最近，电影《奥本海默》正在上映。近 3 个小时的电影，从求学之路、参与原子弹研制工作，以及受到的政治影响这 3 个方面，讲述了奥本海默的人物故事。
对于这样一部人物传记式的电影，大部分人看完可能都会被一些问题围绕：现实世界中的奥本海默是什么样的？他真的曾给导师下毒吗？有哪些故事是电影没有呈现的？今天，就让我们走出电影，来看看现实世界中奥本海默的故事。
01 长“角”的蘑菇云
电影《奥本海默》一开场就是核爆场景，许多人可能都注意到了这个核爆的圆形火球上好像长了一个“角”。这个角是现实中核试验经常见到的现象，不过严格说不是来自于原子弹本身，而是摆放原子弹的平台。
图片截取自《奥本海默》宣传片
核爆火球的表面超过 2 万摄氏度，其光强度超过太阳表面的 100 倍，这些光会急速将附近的固体全部气化。地面核试验时原子弹有时并非真的摆在地面上，而是会放在一座小塔上（正如电影中段展示的那样），为了保持塔的稳定，会用倾斜的缆索从塔顶拉到地面作为支撑。这些角就是气化中的缆索。
图片截取自《奥本海默》宣传片
物理学家做过实验，如果把缆索涂黑，吸收的光更多，那角也会变得更明显。相反，如果用反光涂料或者铝箔包住缆索，吸收的光大幅减少，就看不出角了。而假如是直接放在地表的原子弹、空中爆炸的原子弹或者地下原子弹，也不会有角。
02 奥本海默真的给导师下过毒吗？
电影中，在剑桥大学学习期间，奥本海默拿起注射器在导师帕特里克·布莱克特的苹果中注入了氰化钾（一种剧毒物质）。在现实世界中，奥本海默也确实曾给苹果下毒，不过历史细节和电影表现有所不同。
电影《奥本海默》剧照
历史上这一事件发生在 1925 年秋天，当时奥本海默在伦敦留学期间陷入了非常严重的抑郁状态。其实他喜欢他的导师布莱克特，极力寻求导师的认可，但导师本人是实验物理学家，没有多想就安排奥本海默去做他很不擅长的实验。结果，奥本海默在极度的焦虑中给一颗苹果下了毒。他没有赶回现场把苹果扔掉，当时尼尔斯·玻尔并不在场，也没有人吃掉那个苹果，但是校方还是得知了此事。
奥本海默本人在几个月后对好友坦白说“我用了氰化物之类的东西”。不过这可能是他自己精神不稳定之下的夸张之词，毕竟如果真的是致命毒药，那被发现的后果理应远为严重得多。实际上，在奥本海默父母的努力奔走游说之下，他只是被处以留校察看的惩罚并被要求定期去见精神分析师。
电影中奥本海默后来和他的情人简·塔洛克的对话里说他有两年去见过精神分析师，指的就是这段经历及其后续。历史上也确实有一位精神分析师给出了和简一样的建议。
03 眼花缭乱的光影效果，和物理有关吗？
玻尔演讲结束后，电影用了一系列蒙太奇展现奥本海默的物理世界。好消息是，那些光点、波浪线还有扔杯子都只是纯粹的视觉效果，并没有直接对应什么剧情相关的高深物理概念，所以不必太在意，好看就行了。
图片截取自《奥本海默》宣传片
虽然没啥直接对应，硬找的话也有一些间接关联：
- 点状物体可能是代表原子或亚原子粒子，也可能是代表小颗粒灰尘——爱因斯坦的奇迹之年论文之一就是关于灰尘的布朗运动的。
- 线状物体的快速抖动模式接近于不完全稳定的驻波，在示波器上经常能见到，但也可以认为是代表了量子力学的波函数或者物质波。
这部电影不是物理学科普，所以不要太在意这种细节，比如奥本海默用荷兰语讲物理的那段话其实基本上是不通的，因为诺兰为了控制节奏把原话里很多词都给删掉了。
