奧本海默為什麼給導師下毒？23 個電影中容易被忽視的細節，一文了解_風聞
科普中国-科普中国官方账号-中国科协科普工作官方微平台09-12 16:17
最近，電影《奧本海默》正在上映。近 3 個小時的電影，從求學之路、參與原子彈研製工作，以及受到的政治影響這 3個方面，講述了奧本海默的人物故事。
對於這樣一部人物傳記式的電影，大部分人看完可能都會被一些問題圍繞：現實世界中的奧本海默是什麼樣的？他真的曾給導師下毒嗎？有哪些故事是電影沒有呈現的？今天，就讓我們走出電影，來看看現實世界中奧本海默的故事。
內容涉及少量劇透，建議先收藏，觀影后再看。
01
長“角”的蘑菇雲
電影《奧本海默》一開場就是核爆場景，許多人可能都注意到了這個核爆的圓形火球上好像長了一個“角”。這個角是現實中核試驗經常見到的現象，不過嚴格説不是來自於原子彈本身，而是擺放原子彈的平台。
圖片截取自《奧本海默》宣傳片
核爆火球的表面超過 2 萬攝氏度，其光強度超過太陽表面的 100 倍，這些光會急速將附近的固體全部氣化。地面核試驗時原子彈有時並非真的擺在地面上，而是會放在一座小塔上（正如電影中段展示的那樣），為了保持塔的穩定，會用傾斜的纜索從塔頂拉到地面作為支撐。這些角就是氣化中的纜索。
圖片截取自《奧本海默》宣傳片
物理學家做過實驗，如果把纜索塗黑，吸收的光更多，那角也會變得更明顯。相反，如果用反光塗料或者鋁箔包住纜索，吸收的光大幅減少，就看不出角了。而假如是直接放在地表的原子彈、空中爆炸的原子彈或者地下原子彈，也不會有角。
02
奧本海默真的給導師下過毒嗎？
電影中，在劍橋大學學習期間，奧本海默拿起注射器在導師帕特里克·布萊克特的蘋果中注入了氰化鉀（一種劇毒物質）。在現實世界中，奧本海默也確實曾給蘋果下毒，不過歷史細節和電影表現有所不同。
電影《奧本海默》劇照
歷史上這一事件發生在 1925 年秋天，當時奧本海默在倫敦留學期間陷入了非常嚴重的抑鬱狀態。其實他喜歡他的導師布萊克特，極力尋求導師的認可，但導師本人是實驗物理學家，沒有多想就安排奧本海默去做他很不擅長的實驗。結果，奧本海默在極度的焦慮中給一顆蘋果下了毒。他沒有趕回現場把蘋果扔掉，當時尼爾斯·玻爾並不在場，也沒有人吃掉那個蘋果，但是校方還是得知了此事。
奧本海默本人在幾個月後對好友坦白説“我用了氰化物之類的東西”。不過這可能是他自己精神不穩定之下的誇張之詞，畢竟如果真的是致命毒藥，那被發現的後果理應遠為嚴重得多。實際上，在奧本海默父母的努力奔走遊説之下，他只是被處以留校察看的懲罰並被要求定期去見精神分析師。
電影中奧本海默後來和他的情人簡·塔洛克的對話裏説他有兩年去見過精神分析師，指的就是這段經歷及其後續。歷史上也確實有一位精神分析師給出了和簡一樣的建議。
03
眼花繚亂的光影效果，和物理有關嗎？
玻爾演講結束後，電影用了一系列蒙太奇展現奧本海默的物理世界。好消息是，那些光點、波浪線還有扔杯子都只是純粹的視覺效果，並沒有直接對應什麼劇情相關的高深物理概念，所以不必太在意，好看就行了。
圖片截取自《奧本海默》宣傳片
雖然沒啥直接對應，硬找的話也有一些間接關聯：
點狀物體可能是代表原子或亞原子粒子，也可能是代表小顆粒灰塵——愛因斯坦的奇蹟之年論文之一就是關於灰塵的布朗運動的。
線狀物體的快速抖動模式接近於不完全穩定的駐波，在示波器上經常能見到，但也可以認為是代表了量子力學的波函數或者物質波。
這部電影不是物理學科普，所以不要太在意這種細節，比如奧本海默用荷蘭語講物理的那段話其實基本上是不通的，因為諾蘭為了控制節奏把原話裏很多詞都給刪掉了。
04
這或是幫奧本海默走出抑鬱的書
