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物理学理论与实际应用的壁垒被清除

尼龙的故事向我们展示了杜邦公司的科学研究氛围是如何改变的:刚开始的时候是逐渐改变的,到20世纪30年代,开始迅速推广并形成定式。这个模式表明纯粹的理论研究和应用研究两者之间是紧密相连的,并且都具有非常重要的价值。但这又是如何影响奥斯本的呢?毕竟他并不是在杜邦公司工作啊。当尼龙开始出现在美国商店的货架上时,欧洲的战事已经是越来越大。这个时候,美国开始意识到,想要保持中立,基本上是不可能了。1939年,爱因斯坦给当时的美国总统罗斯福写了一封信,他在信中警告说,德国可能在研制核武器,他还提示罗斯福总统,美国应该与英国开展合作,共同研究铀的军事用途。

1941年12月7日,日本偷袭珍珠港。4天之后,德国向美国宣战,研制核武器的工作被迅速提上日程。有关铀的军事用途研究在继续进行,而与此同时,在加州大学伯克利分校工作的一群物理学家正在独立开展另外一种新元素钚的研究。钚同样也可以用于制造核武器,至少从理论上来讲,它比铀元素更容易大规模生产。在1942年早些时候,诺贝尔物理学奖获得者阿瑟·康普顿(Arthur Compton)在芝加哥大学秘密地召集了一批物理学家,在冶金实验室招牌的掩护下,也在研究这种新元素,目的是研究如何将这一元素用于原子弹的制造。

到了1942年8月,冶金实验室已经生产出来好几毫克的钚元素。接下来的一个月,曼哈顿计划(Manhattan Project)开始变得越来越严肃。这项工程由美国陆军工程兵团的莱斯利·格罗夫斯(Leslie Groves)将军领导,格罗夫斯立即任命美国著名物理学家、加州大学伯克利分校的罗伯特·奥本海默(Robert Oppenheimer)为该项目的负责人,奥本海默曾经在冶金实验室最重要的部门计算中心工作过。曼哈顿计划是已经完成的、最大的单一科学研究项目:在最高峰时期,参与这一项目的人员数量高达130000人,总投入成本为20亿美元(相当于今天220亿美元的规模)。整个美国的物理学界都被这场战争而迅速地调动起来,绝大多数高校的研究部门以各种各样的方式参与进来,许多物理学家都被重新安置到洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室来开展这项全新的秘密研究工作。

格罗夫斯要处理的事情非常多。但最大的难题之一就是将冶金实验室研制出来的几毫克钚元素实现规模化的生产,从而能够满足制造原子弹所需要的用量。怎么夸大这个挑战的难度都不过分。最终,有60000多人都在忙于钚元素的生产,而这几乎占了曼哈顿计划所有参与人员数量的一半。当格罗夫斯于1942年9月接管这一项目的时候,斯通和韦伯斯特工程建筑公司(Stone and Webster Engineering Company,SWEC)已经按照合同在华盛顿州的汉福德市(Hanford)建造大规模量化生产钚元素的工厂,然而,依然在冶金实验室工作的康普顿认为斯通和韦伯斯特工程建筑公司不可能完成这一任务。康普顿提出了自己的担心,格罗夫斯认同斯通和韦伯斯特工程建筑公司并不具备完成这一工作的资质。可是,在当时的那种情况下,你又能去哪里找到这样一家公司,仅仅是凭几毫克的、最新获得的且又是最先进的材料,就建造出能够大量生产这种材料的设备设施呢?而且,时间要求还这么紧!

