原子彈的發明原理，從一個被說荒謬的假設開始（下）——《科學大師的失誤》

• 作者／劉柏宏
  • 勤益科技大學基礎通識教育中心教授

• Take Home Message
  • 電影《奧本海默》中，對於幾位匈牙利數學家如馮紐曼、波利亞等人的描述篇幅較少，但他們其實對科學界影響深遠。
  • 馮紐曼在曼哈頓計畫中建議以內爆透鏡設計原子彈，不僅所需的裂變材料較少，又可以防止原子彈過早引爆，達成更對稱與高效的爆炸。
  • 波利亞提出以「捷思法」等強調歸納實驗的方式思考數學問題，例如觀察找出數學公式的形成，此法也掀起了數學教育革命。

遊艇緩緩流動在分隔布達區（Buda）與佩斯區（Pest）的多瑙河上，絲絨般的水波、柔棉沁涼的河風，兼容哥德式與文藝復興建築風格的匈牙利國會大廈（Hungarian Parliament Building）圓頂，在夕陽的烘托之下宛如紅寶石般璀璨，流瀉出昔日奧匈帝國的風華。

筆者來到此地，終於可以想像為何 100 年前這條河的兩岸能夠孕育出一批改變科學面貌，甚至改變人類歷史的數學家與科學家。趁著今（2023）年暑假到布達佩斯開會之便，筆者也試著踏尋這些科學家的足跡。

回臺灣之後恰逢電影《奧本海默》（Oppenheimer）上映，儘管許多人聚焦在主角奧本海默（Julius Oppenheimer）的內心世界，不過筆者更關心的是幾位被火星人遺留在地球上的匈牙利數學家。

地球上的火星遺民

20 世紀初歐美科學圈流傳著一個神祕的傳說，記錄下這傳說的是匈牙利物理學家馬克思（György Marx），但傳說起源卻得從義大利物理學家費米（Enrico Fermi）說起。

1950 年某個夏日午後，費米在美國原子彈曼哈頓計畫（Manhattan Project）的基地——洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Laboratory），和幾位科學家聊到當時有關幽浮的報導時，提出了一個問題：

「宇宙如此浩瀚，包含無數恆星，許多恆星和太陽沒什麼差別，也有行星圍繞著它們旋轉。一部分的行星地表也會有水和空氣，而來自恆星的能量將促使有機化合物合成。

這些化學物質將相互結合產生一個自我複製系統。最簡單的生物會通過自然選擇繁殖、進化並變得更加複雜，直到最終出現活躍的、會思考的生物，文明、科學和科技隨之而來。

由於對美麗新世界的渴求，他們會旅行到附近行星，然後到另一個恆星的行星。他們最終應該遍布整個銀河系。這些非凡和傑出的人很難忽視像地球這樣美麗的地方。

所以，如果真是如此，他們必定來過這裡。那麼，他們到底在哪裡？」

關於這個「費米問題」，匈牙利物理學家西拉德（Leo Szilard）的回應是：「他們就在我們身邊啊！只是他們自稱匈牙利人！」（They are among us, but they call themselves Hungarians.）。

西拉德的高級幽默，點燃匈牙利人是火星遺民的想像，各種附和的說法紛紛出籠。有一種說法是 19 世紀末至 20 世紀初，一艘來自火星的太空船降落在地球，由於發現匈牙利的女子美麗又性感因而定居下來，繼而繁衍後代。

後來太空船要返回火星時超重，不得不將一些人留下，這些人包括建議當時美國總統羅斯福（Franklin Roosevelt）發展原子彈的信函主要起草人西拉德、協助潤稿的泰勒（Edward Teller）和諾貝爾物理學獎得主維格納（Eugene Wigner），還有化學獎得主歐拉（George Olah）與波拉尼（John Polanyi）、經濟獎得主哈薩尼（John Harsanyi）；以及數學家艾迪胥（Paul Erds）、波利亞（George Pólya）、馮紐曼（John von Neumann）、哈爾默斯（Paul Halmos）、拉克斯（Peter Lax）等人。

這幾位科學界的火星遺民有許多共同點：他們都出生於匈牙利。

除了喜歡雲遊四海的艾迪胥外，他們後來都移居並任教於美國的大學；他們思考問題時都喜歡來回踱步；另有一個最不可思議的共同點——他們都是猶太人。

至於為何火星人特別鍾情猶太人？這可能又是另一個「費米問題」。

《奧本海默》的最大遺珠——馮紐曼

筆者本次開會的地點在羅蘭大學（Eötvös Loránd University），該校在過去不同時期曾名為布達佩斯大學（University of Budapest）、帕茲馬尼－彼得大學（Pázmány Péter Catholic University）。

該校培育出不少數學家與科學家，而馮紐曼是箇中翹楚。

馮紐曼出身於布達佩斯的富裕猶太家庭，父親是位對他有很深期待的銀行家，希望兒子能往化學工程發展，但馮紐曼卻對數學情有獨鍾。有許多關於他的數學傳奇事蹟，例如 6 歲能心算八位數除法，8 歲熟悉微積分，15 歲開始學高等微積分，19 歲已經發表兩篇數學論文。

