本文目录
- 原子弹原理早已公开，为什么还有那么多国家造不出原子弹
- 海森堡的测不准原理是怎么回事
- 海森堡测不准原理是什么
- 海森堡测不准原理是怎么一回事，人们对这个理论有什么误解
- 二战时期德国为什么造不出原子弹
- 如果海森堡没有算错原子弹数据，德国能造出原子弹吗
- 搞笑二战史：德国没造出原子弹，竟是因为数学题算错了
原子弹原理早已公开，为什么还有那么多国家造不出原子弹
原子弹和氢弹一直被称为是人类的终极武器，因为它是宇宙中最普遍的能量产生方式：质量转化为能量，这是1905年由爱因斯坦提出的质能等价原理的终极应用，爆发出的能量是人类前所未见的，即使在将来，也很难有新的武器在能量释放上超过它！
原子弹的原理并不复杂，为什么能制造原子弹的国家那么少？
核弹有两种，一种是我们本文要说的原子弹，另一种则是原子弹作为扳机的氢弹，两种统称为核武器，它们的原理并不复杂，甚至中学生都能了解他的原理，但在地球行能制造出核武器的国家不过十几个而已！为什么那么难？
原子弹的前世今生
原子弹的原理就是重核裂变，这是哈恩和施特拉斯曼在1938年发现的，刚好在二战前夕！发现原理后不久，科学家都认识到了核裂变所释放的巨大能量，因此德国已经开始召集科学家攻克原子弹，而美国总统罗斯福也在爱因斯坦的签名联名信中同意了原子弹制造的曼哈顿计划！
当然结果大家也知道了，奥本海默领导的曼哈顿计划成功地制造出了原子弹，而德国的原子弹则失败了，据说日本也加入了计划制造原子弹但最终没有成功！不过造不出也没什么丢脸的，因为即使到二十一世纪，能制造出原子弹的也不过十多个，原子弹真的很难吗？
原子弹为什么那么难？
虽然重核裂变的元素很多，但最常见的只有一种，也就是铀-235，还有一种是钚-239，但这种并不在自然界存在，需要用核反应堆制造，下面以铀-235为例！
临界质量计算错误
二战德国没有制造出原子弹一直是个谜，按理说以海森堡的能力造出原子弹并不是什么特别难的事情，但德国就是没成功，其中据说就是临界质量的计算问题！
一个铀原子在受到中子撞击后会分裂成氪-92和钡-141，同时会释放出2-3个多余的中子，这些中子又会撞击其它原子核形成链式反应，但有一个问题，必须撞击到原子核才能反应，而原子内部空荡荡的，必须要足够大的质量才能让中子在飞出去前撞击到原子核！
所以能保证中子撞击到下一个原子核的最小体积的质量就是临界质量，海森堡算错了，一颗原子弹需要数吨铀-235，几乎是个不可能的任务，所以这德国造原子弹的信心明显就不足。
提纯铀-235非常困难
自然界的铀重只有0.72%是铀-235，其余的都是铀-238，两者化学性质几乎都一样，而造一颗原子弹至少也需要90%以上浓度的武器级铀，而且需要15千克以上！如何分离就成了一个超级难题，一般有三个方法来分离：扩散法、离心法和激光法！
第一颗原子弹使用的就是扩散法，现代铀浓缩主要用的是离心法，它的原理很简单，让铀黄饼生成六氟化铀，这是一种气体，然后通过高速旋转的离心机，将两者差一丢丢的质量的同位素分离，经过N级提纯后，铀-235的浓度越来越高！
但制造一颗原子弹少说也要几十千克（保证能爆，越多越好），如果各位无法想象浓缩铀的难度的话，那么必定听说过伊朗的离心机，纳坦兹浓缩铀工厂数次遭到美国暗算，不知道生产出了多少浓缩铀，当然这是机密，我们不得而知，但难度可见一斑。
这些都是离心机
起爆模型困难重重
有了浓缩铀，接下来简单了？NO！刚刚开始而已，因为到达了临界质量的铀-235块会自发裂变，所有原子弹内的铀块绝不能到达临界质量！但在爆炸时必须要临界质量，怎么办？设置一个分离的模型，起爆瞬间合在一起，然后裂变，当然这是在微秒时间内完成的！