04 这或是帮奥本海默走出抑郁的书
历史上的奥本海默从抑郁里走出来的契机并非玻尔的演讲，而是自己去科西嘉的一次旅行。尽管不完全确定到底是旅行中的哪些经历成为奥本海默走出抑郁的契机，但通常猜测是他读到了普鲁斯特的《追忆似水年华》。而见到玻尔是奥本海默旅行后的事情了。
电影有所展现但并未强调的是，奥本海默终生是个敏感内省的文青，多年后他执掌普林斯顿高等研究院的时候，还不顾院内数学家的反对而引进了很多文学评论家和诗人，其中包括他挚爱的《荒原》的作者 T.S.艾略特（虽然严格说他的前任就已经发出了邀请）。
电影《奥本海默》剧照
奥本海默对玻尔的确极为崇拜。虽然玻尔不是帮他走出抑郁的人，也不是把他推荐到哥廷根的人（那是麦克斯·玻恩），但确实是让他决心放弃实验，专攻理论的人。
奥本海默和玻尔的第一次私下见面是在卢瑟福的办公室里，玻尔问他“学业如何？”奥本海默回答“我在面临困难。”于是玻尔问，“是数学上的还是物理上的？”多年后奥本海默依然会感叹这是个多么深刻的问题。
05 奥本海默的好友拉比，与核磁共振
和奥本海默同乘火车的伊西多·拉比在电影里只扮演了奥本海默终生好友兼提醒他吃饭的角色（历史上的奥本海默也极瘦无比），实际上拉比自己也是卓越的物理学家，因为发现了核磁共振而获得了 1944 年诺贝尔奖——对，就是医院里核磁用的那个核磁共振。
电影《奥本海默》剧照
拉比本人晚年患了癌症，医生用核磁共振为他做检查，那台机器内侧恰好是反光平面，因此拉比感叹说，“我从那台机器里看到了我自己……我从没有想过我的研究会变成这样。”
06 奥本海默的师生关系
电影里奥本海默回到美国后收的第一个学生是洛玛尼茨，给他讲解了一番波粒二象性。现实中洛玛尼茨其实要到 20 世纪 40 年代初才入学，不过他确实被奥本海默拉去参与了曼哈顿计划，并且也是左翼工会 FAECT 的组织者之一。战后他是下场最惨的人之一，一度沦落到修铁路为生（电影后段有一个他修铁路的镜头），但后来还是回归学术界。奥本海默的审判牵连了他的很多学生，也影响了师生关系。
07 早期黑洞研究者
影片中，奥本海默在课堂上讲述了中子星坍缩后，会变成一颗“暗星”——现在你或许可以知道他说的其实是“黑洞”。不过，他当时只是管这个假想的天体叫“暗星”，“黑洞”一词还要再过几十年才会被发明出来。
奥本海默是早期的黑洞研究者之一。历史上有多位研究者从不同角度逼近过黑洞这个概念，第一个从数学上描述黑洞的是德国物理学家卡尔·施瓦西，他在一战战壕里做出这一成就后不久就因战场上感染的疾病去世。而奥本海默的出发点和施瓦西不同，是来自中子星的坍缩而不是广义相对论的直接推算。
08 派对上的奥本海默
在派对上和女士调情的时候奥本海默说，固体之间不能穿越彼此就是因为量子力学。准确地说，这是因为量子力学的泡利不相容原理：两个费米子不能处在相同的量子态上。原子里的电子属于费米子，虽然原子内部好像很空，但如果按照常识填满的话就会意味着太多的电子共享同样的量子态，这是不允许发生的，因此原子不可能离得太近，固态物质之间也不能彼此穿越。
泡利（并未在电影里出场）当过奥本海默的老师。虽然两人同为理论出类拔萃、实验一塌糊涂的物理学家，但他对奥本海默评价并不太高。有一次，泡利说奥本海默的“物理学像是副业，精神分析倒是主业”。另一次，泡利去参加奥本海默的研讨会，其间不停打断，最后物理学家克喇末实在忍不住了说“闭嘴，泡利，事后再解释他错得多离谱也来得及。”