最後馮紐曼不違父願也無逆己志，不僅在蘇黎世理工學院（Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, ETH）讀化工，同時也在帕茲馬尼－彼得大學研修數學博士。

有鑑於在 19 世紀末和 20 世紀初，德國數學家康托爾（Georg Cantor）的集合論導致某些推論會產生矛盾難題，即使在當時產生的矛盾並非集合論的核心，但在嚴格檢驗非核心的部分時，邏輯上還是會發現一些瑕疵，因此馮紐曼選定了與集合論基礎有關的內容深入研究。

他的博士論題目為〈一般集合論的公理化構造〉（Az általános halmazelmélet axiomatikus felépítése），並於 1926 年同時取得兩所大學的博士學位。

而後在洛克菲勒基金會（Rockefeller Foundation）的資助下，他前往德國哥廷根大學（University of Göttingen），師從德國數學家希爾伯特（David Hilbert）。

1933 年為逃避納粹對猶太人的迫害，馮紐曼應聘前往美國普林斯頓高等研究院（Institute for Advanced Study），在那裡開始專研計算機科學，同時也結識了奧本海默。

建議原子彈採用「內爆式」設計的馮紐曼

由於馮紐曼的博學與優異數學計算能力，奧本海默聘請他作為曼哈頓計畫的顧問，主要負責兩項任務：一是研究內爆透鏡的概念和設計，二是負責預估炸彈爆炸的規模、死亡人數，以及炸彈爆炸的離地距離以達到最大效果。

什麼是內爆透鏡？當時曼哈頓計畫考慮的核分裂方式有兩種，一種是「槍式核分裂」（gun-type fission）設計，另一種則是「內爆透鏡」（implosion lens）的設計。

槍式核分裂設計是仿造子彈的射擊方式，利用常規炸藥將一塊次臨界物質射向另一塊可裂變物質，使可裂變物質達到臨界質量（圖一）。

槍式核分裂使用鈾（uranium, U）作為裂變材料，二戰時投擲於日本廣島的「小男孩」（Little Boy）就是採用槍式設計。但由於當時鈾的存量並不足夠，因此必須發展另一種形式的原子彈，也就是內爆透鏡設計。

內爆透鏡設計以鈽（plutonium, Pu）作為裂變材料，在空心的球狀空間內放置鈽，並在球形鈽彈周圍放置炸藥。這些炸藥爆炸同時產生的強大內推壓力將會擠壓球形鈽彈，引發連鎖反應造成核爆（圖二）。

馮紐曼評估之後，認為「內爆式」設計優於「槍式」設計，且內爆型原子彈所需的裂變材料較少，又可以防止過早引爆以達成更為對稱與高效的爆炸，因此建議奧本海默改發展內爆式核彈，這就是二戰時被投放到日本長崎的原子彈——「胖子」（Fat Man）。馮紐曼在曼哈頓計畫中的角色如此關鍵卻被電影所忽略，確實令許多人不平。

馮紐曼從小嶄露他的優異天賦且記憶力驚人，除數學領域之外在諸多科學分支也有所涉獵且精通。他的聰慧早已獲得同儕的認同與讚譽，常被稱為數學界最後一位通才。有一個流傳甚廣的傳說是某次宴會中女主人問馮紐曼一個問題：

「兩列相距 200 英里的火車正在相向行駛，每輛火車的行駛速度均為每小時 50 英里。一隻蒼蠅從其中一列火車的前面出發，以每小時 75 英里的速度在火車之間來回飛行，直到火車相撞並將蒼蠅壓死為止。蒼蠅在這段期間總共飛行了多少距離？」

一般人解這一題可能是先算第一段時間蒼蠅飛行的距離，再算第二段時間蒼蠅飛行的距離，由於蒼蠅來回飛行無限多次，距離愈來愈短，可以用無窮等比級數求和的方法得出解，但這樣的計算相當繁複。有一個更快捷的技巧是直接算出兩輛火車將於兩小時後相撞，因此得知蒼蠅總共飛行 150 英里。

馮紐曼聽完問題不一會兒就答出 150 英里，女主人對於馮紐曼沒有陷入計算無窮等比級數的陷阱感到失望，但馮紐曼竟回答：「我是用求和的啊！」若此傳說當真，顯見他驚人的計算能力。

1963 年諾貝爾物理學獎得主維格納表示，他認識當代許多頂尖科學家，包含德國理論物理學家普朗克（Max Planck）、英國理論物理學家狄拉克（Paul Dirac）、西拉德、泰勒、愛因斯坦，但沒有一個人像馮紐曼般才思敏捷。曾有人問維格納為什麼匈牙利出現這麼多天才，維格納的回答是：「真正的天才只有馮紐曼一人。」

引發數學教育革命的波利亞

本文要介紹的第二位匈牙利數學家是波利亞。1912 年，他於布達佩斯大學取得數學博士學位後，便前往德國哥廷根大學從事博士後研究。他在哥廷根大學結識許多當代最傑出的數學家，例如希爾伯特和克萊因（Felix Klein），之後便到蘇黎世理工學院任教。相較於一般嚴謹木訥的數學家，波利亞相當擅長說故事，包含數學家的軼事和「說數學」的功力。

