江湖傳(chuan) 聞,在共和國原子能事業(ye) 創業(ye) 的六十年代,由於(yu) 條件艱苦、設備簡陋,科學家們(men) 硬生生用算盤把核彈算了出來。
這種說法“有圖為(wei) 證”——瞧,這位科學家用的就是算盤!
我國科學家用算盤計算數據。圖源:央廣網
一來二去,這個(ge) 故事流傳(chuan) 廣了,很多人就疑惑——算盤真有那麽(me) 神嗎?
要知道,造核彈需要的計算可不隻是加減乘除。開方乘方、微積分、對數、級數、各種物理單位的換算……小小算盤真的應付的了這些?
今天,科技日報又要較個(ge) 真了。
在“兩(liang) 彈一星”研發當中,科學家們(men) 確實用過算盤,但這是因為(wei) 當時資源有限、算力緊張。其實,算盤隻是為(wei) 了方便才用上的輔助工具,隻能用於(yu) 粗估。
那麽(me) ,科學家們(men) 做計算的主力神器是哪些呢?
一共有兩(liang) 件。
一件是手搖計算機,這種酷似老式電話的機器曾陪伴我國科學家多年,下麵這台就是鄧稼先用過的,現藏於(yu) 中國國家博物館。
鄧稼先領導研製中國第一顆原子彈時使用的手搖計算機。圖源:央廣網
另一件是我國研發的第一代電子管計算機。中國人在五十年代已經開發出了自己的計算機。
1958年,我國第一台電子計算機問世,並實現少量生產(chan) ,名為(wei) 103型計算機。在之後的幾十年當中,我國自己的新型計算機不斷問世。
103型計算機。圖源:中科院計算技術研究所。
1959年,104型計算機也問世了,它就是我國科學家在研發“兩(liang) 彈一星”時使用的主力機型。
104型計算機。圖源:中科院計算技術研究所
這兩(liang) 頭“巨無霸”承擔了當時科學研究中大多數的計算任務。但是,以今天的標準來看,這台計算機的算力仍然是非常低的,而且操作極其繁瑣,很多時候不夠便利。因此,科學家們(men) 還是需要大量使用手搖計算機。
另外,科學家們(men) 還有一種稱手的工具,叫做計算尺。有了它,對數函數、指數函數、三角函數、雙曲函數、開根、求冪都可以快速求解。但是,它的應用範圍和算盤類似,隻是一種補充性的工具。
計算尺。圖源:清華大學科學博物館
所以,算盤對於(yu) “兩(liang) 彈一星”科學家們(men) 來說,隻是一種邊緣的、補充性的計算工具,不能用於(yu) 關(guan) 鍵計算。“算盤算出核彈”隻是一種以訛傳(chuan) 訛的說法。
但是,算盤在科學家的辦公桌上仍有一席之地,也確實說明了我國原子能事業(ye) 創業(ye) 之艱辛。總的來說,五、六十年代中國科學家使用的工具還是很簡陋的。
也正是憑借這些簡單的工具,科學家們(men) 把原子彈從(cong) 草稿紙上的烏(wu) 托邦變成了羅布泊裏的“大炮仗”。
在原子彈研發過程當中,有一個(ge) 關(guan) 於(yu) 計算的著名故事,叫做“九次計算”。
研究人員用手搖計算機計算數據。圖源:央視網
1959年,蘇聯停止對華技術援助,撤回所有專(zhuan) 家。離開前,有三位蘇聯核專(zhuan) 家在課堂上留下了一個(ge) 關(guan) 於(yu) 內(nei) 爆過程中產(chan) 生壓力的技術指標。
對接下來需要自力更生完成原子彈研發的中國科學家們(men) 來說,這個(ge) 重要參數本來應該是一個(ge) 助力。但是,在研究人員曆經二十天的計算之後,這個(ge) 參數出現了偏差,計算工作因此陷入僵局。
一次計算解決(jue) 不了怎麽(me) 辦?那就再來一次!
為(wei) 了獲得準確的結果,鄧稼先帶領研究人員用手搖計算機、計算尺乃至算盤反複計算。三個(ge) 月內(nei) ,科學家們(men) 三班倒地又進行了三次計算,卻仍未得出和蘇聯專(zhuan) 家一致的結果。
四次計算後仍然一籌莫展,中國科學家的回答是繼續做第五次,第六次,一直做到了第九次。
1961年中,物理學家周光召仔細分析了九次計算的結果,運用炸藥能量最大功原理,從(cong) 理論上證明蘇聯數據是有問題的。
物理學家周光召。圖源:央視網
數學家周毓麟回憶說,在計算的同時,當時的二機部理論部陸續從(cong) 中科院和各高校召開各個(ge) 領域的專(zhuan) 家,群策群力驗證討論,分析質疑。
在一輪輪民主討論和爭(zheng) 論之後,核物理研究帶頭人彭桓武決(jue) 定采用周毓麟提議的人為(wei) 粘性方法進行驗證計算。1961年底,周毓麟帶領的精確計算組得到了試算結果,與(yu) 特征線方法的結果和九次計算手算結果進行了比較,結果表明,計算結果與(yu) 手算結果很接近,誤差隻在5%左右。
周毓麟一家三口的合影。圖源:中國科協周毓麟采集工程
兩(liang) 位科學家的發現先後印證了中國科學家九次計算結果的準確性。正確的參數不僅(jin) 給原子彈理論設計奠定了堅實基礎,還提升了科研團隊的自信心。
1964年10月16日,我國第一顆原子彈爆炸成功。這顆核彈不僅(jin) 是中國科研實力的證明,還是向中國科學工作者嚴(yan) 謹務實精神獻上的禮花。
後來,數學家華羅庚評價(jia) 說,這九次運算“集世界數學難題之大成”。更不容易的是,中國科學家的計算是在相當簡陋的條件下實現的。要知道,當時一台104型計算機的算力,還比不上今天的一台智能手機。
現在,正在輕鬆使用“超級算盤”的你,能夠想象到科學家們(men) 研發原子彈時的真實畫麵了嗎?
◎ 科技日報實習(xi) 記者 孫明源
來源:科技日報
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