智慧的闪电--世界发明史话-第25章
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裂成两半。哈恩把实验情况写信告诉了梅特纳。梅特纳立刻从数学上进行分
析。她认为：每裂变一个原子可以放出大约两亿电子伏的能量。
裂变反应的发现震惊了科学界，因为它说明铀分裂的时候可以放出两个
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中子，而这两个中子又可能引起两个铀核分裂，这样就能够从一个铀核裂变
引起二、四、八、十六……铀核裂变。这是连锁反应，它将释放出无比巨大
的能量。
裂变反应正好是在第二次世界大战的导火线已经点燃的时刻发现的。移
居美国的匈牙利物理学家西拉德等人，意识到可能利用核裂变制成有空前破
坏力的原子弹。1939年7月，他在拜访了罗斯福总统的好友和私人顾问、经
济学家萨克斯以后，又和爱因斯坦会晤，请爱因斯坦在给罗斯福的信上签名，
信由萨克斯交给罗斯福。这封信阐述了研制原子弹对美国安全的重要性。罗
斯福被这封信打动了，决定支持研制原子弹的工作。
1941年12月，美国政府决定大量拨款和充分利用科技力量研制原子弹。
1942年，成立了美、英、加三国共同研制原子弹的委员会。同年8月，美国
制定了研制原子弹的“曼哈顿计划”。
“曼哈顿计划”大致有三方面的内容：生产钚，生产浓缩铀—235，研制
炸弹。这三方面的工作由几支研究力量来完成。
第一支研究力量由康普顿领导的芝加哥大学冶金实验室和杜邦公司组
成，主要任务是生产足够数量的钚。
第二支研究力量由劳伦斯领导的加利福尼亚实验室和几家公司组成，任
务是用电磁法分离浓缩铀—235。
第三支研究力量由尤里博士领导的哥伦比亚大学的代用合金实验室和几
家公司组成，任务是用扩散方法生产浓缩铀—235。
第四支研究力量是由奥本海默领导的洛斯·阿拉莫斯实验室，它的主要
任务是一得到足够的裂变材料，立刻制成实战用的原子弹。
1942年，关于怎样设计原子弹，它究竟应该有多大，谁都不知道。在研
制过程中，设计出了两种炸弹型式：
一种是“枪式”原子弹。它主要是通过增加核装药的数量达到超临界状
态的。1945年美国投在日本的第一颗原子弹就是枪式原子弹。它的外形是个
细长体，TNT当量约为2万吨，核装药为铀—235，有效利用率为2％左右。
因此，理论上只要裂变一公斤铀—235就够用，但实际上却用了50多公斤。
虽然枪式原子弹效率低，但构造简单，容易制造。
一种是“收聚式”原子弹。它是利用炸药的爆轰，形成一个向中心收缩
聚拢的球面形状的压力波，从各个方向均匀地压缩核装药，并且越到中心压
力越大，核装药受到强烈的压缩，密度大大增高，能够实现高度超临界现状，
使比较多的核装药发生裂变反应，从而提高了它的有效利用率。美国投到日
本的第二颗原子弹就是“收聚式”原子弹。
原子弹在第二次世界大战末期首次用于实战。1945年的8月6日和9日，
美国分别将一颗取名“小男孩”的铀弹和一颗取名“胖子”的钚弹投到日本
的广岛和长崎，给这两个城市和居民造成巨大破坏和伤亡，引起了世界各国
的重视。1949年8月29日，苏联也进行了第一次核试验。此后，美苏两国
展开了长时期的核军备竞赛。
世界上第一台电子计算机
（1945年）
说起电子计算机的历史，世界上公认中国的算盘是最早的手动计算机。
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算盘包含了现代计算机的基本功能：歌诀相当于控制运算的指令；拨动算盘
珠相当于计算的进行；算盘珠的位置表示计算结果，起贮存和记忆的作用。
1834年，英国数学家巴贝奇对计算机的发展作出了重要贡献。他提出用
穿孔卡片携带计算指令控制计算过程，设计了包括控制部分、运算部分和存
贮部分的机械式计算机。但由于缺少必要的技术基础，这种计算机没有造出
来。
1937年，美国人艾肯设计了和巴贝奇方案类似的计算机。艾肯是哈佛大
学物理系的研究生，他的设计得到了国际商业机器公司的支持。1939年，这
家公司派了4个有经验的工程师与年轻的艾肯合作。到 1944年，这台使用继
电器的机电式计算机研制成功并投入使用，每秒运算三次。
差不多和艾肯同时代，德国人也试制成功类似的计算机。这些计算机主
要元件是普通电话里的继电器。而继电器开关速度大约是百分之一秒，这就
大大限制了运算速度，注定了机电式计算机必然是短命的。