馮紐曼在蘇黎世理工學院修讀博士時，也曾上過波利亞的書報討論課。有次波利亞提到一個尚未解決的數學問題，他認為要證明這問題很困難，沒想到五分鐘之後馮紐曼舉手，然後在黑板上寫下證明，從此之後馮紐曼變成他最敬畏的學生。

另外，波利亞也曾談論有關希爾伯特的故事。在德國盛傳一個傳說，深受德國人敬愛的皇帝腓特烈一世（Friedrich I）沒有死亡、只是沉睡，等到德國需要他時他就會挺身而出。因此便有人問希爾伯特：「你若在死後 500 年復活，你會做什麼事？」希爾伯特說：「我會問是否有人證明了黎曼猜想（Riemann hypothesis）？」

黎曼猜想與質數分布具有密切的關係，是希爾伯特於 1900 年提出的 23 個最重要數學問題之一。有些數學家將證明黎曼猜想形容為「數學界的聖杯」，因此它的重要性可見一斑。2018 年 9 月 24 日，英國數學家阿蒂亞（Michael Francis Atiyah）宣稱他證明了黎曼猜想，此事件也曾轟動一時。

但阿蒂亞的證明還來不及得到同儕認證，便不幸於 2019 年 1 月 11 離世，截至目前為止數學界仍對阿蒂亞的證明有所質疑。所以如果希爾伯特現在真的死而復活，那他恐怕要失望了。

波利亞於 1945 年出版《怎樣解題》（How To Solve It）一書，展現他「說數學」的功力。他常強調數學有兩面，數學結果的呈現方式有如歐幾里得（Euclid）幾何學般的演繹論證形式，但數學知識發展過程卻更像是一門實驗歸納的科學。書中提倡以捷思法（heuristic）思考數學問題，例如高中時老師通常教學生如何證明 13＋23＋33＋43＋⋯＋n3＝，但卻很少說明究竟如何得到此公式。

波利亞則要學生先做探索觀察。例如從圖三可以發現前五個自然數的立方恰好都等於另一個自然數的平方，這樣的特殊性可以推廣為「前 n 個自然數的立方和等於某個自然數的平方嗎？」若可以推廣，某個自然數到底是哪個數？我們進一步觀察可以得到：1＝1, 3＝1＋2, 6＝1＋2＋3, 10＝1＋2＋3＋4, 15＝1＋2＋3＋4＋5，將這觀察和圖三結合就得到圖四中令人驚訝的結果。

這麼美麗的結果應該不會只是巧合，所以一個合理的臆測也因此誕生：「前n個自然數的立方和等於前n個自然數和的平方」，也就是 1³＋2³＋3³＋4³＋⋯＋n³＝（1＋2＋3＋4＋⋯＋n）²。由於 1＋2＋3＋4＋⋯＋n＝，所以得到 1³＋2³＋3³＋4³＋⋯＋n³＝這個「合理的」公式，接著就可以證明此結果的正確性。

由此我們看到捷思法可以展現一個數學公式形成的過程，如同在《奧本海默》電影中丹麥物理學家波耳（Niels Bohr）建議奧本海默改到哥廷根大學跟從玻恩（Max Born）學習理論物理。

波耳問奧本海默數學程度如何，並提醒他：「代數就像一本樂譜，重點不是你能否讀懂音樂，而是能否聽懂音樂。」（Algebra is like a sheet music. The important thing isn’t if you can read music; it’s if you can hear it.），波利亞的捷思法就是教我們如何聽懂音樂而不光是讀懂音樂。

在 1960 年代，美國由於憂慮太空競賽落後蘇聯，因而發起所謂「新數學」的中學數學課程改革，強調數學的抽象性，試圖讓學生早一點熟悉數學邏輯的演繹過程，但這種罔顧知識發展脈絡的改革註定以失敗告終。

1980 年代，波利亞強調歸納實驗思考過程的捷思法逐漸受到重視，掀起一波「數學問題解決」（mathematical problem-solving）的浪潮，而這股浪潮的影響也猶如核分裂的連鎖反應，持續至今。

• 〈本文選自《科學月刊》2023 年 11 月號〉
• 科學月刊／在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

1945 年 7 月 16 日美國時間早上五點三十分，在新墨西哥州的托立尼提沙漠內，人類史上第一顆核武器 The Gadget 引爆，爆炸溫度 7 千萬 K，三位一體核試驗宣告成功。這次爆炸不僅留下 80 公尺寬的核彈坑，徹底打開了潘朵拉之盒。

知名導演克里斯多福．諾蘭的電影「奧本海默」，用鏡頭為我們帶來奧本海默這位偉大科學家波瀾壯闊的一生，從他為人類取來核武器火種以威懾納粹，但意識到自己帶來的不是文明之光，而是毀滅之火。最後拒絕繼續參與氫彈的開發，卻捲入共產思想疑雲的政治風暴之中。

奧本海默的精彩故事，歡迎大家進電影院好好體會，但在進戲院之前，我們先來了解，這位原子彈之父，是怎麼做出原子彈的。為何曼哈頓計畫需要召集如此多的科學家，甚至招募多達 13 萬名員工來完成這項壯舉？預告片中出現的這個球體，是如何改變人類的歷史？

