傳說由於把鈾235的臨界品質估算錯了，海森伯覺得美國的原子彈是不可能作為實戰武器來使用的。本文介紹用一種簡單清晰的物理影像來進行估算。
撰文 | 吳從軍 (西湖大學物理系 新基石科學實驗室)
來源 | 選自【物理】2024年第6期
海森伯是德國著名物理學家，以開創了量子力學的第一種現代意義上的表述形式——矩陣力學，以及發現了測不準原理聞名於世。然而，他的人生也有一些有爭議的地方。例如，他曾經主持過納粹德國的核計劃。下面是一個關於他的傳說。
在1945年德國戰敗後，海森伯和哈恩等人被美軍俘虜，一起被軟禁在英國的一個莊園裏。哈恩是1938年發現原子核分裂的核物理學家。1945年8月，在廣島「小男孩」原子彈爆炸後，美英方故意把訊息告訴他們，然後監聽他們的反應。海森伯和哈恩一邊散步一邊聊。海森伯說這個訊息是假的，除非美國能把成噸的鈾扔下去。他估算的鈾235的臨界品質在10噸量級。其實「小男孩」原子彈只裝了大約60公斤鈾235。海森伯的估計和真實情況相去甚遠，有數量級的差別。
一個星期以後，海森伯意識到了自己的錯誤。他的錯誤在於忘了分裂反應是中子增殖的。在他的估算中，鈾塊要大到可以容納反應中釋放的所有中子，但這是不必要的。在每一步反應中，只要有平均多於一個中子留在鈾塊內，比如1.1個，鏈式反應仍然可以繼續。
真實的臨界品質值為52 kg。這個估算比真實值要高一些，相差不到一倍，作為數量級估計，其效果已經很好了。
核物理書上對於臨界品質的計算往往很復雜，需要解反應擴散方程式。上面的估算，物理影像清晰，計算簡單明了，並給出了正確的數量級。可見數量級估計是可以解決大問題的。
本文經授權轉載自微信公眾號「中國物理學會期刊網」。