所以即使有起爆模型，如何让它们在瞬间合在一起，这个难度是极高的，没有点基本功，那是绝对搞不定的，所以这又是一个难度！
当然这些其实都不是问题，现代世界上有这些技术的国家多达几十个，但问题是为什么能制造出原子弹的仅仅只有十个呢？
最大的障碍：核不扩散条约
这里有两个概念必须要了解下，第一个是国际原子能机构（IAEA），成立于1957年7月29日，是一个国际组织，致力推广以和平方式使用核能的机构，另一个则是《核不扩散条约》！
1959年和1961年，联合国大会先后通过爱尔兰提出的要求有核武器国家不向无核国家提供核武器和《防止核武器更大范围扩散》的议案。此后1960年和1964年，法国和中国先后搞定原子弹，中国还在1967年突破了氢弹，这引起了美苏的担忧！
因此在美国和苏联在1965年8月和9月在日内瓦18国裁军委员会提出一项防止核武器扩散条约草案，并且在1968年6月12日的联合国大会上通过此草案，条约规定：截止1967年1月1日已制造并爆炸核武器或其他核爆炸装置的国家，允许保留核武器！
美国、苏联、英国、法国和中国成为仅有五个合法拥有核武器的国家，所以你要想想我们国家当时是无比英明，而科学家们的贡献是多么巨大，一旦错过那个窗口，现在再研制核武器那就不只是技术上的难题了！
看看现在朝鲜和伊朗，为了核武器搞到再三被制裁，当然对于他们来说并没有错，但是和氏璧无罪，怀璧其罪，核武器只能在五常中！
各国核武器数量
所有在被认为有可能核扩散的风险的国家，IAEA（国际原子能机构）就有权调查，当然这也得看僧面，五常内IAEA可不敢造次，但在其他国家，有美苏撑腰，有制裁背书，你不让查都不行！
铀浓缩设施，比如离心机，还有重水反应堆
前者是浓缩铀的最便捷手段，后者能生产钚-239，所以这些都是首当其冲的！国际原子能机构欢迎大家使用轻水反应堆，因为它无法制造钚，而且它用的是浓缩铀，浓度要求比较高，所以可以采用可控贸易的形式进行！
但重水反应堆就比较严重了，因为它可以使用低至2%左右的浓缩铀，甚至直接用铀矿石，而且它的废料中还能分离钚-239，所以重水反应堆是重点关照的对象，国际原子能机构盯着全世界的重水反应堆，特别是在朝鲜和伊朗的重水反应堆！
这就是当年IAEA在伊朗出镜率奇高的原因！当然IAEA也是全球所有在五常以外，但却想制造原子弹的国家的最大障碍！
海森堡的测不准原理是怎么回事
海森堡测不准原理的关系式为：△q·△p≥h╱2π 。 其中，q为位置，p为动量。这个关系式表明，我们无法把任何一种物体的位置和动量两者同时精确地测量下来。你把位置测定得越准确，你所能测得的动量就越不准确，你测得的动量越准确，你所能测定的位置就越不准确。这就是海森堡的‘测不准原理’。 量子力学将人类的视野从宏观世界引入到微观世界。在宏观世界里，我们可以准确地观测到宏观粒子运动的轨迹和测出它运动的速度，从而得知它在任一时刻的位置和动量。但是在微观世界则不能，位置和动量不能同是测定。造成这种结果的原因是观察范围的缩小。 为了说明这一点，我们观察比较下面两个图，甲图为人们在宏观世界的视野范围图，乙图为人们在微观世界的视野范围图。 对于客观世界，我们观察的仅仅只是某一个狭小范围内东西。我们只能细致地看清一定范围内的东西，范围之外的东西我们观察不到。 在甲图中，由于观察的是宏观世界中尺度较大的物体，因此，我们可以准确地观测到某一物体运动的轨迹和测出它运动的速度，从而确定它在任一时刻的位置A和动量B。 