原子彈如何被製造？

1945 年 8 月 6 日與 8 月 9 日，兩枚原子彈小男孩與胖子分別在廣島與長崎的 550 公尺上空引爆，雖然終結了第二次世界大戰，但造成的直接與間接死傷，更震撼了全世界。

雖然兩顆笨重的原子彈重量超過 4 公噸，但真正的核燃料核心在原子彈小男孩中只占了 50 公斤，而且經過計算，實際參與反應的可能只有其中 1 公斤。另一個原子彈胖子的核心更小，只有 6.2 公斤，是個直徑約 10 公分的球體，實際參與反應的部分大約是 1.2 公斤。

根據愛因斯坦著名的質能等價公式 E=mc^2，我們可以計算出在反應中損失 1g 質量，會產生大約 90 兆焦耳的能量，相當於 2 萬噸 TNT 的能量。1g 質量換 2 萬噸 TNT，難怪不論哪個陣營都想盡快開發出這恐怖的炸彈。預告片裡面也提到，許多科學家都擔心「如果我們不現在加緊研發，被納粹先做出來了怎麼辦」，而推動了這足以毀滅人類的軍武競賽。

但是，就算有了質能等價公式，卻還是無法憑空造出原子彈。我們過去在討論核能的影片中提過，核反應要持續，需要靠連鎖反應。一個反應堆中，每吸收一個中子就會釋放一個中子，讓反應穩定進行下去，稱為臨界狀態，也是一般核能發電廠希望達到的狀態。如果吸收一個中子，卻釋放不到一個中子呢？，那就稱為次臨界。所有沒在反應的燃料棒都應該處於這個狀態。原子彈呢，當然是希望吸收一個中子，釋放出超過一個中子，讓反應快速連鎖下去，在極短時間釋放巨大能量。這個狀態稱為超臨界或是過臨界狀態。

這邊提個物理學家間的有趣討論，預告片中，由麥特戴蒙飾演的格羅夫斯少將問奧本海默，在 The Gadget 試爆的瞬間，世界有沒有可能就此毀滅，奧本海默回答「機率幾乎是零」。這件事其實是出自奧本海默與另一位物理學家康普頓的討論，他們想到，大氣中有許多氫氣、氦氣、氮氣等輕元素，核爆瞬間可能會因為高溫在大氣中引發核融合，甚至產生連鎖反應，連海水中的氫都發生爆炸，讓地球化為太陽，世界終結。奧本海默和其他科學家還實際嚴密計算，確認機率幾乎是零。

雖然核融合與核分裂的條件不相同，這個假設放在現在可能覺得太過誇張，但這也說明要讓核反應連續下去並不簡單。

在核分裂中，要達成超臨界狀態並不容易。在理想條件下，鈾 235 每吸收一顆熱中子，會產出 2.06 個中子，吸收快中子則會產出 2.5 個中子。另一個原子彈核燃料鈽 239，則在吸收熱中子和快中子兩種不同能量的中子後，分別產出 2.1 和 3 個中子。然而實際上，中子往四面八方移動，並不是所有的中子都會被原子核捕獲。加上未濃縮的燃料中含有大量其他元素，例如鈾 238，導致燃料堆很難進入超臨界狀態，大幅降低炸彈的效果。等等，既然如此，曼哈頓計畫是怎麼克服這件事的呢？

如何讓原子彈進入超臨界狀態？

1942 年 12 月 2 日，人類史上第一個核反應堆－芝加哥 1 號堆 CP-1，在物理學家費米的主持下，初次達到臨界狀態，曼哈頓計畫成功踏出第一步，人類正式進入原子能時代。預告中一閃而過的這個結構，就是 CP-1，由 4 萬多個作為中子減速劑的石墨塊組成，裡面塞著一顆顆的鈾塊。

很難想像的是，在當時，控制臨界狀態的控制棒竟然是讓人用手抓著的，反應堆的位置還在芝加哥大學的足球場底下 (Stagg Field)。

在這之後，曼哈頓計畫進入下一個階段，洛斯阿拉莫斯國家實驗室 LANL（也就是電影預告中的小鎮）成立，奧本海默擔任首任主任，並聚集了當時幾乎所有能找到的物理、化學、工程學專家。

為了讓原子彈能順利進入超臨界狀態，科學家的第一步，就是要濃縮鈾。將天然鈾礦中佔 0.7% 的鈾 235，濃縮到將近 100%。這不簡單，首先，鈾的沸點是攝氏 4000 度，因此要先與氟反應成沸點只有攝氏 57 度的六氟化鈾，接著利用兩者質量的些微差異，使用氣體擴散法或是離心法分離。

以氣體擴散法為例，氣體通過過濾材料的能力，正比於分子量的平方根，然而六氟化鈾 235 和六氟化鈾 238 的分子量分別是 349 和 352，只差了 0.85%。實際上兩者穿越過濾膜的能力大約是 1 比上 1.003，也就是經過一次濃縮，濃度會從 0.7%，變成 0.7021%，經過 100 次濃縮，濃度才會從 0.7% 變成 0.945%，要濃縮到接近 100%，非常耗時又耗力！雖然後來還有發展熱擴散法、透過雷射游離後分離的方法，或是結合質譜儀與迴旋加速器磁鐵的電磁分離法，但不論哪個，不是技術要求極高，就是需要重複多次，有些方法還會有臨界事故的風險，選項其實也不多。

