在第一颗原子弹爆炸之前，物理学家担心核爆会点燃大气层

1945 年 7 月 16 日，在美国进行世界上首次原子弹测试之前，物理学家恩里科・费米和奥本海默正在打赌，大气层是否会被核弹烧毁。他当时可能是在开玩笑，但世界上许多顶尖科学家都曾思考过这个问题，以确保世界不会被第一次原子爆炸意外摧毁。

故事开始于第一颗核弹爆炸前几年，参与曼哈顿计划的物理学家爱德华・泰勒说，如果核弹在空中爆炸，空气会发生什么？他们担心的是，核爆炸的强度可能会如此强烈，以至于它会将空气中的原子融合在一起。而这种聚变将释放出能量，从而使周围的其他原子也发生聚变。 由此产生的链式反应会扩散到地球上的所有空气，最终把地球给摧毁。

物理学家们设想了两种可能性，但需要一些计算来解决这个问题。第一种可能性是，当核炸弹爆炸时，它的能量会在一个球体中向外扩展，如果该能量导致发生额外的聚变，那么该球体将变得越来越大，直到它消耗了一切。另一种可能性是，当核爆炸发生时，即使它在周围的空气中产生聚变，但它实际向环境损失的能量多于它获得的能量，因此最终这个球体将无害地消散。

物理学家们发现，大部分聚变能量增益将来自于单一反应。我们现在呼吸的空气中有 78% 是氮气，与其他大气气体相比，它的稳定性相对较差。两个氮核之间的聚变反应会产生镁、α 粒子和 17.7 兆电子伏的能量。这能量听起来很小，但这里的危险在于，空气中氮的含量非常丰富，如果所有这些原子核都经历了相同的聚变反应，那么释放出的能量将是非常巨大的。

此外，核弹爆炸时，巨大的动能猛烈地撞击着空气。受到撞击的质子和中子相对善于抓住它们所给予的能量，从而维持等离子体的温度。而周围飞行的电子则不然，它们会很快地辐射出能量。当你给电子提供能量，然后在存在电场（例如来自核等离子体中的带电粒子的场）的情况下减速，它将用其一些动能换取电磁能并减慢速度。这种所谓的轫致辐射是物理学家在核爆炸时所考虑的主要能量损失。

现在我们知道了核爆中的主要能量增益和能量损失，理论上，如果事件期间获得的能量大于环境中损失的能量，我们的大气层可能会被点燃。因此，如果我们将这两个值相除，就可以看到大气离那个非常重要的着火点有多近。我们把能量损失除以能量增益定义为安全系数，并希望这个数字比一大很多。

物理学家从复杂的计算中得出，这个安全系数可能会低至 1.6。一个直观的对比是，汽车中的发动机安全系数比这更高。这个值是如此之低，以至于如果任何一个计算偏差了几个百分点，我们就面临着人类灭绝的危险。安全系数这么低，一个理智的人不会冒这么大的风险，那么为什么核试验会持续进行下去？

事实上，在这些数学计算中，缺少了最重要的温度。在这些计算中，如果安全系数接近于 1，核爆炸温度需要高达 1000 亿开尔文。而当时即使是理论上的聚变炸弹产生的最高温度也只在 1 亿开尔文左右，整整低了一千倍。因此，他们将安全系数从一提高到一千以上，并且考虑到这种增强的安全系数，原始报告得出的结论是，目前的计算表明大气不存在着火点。

巨大的安全系数不足以平息担忧，科学家还计算了要维持上述聚变温度，产生链式反应，爆炸需要产生直径 100 多米的巨大火球。也就是说，突然之间，直径 100 多米的球状区域内，它的亮度比太阳还要高出好几个量级，这是非常不可能的事情。此外，他们还发现创造这个世界末日空气层所需的能量，它是目前整个世界核武器库中所含能量的二十倍。我们还没有点燃大气层的核技术。

本文来自微信公众号：万象经验 （ID：UR4351），作者：Eugene Wang

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