Hvor kom en-i-en-million-chancen for at nukle atmosfæren fra?

Hvor kom en-i-en-million-chancen for at nukle atmosfæren fra?

Der er en velkendt historie om, at forskerne ved Los Alamos, mens de udviklede atombomben, fastslog, at der var en en-i-en-million-chance for, at bomberne ville få atmosfæren til at antænde i en atomkædereaktion og ødelægge alt liv på jorden.

Jeg ved, hvordan dette tal ville have været beregnet: ved at antage, at der ville forekomme en selvbærende kædereaktion, bestemme hvilke værdier for nukleare egenskaber, der ville være nødvendige for at producere det, og sammenligne disse værdier med størrelsen af ​​fejlbjælkerne på de målte værdier .

Ja, der var en alvorlig bekymring blandt Manhattan Project-forskere om, at der kan forekomme en selvbærende nitrogen-nitrogen-fusionsreaktion. Et papir af Konopinski, Marvin og Teller, Antændelse af atmosfæren med atombomber, undersøgte denne mulighed og konkluderede, at det ikke ville ske

Jeg har dog læst avisen, og det giver ikke en chance for en ud af en million eller overhovedet nogen sandsynlighed. I stedet beregner den en "sikkerhedsfaktor" og bestemmer, at der i et værst tænkeligt scenario med de mindst gunstige mulige værdier for de nukleare egenskaber for nitrogen*var en sikkerhedsfaktor på 1,6: reaktionen ville miste energi 1,6 gange for hurtigt til at blive selvbærende.

Så hvor kom tallet "en ud af en million" fra?

* De to vigtigste usikkerheder var reaktionstværsnittet, der antages at være lig med det geometriske tværsnit, og fordelingen af ​​reaktionsenergi, som antages at gå 100% til reaktionsprodukterne. Det er fysisk umuligt for begge værdier at være mere forkerte end dette.


Bekymringen i numerisk form kan være lidt mere kompliceret end præcis "en-i-en-million "

Mens Serber ser ud til at afvise diskussionen som kort og Comptons bekymringer som overdrevne, fortæller Bucks interview med Compton en langvarig proces, der delvis blev overvåget af Compton, og som til sidst udelukkede scenariet, men først efter langt mere end et par timers overvejelse:

I løbet af de næste tre måneder diskuterede forskere på hemmelig konference farerne ved fusion, men uden enighed. Igen tog Compton føringen i den endelige beslutning. Hvis han efter beregning sagde, at det blev bevist, at chancerne var mere end cirka tre på en million på, at jorden ville blive fordampet af atomeksplosionen, ville han ikke fortsætte med projektet. Beregninger viste, at tallene var lidt mindre - og projektet fortsatte.

Dongwoo Chung: "(The Impossibility of) Lighting Atmospheric Fire", indsendt som kursus for PH241, Stanford University, vinter 2015

Henvisning til P. S. Buck, "Bomben - Verdens ende?" The American Weekly, 8. mar 1959. (PDF)


At alt dette er ikke en absolut sikkerhed til enhver tid er bevist af nogle af de involverede om først at spekulere og bekymre sig, derefter beregne og berolige deres sind, for så ikke at være så sikker.
Selv efter at beregningerne syntes at sige "praktisk talt umuligt", stoppede projektmedlemmerne ikke med deres bekymringer, før de havde ret efter sprængningen. Viden var sparsom, usikkerheder skal afvejes mod optimisme og pessimisme. Tillid til medmenneskers evner og muligheden for simple fejl, der opstår blandt ukendte variabler og uforudsete og utilsigtede konsekvenser af risikotagning.