但積沙成塔，聚少成多，只要肯花時間與人力，遲早都能得到濃縮鈾。有了寶貴的濃縮鈾，和來自中子照射鈾 238 產生的鈽 239，終於，原子彈可以登場了。

原子彈如何運作的？

原子彈是如何運作的呢？我們先從「小男孩」開始說起。

原子彈小男孩採用的是槍式結構，裡面有四個重要構造：核心、起爆劑、反射體、和起動物。在炸彈尚未引爆時，含有高濃度鈾的核心會先被分為左右兩塊。爆炸時再透過起爆劑讓兩塊核心撞在一起，進入超臨界狀態。

為什麼兩塊併為一塊就會進入超臨界？這是因為在連鎖反應時，中子會不斷從核心的表面逃脫，變成無效的中子，減緩連鎖反應。對於核心這種球體來說，表面積與體積的比值，會與直徑成反比。也就是當球體越大，表面逃逸的中子對於整體的影響就越小，內部就能有更強的連鎖反應，直到臨界狀態。此時核心的質量，就稱為臨界質量。

在小男孩中，被拆成兩半的核心各自都未達到臨界質量，直到兩塊撞在一起，才進入臨界甚至超臨界狀態。這時，旁邊以鈾為材料的反射體，則負責將溢出的中子反射回核心，進一步觸發更強烈的連鎖反應。

最後，為了讓反應在核心撞在一起的瞬間，就以最激烈的方式進行，核心通常會設有「起動物」，由鈹－9 和釙－210 組成。釙 210 會因為自然衰變，不斷產生 α 射線，鈹則會在吸收 α 射線後產生中子，作為整個連鎖反應的開頭。在原子彈爆炸前，鈹和釙會跟著分成兩半的核心分別放在兩側，隨著核心碰撞的瞬間產生反應，釋出大量中子。

但槍式構造的反應方式效率十分低下，原子彈小男孩中實際參與反應的燃料，根據事後計算，大約只有五十分之一。而且，槍式結構也無法使用連鎖反應更強的鈽作為燃料。

因此，電影中球型的內爆式原子彈就登場了。

什麼是內爆式原子彈？

胖子原子彈的燃料使用率大約是 1/5，是小男孩的十倍，這是因為它採用了內爆式結構。

回頭說一下，小男孩的槍式結構雖然效率不高，但結構簡單不易出錯，因此甚至沒有測試過就被投入實戰。

而內爆式的胖子因為容錯率低，因此前面才有三位一體試驗中原子彈 The Gadget 的試爆。

內爆式結構複雜在哪呢？在內爆式結構中，最內層一樣是用金屬層隔開的起動物鈹－9 和釙－210，外面是由鈾和鈽組成的混合氧化物核燃料 MOX，更外圈是用來反射中子的反射體。在反射體外面，占整顆炸彈體積最大的，是一般的炸藥。作用是在起爆時，將核心用力往內擠壓，將核心推向超臨界狀態，讓起動物的金屬隔層破裂，誘發中子釋放。在原子彈誘爆初期，因為外頭炸藥的擠壓，中子會在反射層內快速反彈，大大增加燃料的使用率。

在預告畫面中的球體，就是標準的內爆式原子彈。在結構正中央的圓形物體，其實是反射層，核心和起爆物都被包裹起來，在看不見的更裡頭。而外面一塊塊的多邊形結構，其實都是炸藥，負責擠壓核心，但如何在內爆時讓核心維持完美球形，不會因為壓力不均而從某側破裂，卻是一項巨大挑戰。

為了確保達到預期效果，原子彈中含有爆炸速度快與慢的兩種炸藥，透過時間差，讓反射層在壓縮核心時能維持對稱的圓形。為了解決這個艱鉅的挑戰，數學家約翰．馮紐曼發展了 ZND 模型，用來計算火藥與震波的模型，成功計算出快、慢火藥的比例與配置。沒錯，就是那位提出電腦馮紐曼架構的那位馮紐曼。

更進一步，為了達到計算的效果，32 塊炸藥需要在千萬分之一秒內同時引爆，然而當時的雷管引爆誤差可能有 1/10 秒以上。這時，另一位物理學家阿爾瓦雷茨出馬了，他開發出 EBW 式雷管，解決了問題。這種雷管允許大電流通過，但同時也需要總重量一公噸的電池和電容器才能運作。預告片這句「起爆器已充電」指的應該就是這些電池與電容。

至此，濃縮燃料、內爆式結構和啟爆裝置都就緒了，接下來的故事大家都知道了。1945 年 7 月 16 日早上五點三十分，刺眼的火球照亮整個沙漠（聽說只有費曼裸眼看了這場人類核彈首爆秀），人類在核武器的發展上已經無法停下腳步。

導演克里斯多福．諾蘭的最新大作《奧本海默》，改編自這本獲得普林斯頓獎的傳記「American prometheus The Triumph and Tragedy of J. Robert Oppenheimer 」，《奧本海默的真相與悲劇》，並冠上副標 American prometheus 美國普羅米修斯，象徵為人類取來原子之火。

