美国始终想不明白,没有出国深造过的于敏,凭什么造出震撼全球的于敏构型

分享至

参考来源:《于敏:最“沉默”的科学家,用一生铸就“大国重器”》,《于敏:愿将一生献宏谋》,《为氢弹研制隐姓埋名28载的于敏,生前婉拒“氢弹之父”称谓》,《历史上的今天:我国第一颗氢弹试验成功》,《改革先锋于敏去世 曾“隐身”长达三十年之久》,《2014年度国家最高科学技术奖获奖人》等
部分章节仅代表笔者个人观点,请理性阅读

1967年6月17日上午8时20分,新疆罗布泊上空腾起一团极强的火球。

弹体在距地面约2900米的高度起爆,火球翻卷成蘑菇云,爆炸点以北250公里处仍能看到,烟云升离地面约10公里。

当日,新华社向全世界宣告:中国的第一颗氢弹在中国西部地区上空爆炸成功,威力为330万吨TNT当量。

这一声巨响,使中国成为继美国、苏联、英国之后第四个掌握氢弹技术的国家。

从1964年10月16日第一颗原子弹爆炸,到这一天,中国用了2年8个月;同一段路程,美国用了7年3个月,苏联约6年3个月,英国4年7个月,法国8年6个月。

主持这套理论方案设计的核心人物,是1926年出生的理论物理学家于敏。

1967年他41岁,没有留过学,没有进过任何一所外国实验室,也没有接受过国外导师的当面指点。

三十多年后,公开报道把中国氢弹的构型称为“于敏构型”,与美国的“泰勒—乌拉姆构型”并列。

外界最难解释的一点正在这里:技术被封锁,资料拿不到,全国只有一台每秒五万次的晶体管计算机,氢弹研究每周只能分到十几个小时的上机时间。

在这样的条件下,一条完全自主的技术路径却走通了。



【一】芦台镇的孩子,未名湖的学号

1926年8月16日,于敏出生在河北省宁河县芦台镇,这个地方今天属于天津市宁河区。

父亲是天津的一名小职员,母亲出身普通人家。

他七岁在芦台镇上小学,随后到天津读中学,1941年进入木斋中学读高中。

木斋中学有一次临时摸底考试,绝大多数同学不及格,他不仅考得好,还显示出很强的推理能力;

老师刘行宜觉得这样的学生不能耽误,推荐他转学到耀华中学读高三。

耀华中学的两位老师,后来被于敏反复提及。

语文老师王守惠讲古文,讲一篇作品必先把时代背景、文学渊源、诗人生平铺开,再落到字句;

数学老师赵伯炎讲一道题,要把几种解法的来路逐一拆开,要求学生不仅知其然,还要知其所以然。

于敏后来处理问题的习惯——把具体问题放进一个大框架里看清位置,再一层层拆到最里面——与这一年的训练直接相关。

1944年,他考入北京大学工学院电机系。

工科强调动手,他偏偏是心灵手不巧的那一类,读了两年,转入理学院物理系,专业方向定为理论物理。

在物理系,他的学号1234013常年排在成绩榜第一,同学和老师给他的评价是“北大多年未见过的好学生”。

1949年,他以物理系第一名、总成绩88.46分毕业,是新中国成立后的第一批大学毕业生,随后考取北京大学理学院研究生,做量子场论研究,先后师从张宗燧、胡宁,完成第一篇论文《核子非正常磁矩》。

张宗燧后来提到他,说教了一辈子书,没见过这么好的学生。

1951年研究生毕业后,经钱三强、彭桓武延揽,他进入中国科学院近代物理研究所,从事原子核理论研究,被分在彭桓武领导的原子核理论研究组。

同组共八人,包括彭桓武、朱洪元、邓稼先、黄祖洽、金星南、程开甲。

当时国内在这一领域几乎一片空白,他从零起步,很快站到了国际前沿:在《物理学报》发表二十多篇论文,与同事共同提出原子核相干结构模型,又与杨立铭编著了中国第一部原子核理论专著《原子核理论讲义》。