在乙图中，由于观察的是微观世界的电子，电子的尺度太小太小了，以致于肉眼无法直接观察，需要借助仪器，因此我们只能在一个非常狭小范围内观察它，于是当你观察到位置A时，动量B就被排出视野范围之外，因而我们无法观察到动量B；但是当你观察到动量B时，位置A又被排出视野范围之外，因而我们无法观察位置A。 位置A和动量B二者不能同时观测确定，是由于观察范围缩小的缘故。 这正如我们看见一棵树，看到了它的全貌树冠和树干，可是当我们要细致地观察它，就得走近它，近到一定的程度，我们只能看见树干而看不见枝叶了，由于观察范围的缩小，枝叶被驱出观察范围之外了。电子的情形也如此，由于观察范围的缩小，当我们观测到位置A时，我们无法观察到动量B；当我们观测到动量B时，我们无法观察到位置A，我们无法把物体的位置和动量两者同时精确地观测到。于是就出现了这样的情形：你把位置测定得越准确，你所能测得的动量就越不准确，你测得的动量越准确，你所能测定的位置就越不准确。这就是海森堡的测不准原理。 海森堡的测不准原理的实质是观察范围的缩小！
海森堡测不准原理是什么
量子力学关于物理量测量的原理，表明粒子的位置与动量不可同时被确定。它反映了微观客体的特征。
该原理是德国物理学家沃纳·卡尔·海森堡于1927年通过对理想实验的分析提出来的，不久就被证明可以从量子力学的基本原理及其相应的数学形式中把它推导出来。
根据这个原理，微观客体的任何一对互为共轭的物理量，如坐标和动量，都不可能同时具有确定值，即不可能对它们的测量结果同时作出准确预言。长久以来，不确定性原理与另一种类似的物理效应（称为观察者效应）时常会被混淆在一起。
海森堡测不准原理是怎么一回事，人们对这个理论有什么误解
我们都知道宏观世界里面一切事物都具有确定性，比如我们取t=10秒这个时刻看某一个宏观物体，其实这个物体是肯定具有一个位置和速度的，也就是说我们取某一个时刻可以同时测量出来一个宏观物体的位置和速度。
有人也许会疑惑，你这不废话嘛，我们肯定可以同时测量出来位置和速度，这有啥值得说的。但是我要告诉你的是，我们能同时测准速度和位置，这个仅仅是在宏观世界才能做到，在微观世界是做不到的，因为微观世界遵循“海森堡测不准”原理。
关于这个原理我之前已经详细讲解过，如果你没看可以先往前翻下。这个测不准原理的核心就是：我们永远无法同时精确测量出一个微观粒子的速度和位置（速度也可以替换成动量）。但是很多人对这句话有误解，认为测不准是因为我们的仪器精度不够造成，把测不准问题归结于是我们掌握的物理规律不够，科学发展还不够，其实这是一种极度错误的思想。
因为我们测不准并不是科学发展不够，也不是我们仪器不够先进，而是微观世界本来就是以这样的方式存在的，测不准本身就是微观世界的一个内在属性。相信不少人会听过这样的故事，一般的教科书是这样解释测不准原理的：
首先我们测量一个微观粒子的手段肯定是用电子去撞击，因为测量本身也是有物理含义的，我们获取微观粒子的物理参数，不是无中生有的，是必须要拿电子去撞击的。那么为啥非要拿电子去撞击呢？因为微观粒子本身就非常小，如果拿一个比较大的物体去撞击测量，直接就把微观粒子撞飞了，而电子是目前人类发现的非常小的粒子，我们的电子显微镜就是用电子去撞击，然后就可以看到微生物的轮廓和形状，因为电子相比微生物要小太多了。
但是就算拿电子去撞击，也会对微观粒子造成很大的冲击，这里我们就要谈到一个不可解决的问题，那就是电子本身也是具有波动性的，如果波长很长，都超过被测量的粒子大小了，那么我们就很难测准微观粒子的位置了，当然波长很长有一个好处就是频率较小，这样电子的能量就比较小，那么撞击后对被测量粒子产生的冲击就较小，所以这样的电子可以去测准微观粒子的速度，从这分析可以看出波长大了，位置测不准，速度测准了。