三位一體核試驗成功的 20 年後，奧本海默回憶到：「我們知道世界自此就不再一樣了。有的人笑，有的人哭，但大部分人沉默無言。我想起了印度教古典《薄伽梵譚》中，毗濕奴對阿周那王子所說：『我現在成了死神，世界的毀滅者。』我想，我們大家都多多少少是這樣想的。」

兩顆原子彈在日本被投下的隔年，奧本海默拒絕參與第四次核試驗，也拒絕杜魯門總統邀請的氫彈計畫。從此，這位原子彈之父人生出現重大轉變。小勞勃道尼飾演的原子能委員會主席，路易斯．史特勞斯，也將為奧本海默的人生帶來許多風雨。

電影原作書籍的兩位作者 Kai Bird 和 Martin J. Sherwin，雖然不是奧本海默的好友，但兩位都是歷史學家，也是政治、核武和冷戰的研究專家。書中從奧本海默小時候的成長與求學開始、講到他參與曼哈頓計畫與擔任洛斯阿拉莫斯國家實驗室主任、成為原子彈之父、受到政治迫害，最後獲得平反，鉅細靡遺地介紹了他的一生與心境變化。整本書花了 25 年完成，蒐集了成千上萬份收藏於美國國會圖書館，來自奧本海默的文件、以及 FBI 超過 25 年累積了數千頁的監控紀錄、還採訪了將近一百位熟悉奧本海默的密友、親戚與同事。光是聽以上的說明，就已經能想像其豐富又崎嶇的生活歷程了。

關於這些科學家之間的互動與理念的碰撞，我們就等著進電影院，看諾蘭大師如何透過鏡頭，介紹這段人類的重要歷史吧！

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1945年，美國分別在日本的廣島和長崎投下原子彈，造成約二十萬人死亡，也終結了第二次世界大戰。當時的臺灣，尚在日本統治之下，自然地，原子彈爆炸（原爆）的犧牲者中，也有在日本本土生活的臺灣人。然而，原子彈對臺灣的影響，並不僅止於此，也不只是促成臺灣統治權的更替而已。在那之後，原子彈的巨大威力，和對人類文明的衝擊，以多樣的形式留存於臺灣社會；直到現在，我們還是可以看見其痕跡。

其一：跨越七十多年的遺物

國立臺灣歷史博物館的收藏品，就記述著因原爆喪生的臺灣人歷史。

1921年生的新竹人蘇百齡，從新竹州立新竹中學校（今國立新竹高級中學）畢業後，前往日本就讀長崎醫科大學附屬藥學專門部，並於1942年繼續就讀長崎醫科大學。

1945年，原本打算隔年學成回臺的蘇百齡，卻在即將畢業前夕，因為長崎原爆而身亡；一位原本大有可為的醫生，生命就這麼永遠停留於24歲。

當然，蘇百齡不是唯一因原爆犧牲的臺灣人，但要感謝其家族後人細心保存遺物，並將之捐贈，我們才得以一窺當時罹難者的部分生活面貌。

而在喪失性命的人之外，也有一些臺灣人不但親身經歷原爆，還能對後世講述親眼所見，如出生於高雄美濃的陳新賜醫師（1914～2016），和出身嘉義的王文其醫師（1918～2015）。當時二人均在距離原爆中心僅700公尺的長崎醫科大學附屬醫院服務，雖然也在爆炸中受傷，但奇蹟似地存活下來。這段故事，由李展平撰寫成《長崎原爆：台灣醫生陳新賜．王文其歷險記》，於2012年出版。

曾經參選1996年中華民國總統選舉的彭明敏（1923～2022），在長崎原爆當下也正於長崎的長兄家療養：其不久前才因為搭乘的船隻受美軍轟炸，被送往長崎醫科大學附屬醫院治療，並接受截肢手術；陳新賜醫師即為手術醫師之一。

在彭明敏所著《自由的滋味》裡，是這麼描述長崎原爆：

我在室內看報紙，聽到頭頂飛機嗡嗡之聲。突然間，有炫目的亮光，好像房裡按下巨大的鎂光燈。差不多同時，有金屬性的巨響，彷彿整個地球被一把巨大的鎚子擊中了。房子劇烈地搖動。……有些水泥建築物仍屹立著，但是，裡面所有木料和其他易燃物都在頃刻間化為烏有。

據說在學校教室內，從整齊排列的白灰燼所在可以看出在死亡瞬間正坐在書桌旁的每一個學生。熱度竟有那樣強烈。大部分的醫科學生都罹難，其中包括四位曾經慷慨輸血給我的台灣留學生。他們有用的生命被消滅，我卻仍活著，這真是悲劇的命運。

……不久這座死亡的城市散發出令人不能忍受的臭氣。善後工作，對於當事人是一種異常的考驗。……幾天之內，又有新的恐怖發生。許多生存者忽然開始由口鼻出血，毛髮脫落，不久便死亡了。

無論如何，雖然原爆說不上是臺灣人的集體經歷，但確實為日治時期的部分臺灣家族或個人，帶來難以抹滅的深刻記憶。

其二：臺灣的原子彈部署

臺灣這塊土地跟原子彈的連結並未因第二次世界大戰的結束而終止。戰後，臺灣統治權被移交給中華民國政府，其於1949年又因為內戰失利撤退到臺灣。自此，中華民國政權和中華人民共和國政權分別位於臺灣海峽兩岸，處於敵對緊張關係。

