离地面数百米的空中爆炸,产生了12500吨TNT炸药的威力。

其实原子弹不仅仅是20世纪最可怕的武器的发明,同时也是20世纪最伟大的科学发明。在原子弹发明过程中,凝聚着几代科学家的智慧、勇敢和探索的悲壮。如果人类能够和平利用这些科学成果的话,那么原子弹就不再成为毁灭人类的武器,而应该是造福于人类的希望之神。

原子内部几乎完全是空的,因为其质量的99.9%集中在极小的核心即原子核 中。如果原子像足球那么大,原子核仍然小到肉眼看不见;如把原子核放大到一个网球那么大,那么最靠近它的电子约位于1公里远处。

核能是人类所知的最强大能源。1公斤铀-235体积约相当于一个网球,要是通过连锁反应把所有能量都释放出来,就可以使100万个单发热元件的电炉连续发热2500多年。

它爆炸引发的威力使得一位科学家感叹道:“我们制造了将人类引入地狱的武器。”而如此可怕的武器却源自两个大学生的联想——可把人间变地狱——氢弹溯源1952年11月1日,在太平洋马绍尔群岛的一个珊瑚岛上,美国引爆了世界上第一颗氢弹——“麦克”。在“麦克”爆炸的一瞬间,人们仿佛觉得天空中又多了一个明亮刺眼的太阳。爆炸时巨大的火焰烧红了半边天,随后,蘑菇状烟云冲向天穹,遮天蔽日。

爆炸后,惊魂未定的人们突然发现,试验区中心的珊瑚岛消失了,在海底形成了一个直径约2000米、深50米的“火山口”。这次爆炸释放出的能量相当于300万吨TNT炸药爆炸释放的能量,是投放在广岛那颗原子弹释放出的能量的150倍。

氢弹如此巨大的威力,让全世界人民惊叹不已,也引起爱好和平的人们的普遍忧虑。一位参加试验的科学家在日记中写道:“我们制造了将人类引入地狱的武器。”氢弹的发明,可溯源于两位大学生的联想。

1927年的一个万里无云的夏日,德国文化名城哥本哈根,在乔治亚·奥古斯塔大学读书的两名学生豪特曼斯和阿特金逊坐在小河畔的林阴路旁,他们兴致勃勃地谈论着:“那高悬在头顶上的太阳,为什么亿万年来永放光芒?”这两位正在学习原子物理的大学生绝不是那种只注重学习书本知识的青年。他们除了掌握书本知识外,还十分重视整个学科领域的发展动态,因此,他们会运用所学知识,并能站在科学前沿来分析问题。

他们认为:太阳中含有大量氢和不少氦,要回答太阳永放光芒这个问题,必须首先从这两种元素入手。

根据当时天文学资料的记载,科学家估测的太阳表面的温度约有6000℃,在它的中心温度高达20000℃,太阳的压力高达80万个大气压,连气体都被压成了7倍于铅的密度。他俩推测,在这样的条件下,氢、氦等较轻元素原子中的电子,已经不受原子核的束缚,跑到原子外边去了。赤裸裸的原子核在高温、高压作用下横冲直撞,发生激烈碰撞,会聚合成较重的原子核,同时会释放出巨大的能量,这种能量大得足以使太阳永放光芒。他们把这个过程称为“热核反应”或“聚变反应”。

聚变反应的条件是要具有太阳表面的高温和高压。创造这样的条件,在当时,对人类来说是个难题。

1942年,美国制订了研制原子弹的“曼哈顿计划”。当时一位物理学家就提出了一个问题:原子弹爆炸时,爆炸中心的温度必定很高,这么高的温度会不会使周围空气和水中包含的氢等元素发生聚变反应?

美国在1945年爆炸的第一颗原子弹证实了这一点:这颗当量为2万吨TNT的原子弹爆炸后,在试验区产生了上千万度的高温和数百亿个大气压。人们意识到,利用原子弹,完全可以创造并引发出“热核反应”的条件。这也是科学家们研制氢弹的基本物理基础。

1949年8月29日凌晨4时,苏联的第一颗原子弹“南瓜”在哈萨克大草原的塞米巴拉金斯基地试爆成功。

美国人获知这消息后的第一个反应就是:要在核武器第二回合的竞争中再次抢先起跑,加紧研制新的核武器,以重新取得核优势地位。美国人要研制的新核武器就是氢弹。

1950年1月,美国总统杜鲁门正式签发了加速制造氢弹的命令,在美国西部的利强莫尔小城建立起了原子能委员会的热核实验室,参加过原子弹研制的特勒被任命为实验室主任。

1952年,由特勒领导的热核实验室制得了第一颗氢弹“麦克”,特勒亦被称为“氢弹之父”。

热核反应的威力是巨大的,科学技术的成果是神圣的,我们相信它们最终会对人类创造更加美好的未来,而绝不是给人类带来毁灭性的灾难。

迄今为止,威力最大的人工爆炸,是1961年10月苏联在北极圈新地岛上试爆的一次大气层氢弹爆炸。

苏联这次试爆的爆炸力等于5900万吨TNT烈性炸药,比1945年8月夷平日本广岛的原子弹威力差不多大3000倍。

一场海湾战争,让“飞毛腿”与“爱国者”两个名字家喻户晓,也让当代的人们领会到了这种武器的残酷与威力——空中显神威——导弹的发明导弹是人类最古老的发明之一,不可思议的是,它的雏形甚至比火的出现还早——那就是原始人的投石器。最先进的洲际弹道核导弹的射程在7000英里以上,速度为每小时15000英里。从山顶洞人掷出的石头发展到这样的洲际导弹经过了一个漫长的过程,但是除动力不同外,在涉及的运动原理方面却基本上是一样的。