沃尔夫冈·泡利，图片来源：Wikipedia
顺便，派对上奥本海默和简炫耀说他读过《资本论》全三本，总结为“所有权即偷窃”，被简纠正说“财产即偷窃”。但其实这个口号是无政府主义者蒲鲁东1840年在《什么是所有权？》一书里提出的，并非来自《资本论》。马克思本人后来批评了这个口号，认为它自相矛盾，“偷窃”这个概念本身就预设了财产的存在。
09 奥本海默隔壁的物理学家劳伦斯
劳伦斯是奥本海默在伯克利的好友，也是卓越的物理学家和诺奖得主，但在政治上和奥本海默多有分歧。他认为欧洲发生的事情虽然值得同情，但终究不是美国人自己的事情，也曾多次劝说奥本海默“作为优秀物理学家不要掺和政治”。历史上劳伦斯真的看见过那块写了支持西班牙内战集会的实验室黑板，不过当时奥本海默并不在现场，气坏了的劳伦斯当场拿起黑板擦给整个擦掉了。
电影中的劳伦斯，图片来源：电影《奥本海默》剧照
其实劳伦斯本人并不是远离政治的清高科学家，只不过他的政治活动集中在学校政策和经费争取上。他是同辈里最擅长找钱的科学家之一，也因此做过一些不厚道的事情。他曾经以月薪 300 美元雇用意大利物理学家、镎元素发现者塞格雷，但当他得知因为墨索里尼的政策，塞格雷无法返回意大利只能滞留美国的时候，就把他的月薪降低到了 116 美元。
不过，当加州大学因为塞格雷的国籍问题想要解雇他的时候，劳伦斯又想方设法换了个职位把他留住了。后来他用同样的办法留住了自己的学生——中国女物理学家吴健雄——并让她也参与了曼哈顿计划。
10 曼哈顿计划真正的主导者
严格来说，奥本海默不是曼哈顿计划的主导人，只是洛斯阿拉莫斯国家实验室的主导人。洛斯阿拉莫斯国家实验室是负责设计原子弹本体的，除了这个实验室之外曼哈顿计划还有芝加哥大学、汉福德、橡树岭等众多地点（总部在橡树岭），各自负责原子弹生产全流程的其他环节。
如果说曼哈顿计划本身有一个主导者的话，没错，那就是格罗夫斯将军。从选址到建设到材料采购到情报，他是整个计划的最全局统筹者。就连曼哈顿计划这个名字，都是他起的。
电影中的格罗夫斯将军。图片来源：电影《奥本海默》剧照
选择奥本海默为洛斯阿拉莫斯国家实验室的负责人在当时的争议也很大。奥本海默几乎没有行政经验，也没有获得过诺贝尔奖，而且经常参加左翼活动。但格罗夫斯坚信在偏远地区建立实验室的任务需要一个知识面足够广博的人，这一点其他物理学家都无法和奥本海默匹敌；并且奥本海默拥有一种“自负的野心”，在格罗夫斯看来这正是追求项目成功所需要的动力。
11 收货地址“暴露”了计划
当格罗夫斯找到奥本海默的时候，奥本海默宣称每个物理学家都知道曼哈顿计划是啥。这说法当然夸张了，但历史上随着曼哈顿计划的展开，许多人确实抓到了蛛丝马迹。
费曼曾经说普林斯顿火车站的站长大概知道点什么——项目方担心太多的师生从普林斯顿小站买单程票会引发怀疑，所以分散开从不同的站上车，但所有的设备都是从普林斯顿站出发的。结果他本人去坐车的时候，站长对他说，“这么多货物原来都是你的啊！”
另一个著名都市传说是当时《惊奇科幻》杂志的编辑约翰·坎贝尔发现他的物理学家订阅者纷纷把地址修改到了新墨西哥，于是推断那里在搞什么大项目。这个传说真假难以考证，但 1944 年《惊奇科幻》上确实刊登了一篇名为《死线》的小说，里面描述了一些关于原子弹的内容令洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究者大为惊讶，导致 FBI 怀疑有人泄密而展开了调查。