到1942年9月底,格罗夫斯要求杜邦公司也参与到这一项目中来,为斯通和韦伯斯特工程建筑公司提供相应的帮助和建议。两个星期之后,杜邦公司答应尽自己最大的能力帮忙:公司完全负责汉福德市工厂的设计、建设和运行。那有什么值得推荐的策略呢?那就是按照杜邦公司研制尼龙新产品那样的方式来对待钚元素的生产。从一开始,作为杜邦公司中心研究机构的领导,并且刚刚完成尼龙项目的博尔顿和他最亲信的几个副手就在这个钚元素项目中占据了领导地位。与尼龙项目一样,钚元素的产业化研究也取得了巨大的成功:仅仅是两年多一点点的时间,尼龙研究团队就实现了钚元素产能的百万倍级别的大幅度提升。

实施尼龙项目的策略既不是一个简单的任务,同时也不是那么一帆风顺。为了大规模地生产钚元素,需要一个巨大的核反应堆,而在1942年之前,从来没有构建过这样的核反应堆(虽然计划里面有这样的安排)。这就意味着,它比尼龙项目的研究更复杂。新的技术和基础科学对汉福德市工厂的构建来说最为关键。反过来,这也表明冶金实验室的物理学家们其实也是在赌博,他们并不敢保证,杜邦公司对这个项目而言,就是最合适的选择。他们认为,作为核科学家,他们的工作处于人类知识水平结构的顶端,是最高级的。在他们看来,产业型科学家和工程师们所处的层次要比他们低。毫无疑问,他们肯定不会那么服从杜邦公司研究团队的指令。

核心问题是物理学家们严重低估了工程师们在构建工厂过程中所起的作用。他们认为杜邦公司专注流程和组织的做法完全是在制造障碍。具有讽刺意味的是,这一问题的解决是通过分配更多权力给科学家而不是工程师的方式实现的。康普顿与杜邦公司协商,让来自芝加哥大学的物理学家们对来自杜邦公司的工程师们所画的蓝图有复查和签字的权力。然而,当物理学家们看到了这个项目的绝对规模有多大,并开始理解了工程将有多么复杂时,他们中的许多人立即对工程师们的作用表达了钦佩之情,甚至有些物理学家开始对更复杂的工程问题感兴趣了。

很快,科学家们与工程师们以更加积极的方式开展合作了。正如杜邦公司的企业文化在尼龙项目中悄然发生改变一样(公司以前那种科学与工程之间的明确分工界限开始被“摧毁”),科学家们与工程师们在汉福德市工厂项目中的合作也很快打破了原来的那些老规矩。在建造钚元素生产设备时,杜邦公司有效地将公司研究文化输送给了这些非常有影响力的理论型物理学家和应用型物理学家,这群物理学家的工作不管是在第二次世界大战前还是在第二次世界大战后都是在高校,而不是在实业部门。但这种研究文化的转变却保存下来了。在第二次世界大战结束之后,物理学家们开始习惯于在纯理论研究与实际应用之间的各种不同关系。即使是那些顶级理论物理学家开始研究现实世界的具体问题,都已经为人们所理解和接受。而同样重要的是, 为了让基础研究变得“有趣”,物理学家们有必要向他们的同事们介绍其可行的实际用途。

杜邦公司的尼龙项目并不是20世纪30年代新兴的研究文化出现的唯一代表,汉福德市工厂和冶金实验室同样也不是第二次世界大战期间,物理学家们与工程师们打破界限、实现亲密合作的唯一的国家实验室。同样的变化,在洛斯阿拉莫斯国家实验室、海军研究实验室、加州大学伯克利分校和麻省理工学院的放射性实验室以及美国很多其他的地方都在发生。这些变化首先是实业部门的需要,然后军方也觉得有必要,而且发生变化的理由都非常类似。这些变化迫使物理学家们对未来的预期也有所改变,到战争结束时,整个学界都发生了转变。从此,那些19世纪晚期和20世纪初期的德高望重的科学家们再也不会存在这样的幻想了,那就是他们的工作值得全世界重视和尊敬。物理学的范围变得越来越广,研究成本也变得越来越昂贵。纯理论研究的物理学和实际应用的物理学之间的壁垒已经完全被清除。 kdV30o3Q7RxVbBAkjVAlSSqUjq0vkToLfLq6i9yK+2ON7QfYOCFmbCHsCYA0vqc4

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