歷史上的奧本海默從抑鬱裏走出來的契機並非玻爾的演講，而是自己去科西嘉的一次旅行。儘管不完全確定到底是旅行中的哪些經歷成為奧本海默走出抑鬱的契機，但通常猜測是他讀到了普魯斯特的《追憶似水年華》。而見到玻爾是奧本海默旅行後的事情了。
電影有所展現但並未強調的是，奧本海默終生是個敏感內省的文青，多年後他執掌普林斯頓高等研究院的時候，還不顧院內數學家的反對而引進了很多文學評論家和詩人，其中包括他摯愛的《荒原》的作者 T.S.艾略特（雖然嚴格説他的前任就已經發出了邀請）。
電影《奧本海默》劇照
奧本海默對玻爾的確極為崇拜。雖然玻爾不是幫他走出抑鬱的人，也不是把他推薦到哥廷根的人（那是麥克斯·玻恩），但確實是讓他決心放棄實驗，專攻理論的人。
奧本海默和玻爾的第一次私下見面是在盧瑟福的辦公室裏，玻爾問他“學業如何？”奧本海默回答“我在面臨困難。”於是玻爾問，“是數學上的還是物理上的？”多年後奧本海默依然會感嘆這是個多麼深刻的問題。
05
奧本海默的好友拉比，與核磁共振
和奧本海默同乘火車的伊西多·拉比在電影裏只扮演了奧本海默終生好友兼提醒他吃飯的角色（歷史上的奧本海默也極瘦無比），實際上拉比自己也是卓越的物理學家，因為發現了核磁共振而獲得了 1944 年諾貝爾獎——對，就是醫院裏核磁用的那個核磁共振。
電影《奧本海默》劇照
拉比本人晚年患了癌症，醫生用核磁共振為他做檢查，那台機器內側恰好是反光平面，因此拉比感嘆説，“我從那台機器裏看到了我自己……我從沒有想過我的研究會變成這樣。”
06
奧本海默的師生關係
電影里奧本海默回到美國後收的第一個學生是洛瑪尼茨，給他講解了一番波粒二象性。現實中洛瑪尼茨其實要到 20 世紀 40 年代初才入學，不過他確實被奧本海默拉去參與了曼哈頓計劃，並且也是左翼工會 FAECT 的組織者之一。戰後他是下場最慘的人之一，一度淪落到修鐵路為生（電影后段有一個他修鐵路的鏡頭），但後來還是迴歸學術界。奧本海默的審判牽連了他的很多學生，也影響了師生關係。
07
早期黑洞研究者
影片中，奧本海默在課堂上講述了中子星坍縮後，會變成一顆**“暗星”——現在你或許可以知道他説的其實是“黑洞”**。不過，他當時只是管這個假想的天體叫“暗星”，“黑洞”一詞還要再過幾十年才會被髮明出來。
奧本海默是早期的黑洞研究者之一。歷史上有多位研究者從不同角度逼近過黑洞這個概念，第一個從數學上描述黑洞的是德國物理學家卡爾·施瓦西，他在一戰戰壕裏做出這一成就後不久就因戰場上感染的疾病去世。而奧本海默的出發點和施瓦西不同，是來自中子星的坍縮而不是廣義相對論的直接推算。
08
派對上的奧本海默
在派對上和女士調情的時候奧本海默説，固體之間不能穿越彼此就是因為量子力學。準確地説，這是因為量子力學的泡利不相容原理：兩個費米子不能處在相同的量子態上。原子裏的電子屬於費米子，雖然原子內部好像很空，但如果按照常識填滿的話就會意味着太多的電子共享同樣的量子態，這是不允許發生的，因此原子不可能離得太近，固態物質之間也不能彼此穿越。
泡利（並未在電影裏出場）當過奧本海默的老師。雖然兩人同為理論出類拔萃、實驗一塌糊塗的物理學家，但他對奧本海默評價並不太高。有一次，泡利説奧本海默的“物理學像是副業，精神分析倒是主業”。另一次，泡利去參加奧本海默的研討會，其間不停打斷，最後物理學家克喇末實在忍不住了説“閉嘴，泡利，事後再解釋他錯得多離譜也來得及。”
沃爾夫岡·泡利，圖片來源：Wikipedia
順便，派對上奧本海默和簡炫耀説他讀過《資本論》全三本，總結為“所有權即偷竊”，被簡糾正説“財產即偷竊”。**但其實這個口號是無政府主義者蒲魯東1840年在《什麼是所有權？》一書裏提出的，並非來自《資本論》。**馬克思本人後來批評了這個口號，認為它自相矛盾，“偷竊”這個概念本身就預設了財產的存在。