一位参与曼哈顿项目的女科学家后来定居中国，起了中文名叫“寒春”。她当时在威斯康辛大学，早就开始怀疑为何大学里的范德格拉夫加速器会一夜蒸发，连用它的物理学家都很快失踪了。后来她收到了一份工作邀请，只说与新墨西哥战争相关，别的信息基本没有，但当她跑去图书馆借关于新墨西哥的书，发现她失踪的同事名字全部出现在借书卡上，立刻就明白了这是怎么回事。
12 诞生在体育场的世界第一个核反应堆
战争期间美国最为德高望重的核物理学家恐怕是恩里克·费米。费米是意大利人，因为发现用中子轰炸原子可以引发放射性而获得 1938 年诺奖，这一发现对于原子弹的意义远远超过爱因斯坦的质能方程 E=mc^2。他因为墨索里尼的反犹政策而移居美国，并在芝加哥造出了历史上第一个核反应堆（人造的可持续链式反应）——芝加哥1号堆。
芝加哥1号堆的素描图。图片来源：Wikipedia
电影里这个核反应堆放在了芝加哥大学体育场的地下室，这是符合史实的。按照常识，如此重要如此保密的工程在大学体育场这种人来人去的地方进行似乎非常奇怪，但背后其实有一个有趣的历史巧合：
芝加哥大学早年间曾经是美式足球的强校，体育场就是为此修建的，但后来实力衰退，又迎来了一位觉得大学生热衷体育有违学术精神的校长，所以球队在 1939 年底被解散，体育场也闲置了。核反应堆原本计划在另一个地点建设，但那里因为罢工而延误了工期，所以就把空置的体育场地下室给利用了起来。
13 曼哈顿计划中的女性科学家
曼哈顿计划有众多女科学家和少数族裔科学家参与，不过电影里只点名出现了一个人，莉莉·霍尼格，随丈夫来到洛斯阿拉莫斯国家实验室。
电影里她被问到能不能打字，历史上她确实一开始也被要求打字测试，但很快她就被安排到了铀化学的项目组。后来上层因为觉得铀化学的辐射对女性太危险，把她转移到了她丈夫所在的炸药透镜组（电影里她嘲笑说“你们的生殖系统暴露程度可比我大”指的就是此事）。所以后来基斯提亚科斯基在测试原子弹引爆设备的时候，莉莉也跟着奥本海默和格罗夫斯一起去看了——这是她的项目。
所谓的炸药透镜就是电影中段出现好几次的那个需要一块块拼起来的奇怪多面体。叫炸药是因为它是炸药做的，叫透镜是因为这些炸药的目标是把爆炸的能量全都聚焦到恰当的位置上，以引爆原子弹，就像透镜能把阳光聚焦到一点上一样。
图片截取自《奥本海默》宣传片
14 原子弹到底是怎么引爆的？
原子弹的原料都是天然放射性物质，会缓慢地往外释放中子。有些中子会直接飞走，但另一些会打到附近其他原子，把它们打碎（也就是所谓的裂变），进一步产生更多中子。由于天然放射性物质都太分散了，大部分中子都会飞走，能打碎其他原子的中子数量太少，这个反应是不可持续的。
当原子弹原料聚集在一起的时候，就会有越来越多的中子能打到其他原子，并进一步产出中子。等到每消耗一个中子就正好产出一个新的中子的时候，就抵达了临界状态。很多虚构作品里会把“临界”一词当成“反应堆要爆炸了”的意思，但其实临界状态是核反应堆正常运行的状态。
核武器要追求的不是临界，而是超临界：每消耗一个中子就产出不止一个，反应越来越快。不幸的是，单纯的超临界并不足以拿来当作炸弹。核反应会放出大量的热，很容易把还没来得及反应掉的原料给炸散架，令反应夭折。其结果虽然足以毁掉几个实验室，却不足以当作终极武器。
