傳說由于把鈾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實體圖像來進行估算。
撰文 | 吳從軍 (西湖大學實體系 新基石科學實驗室)
來源 | 選自《實體》2024年第6期
海森伯是德國著名實體學家，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于世。然而，他的人生也有一些有争議的地方。例如，他曾經主持過納粹德國的核計劃。下面是一個關于他的傳說。
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裡。哈恩是1938年發現原子核裂變的核實體學家。1945年8月，在廣島“小男孩”原子彈爆炸後，美英方故意把消息告訴他們，然後監聽他們的反應。海森伯和哈恩一邊散步一邊聊。海森伯說這個消息是假的，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”原子彈隻裝了大約60公斤鈾235。海森伯的估計和真實情況相去甚遠，有數量級的差别。
一個星期以後，海森伯意識到了自己的錯誤。他的錯誤在于忘了裂變反應是中子增殖的。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，隻要有平均多于一個中子留在鈾塊内，比如1.1個，鍊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。
核實體書上對于臨界品質的計算往往很複雜，需要解反應擴散方程。上面的估算，實體圖像清晰，計算簡單明了，并給出了正确的數量級。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衆号“中國實體學會期刊網”。
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