09
奧本海默隔壁的物理學家勞倫斯
**勞倫斯是奧本海默在伯克利的好友，也是卓越的物理學家和諾獎得主，但在政治上和奧本海默多有分歧。**他認為歐洲發生的事情雖然值得同情，但終究不是美國人自己的事情，也曾多次勸説奧本海默“作為優秀物理學家不要摻和政治”。歷史上勞倫斯真的看見過那塊寫了支持西班牙內戰集會的實驗室黑板，不過當時奧本海默並不在現場，氣壞了的勞倫斯當場拿起黑板擦給整個擦掉了。
電影中的勞倫斯，圖片來源：電影《奧本海默》劇照
其實勞倫斯本人並不是遠離政治的清高科學家，只不過他的政治活動集中在學校政策和經費爭取上。他是同輩裏最擅長找錢的科學家之一，也因此做過一些不厚道的事情。他曾經以月薪 300 美元僱用意大利物理學家、鎿元素髮現者塞格雷，但當他得知因為墨索里尼的政策，塞格雷無法返回意大利只能滯留美國的時候，就把他的月薪降低到了 116 美元。
不過，當加州大學因為塞格雷的國籍問題想要解僱他的時候，勞倫斯又想方設法換了個職位把他留住了。後來他用同樣的辦法留住了自己的學生——中國女物理學家吳健雄——並讓她也參與了曼哈頓計劃。
吳健雄被稱為“物理界的第一夫人”，關於她的故事，大家可以點擊下方鏈接查看：
這位華裔女物理學家沒出現在電影《奧本海默》中，但你一定要知道她
10
曼哈頓計劃真正的主導者
嚴格來説，奧本海默不是曼哈頓計劃的主導人，只是洛斯阿拉莫斯國家實驗室的主導人。洛斯阿拉莫斯國家實驗室是負責設計原子彈本體的，除了這個實驗室之外曼哈頓計劃還有芝加哥大學、漢福德、橡樹嶺等眾多地點（總部在橡樹嶺），各自負責原子彈生產全流程的其他環節。
如果説曼哈頓計劃本身有一個主導者的話，沒錯，那就是格羅夫斯將軍。從選址到建設到材料採購到情報，他是整個計劃的最全局統籌者。就連曼哈頓計劃這個名字，都是他起的。
電影中的格羅夫斯將軍。圖片來源：電影《奧本海默》劇照
選擇奧本海默為洛斯阿拉莫斯國家實驗室的負責人在當時的爭議也很大。奧本海默幾乎沒有行政經驗，也沒有獲得過諾貝爾獎，而且經常參加左翼活動。但格羅夫斯堅信在偏遠地區建立實驗室的任務需要一個知識面足夠廣博的人，這一點其他物理學家都無法和奧本海默匹敵；並且奧本海默擁有一種“自負的野心”，在格羅夫斯看來這正是追求項目成功所需要的動力。
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收貨地址“暴露”了計劃
當格羅夫斯找到奧本海默的時候，奧本海默宣稱每個物理學家都知道曼哈頓計劃是啥。這説法當然誇張了，但歷史上隨着曼哈頓計劃的展開，許多人確實抓到了蛛絲馬跡。
費曼曾經説普林斯頓火車站的站長大概知道點什麼——項目方擔心太多的師生從普林斯頓小站買單程票會引發懷疑，所以分散開從不同的站上車，但所有的設備都是從普林斯頓站出發的。結果他本人去坐車的時候，站長對他説，“這麼多貨物原來都是你的啊！”
另一個著名都市傳説是當時《驚奇科幻》雜誌的編輯約翰·坎貝爾發現他的物理學家訂閲者紛紛把地址修改到了新墨西哥，於是推斷那裏在搞什麼大項目。這個傳説真假難以考證，但 1944 年《驚奇科幻》上確實刊登了一篇名為《死線》的小説，裏面描述了一些關於原子彈的內容令洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究者大為驚訝，導致 FBI 懷疑有人泄密而展開了調查。
一位參與曼哈頓項目的女科學家後來定居中國，起了中文名叫“寒春”。她當時在威斯康辛大學，早就開始懷疑為何大學裏的范德格拉夫加速器會一夜蒸發，連用它的物理學家都很快失蹤了。後來她收到了一份工作邀請，只説與新墨西哥戰爭相關，別的信息基本沒有，但當她跑去圖書館借關於新墨西哥的書，發現她失蹤的同事名字全部出現在借書卡上，立刻就明白了這是怎麼回事。
