数学家索伯列夫与制造原子弹

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数学家索伯列夫与制造原子弹

原创  亲切的桃子  亲切的桃子  2025 年 04 月 10 日 00:41 福建

本文内容主要源自 wiki 百科、网页新闻和俄罗斯数学家 S.S. Kutateladze 刊登于《西伯利亚科学》第 9 期 2008 年 2 月关于索伯列夫的纪念文章

智人表现为一个有创造力的人。人类的力量体现在创造并传承那些无形、抽象价值的能力上。数学蕴含着古老的智力技术，能够使人类避免错误判断。思维的绝对正确性是人类自由的必要条件。其中一个生动的例子就是前苏联数学家谢尔盖·利沃维奇·索伯列夫（Sergei Lvovich Sobolev 1908-1989）参与研制原子弹武器。


谢尔盖·利沃维奇·索伯列夫, Paul Halmos 摄

20 世纪人类已然走到了安全生存的边缘，（历史上看）亦无力阻止第一次和第二次世界大战的煽动者。威慑性武器成为了自由的保障。美国和俄罗斯制造原子弹，彰显了科学惊人的力量，这也是人类生存的最后一道防线。

数学家们可以为他们的同行（物理学家）参与这一过程而感到自豪。正如数学家约翰·冯·诺伊曼（John Von Neumann 1903-1957）和斯坦尼斯拉夫·乌拉姆（Stanisław Ulam 1909-1984）在曼哈顿计划中发挥了关键作用，索伯列夫、L. V. 康托洛维奇（Leonid Kantorovich 1912-1986）以及许多老一辈科学家也参与到了苏联的研制原子弹计划中，该计划代号在苏联情报部门的作战信件中被称为「Энормоз」（巨大）。


「Энормоз」行动计划，来源：俄罗斯对外情报局新闻局

苏联的原子弹项目通常被认为始于 1942 年 9 月 28 日国防委员会发布的《关于组织铀相关工作》的指令[1]。几个月后，国防委员会决定成立苏联科学院第二实验室，用于研究原子能。苏联物理学家伊戈尔·瓦西里耶维奇·库尔恰托夫（Igor Kurchatov 1903-1960）负责该实验室的领导工作以及所有与原子弹相关的研究。


1943 年的库尔恰托夫，来源：wiki

不久后，索伯列夫被任命为库尔恰托夫的副手之一，并加入了基科因（Isaak Kikoin 1908-1984）的团队，在那里他们致力于通过扩散机级联来分离同位素，以解决浓缩铀问题。


第 2352ss 号决议《关于组织铀工作》

1946 年，第一批气体压缩机建成并实现了批量生产，同时开始了对气态六氟化铀的浓缩实验。这项工作需要解决大量、各种各样的科学、技术和组织问题，在随后的许多年里，这些问题成了索伯列夫的主要工作内容。


气体扩散利用半透膜分离浓缩铀

在 1946 年 8 月 15 日给拉夫连季·巴夫洛维奇·贝利亚（Lavrentiy Beria 1899-1953）的一份报告中，其中列出的内容就足以说明其中问题复杂性：工业分离工厂工艺流程总体方案的选择、原材料问题、过滤器问题、压缩机（泵）问题、压缩机的密封和润滑问题、材料在六氟化铀中的腐蚀问题、轻同位素浓缩分析问题、调节与自动化问题。

索伯列夫既参与了钚-239 相关小组的工作，也参与了铀-235 相关小组的工作。他组织并指导计算人员开展工作，研究工业同位素分离过程的调节问题，并负责降低生产损耗，他在原子弹项目中发挥越来越重要的作用。

1947 年 2 月，库尔恰托夫写信给贝利亚：「截至目前，谢尔盖·利沃维奇·索伯列夫仅了解第 2 局中与扩散法相关的材料。鉴于他被任命为苏联科学院第 2 实验室副主任，我请求您批准让他全面了解第 2 局关于该问题的所有方面材料。」在这份仅有一份的绝密文件上，有手写的批示：「同意。Л·贝利亚。1947 年 2 月 21 日」。

1949 年 8 月 29 日，苏联进行了 RDS-1 原子弹的试爆。


第一颗国产原子弹 RDS-1，来源：http://www.vniief.ru/

仅仅两个月后，八百多名参与原子弹项目的人员获得了勋章，索伯列夫被授予列宁勋章。


列宁勋章 Орден Ленина，来源：wiki

1949 年年中，第 2 实验室更名为苏联科学院精密仪器实验室（ЛИП АН）。基科因和索伯列夫的工作重点转移到了扩散工厂的生产活动上。1949 年苏联部长会议的一项决议指出：「责成 S. L. 索伯列夫同志（苏联科学院第 2 实验室副主任）领导第 813 工厂中央实验室的计算和理论部门，并要求他在工厂开展相关工作的时间不少于总时长的 50%（经库尔恰托夫同志同意）」。

在精密仪器实验室工作期间，索伯列夫完成了他一生中最重要的著作——《泛函分析在数学物理中的一些应用》[2]。原子弹项目丰富了索伯列夫的学术积累，提升了他的个人能力。在他的学术生涯中，计算数学一直占据着重要地位。在精密仪器实验室的工作，让他对数学有了新的深刻理解。据他自己说，正是在那些年里，他认识到对于许多问题而言，重要的不是抽象地探讨解的存在性，而是在规定时间内给出合理的近似解[3]。