洛斯阿拉莫斯国家实验室需要解决的核心问题就是：
- 第一，如何让本来分散的核原料在接到命令的一瞬间聚集在一起，从亚临界变成超临界；
- 第二，如何在超临界的原子弹把自己炸散架之前，就先把能消耗的原料都消耗掉，能进行的裂变都进行完，释放出尽可能大的能量。
当时考虑的方案有两种：一种是枪式，把一块原料像子弹一样射入另一块原料里；另一种是内爆式，用周围一圈炸药爆炸来实现炸药透镜，把原料挤压到所需的密度。这两种方法都不能让所有的原子弹原料都反应掉，实际能反应的量是有不确定性的（也正因此才会有赌局来赌核试验的威力）。“三位一体核试验”（也就是影片中的那次核试验，简称“三一核试验”）和胖子原子弹用的是内爆式，而小男孩原子弹用的是枪式。战后又发展出了一些其他的引爆方案。
15 原子弹会点燃大气层吗？
关于原子弹是否会导致大气层引爆的讨论确实发生过。
1942 年泰勒的计算认为原子弹的爆炸温度会超过太阳，并可能让大气层发生核聚变。有些物理学家当即认为他算错了，但还是有不少人存疑。为了确认这个计算是否正确，奥本海默确实去找人了——不过找的不是爱因斯坦，而是芝加哥组的主任，诺奖得主亚瑟·康普顿。奥本海默和爱因斯坦确实认识，但片中的两次对话全都是虚构的。
电影《奥本海默》剧照
曼哈顿计划最终给出了一份秘密报告认为这个场景不太可能发生，但依然有一些科学家担心“点燃大气层”这一场景的发生概率不是零。康普顿本人就一直心中存疑。当时的哈佛校长、化学家科南特说，当他看到“三一核试验”的爆炸闪光比预想中亮得多也长久得多，一瞬间真的以为大气层被他们点燃了。
后来，这份秘密报告被证明是正确的，不然我们就不会在这里了。
但核武器研究中时不时真的会出现错误，偶尔还会有严重后果。比如 1954 年 3 月 1 日代号为“布拉沃”（Bravo）的氢弹试验时，原本以为当量是 500 万吨，实际上却是 1480 万吨，导致许多原本以为在安全地带的平民遭受了辐射。这是因为研究者原以为锂7是惰性的，但实际上它在氢弹的温度下发生了反应。
16 物理学家的赌局真实存在吗？
影片中，费米在“三一核试验”之前开了赌盘，让在座科学家赌核试验的爆炸当量，这个赌盘也是历史上存在的，不过不是费米开的。
在历史上的赌局中，泰勒最乐观，赌了最大的 45000 吨当量，所以去看核试验的时候他戴了手套、太阳镜还有防晒霜（和电影里不同的是，他是太阳镜外面又加了统一配发的电焊镜）。奥本海默本人选了倒数第二悲观的 300 吨。拉比来晚了，到场的时候只剩下 18000 吨这一个选项。结果是他赢了（当时的官方计算是 18600 吨，后来重新计算认为是 25000 吨左右，都是离他的最近）。
电影《奥本海默》剧照
虽然这个赌盘不是费米开的，但费米开了另一个赌盘——大气层会不会真的被点燃，如果点燃了的话是会毁掉整个州还是整个地球。好几个卫兵被他的赌局吓坏了，申请离岗。
影片没有展示的是费米在核爆时搞了另一个著名事情：往空中扔了一些纸片，看爆炸冲击波把它们吹飞了多远来估算原子弹的当量。这就是所谓的费米估算的例子：用非常简单的方式来估算复杂问题的数量级。费米当时的结果是1万吨，以估算来说非常好了，但打赌来说还是略显不足——假如真的是1万吨，赌局获胜者应该是选择了 8000 吨的汉斯·贝特。
17 倒计时的穿帮镜头