反过来我们如果把电子波长弄小，能够测量准位置，但是波长小就意味着频率大，那么电子的能量就很大，对被测量粒子产生的冲击就很大，被测量粒子直接被你撞飞了，你就测不准粒子的速度。
以上就是为啥微观粒子的位置和动量测不准的物理分析过程，在教科书上也经常看到。
但是这个分析过程容易给人一种误导，那就是我们测不准速度和位置是因为我们测量技术不够好造成，应该说教科书上的解释本身并没有错，但是却容易误导大家。其实这里我要再次强调下，我们测不准微观粒子的位置和速度，绝对不是仪器问题，也不是我们掌握的自然规律不够，真的是微观世界的内在属性。
我们可以想象一个场景，假设此时有一个微观粒子，在一个瓶子里面，那么你所看到的场景是啥呢？首先这个微观粒子假设放到外太空，也就是周围没有啥引力等等之类的因素干涉，你会看到微观粒子处于静止状态吗？不能的，因为微观粒子的速度和位置是处于一个此消彼长的关系。假设你的瓶子足够大，那么微观粒子的位置可能性就会增大，也就是位置不确定度会增大，此时由于此消彼长，所以微观粒子的速度会比较确定，此时你看到的场景就是微观粒子好像遍布在整个瓶子里面，到处都有它的身影，但是每个身影的速度好像都差不多。
此时你慢慢把瓶子空间缩小，你会发现微观粒子的位置可能性减少了，瓶子里面微观粒子的身影也少了，当时此时你会发现，微观粒子每个身影都有一个自己的速度，有的快有的慢，当你把瓶子继续缩小到仅仅容纳一个微观粒子的大小时，微观粒子的身影几乎就只有一个了，但是此时微观粒子的速度会变得非常多，一会儿是这个速度，一会儿是那个速度，一直变来变去，速度的变动范围一下子变得非常大。所以如果你能把刚刚的场景想象到位，你就算真正理解微观世界的不确定性到底要表达啥了。
二战时期德国为什么造不出原子弹
核武器是迄今为止人类研发出杀伤力最恐怖的武器，当代各大国靠着手里核武器的制衡，在一定程度上维护了世界的和平，核武器成为了一种威慑性武器，等于是一把双刃剑。核武器是由美国带到公众的视线里，二战也是随着日本上空爆发的两颗原子弹结束，美国也是正是因为手里有核武器，二战结束分到了最大的战争红利，之后一路高歌强盛到了今天。事实上早在美国启动曼哈顿计划之前，纳粹德国就开始了原子弹的研发工作，只不过最后德国选择了放弃，那么是什么原因导致德国当时没能够造出原子弹？原因如此的简单：这位科学家“算错”了一个数据。二战时期的德国可谓是人才济济，课本上叫得出名字的科学家，德国就占据了大部分，当时希特勒的野心可是征服世界，在国际上树立了一大堆敌人，为了在战场上保持优势，就迫切需要更为先进的武器装备，于是科学家们开启了原子能的研究。当时德国负责原子弹研制工作的就是海森堡，在他的带领下工作进展得很顺利，尽管希特勒不知道原子弹的巨大杀伤力，不过也投入了大量的资金供他们研究，但对于这种传说中的武器，德国高层都表现得很佛系，能研发出来最好，最后失败也是可以接受。可惜这项计划在中途遭遇了瓶颈，那就是海森堡通过错误的计算得知，制造一枚原子弹需要几吨重的铀235，但就以当时工业的提炼水平，这几乎是一项不可能完成的任务，因为连原料的问题都不能解决，想要造出原子弹简直就是天方夜谭。正是因为海森堡算错的这个数据，德国原子弹计划只能被暂时叫停，只不过关于海森堡的这一行为，成为了后期人们热议的话题，有很多人都表示了理解，因为原子弹是领先世界的科技，那么在摸索过程中出点问题是很正常的事。