1958年8月23日，中國人民解放軍開始隔海砲擊金門，引發第二次臺灣海峽危機，史稱八二三砲戰。在短短約一個半月的時間內，金門遭受了數十萬發的砲彈打擊。而中華人民共和國對金門的砲擊行動，斷斷續續了21年，直到1979年中華人民共和國和美國建交為止。

在這樣嚴峻的大環境下，當時仍協防臺灣的美國軍方，從1958年到1962年，於臺南機場部署了配備核彈頭的屠牛士（Matador）地對地巡弋飛彈。此外，從1960年1月到1974年7月，亦於臺南機場布置了可搭載在戰鬥機上的戰術型核彈。

根據美國於2008年解密的文件，當金門砲戰最慘烈的時候，美國軍方曾考慮在廈門投擲原子彈，以阻止中國人民解放軍的攻勢。雖然這件事沒有成真，但無論如何，在臺灣的核彈部署，讓臺灣和關島、南韓、日本沖繩並列，成為當時西太平洋的核武基地。

其三：中華民國的原子彈研發計畫

鑑於原子彈的超凡威力，不少國家均力圖發展相關技術。暨美國之後，蘇聯於1949年首度成功試爆原子彈，英國和法國也相繼研發成功。中華人民共和國同樣是野心勃勃，並於1964年在新疆測試了第一顆原子彈。毛澤東曾表示：「不但要有更多的飛機和大炮，而且還要有原子彈。在今天的世界上，我們要不受人家欺負，就不能沒有這個東西。」

至於臺灣的中華民國政府， 自然也明白核武的重要性。1963年，當時的蔣介石總統，和以色列核武計畫之父伯格曼（Ernst David Bergmann）私下會面，表達研發核武的決心。在伯格曼的支持與建議下，1968年「新竹計畫」啟動，以清華大學為中心，重點工作項目在培養人才，並建立研發原子彈所需的相關硬體設施。只不過，包括當時國家科學委員會主委吳大猷，以及曾參與美國曼哈頓計畫的女性核物理學家吳健雄，都對臺灣發展核武表達反對意見。在各方壓力之下，蔣介石最後不得不將新竹計畫束之高閣。

然而，臺灣的核武研發並未因此中止。蔣介石政府在吸取新竹計畫的教訓之後，規劃了以和平研究用途做包裝的「桃園計畫」。1969年，中山科學研究院正式成立，原子能委員會則與加拿大簽約，在桃園龍潭的中科院核能研究所興建重水式核子反應爐，稱為台灣研究用反應器（Taiwan Research Reactor，簡稱TRR）。

在鈾元素中，約有99.264%都是屬於鈾-238，而核能發電常用到的鈾-235只佔了0.72%。提煉出來的鈾元素，必須先經過處理，將鈾-235的濃度提升到3%～5%，才能在商業核能發電使用。如果要製造原子彈，則必須將鈾-235的濃度提高到90%以上。因為事涉敏感，鈾濃縮相關技術與活動都受到監管，非核武國家若要靠自行研發，獲得武器級的高濃縮鈾相當不容易。

基於上述原因，製造核武的替代方案，是利用以低濃縮鈾當燃料的重水反應爐；在其中，鈾-238會吸收鈾-235分裂後產出的中子，成為鈾-239，然後再衰變成鈽-239，而鈽-239也能拿來製作原子彈。這樣的方式，在技術門檻和成本上，比製造高濃縮鈾要低得多。

在1975年蔣介石去世後，桃園計畫雖仍持續進行，但此時美國抱持聯中制俄戰略，已與中華人民共和國洽談建交多年，以中華民國制衡中華人民共和國的想法也慢慢轉變，反對臺灣發展核武的態度益發明顯。在美國壓力下，臺灣的原子彈研發計畫在繼任的蔣經國總統支持下，轉以更機密的方式運作。

到了1988年，臺灣的核武計畫已經接近成功邊緣，預估再要不了多久即可製造出原子彈。只不過，時任中科院核能研究所副所長的張憲義早已被中情局吸收，臺灣的核武發展進度一切都在美國掌握之中。1月9日，張憲義使用假護照投奔美國，對整個計畫帶來毀滅性打擊，而生命已到末期的蔣經國，也在數天後去世。沒過幾天，美國和國際原子能總署的官員，直接帶領水泥攪拌車進入中科院，將重水式核子反應爐封存，再用水泥灌入重要設施和實驗室，以確保臺灣再也無法重啟爐灶。另一方面，新上任的李登輝總統也不支持相關研究。臺灣的核武研發，戛然而止。

至於張憲義，儘管一度被通緝，但至2000年已期滿撤銷。他的行為，究竟是讓臺灣少了重要的戰略武器，還是避免了潛在的核戰呢？是功是過，只能留給後人評價。

其四：桃園的輻射外洩事件

在台灣的核武研究中斷後，核能研究所內放置的核燃料棒也被要求運回美國。然而，燃料棒護套因年久劣化，導致水氣進入並與燃料棒作用，產生氫氣。於是，從 1988 年到 1991 年間，當所內人員嘗試把燃料棒從乾式貯存槽取出時，曾多次引起氫氣爆炸，最後一次更發生火災。

