◎[美]威廉·马修斯
是谁发明了氢弹？是费米？奥本海默？泰勒？不，是波兰裔数学家斯塔尼斯拉夫·乌拉姆。乌拉姆为近代十大数学家之一，以集合论、遍历论、数论等成名，也是美国原子弹计划——“曼哈顿计划”的关键人物。
“当我看到在黑板或纸上写下的几笔潦草的字迹是如何改变了人类事务的进程时，我至今依然会感到无尽的惊奇。” 斯塔尼斯拉夫·乌拉姆的这句话，特别适合形容他自己的职业生涯。由于乌拉姆在数学、物理学、计算机科学以及核武器设计等方面的贡献，如今的世界变得与之前大不相同了。
当他还是那时尚属于波兰的利沃夫城的一名学童时，他在笔记本上写下过这样的签名：“S·乌拉姆，天文学家、物理学家和数学家。”乌拉姆很幸运地生在一个富有的犹太家庭，家人多是律师、商人和银行家，他们为他提供了必要的资源，让他能够发展他的智力本能和早早显现出的数学天赋。乌拉姆最终在1933年，以纯数学博士学位毕业于利沃夫理工学院。正如乌拉姆自己说的，纯数学在美学上的吸引力，不仅在于证明定理中的严密逻辑，还在于数学表述中清楚说明每一步时的那种诗一般的优雅和简洁。这种非常基本的、贵族式的数学形式，正是乌拉姆年轻时利沃夫的波兰数学学派所关注的东西。
理工学院的纯数学家们，并不是独来独往的学术隐士，他们几乎每天都在利沃夫的咖啡馆和茶室里讨论和捍卫他们的定理。这是一个倾情投入的数学家群体，通过公开的集体讨论来推进他们的工作，这让像乌拉姆这样有才华的年轻学者得以观察到纯数学能给智力带来的兴奋以及它的创造力。最终，年轻的乌拉姆可以与他那个时代最杰出的数学家并肩参与其中，与顶尖数学家在咖啡馆的长时间交流，为乌拉姆高度言语化的和酷爱与人协作的工作风格奠定了基调。乌拉姆早年的数学工作，涉及集合论、拓扑学、群论和测度论。乌拉姆在利沃夫这个活跃的数学学派中的经历，使他终生都乐于对新的数学和科学问题进行高度创造性的探索。
随着战前波兰局势的恶化，乌拉姆欣然接受了访问普林斯顿和哈佛的机会，并最终接受了威斯康星大学的教职。随着美国卷入第二次世界大战程度的加深，乌拉姆的一些学生和专业同事开始从他身边消失，加入政府的秘密实验室。乌拉姆应他的朋友、20世纪最有影响力的数学家之一约翰·冯·诺伊曼的邀请，前往美国洛斯阿拉莫斯。正是在那里，乌拉姆的科学兴趣发生了转变，他在那里做出了一些他一生中影响最深远的贡献。
在他来到洛斯阿拉莫斯的第一天，就应邀与爱德华·泰勒的小组一起做“超级炸弹”工程的工作，该工程是设计热核炸弹或者说氢弹的早期尝试。除了泰勒的小组外，那里的其他科学家正在设计和制造一种基于铀或钚原子裂变或者说分裂所释放的能量的原子弹。尽管在洛斯阿拉莫斯，裂变炸弹必须在“超弹”之前制造出来，以作为“超弹”的点火装置，这是一个普遍的共识，但泰勒已经全神贯注于“超弹”的研究，并拒绝就裂变炸弹的计算开展工作。作为将泰勒留在洛斯阿拉莫斯的一种手段，身为实验室负责人的奥本海默，允许泰勒与几名科学家及助手一起研究“超弹”。泰勒在乌拉姆抵达洛斯阿拉莫斯之后给他布置的任务，是研究自由电子之间的能量交换以及热核炸弹中预期将存在的、温度极高的气体中的辐射。具有讽刺意味的是，1943年乌拉姆来到洛斯阿拉莫斯第一天遇到的这个问题，后来成为1950年乌拉姆与科尼利厄斯·埃弗里特合作开展的工作的关键部分，而正是该工作证明了泰勒为“超弹”所做的设计是不切实际的。