基斯提亚科斯基准备按按钮中止的那场戏边上有一个倒计时的钟，是用了一套尼克希数码管做的。
图片截取自《奥本海默》宣传片
但实际上数码管 1955 年才发明，曼哈顿计划没机会用。电影里使用的似乎是苏联制 IN-14，那是 70 年代才有的产品。
18 诺兰真的引爆了一颗原子弹？
到现在很多人都知道了诺兰宣称拍核爆不用 CG，所以出现了他为了拍“三一核试验”引爆了一颗原子弹的笑话。其实蘑菇云并不是原子弹独有的，而是大气影响导致，只要大气层内足够大的爆炸都能产生蘑菇云。但用非核炸药制造蘑菇云效果也确实很不容易。实际上这个场景是用多种不同爆炸物质分别引爆后叠加，人为创造了蘑菇云的视觉效果。
电影《奥本海默》海报
19 原子弹险沉汪洋
原子弹实际上不是装在卡车上离开洛斯阿拉莫斯的，那太危险了。原子弹的机械零件和核原料是分批运往天宁岛，然后在岛上组装为原子弹的。“小男孩”的原材料由印尼安纳波利斯号重巡洋舰负责运输，该舰在离开天宁岛时被日本潜艇发现并击沉。美国海军四天后才得知它沉没的消息，数百名水兵因缺乏救援死于日晒、脱水和鲨鱼攻击，成为战争末期一大丑闻。如果该舰是在运输原子弹原料途中被击沉的话，不知历史将会如何改写呢。
20 “有鼓无名”的费曼
物理学家理查德·费曼在全片里多次出现，但没怎么说话也没人叫过他名字。何以知道是他呢？因为他几乎每次出现都会带着他的手鼓。费曼打手鼓的照片经常在关于他的书上出现，广为人知，所以懂的人一看就知道是他。
现实世界中的理查德·费曼，图片来源：ysfine.com
费曼的鼓是在洛斯阿拉莫斯自学的，他在自传里说这里太无聊了都不能看电影。但这里曾经有所学校（电影里也提到了学校的事情），学校里有几面鼓，他就自己打着玩。不过那时候他打的还不是后来著名照片里的邦哥手鼓，手鼓是战后学会的。
21 划掉目标城市京都，不是因为蜜月
“三一核试验”成功后，需要决定向日本投放原子弹的目标城市。诺兰的脚本里原本是让战争部长直接把京都从名单上划掉的，但是演员詹姆斯·瑞马尔告诉他，部长排除京都的原因之一是他在京都度的蜜月，所以增加了这部分的戏。不幸的是，瑞马尔弄错了，历史学家没有找到他曾经和妻子去过京都的证据。根据史料来看，他划掉京都真的只是因为历史文化价值。
22 V2 火箭与飞机同行？
博登向奥本海默描述他作为飞行员看到纳粹 V2 火箭的场景时，画面展示出了一连串 V2 火箭缓慢超越飞机的场景。实际上 V2 火箭的巡航飞行高度是二战时飞机的几倍，速度也是几倍，并且不会一口气发射那么多，所以这个场景或者是博登的夸张，或者是奥本海默的误解。如果把 V2 换成 V1 的话就会可信许多。
23 关于奥本海默的平反
奥本海默直到 2022 年 12 月 16 日才被真正平反——即认定他被取消安全资质的审判是不公正的。尽管在 20 世纪 60 年代有过一些实质上等于为他恢复名誉的举动，但都对审判本身避而不谈，其中就包括影片结尾他获领费米奖的那场戏。费米本人于 1954 年去世，1956 年美国政府设立以他为名的奖项。影片里展现了他领奖时和劳伦斯和泰勒等人和解的场景，不过历史上劳伦斯当时已经去世好几年了。
策划制作
作者丨范岗 科普作家
审核丨王洪鹏 中国科技馆 副研究员
策划丨徐来
责编丨崔瀛昊
2023-09-12
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