只是海森堡毕竟是诺贝尔奖得主，就当时他在物理学上的造诣，这样的一个小错误根本就说不通，而且当时科研团队也不只他一个人，只需要稍微一检查就能发现，可惜整个团队没有一个人提出质疑，不管真实的答案是什么，至少德国手里没有原子弹，对世界来说是一件大幸事。最后德国由于常年的征战，国内的资源也消磨殆尽，在苏德战争失败后就开始走下坡路，最后只能无奈宣布投降。但反观造出原子弹的美国，靠着这样大杀伤力的武器，在国际上混得是风生水起。美国在这些年一直都在出产领先世界的武器，那么他们当初能够率先造出原子弹，其实也就不足为奇了，毕竟美国手里有着充足的资金，而且还有来自世界各地的优秀人才，这样的底蕴足以支撑美国走在世界的最前沿。
如果海森堡没有算错原子弹数据，德国能造出原子弹吗
当然能，德国在原子能领域的研发速度和科研力量包括实验设备都是最领先的，即便是算错了数据，导致后期原子弹爆炸失败，也会返回重新测试，这样就能揪出错误点，从新计算，再次做核爆实验，造出原子弹只是时间问题，不存在技术问题
搞笑二战史：德国没造出原子弹，竟是因为数学题算错了
上世纪上半叶，可以说是物理学史最辉煌的一段时间，量子力学和相对论横空出世，把古典物理学拍死在了沙滩上。随着新理论的出世，一大批新的技术应用也相继研发。科学一直以来，都是一把双刃剑，可以用来造福人类，同样可以用来毁灭人类。 二战期间，德国四处出击，把整个欧洲拖入战火。在德国的闪电战攻击下，捷克、波兰、法国等等欧洲国家相继沦陷，整个欧洲岌岌可危。但东进的德国在俄国那里遭受了挫折，战况开始陷入僵局。 ▲ 希特勒阅兵 在这种情况下，德军领导层更加努力地寻求制造大规模杀伤性武器，改变这个窘迫的情况。其中，核武器被视为一个非常有希望的方向。而此时，德国国内也是人才济济，大佬级别的物理学家，一双手都数不过来，海森堡、劳尔、波特、盖革…… 一个研制原子弹的专家团队很快就建立起来了，团队领导人就是号称20世纪最伟大物理学家之一的海森堡。 ▲ 海森堡 海森堡团队迅速投入研发工作，几个月后，他们给出报告：现阶段，要制造原子弹是不可能的。因为根据计算结果，制造一枚原子弹，需要几吨铀235，但根据当时世界上的工业提炼水平，是不可能提炼出几吨铀235的。既然原料都不能足量制造出来，那么造成品就是天方夜谭。 海森堡团队将这个报告，递交给了纳粹德国军方，军方看过报告之后，也认为制造原子弹不可能，就转身把精力投入到了其他武器制造方向。但是军方，还是给了一点点钱给海森堡团队，让他们继续研究，万一有一天，工业提炼水平上去了，可以合成几吨铀235了，那这原子弹不就造成了嘛。 ▲ 铀矿石 我们知道，世界上第一颗原子弹，是美国研制出来的。德国是从1939年开始着手研发原子弹的，美国在1942年6月份的时候，也推出了一个曼哈顿计划，开始组织人手研制原子弹。没想到3年不到的时间，世界上第一颗原子弹就在美国成功爆炸。 这一炸，把海森堡也给炸得目瞪口呆了，这美国佬是如何把原子弹给弄出来的呢？海森堡开始自查，自己到底是哪里没做好，这不查不知道，一查他吓一跳。原来就是当年一个数学公式算错了，导致铀235的计量出现了错误。造一颗原子弹，根本用不着几吨铀235，有几公斤就够了。 ▲ 原子弹内部构造 海森堡是当时物理学界的权威，他给出那个结论的时候，也没人质疑。包括海森堡自己，对这个计算结果也是深信不疑，却没想到自己给德军挖了个大坑。 不过，很多人认为，还好海森堡这道数学题算错了，如果算对了，以当时德国的工业水平和人才力量，是绝对造得出原子弹的，那么整个二战的局面，则将是另外一番局面，太可怕了。 也有一些人觉得，这是海森堡故意算错的，为的就是让德军不能拥有原子弹，不然又不知道多少生灵要涂炭。