以他着手探究的第一个理论物理学问题为开端，乌拉姆开始了从深奥抽象的纯数学世界向一种截然不同的、对于物理学问题的可视化与解决来说十分必要的应用数学方向的转变。与那些物理学问题相关的数学涉及描述气体、辐射和粒子运动的微分和积分方程，很少有人尝试从纯数学到物理学的转变，能做到乌拉姆这个程度就更为罕见。他通过创造性的过程，以猜测为起点，带来了物理学中重要的新思想，它涉及超越了数学的严格逻辑本身的一个额外的尝试与判断的维度。“似乎很少的数学家能在较大程度上拥有”的物理直觉要受限于从实验中确定的关于自然现象的知识。乌拉姆曾表示，他从未体验到“在纯数学的思维模式与物理的思维模式之间有什么鸿沟”。
不过乌拉姆最引人注目的成就，还是他对战后热核炸弹或者说氢弹的研制所做的贡献。在这种炸弹中，当两个氢核或氘核融合在一起时，就会释放出核能。1946年4月，洛斯阿拉莫斯举办了一次会议，对战时在“超弹”上所做的努力进行讨论和评估。在1946年的会议上，对泰勒的“超弹”工程的评价是谨慎乐观的，与会者意识到了技术方面主要的不确定性和“超弹”设计上存在的潜在困难。
1946年之前的研究已经表明，“超弹”的能量获得与损失之间的净差额是很小的，如果没有灵活的设计来提供足够的能量差额，就无法保证成功实现引爆。事实上，对这个问题的研究仅仅足以表明这个问题确实是非常困难的。基于现有的机制，在系统中产生的能量与无意义地损失的能量几乎是相当的。由于这一重要过程的复杂性和多样性，要解决这个问题，就需要进行有史以来最困难和最广泛的数学分析，而即使做了这样的尝试，也不确定是否能成功得出结论。
“超弹”的点火需要一个起到扳机作用的原子弹，其中两团亚临界质量的铀能迅速结合在一起，形成一个超临界爆炸体。点火问题很棘手。成功点火所需非同寻常的高温，使得所需要的起扳机作用的原子弹的约当产量、其需要达到的温度和使用的可裂变材料的数量，都远远超过1950年时武器库中已有的炸弹。
“超弹”的第一个主要问题，即点火问题，乌拉姆是自己主动发起对它的挑战的，但开展工作时则是与科尼利厄斯·埃弗里特合作的。埃弗里特是乌拉姆在威斯康星大学的数学家同事，战后应乌拉姆之邀来到洛斯阿拉莫斯。乌拉姆和埃弗里特所做的计算既繁琐又精确。虽然计算的每一步都已被人们理解，但涉及的许多组件之间存在复杂的相互作用，使整个计算极为困难，其中就包括电子与辐射之间的能量交换。之前乌拉姆在洛斯阿拉莫斯遇到的第一个问题，只是这一重大计算的一部分。为此，乌拉姆和埃弗里特每天要聚精会神地工作4到6个小时，这样持续了好几个月。由于计算的每一步都依赖前面的工作，每个阶段都必须几乎无误差地完成；幸运的是，不犯错误正是埃弗里特的专长之一。我们今天很难想象，这些计算是使用计算尺和老式的、手工操作的台式机械计算器来进行的。乌拉姆和埃弗里特必须做出许多近似和有根据的猜测，才能找到解决方案。此时乌拉姆显然已经具备了作出合理估计所需的物理学直觉和判断力。然而当计算完成时，他们得出的结论是否定性的。如果没有很大量的氚，氘就无法被点燃，而所需的量足以使整个“超弹”工程变得不现实和不经济。几个月后，冯·诺伊曼在普林斯顿使用一台早期的电子计算机，证实了乌拉姆和埃弗里特的计算的正确性。
《一位数学家的历险：乌拉姆自传》，[美]斯塔尼斯拉夫·乌拉姆/著，钱昊/译，译林出版社2023年版