En involveret husker:

Men før jeg går længere, skal jeg nævne et par ting i mit liv, der har formet mine meninger. Den første fandt sted i Los Alamos under anden verdenskrig, da vi designede atombomber. Kort før den første felttest (du indser, at der ikke kan foretages småskalaeksperimenter - enten har du en kritisk masse, eller også har du det), bad en mand mig om at tjekke noget regnestykke, han havde foretaget, og jeg gik med til det og tænkte at fjerne det off på nogle underordnede. Da jeg spurgte, hvad det var, sagde han: ”Det er sandsynligheden for, at testbomben vil antænde hele atmosfæren.” Jeg besluttede, at jeg ville kontrollere det selv! Den næste dag, da han kom for svarene, bemærkede jeg ham: "Regnestykket var tilsyneladende korrekt, men jeg kender ikke formlerne til indfangningstværsnittene for ilt og nitrogen - der kunne jo ikke være eksperimenteret med den nødvendige energi niveauer. "Han svarede, ligesom en fysiker, der talte med en matematiker, at han ville have mig til at kontrollere aritmetikken, ikke fysikken, og gik. Jeg sagde til mig selv: "Hvad har du gjort, Hamming, du er involveret i at risikere alt liv, der er kendt i universet, og du kender ikke meget til en væsentlig del?" Jeg gik op og ned ad gangen, da en ven spurgte mig, hvad der generede mig. Jeg fortalte ham. Hans svar var: "Nevermind, Hamming, ingen vil nogensinde bebrejde dig." Ja, vi risikerede alt det liv, vi kendte til i det kendte univers på en vis matematik. Matematik er ikke bare en tom kunstform, den er en væsentlig del af vores samfund.
R. W. Hamming: "Matematik på en fjern planet", The American Mathematical Monthly, bind. 105, nr. 7 (august - september 1998), s. 640-650. (jstor)

Anledningen til Fermis satire den aften gjorde Bainbridge rasende. Det irriterede blot Groves:

Jeg var blevet lidt irriteret over Fermi. . . da han pludselig tilbød at tage indsatser fra sine videnskabsfolk om, hvorvidt bomben ville antænde atmosfæren, og i så fald om den blot ville ødelægge New Mexico eller ødelægge verden. Han havde også sagt, at det trods alt ikke ville gøre nogen forskel, om bomben sprang eller ej, fordi den stadig ville have været et videnskabeligt eksperiment værd. For hvis det ikke lykkedes at gå af, ville vi have bevist, at en atomeksplosion ikke var mulig.

På realistisk grund forklarede den italienske vinder med sin sædvanlige åbenhed, at de bedste fysikere i verden ville have prøvet og mislykkedes. Bainbridge var rasende, fordi Fermis “tankeløse bravade” kunne skræmme soldaterne, der ikke havde fordelen af ​​kendskab til termonukleære antændelsestemperaturer og ildkugleafkølingseffekter.2405 Men en ny kraft var ved at blive løsnet på verden; ingen kunne være helt sikker-Fermis pointe-om resultatet af sin debut. Oppenheimer havde tildelt Edward Teller den lækre telleriske opgave at forsøge at tænke på ethvert tænkeligt trick eller en drejning, som eksplosionen kunne undslippe sine tilsyneladende grænser. Teller i Los Alamos stillede samme aften det samme spørgsmål, som Fermi havde, men stillede spørgsmålstegn ved Robert Serber, ikke blot uinformeret GI:

Da jeg forsøgte at finde hjem i mørket, stødte jeg på en bekendt, Bob Serber. Den dag havde vi modtaget et notat fra vores direktør. . . siger, at vi skulle være [i treenigheden] i god tid før daggry, og at vi skulle være forsigtige med ikke at træde på en klapperslange. Jeg spurgte Serber: "Hvad vil du gøre i morgen med klapperslanger?" Han sagde: ”Jeg tager en flaske whisky.” 2406 Jeg gik derefter ind i min sædvanlige tale og fortalte ham, hvordan man kunne forestille sig, at tingene kunne komme ud af kontrol på denne, den eller den tredje måde. Men vi havde diskuteret disse ting gentagne gange, og vi kunne ikke se, hvordan vi faktisk kunne komme i problemer. Så spurgte jeg ham: "Og hvad synes du om det?" Der i mørket tænkte Bob et øjeblik og sagde derefter: "Jeg tager en anden flaske whisky."

Segrè på Base Camp forestillede sig apokalypse:

Det mest slående indtryk var det af et overvældende klart lys. . . . Jeg var forbløffet over det nye skuespil. Vi så hele himlen blinke med en utrolig lysstyrke på trods af de meget mørke briller, vi havde på. . . . Jeg tror, ​​at jeg et øjeblik troede, at eksplosionen kunne sætte ild til atmosfæren og dermed afslutte jorden, selvom jeg vidste, at dette ikke var muligt.