由于投石器的发展,导弹才获得了最初的科学基础。投石器是一种古代的兵器,大多数投石器都是石弓,现代的射弹科学的名称就是由此衍生出来的。1232年,当蒙古人围攻开封时,保卫开封的河南人用所谓的“火箭”进行抵抗。关于这个战役的叙述没有提到任何形式的弓,而且中国人还扔了叫“震天雷”的炸弹,因此,大多数学者都得到了这样的结论:那时已经发明了火药,而且火药已被用来制造炸药和推进剂。

现代火箭推进技术的研究应追溯到上世纪之初。1903年俄国的“火箭之父”——齐奥尔科夫斯基提出了关于火箭推进速度的计算公式。根据这个公式计算,如果人们要将单级火箭推向太空,就要达到一个起码的速度,叫做“第一宇宙速度”。可是,要使火箭飞离地球即使用最好的燃料和最优质的材料也是十分困难的。

科学家废寝忘食的思索与实验引起了夫人的关注。夫人告诉他:人饿极了的时候,吃一个面包不饱,那么就再吃一个,如果还没吃饱那就应该吃上第三个。科学家受到了夫人的启发,又提出采用多级火箭的组合和分级脱离的办法克服“第一宇宙速度”的设想。

后来,这位“火箭之父”又提出了使用液氧和液氢作为推进剂取代固体燃料的设想,从根本上解决了现代火箭的基本理论问题。

第一位将液体火箭发射成功的是美国人戈达德。1914年,年轻的戈达德首次应用分级原理设计出一枚两级火箭。他还预言火箭能冲出地球,飞向月亮,邀游太空。1926年,戈达德在他的助手的帮助下,在他家乡的农场里成功地发射了世界上第一枚液体火箭。1928年他又发射了第一枚装有仪器的火箭。这是火箭作为运载工具的第一次飞行。到了1935年,戈达德研制发射的多级火箭已经能够在2500米的高空中飞行了。

第一次世界大战结束后,1927年一批优秀的德国科学家和工程师建立了一个民间学术组织——德国宇宙航行协会。这个协会吸收了许多火箭专家,他们重点研究液体火箭,并初步取得了一些成果。他们的活动推动了德国火箭技术的发展。

德国陆军中一些要员一直不甘心德国在第一次世界大战中的失败,他们妄图在未来战争中报仇雪恨。火箭的试验使军方产生了浓厚的兴趣,他们意识到这种航空器可能在未来的战争中发挥巨大作用。

希特勒上台以后,加紧了对火箭的研制。他让年仅22岁的冯·布劳恩担任了总设计师。1937年,以冯·布劳恩为首的研究小组建立了火箭研究基地,他们以英国伦敦为攻击目标,开始了以“A-”为代号的系列火箭研制。火箭研制成功后,被称为“复仇武器”。在德文中“V”是“复仇武器”的缩写,因此,这类导弹被正式命名为“V-1”“V-2”导弹。1944年6月13日至7月15日的导弹袭击中,德国军队共向英国发射了4361枚“V-1”导弹,给英国带来了巨大的损失。

1938年在“V-1”导弹成功试验的基础上,德国重新设计了导弹控制系统,研制成功了更先进的“V-2”导弹。“V-2”导弹是一种全新的导弹,全长14米,能把1吨重的弹头运送到260公里以外,“V-2”导弹的成功奠定了现代弹道导弹的基础。

导弹的发明并未挽救纳粹德国的失败命运。

第二次大战结束后,“V-2”技术作为战利品转到了美国和苏联,美国得到了100枚“V-2”导弹和130多名德国一流的导弹专家,其中包括最著名的火箭专家冯·布劳恩。前苏联也得到了大量的“V-2”导弹和相关资料,以及一大批研制者。至此,美、苏两国开始了空间技术上的竞争。随着科技进步和社会发展,世界各国也纷纷加入了研制与开发导弹和火箭的行列。目前导弹已成为具有战略地位的主要兵器,其飞行距离,命中精度,隐蔽度都有了质的提高。空对空导弹,舰对舰导弹,地对空导弹等各类导弹举不胜举。难怪军事专家们预言,未来战争会成为名副其实的导弹战。

自然界中的响尾蛇是一种毒性很强的蛇,但它是一个睁眼瞎,捕食时依靠眼睛与鼻孔间的感受器来寻找散发出热量的小动物。武器专家博格纳由此联想到:喷气式飞机在飞行中也要放出高温气流,放出的红外线自然就强,在导弹头部装上一个红外探寻装置,就可以捕杀飞机。“响尾蛇”空对空导弹由此诞生。

第1章 参考书目《小错误,大发明》 成寒 编译 台湾健行文化出版社《发明廊》 凌云 高屋 编著 中国少年儿童出版社《梦中的舞蹈——机遇故事》 何利轩 编 四川人民出版社《世界古代发明》 (英)彼得·詹姆斯 尼克·索普 著 世界知识出版社《发明的故事》 (英)德博诺 编著 三联书店《二十世纪重大发明》 王友恭 王钢 编著 中国戏剧出版社《百年科学发明》 黄天祥 主编 吉林科学技术出版社《发明的故事》 何心曰 著 北岳文艺出版社《大学生必知的重大发明》 宿春礼 编著 中国时代经济出版社《另类人生》 张铁柱 主编 新世界出版社