上世纪五十年代,日本物理学家朝永振一郎率团访华,交谈中问于敏毕业于国外哪所大学,于敏回答的是北京大学。

朝永振一郎回国后撰文,称他为中国的“国产土专家一号”。

1962年,丹麦物理学家玻尔访问北京,与于敏讨论学术问题,称赞他是出类拔萃的人,并邀请他去哥本哈根工作,于敏婉谢。

同一时期从事核武器研制的同行,大多有海外经历:王淦昌留学德国,邓稼先、朱光亚留学美国,郭永怀留学加拿大和美国,彭桓武、程开甲留学英国。

于敏没有踏出过国门一步。

他对这件事并不隐讳,说过如果生在后来,重新上大学,当然会去留学;但他同时认为,留学之后要回来给国家做事,而且不要等到老了才回来。



【二】1961年1月12日,办公室里的一项任务

1960年12月,国家作出部署:核武器研究院集中力量攻关原子弹,原子能研究所先行一步,对氢弹做理论探索。

1961年1月12日,于敏被叫到钱三强的办公室。

钱三强告诉他,经所里研究、报请上级批准,决定由他作为副组长,领导“轻核理论组”,参加氢弹理论的预先研究工作。

这项安排的分量,当时并不体现在任何头衔上。

氢弹理论涉及理论物理、原子物理、核物理、中子物理、辐射输运、辐射流体力学、等离子体物理等多个学科;所有掌握氢弹技术的国家都对此严格保密,没有任何现成资料可查。

当时主导核技术的一方甚至公开表示,不能让中国搞出氢弹。

接下任务,等于放下手里正要出成果的基础研究,也等于把自己的名字从公开的学术舞台上撤下来。

于敏没有推辞。

他后来对这一转折的说明只有一句:“这次改变决定了我的一生。”

他把动力归到更早的记忆上:少年时代经历过国土沦丧的日子,也亲历过五十年代核大国几次以核武器相威胁的处境。

他提到过一个具体例子——朝鲜战争期间,美军统帅曾建议对中国使用核武器,那种威胁不是报纸上的说法。

从1961年到1965年初,轻核理论组对氢弹原理和结构作了初步探索,解决了一系列热核材料燃烧的应用问题,形成六十多篇论文。

这些论文一篇也没有公开发表,全部作为秘密文件保存。

研究的路子不是先有理论再有计算,而是两头同时推进:一头是把热核燃烧的物理条件弄清楚,一头是用数值计算验证哪些设想在现实材料条件下站得住。

那几年的计算条件,今天很难想象。

全所依赖的是一台晶体管计算机,原子弹和氢弹的研究都要排队,分给氢弹研究的上机时间每周只有十几个小时,大多安排在深夜。

其余时间靠算盘、计算尺和成捆的演算纸。

于敏后来回忆这段日子,说比起美苏,我们是穷人,穷人就要有穷办法,动用最古老的工具——算盘跟计算尺,实在不得已的复杂问题,再交给计算机。

数以万计的纸上演算,换来的是原理、材料、构型三个层面上一批基础问题的答案。

1964年10月16日,中国第一颗原子弹爆炸成功。

1965年1月,于敏率轻核理论组携带全部资料和成果,调入二机部第九研究院;同年7月,任核武器研究院理论部副主任。

原子弹的突破解决了有没有的问题,氢弹要走的路,才刚刚开始。

从物理上讲,原子弹和氢弹不是同一类问题。

原子弹依靠裂变链式反应释放能量;氢弹要靠原子弹爆炸产生的极端条件,把轻核材料的聚变反应点燃并且维持住。

前者要解决的是链式反应如何持续,后者要解决的是在极短时间、极高温度与极高压力下让热核材料自持燃烧。

原子弹成功,只说明扳机有了,后面的燃烧问题仍然要从零算起。

轻核理论组的资料按密级分开保管,讨论限定在固定范围。

于敏的工作方式是把大问题切成可以计算的小问题,再分给不同的人分头推,最后由他把各段结果拼回一个完整的物理图像。



【三】上海的一百天

1965年9月底,赶在国庆节前夕,于敏带着队伍到了上海,借用华东计算技术研究所的J501计算机。

这台机器运算速度每秒五万次,是当时国内最快的计算机;

因为过节,机器空出了一段时间,正好被这支队伍整段包下来。

队伍住进计算所,白天排班,夜里也排班。

机器不停,人轮换,纸带一叠一叠往外吐。

任务有两项:把加强型原子弹的优化设计算完,同时验证氢弹原理的设想能不能在数值上站住。

前一项是当时的硬任务,后一项才是这支队伍真正想抓住的东西。

计算铺开之后,出现了一个绕不过去的障碍:某一组计算结果始终不合理,反复调整参数也解释不通。

于敏到机房里和年轻人一起守着纸带。

他从浩如烟海的数据里注意到,某一个物理量从某个时刻起的变化不正常;