第二次世界大战促进了电子计算机的发展。在二战中，美国宾夕法尼亚
大学的莫尔电工学院同阿伯丁弹道研究实验室共同负责，给陆军提供弹道
表。这是一项十分困难的工作。每一张表都要计算几百条弹道，一个熟练的
计算员用台式计算机计算一条飞行时间为60秒的弹道，要花20个小时。显
然，已有的运算工具难以保证战争需要。
在此情况下，莫尔电工学院的莫希莱于1942年8月写了一份《高速电子
管计算机装置使用》的备忘录，实际上提出了第一台电子计算机的初步方案。
这个方案得到了军方代表格尔斯坦中尉的支持，还引起了研究生埃克特的兴
趣。经过格尔斯坦向军方申请，得到了15万美元的研制经费。
这样，研制小组正式成立并开始了工作。24岁的埃克特担任总工程师，
30多岁的莫希莱提供了计算机的总体设想，格尔斯坦则是个精明强干的组织
者。
1945年底，这台计算机研制成功，第一台电子计算机出世了。
这台计算机由控制、运算、存贮、输入、输出5部分组成，每秒钟运算
5000次，比原来的计算机快一千多倍。制作这台计算机，共用1。8万个电子
管，7万只电阻，10万只电容，重30吨，耗电140千瓦，占地170平米，差
不多有十间房子大小。它的实际造价约为48万美元。
在这台计算机制造过程中，科学家们就已考虑设计更先进的计算机了。
1944年夏季的一天，参加原子弹研制工作的冯·诺伊曼遇见了格尔斯坦，在
交谈中了解到计算机的研制工作。冯·诺伊曼很感兴趣，几天后，他专程赶
到莫尔，参加了对计算机的改进工作。
1944年8月到1945年6月，在冯·诺伊曼的领导下，研制小组制定了
新的改进方案。重大改进有三方面：一是把十进位制改成二进位制。二是利
用包含水银柱的特殊电路做存贮器。三是把程序外插变做程序内存。
按照这一新的设计，1949年英国首先研制出程序内存计算机，它有一个
可以贮存一千多个数据的存贮器。后来，美国也研制、生产和使用了程序内
存计算机。
程序内存的电子管计算机常称做第一代电子计算机。它结构复杂，价格
昂贵，调试困难，因此发展不快。
1956年，用晶体管制成了电子计算机，这是第二代电子计算机，其运算
速度成百倍地增长。60年代初，每秒运算几十万次的晶体管计算机问世。1964
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年，每秒二三百万次的大型晶体管计算机研制成功，并且成批生产。
60年代初期，集成电路取代了晶体管，出现了第三代计算机。60年代末
期，每秒千万次的大型计算机投入使用。到70年代，大规模集成电路在计算
机中取代集成电路，电子计算机进入了第四代。1978年每秒一亿五千万次的
巨型计算机已经在运行。
由于集成电路和大规模集成电路的发展，计算机出现了向小型化和微型
化发展的趋势。到1977年，全世界已有微机800万台。
目前计算机技术仍在发展之中，今后还会有什么新的突破，尚需拭目以
待。
晶体管的诞生
（1948年）
晶体管是在人们对半导体材料进行深入研究的基础上发明的。半导体材
料是导电性介于金属和绝缘体之间的材料，一般是固体，比如锗和硅等。半
导体中杂质的含量和外界条件 （如温度和光照）的改变会引起导电性能发生
很大变化。半导体材料之间，或者半导体和某些金属材料之间相接触的地方，
具有单向导电的性能，和二极电子管的性能相象。
1928年，有人提议用半导体材料制作和电子管功能差不多的晶体管。但
一方面由于当时还缺少研究半导体电子特性的固体物理学知识；另一方面由
于按温度、压力、化学组成等宏观概念产生的半导体材料在微观结构上是混
乱的，没有规律，它的电子性能具有很大的偶然性，因此晶体管没有研制成
功。
随着研究分子、原子和电子状态的固体物理学的发展，随着晶体生长理
论和生长技术的发展，高纯度的晶体锗生产出来了，这就给晶体管的研制创
造了条件。
美国贝尔研究所的巴丁、肖克利、布拉顿等人合作研制成功了晶体管。
巴丁原是大学教授，担任贝尔研究所所长，研究半导体理论，1947年他提出
关于结晶表面的理论。布拉顿是实验物理学家，他对半导体表面进行实验研
究，发展了半导体单晶的精制、成长等有关技术。巴丁和布拉顿两人，一个
是理论家，一个是实验大师。1948年他们合作研制成功第一个点接触型晶体
管。肖克利从1936年开始进行关于固体物理学、金属学、电子学等基础理论
研究。从1945年起在贝尔研究所从事半导体理论研究，1949年他提出了P
—N结理论 （关于晶体中由于掺入杂质的不同所形成的P型和N型两种导电