Richard Rhodes: "The Making of the Atomic Bomb", Simon & Schuster: New York, 1986.


For hvordan dette konkrete antal "x-in-a-million" kom i offentlig debat med omkringliggende oplysninger i Hans A. Bethe: "Vejen fra Los Alamos: Collected Essays of Hans A. Bethe", Springer, 1991. s30 (s. Ultimativ katastrofe). Kernen i det blev først offentliggjort her:

I november 1975 -udgaven af ​​Bulletin, H. C. Dudley1 hævdede, at det er muligt, at et atomvåben kan antænde en termonuklear reaktion i atmosfæren (eller havet) og dermed ødelægge Jorden. Denne påstand er nonsens. Dudleys påstand er baseret på en rapport fra forfatteren Pearl Buck om et interview med Arthur H. Compton i 1959. Havde Dudley konsulteret den originale litteratur, eller nogen af ​​forskerne, der var fortrolige med problemet, ville han snart have erkendt, at Pearl Buck havde fuldstændigt misforstået Arthur H. Compton.
Grundteorien om termonukleære reaktioner i atmosfæren blev udviklet i en rapport af E.). Konopinski, C. Marvin og E. Teller 2, udgivet af Los Alamos Laboratory. Dette arbejde blev udført før den første atomprøvning i Alamogordo i juli 1945 og forsikrede projektets ledere og medlemmer om, at der ikke var nogen fare for, at testen ville sætte ild i atmosfæren. Rapporten LA-602 blev udsendt i august 1946; det var hemmeligt indtil februar 1973, da det blev afklassificeret.
Den eneste "kandidat" til en mulig termonuklear reaktion i luft var en kollision mellem to kerner af N, fordi N14 er en kerne med et relativt højt energiindhold. Flere atomreaktioner er mulige, hvoraf vi nævner [formel] [… ]

Så der var aldrig nogen mulighed for at forårsage en termonuklear kædereaktion i atmosfæren. Der var aldrig "en sandsynlighed for lidt mindre end tre dele i en million", som Dudley påstod. Tænding er ikke et spørgsmål om sandsynligheder; det er simpelthen umuligt.


1 H. C. Dudley (1975) Den ultimative katastrofe, Bulletin of the Atomic Scientists, 31: 9, 21-24, DOI

Hans Bethe: "Ultimate Catastrophe", Bulletin of the Atomic Scientists, 32: 6, 36-37, 1976. DOI

Dette naturligvis i bakspejlet og klart imod bekymringerne fra hans egne kollegaer dengang. Det kan være det videnskabeligt accepterede og korrekte syn på sagen, for Bethe nu. Men det var anakronistisk at bebrejde Dudley for 'misforståelse'. I Dudleys papir er kildetildelingen jo simpelthen mellem dårlig formatering og plagiat. (Sammenlign Dudley-papir med Pearl Buck, "The Bomb The End of the World!" American Weekly, 8. marts 1959. Også citeret i Carl C. Gaither & Alma E. Cavazos-Gaither: "Gaither's Dictionary of Scientific Quotations", Springer , 2008.)

Men som en bonus har denne bulletin det medfølgende billede til illustration på Bethes artikel:


En sådan mulighed blev faktisk overvejet, men ethvert numerisk skøn over en "chance" for, at det sker, er nonsens. Spørgsmålet om, hvorvidt det kan ske eller ej, har et bestemt svar og stilles kun på grund af manglende viden. Man kan ikke estimere "chancen" for sådanne begivenheder. Man kan kun tale om tilfældighed eller sandsynlighed, hvis man har mange forsøg under lignende forhold.

En sjov historie (sandsynligvis en legende) i forbindelse med denne mulighed er følgende. Da spørgsmålet blev stillet, bad en af ​​projektlederne sin kandidatstuderende om ved beregning at kontrollere, om dette kan ske eller ej. Eleven fik et negativt svar, men han så meget forstyrret ud om morgenen i testen. Da han blev spurgt hvorfor, forklarede han: "Hvad hvis jeg lavede en fejl ?!" Til dette var svaret: "Der er ikke noget at bekymre sig om: Hvis du begik en fejl, vil ingen lære om det alligevel!"