S. L .Sobolev - Applications of Functional Analysis in Mathematical Physics

1958 年 10 月，索伯列夫在全苏自然科学哲学问题会议上的发言，在苏联科学史上发挥了重要作用。

在这次会议上，他与控制论数学专家 A. A. 李亚普诺夫（Alexey Lyapunov 1911-1973）共同提交了书面报告《控制论与自然科学》（Кибернетика и естествознание）。索伯列夫详细阐述并拓展了报告内容，主张科学应摆脱意识形态的干预，捍卫控制论和遗传学的理念，尖锐地批判了 T. D. 李森科（Trofim Lysenko 1898-1976）及其追随者的伪科学言论[4]。


受「三百人信」批评的 T. D. 李森科

索伯列夫认为，「没有一位科学家会提出独立于选择的适应性遗传或定向进化的论点。」

他总结说：「控制论不是一门唯心主义的科学，因为它研究的是事实，而事实既不是唯物主义的也不是唯心主义的……不可能把物理学分为唯物主义物理学和唯心主义物理学。不可能说这个原子弹是唯物主义的，那个原子弹是唯心主义的，这个粒子加速器是唯心主义的，而那个粒子加速器是唯物主义的。这样的事情永远不会发生。物理学发展的主要道路是一条严格的科学道路。可能存在这样或那样的哲学观点，但导致我们所看到的现代物理学最伟大成就的事实和理论不能被归类为唯物主义和唯心主义。控制论也是如此。」

会议报告于 1959 年 10 月 22 日批准出版。值得一提的是，同年 6 月 29 日赫鲁晓夫（Nikita Khrushchyov 1894-1971）在苏联中央委员会全体会议上发表报告，仍旧赞扬了李森科，指责 N. P. 杜比宁（Nikolay Dubinin 1907-1998）缺乏科学贡献，并谴责西伯利亚分部的领导任命杜比宁为苏联科学院西伯利亚分部细胞学和遗传学研究所所长。

该报告大量印刷，这向苏联学术界表明，捍卫科学的方式并非只有以恭顺的形式向苏联共产党中央委员会寄发个人或集体信件这一种。

在战后蒙昧主义者的反「马克思主义」攻势中，索伯列夫在捍卫遗传学、控制论和数理经济学新思想[5]方面所表现出的公民勇气，与他参与「Энормоз」计划和开发西伯利亚科学处女地的行为不相上下。

索伯列夫对原子武器制造的贡献得到了认可，不仅被授予社会主义劳动英雄称号，而且（俄罗斯）国家人民也永远感激这些著名的、匿名的祖国自由救星。

备注

[1] 文中图片的内容：「责成苏联科学院（Иоффе 院士）恢复关于通过铀同位素分离来研究利用原子能可行性的工作，并于1943年4月1日前向国防委员会提交关于制造铀弹或铀燃料可能性的报告」。Иоффе 院士（约飞）(Abram Ioffe 1880-1960）是苏联物理学家、科学组织者，通常被称为「苏联物理学之父」，自 20 世纪 30 年代中期以来，他一直主张（包括在国家领导人面前）深入研究核反应的必要性。

[2] 在书中，索伯列夫详细阐述了具有广义导数的函数空间理论，该理论以 Sobolev 空间的形式进入科学界，在现代数学观点的形成中发挥了特殊作用。特别是，基于 Sobolev 提出的函数空间方法，得到了著名的 Sobolev 不等式，这使得研究偏微分方程解的存在性及规律性成为可能。Sobolev 最早于 1935 年提出了广义函数理论。十年后法国数学家 Laurent Schwartz 综合前人方法，提出了一种基于拓扑向量空间理论的便捷形式主义，并构建了广义函数的傅里叶变换理论。索博列夫高度评价 Schwartz 的这一贡献；同时 Schwartz 也曾说：「分布（广义函数）是我朋友 Sobolev 发明的」。

[3] 在《苏联原子弹之父库尔恰托夫》一书中描述了一个小故事。在一次研讨会上，索伯列夫要求给他两个月时间，用他设计的机械计算机准确计算反应堆栅格的间距，两个月后计算出来结果是 19 。

[4] 三百人信：1955 年 10 月 11 日，一封由 297 名科学家签名的信被送到了苏共中央主席团，信中批评李森科活动，称其工作「造成了无法估量的损失」，并以李先科的一批支持者所做的无性杂交、植物的「改造性质」等工作为例，否认这些工作的实用性和科学意义。信中特别提到：「由于李森科的活动我们没有杂交玉米，而根据美国人的说法，引进杂交玉米的收益完全可以覆盖他们生产原子弹的所有成本。」

[5] 20 世纪 60 年代初，索伯列夫公开发表支持 L. V. 康托洛维奇关于将数学方法应用于经济学的工作，当时苏联认为这种方法偏离了「纯」马克思列宁主义，是为资本主义辩护。由于在资源最优配置理论的贡献，康托洛维奇在 1975 年获得诺贝尔经济学奖。

参考资料

[1] https://vk.com/@elite_rezerve-op ... dernuu-bombu-ukrali

[2] 各种 wiki 资料

[3] https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Sobolev/

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