类型区域的理论）。不久，贝尔研究所研制成功第一个结型晶体三极管。由
于研制成功晶体管，他们三人获得1956年诺贝尔物理奖。
晶体管最初采用锗晶体做原料，后来由于硅的提纯和加工技术的发展，
硅晶体比锗晶体的性能优越得多，因此硅晶体管取代了锗晶体管。晶体管具
有小型、重量轻、性能可靠、省电等优点。正是由于具有这些优点，到 50
年代末和60年代初，晶体管逐渐代替了电子管。
现代火箭的发明与发展
（20世纪初）
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火箭的发展有着漫长的历史，古今火箭在性能和结构复杂程度上相差极
为悬殊，但原理却是相同的：依靠不断向后喷射燃气而前进。
世界上公认，火箭是中国首先发明的。至晚在南宋，火箭已在中国用作
武器，明代又有所改进。有的将多个火箭绑在一起以增大推力，有的使用了
二级火箭。这与现代使用的集束式火箭和多级火箭原理上是一样的。
古代火箭主要用于作战，但已有人幻想利用它航天。据野史记载，1500
年前后，中国一位叫万户的学者，把47枚火箭绑在椅后，自己手持风筝端坐
椅上，请人同时点燃这些火箭，决心飞上天去。结果一声爆炸，碎片纷飞，
再也找不到万户。为了纪念这位为人类航天而献身的先驱者，现代科学家将
月球背面的一个环形山命名为“万户火山口”。
现代火箭的产生和发展是建立在大量的理论和实验研究基础上的。由于
液体燃料燃烧的理论和技术问题都比固体燃料简单，所以现代火箭是从液体
火箭开始的。苏联、德国、美国都有代表人物在研制火箭方面取得杰出成就。
齐奥尔科夫斯基是苏联人，他从小多病，曾经患猩红热，病后耳朵几乎
聋了，被迫中途退学。但他顽强自学，22岁参加中学数学教师的招考被录用，
开始了中学教师生活，业余时间搞科学研究。1895年他写了一本科学幻想小
说《奇异的地球和天空》。1898年，他写成《用火箭推进飞行器探索宇宙》
一文，拖延5年以后才发表在俄国《科学评论》杂志上。这篇文章第一次阐
述了火箭飞行和火箭发动机的基本原理，具体说明液体火箭的构造，认为可
以用液氧和煤油做推进剂，提出了质量比（起飞质量和推进剂消耗完后的质
量的比值）概念，推导出计算火箭飞行最大速度的公式。它从科学上证明了
太空旅行的可行性。齐奥尔科夫斯基共发表论文、科普文章、科幻小说等近
600篇。1920年，列宁亲自下令支持齐奥尔科夫斯基的研究工作。他的研究
成果对苏联火箭技术的发展有深远的影响。
奥伯斯关于火箭的研究工作是在德国进行的。1923年，他出版了《从火
箭到星际太空》一书。他深入研究了许多技术问题，比如喷气速度、理想速
度和火箭在大气层中上升的最佳速度等。奥伯斯的著作曾经由科普作家改成
写通俗读物，产生了广泛影响。
哥达德是美国人，他被科幻小说描写的太空飞行所吸引，立志从事火箭
研究。他把理论研究和实验结合起来。1926年3月，哥达德制造的用液氧和
汽油做推进剂的第一枚液体火箭试飞成功。1929年，他又发射一枚装有气压
计、温度计和照相机的火箭。从1930年到1935年，他发射了多枚火箭，高
度达到2500米左右。
从20世纪30年代起，火箭研究在德、意、英、法、奥等许多国家开展
起来。尤其是德国，它的开创性研究，是在其他欧洲国家的严密监视下进行
的。从30年代开始，特别是希特勒上台之后，德国广泛罗致人才，充分提供
研究经费，在极端保密的情况下，使火箭研究迅速发展。
1932年，德国陆军接管了火箭研究工作，并进行了大量基础性研究。1933
年，开始设计火箭。在冯·布劳恩的主持下，通过反复试验，在空气动力学
方面取得了重要成果，在制导与控制、发动机设计、弹道设计方面积累了大
量经验。
在此基础上，1942年10月3日，在精心选择、严格保密的波罗的海沿
岸佩内明德发射场，成功地发射了第一枚液体军用飞弹V—2，飞行190公里，
横向偏差4公里，最大高度85公里。V—2飞弹全长14米，结构重量为3。99
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吨，携带8。96吨推进剂和1吨的弹头，最大射程300公里。
从1944年9月至1945年3月，纳粹德国仅向英国就发射了1万多枚V
—2，但这并不能挽救其覆灭的命运。不过飞弹本身却成了战后各国火箭发展
的蓝本。
第二次世界大战以后，美苏两国成了德国V—2成就的继承者。美国俘获
了包括冯·布劳恩在内的100多名德国一流的火箭专家，全部V—2资料；苏
联俘获了一批