顺着这条线索检查计算程序,把范围一点点缩小,最后定位到计算机上的一个加法计算元件坏了。

元件更换之后,结果恢复正常。

杜祥琬后来回忆这件事,说大家算题时发现结果不合理,又不知毛病出在哪里,于先生便到机房来跟大家一道分析,最后发现是机器上一个小元件出了问题。

在上海的近百个日夜,于敏把氢弹从初级到能量传输再到次级的一整条链条走了一遍,形成了一套从原理到构型基本完整的理论方案。

方案不是一次成型的,中间反复推翻:哪些参数必须重算,哪一段能量传输的路径不成立,哪一种构型在现有材料条件下做不出来,都靠一轮一轮计算去排除。

白天讨论,夜里算,第二天推翻昨天的结论,是那三个月的常态。

这一百天里没有出现任何戏剧性的时刻,只有排班表、纸带、算稿和不断被划掉的数字。

真正的转折发生在这段日子结束之后——方案已经成形,但还没有人知道它在真实条件下能不能成立。

那时的计算流程今天看来相当笨重:程序先写在纸上,再穿孔成纸带,输入机器,机器跑上一夜,第二天把打印结果和纸带一起搬回宿舍核对。

一个循环下来,少则一天,多则数天。

队伍按物理环节拆题,谁的环节出了问题,谁就守在机器旁边等下一轮结果。

机器整夜运转,机房里只留值班的人和成摞的纸带,第二天早上再换一批人接着算。

华东计算技术研究所的同志负责机器维护和程序保障,九院来的人负责物理判断,两边在同一间机房里对接。

计算一旦跑通,紧接着就是换参数、换初值、换材料状态,把同一个问题在尽可能多的条件下算一遍,看结论是否稳定。

到1965年年底,上海的这段工作告一段落,队伍带着成箱的计算结果返回北京。

物理方案已经有了骨架,剩下的是把它整理成能上报、能评审、能拿去试验的文本。



【四】1965年10月的报告

1965年10月下旬,于敏为上海的研究人员作了“氢弹原理设想”系列学术报告,提出两级氢弹的原理和构形设想,并在计算机上进行了数值模拟计算。

报告不是一次讲完,而是分成若干讲,把原理、材料、构型三个层次逐层展开,每一层都落到具体的计算结果上。

报告之后,方案进入逐级评审。

理论部组织人手把每一个环节重新核算,凡是算不出来或者算出来不稳定的地方,一律退回重做。

评审不看结论漂不漂亮,只看它在物理上站不站得住。

方案整理成文后送往北京。

邓稼先第二天就飞到上海,听完汇报,请参与工作的同志们吃了一顿螃蟹。

那顿饭在当时被当作一次庆祝:从1961年1月算起,这条路已经走了四年多;从1965年9月进机房算起,队伍已经连轴转了三个月。

庆祝只持续了一个晚上。

原理方案在纸上成立,不等于在现实里成立。

氢弹原理必须经过核试验检验,而核试验不是一次计算,是把整套设计放到戈壁滩上,用一次无法重来的爆炸去回答。

留给这套方案的机会只有一次,参数错了没有第二次,构型错了也没有第二次。

接下来的一年多,工作重心转入试验准备。

于敏多次往返北京与西北试验场,把理论方案和试验方案对齐:装置怎么装、测点怎么布、数据怎么取,理论方要事先给出预期值,试验方据此安排测试。

任何一处对不上,起爆之后拿到的就只是一堆无法解释的数字。

1966年底,试验场进入最后阶段。

戈壁滩上的帆布帐篷里铺着木板地铺,于敏和同事们坐在地铺上,反复测算各项关键参数,一组一组核对,把可能在现场出问题的环节提前挑出来。

测试项目怎么布,测点摆在哪里,哪些数据必须在起爆后几分钟内报回来,都要在起爆之前定死。

1966年12月28日,试验窗口定在这一天。

从1965年10月的那份报告,到这一次起爆,中间隔着十几个月;这十几个月里所有的计算、争论、推翻与重建,都压在这一次起爆上。

那一天戈壁滩上的风照常刮着,测试队在预定距离上架好了仪器。

报数还没有传回来……

付费解锁全篇
购买本篇
《购买须知》  支付遇到问题 提交反馈
相关推荐
无障碍浏览 进入关怀版