12
誕生在體育場的世界第一個核反應堆
戰爭期間美國最為德高望重的核物理學家恐怕是恩裏克·費米。費米是意大利人，因為發現用中子轟炸原子可以引發放射性而獲得 1938 年諾獎，這一發現對於原子彈的意義遠遠超過愛因斯坦的質能方程 E=mc^2。他因為墨索里尼的反猶政策而移居美國，並在芝加哥造出了歷史上第一個核反應堆（人造的可持續鏈式反應）——芝加哥1號堆。
芝加哥1號堆的素描圖。圖片來源：Wikipedia
電影裏這個核反應堆放在了芝加哥大學體育場的地下室，這是符合史實的。按照常識，如此重要如此保密的工程在大學體育場這種人來人去的地方進行似乎非常奇怪，但背後其實有一個有趣的歷史巧合：
芝加哥大學早年間曾經是美式足球的強校，體育場就是為此修建的，但後來實力衰退，又迎來了一位覺得大學生熱衷體育有違學術精神的校長，所以球隊在 1939 年底被解散，體育場也閒置了。核反應堆原本計劃在另一個地點建設，但那裏因為罷工而延誤了工期，所以就把空置的體育場地下室給利用了起來。
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曼哈頓計劃中的女性科學家
曼哈頓計劃有眾多女科學家和少數族裔科學家參與，不過電影裏只點名出現了一個人，莉莉·霍尼格，隨丈夫來到洛斯阿拉莫斯國家實驗室。
電影裏她被問到能不能打字，歷史上她確實一開始也被要求打字測試，但很快她就被安排到了鈾化學的項目組。後來上層因為覺得鈾化學的輻射對女性太危險，把她轉移到了她丈夫所在的炸藥透鏡組（電影裏她嘲笑説“你們的生殖系統暴露程度可比我大”指的就是此事）。所以後來基斯提亞科斯基在測試原子彈引爆設備的時候，莉莉也跟着奧本海默和格羅夫斯一起去看了——這是她的項目。
所謂的炸藥透鏡就是電影中段出現好幾次的那個需要一塊塊拼起來的奇怪多面體。叫炸藥是因為它是炸藥做的，叫透鏡是因為這些炸藥的目標是把爆炸的能量全都聚焦到恰當的位置上，以引爆原子彈，就像透鏡能把陽光聚焦到一點上一樣。
圖片截取自《奧本海默》宣傳片
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原子彈到底是怎麼引爆的？
原子彈的原料都是天然放射性物質，會緩慢地往外釋放中子。有些中子會直接飛走，但另一些會打到附近其他原子，把它們打碎（也就是所謂的裂變），進一步產生更多中子。由於天然放射性物質都太分散了，大部分中子都會飛走，能打碎其他原子的中子數量太少，這個反應是不可持續的。
當原子彈原料聚集在一起的時候，就會有越來越多的中子能打到其他原子，並進一步產出中子。等到每消耗一箇中子就正好產出一個新的中子的時候，就抵達了臨界狀態。很多虛構作品裏會把“臨界”一詞當成“反應堆要爆炸了”的意思，但其實臨界狀態是核反應堆正常運行的狀態。
核武器要追求的不是臨界，而是超臨界：每消耗一箇中子就產出不止一個，反應越來越快。不幸的是，單純的超臨界並不足以拿來當作炸彈。核反應會放出大量的熱，很容易把還沒來得及反應掉的原料給炸散架，令反應夭折。其結果雖然足以毀掉幾個實驗室，卻不足以當作終極武器。
洛斯阿拉莫斯國家實驗室需要解決的核心問題就是：
第一，如何讓本來分散的核原料在接到命令的一瞬間聚集在一起，從亞臨界變成超臨界；第二，如何在超臨界的原子彈把自己炸散架之前，就先把能消耗的原料都消耗掉，能進行的裂變都進行完，釋放出儘可能大的能量。
當時考慮的方案有兩種：一種是槍式，把一塊原料像子彈一樣射入另一塊原料裏；另一種是內爆式，用周圍一圈炸藥爆炸來實現炸藥透鏡，把原料擠壓到所需的密度。這兩種方法都不能讓所有的原子彈原料都反應掉，實際能反應的量是有不確定性的（也正因此才會有賭局來賭核試驗的威力）。“三位一體核試驗”（也就是影片中的那次核試驗，簡稱“三一核試驗”）和胖子原子彈用的是內爆式，而小男孩原子彈用的是槍式。戰後又發展出了一些其他的引爆方案。