遺憾的是，事件發生當下，並沒有什麼人多加留意輻射外洩的可能。要等到 1992 年，核研所從事例行偵測時，才發現事態嚴重，不但核研所排水口附近的泥土，放射性強度大幅超標，下游的土地也受到污染。這起事件是在 6 月 25 日提報原能會，所以被定名為「核研所六二五輻射汙染事件」。

因為氫氣爆炸而污染了乾式貯存場的放射性物質，據推測，很可能就是在工作人員沖水清理以及滅火的過程中，隨著水流進入集水池，再經由排水口被釋放到環境之中，也就是鄰近的大漢溪和下游的國有地。

事後，國有財產局將2.3公頃的污染區用圍籬圍住，依原能會規定將土地挖除2公尺，再覆蓋新土。在1997年清理完畢後，當地輻射已恢復到正常範圍。而挖除的一萬四千立方公尺污染土壤，則跟一萬多桶低階核廢料，和破損的數十支高階核廢料等等，一同放置於核研所。

這起臺灣有史以來最嚴重的輻射外洩事件，至今已30年，造成了多大影響難以切實評估，卻是臺灣與原子彈的連結中，無法迴避的一段過往，也是對妥善管理核廢料的安全性提醒。

其五：原子與我們同在

原子彈不只威力驚人，其對社會文化的衝擊亦不在話下。因為原子彈在第二次世界大戰中的運用，許多人才首度聽到「原子」這個詞彙。一時之間，原子一詞蔚為風尚，成了時髦的代表、新科技的代稱；許多新發明、新事物，便這麼被冠上「原子」二字，類似現代一堆有著「量子」稱號，但其實跟量子力學沾不上邊的商品。

出生於台北艋舺的著名女畫家謝招治（1929～2014），創作過一幅名為《原子燙》的畫作。她曾表示：

「以前婦女燙頭髮是用電來燙，後來臺灣光復後才用化學藥劑來燙頭髮，大家也不知道該叫什麼燙，就叫它原子燙吧！『原子』這兩個字是由日本廣島遭美國的原子彈轟炸後第一次聽到的新名詞，在當時是很時髦的形容詞，還有現在的絲襪以前也叫原子襪呢。」

而謝招治對自己的另一幅作品《補襪》，是這麼解說的：

「玻璃絲襪在光復後才出現，是大家之前都沒見過的新玩意兒，當時常常把沒看過的東西全都加一個「原子」來叫它，所以就叫它『原子絲襪』了。這一種襪子是由船員走私進口，或有親友從國外偷偷帶回來才有的。

我的姑姑出國二十幾年，第一次由日本回臺探親的時候，雙腳套了十幾雙玻璃絲襪，回來送給親友的，我看她一雙雙的脫下來送給我們的時候，覺得很感動，又好笑。在市面上原子襪有人賣，但是價錢很貴，它是新的產品，品質很差，大家穿破了捨不得丟，就拿去給補絲襪的補一補再拿來穿的。」

除了原子燙、原子襪這兩個現在已不怎麼使用的名詞之外，我們常會用到的「原子筆」，其名稱來由的說法之一，就是廠商把原子筆引進香港時，因為尚無中文名稱，故使用「原子」這樣有高科技意象的名詞稱之。雖然原子筆跟原子彈並沒有任何關係，但無論如何，「原子筆」從此成為臺灣人廣泛運用的詞彙，流傳至今。

總結

自1945年原子彈出現在戰場之後，其巨大的威力撼動了全世界，也震懾了人心。從此，原子彈就跟全球政經局勢和個別國家的發展野心脫離不了關係。儘管當年轟炸日本的原子彈和台灣這塊土地並沒有直接關連，但其影響力仍以各樣的方式，留存在臺灣、或臺灣人的歷史和文化裡。不論我們如何看待它，正面或負面，這些連結與時代的記憶都將不會消逝。

參考資料：

• 一束斷髮、幾封書信、一紙「因空襲而死亡」的證明：1945 年，在長崎原爆中喪生的臺灣青年
• 長崎原爆後，一封發往新竹的電報與一位25歲的臺灣醫學生
• 彭明敏（2017），《自由的滋味》，玉山社。
• Hans M. Kristensen (2008), Nukes in the Taiwan Crisis.
• 台灣研究用反應器爐體除役之規劃研究
• Plutonium-239 – Wikipedia
• 王丰（2015），《刺殺蔣介石: 美國與蔣政權鬥爭史》，時報出版。
• 原來臺灣也曾發展過核彈：一段不為人知的歷史
• 核廢料放在桃園 核研所認了6次氫爆
• 潛伏國防部二十年的臥底
• 台灣具擁核武潛力？　揭密「核彈國造」歷史
• 【核武特工張憲義】叛逃科學家的愛國者遊戲
• 官方查無真相 輻射污染事件成謎
• 《核彈MIT》被遺忘的TRR
• 台灣核武「終結者」：一段不為人知的故事
• 諾貝爾和平獎與龍潭核廢料