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原子彈會點燃大氣層嗎？
關於原子彈是否會導致大氣層引爆的討論確實發生過。
1942 年泰勒的計算認為原子彈的爆炸温度會超過太陽，並可能讓大氣層發生核聚變。有些物理學家當即認為他算錯了，但還是有不少人存疑。為了確認這個計算是否正確，奧本海默確實去找人了——不過找的不是愛因斯坦，而是芝加哥組的主任，諾獎得主亞瑟·康普頓。奧本海默和愛因斯坦確實認識，但片中的兩次對話全都是虛構的。
電影《奧本海默》劇照
**曼哈頓計劃最終給出了一份秘密報告認為這個場景不太可能發生，但依然有一些科學家擔心“點燃大氣層”這一場景的發生概率不是零。**康普頓本人就一直心中存疑。當時的哈佛校長、化學家科南特説，當他看到“三一核試驗”的爆炸閃光比預想中亮得多也長久得多，一瞬間真的以為大氣層被他們點燃了。
後來，這份秘密報告被證明是正確的，不然我們就不會在這裏了。
但核武器研究中時不時真的會出現錯誤，偶爾還會有嚴重後果。比如 1954 年 3 月 1 日代號為“布拉沃”（Bravo）的氫彈試驗時，原本以為當量是 500 萬噸，實際上卻是 1480 萬噸，導致許多原本以為在安全地帶的平民遭受了輻射。這是因為研究者原以為鋰7是惰性的，但實際上它在氫彈的温度下發生了反應。
16
物理學家的賭局真實存在嗎？
影片中，費米在“三一核試驗”之前開了賭盤，讓在座科學家賭核試驗的爆炸當量，這個賭盤也是歷史上存在的，不過不是費米開的。
在歷史上的賭局中，泰勒最樂觀，賭了最大的 45000 噸當量，所以去看核試驗的時候他戴了手套、太陽鏡還有防曬霜（和電影裏不同的是，他是太陽鏡外面又加了統一配發的電焊鏡）。奧本海默本人選了倒數第二悲觀的 300 噸。拉比來晚了，到場的時候只剩下 18000 噸這一個選項。結果是他贏了（當時的官方計算是 18600 噸，後來重新計算認為是 25000 噸左右，都是離他的最近）。
電影《奧本海默》劇照
雖然這個賭盤不是費米開的，但費米開了另一個賭盤——**大氣層會不會真的被點燃，如果點燃了的話是會毀掉整個州還是整個地球。**好幾個衞兵被他的賭局嚇壞了，申請離崗。
影片沒有展示的是費米在核爆時搞了另一個著名事情：往空中扔了一些紙片，看爆炸衝擊波把它們吹飛了多遠來估算原子彈的當量。這就是所謂的費米估算的例子：用非常簡單的方式來估算複雜問題的數量級。費米當時的結果是1萬噸，以估算來説非常好了，但打賭來説還是略顯不足——假如真的是1萬噸，賭局獲勝者應該是選擇了 8000 噸的漢斯·貝特。
17
倒計時的穿幫鏡頭
基斯提亞科斯基準備按按鈕中止的那場戲邊上有一個倒計時的鐘，是用了一套尼克希數碼管做的。
圖片截取自《奧本海默》宣傳片
但實際上數碼管 1955 年才發明，曼哈頓計劃沒機會用。電影裏使用的似乎是蘇聯制 IN-14，那是 70 年代才有的產品。
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諾蘭真的引爆了一顆原子彈？
到現在很多人都知道了諾蘭宣稱拍核爆不用 CG，所以出現了他為了拍“三一核試驗”引爆了一顆原子彈的笑話。**其實蘑菇雲並不是原子彈獨有的，而是大氣影響導致，只要大氣層內足夠大的爆炸都能產生蘑菇雲。**但用非核炸藥製造蘑菇雲效果也確實很不容易。實際上這個場景是用多種不同爆炸物質分別引爆後疊加，人為創造了蘑菇雲的視覺效果。
