科學人 1月號/2024 第263期

製造不安的代價

全球強國裁減核武的協議失敗，美國啟動了核武現代化計畫， 然而長期發展核武帶來的問題相當嚴重!

撰文╱史崔普( Abe Streep )
圖╱柏曼( Nina Berman )
翻譯╱甘錫安

關於這件事最重要的是，從此改變了人類對權力的概念。二次大戰期間，美國軍方召集科學家，由物理學家歐本海默( J. Robert Oppenheimer )領導開發核彈，希望搶在納粹德國之前製造出這種恐怖武器。當時參與的科學家中，有許多人認為自己投注的心力是某種奇怪的公民使命。曾獲 1986 年普立茲獎的記者羅德斯( Richard Rhodes )

在他撰寫的《製造原子彈》（ The Making of the Atomic Bomb ）中寫道，曼哈頓計畫「起初不是出於惡意或仇恨，而是希望世界變得更好。」歐本海默說：「核彈是額外施加的壓力，致使未來戰爭的後果變得難以容忍，它促使我們邁出最後幾步、爬上山頭，翻過山頭就是另一個國度。」我們現在已經生活在另一個國度。在這個國度裡，大家普遍認為核子武器只要存在，就不可能使用。關鍵在於只要有國家發動核武攻擊，人類將就此滅亡。

防止核子武器擴散的態度一直延續到15年前，連美蘇冷戰期間的歷任美國國務卿也接續主張裁減核子武器。歐巴馬（ Barack Obama）2009 年就任美國總統時也希望建立無核武世界，推動與俄羅斯簽署新條約，限制雙方部署核子武器的數量。但努力促使全球強國裁減核子武器和降低緊張態勢數十年後，如今局勢再度緊張。俄羅斯宣佈退出條約，許多人也認為中國正在提升核武數量。

美國準備縮減核子武器總量的同時，也打算更換現有的核子武器，同時促使機構現代化。現今的核子武器使用的是數十年前的舊型設計，設備逐漸老化，每年的維護費用高達數億美元。2010 年，美國國會通過更新美國核武鐵三角（ nuclear triad ），也就是可部署在陸地、海上和空中的核武系統。

美國核武鐵三角中最具爭議的是洲際彈道飛彈（ICBM）系統。此系統共有數百枚飛彈，分別位於蒙大拿州、北達科他州、懷俄明州、科羅拉多州以及內布拉斯加州的地下發射井中。由於這些飛彈安置在固定地點，而不是潛艇或飛機等活動地點，容易成為攻擊目標。這些飛彈視為先制武器，所以一直有人擔憂可能會意外發射。安置地點相當分散，對土地利用和能源政策的影響也相當巨大。2015 年，馬蒂斯將軍（ James Mattis ）向參議院軍事委員會提議軍方撤除所有陸基飛彈的考量；兩年後，他任職美國國防部長。

但大約同一時間，美國空軍核武中心則要求設計並生產新飛彈。國防承包商諾斯洛普格魯曼公司（ Northrop Grumman）參與投標並取得這個案子。2021 年，美國國會通過第一筆更新全美ICBM 系統名為哨兵（ Sentinel ）的經費。哨兵飛彈和目前的義勇兵三型（ Minuteman III ）飛彈同樣能在空中畫出優美的拋物線，落在地球上的任何地方摧毀目標。投注在哨兵飛彈的1000 億美元只是第一步，未來核武鐵三角的總經費將高達1 兆5000 億美元，將用於提高新的鈽（Pu）彈心產量，也就是核彈彈頭的金屬核心。

美國進一步施壓的用意是，在俄羅斯近年來採取侵略架勢和中國強權興起下，讓盟邦國家感到安心？還是純粹為了推展有利可圖、已持續數十年的軍事化政治議題？答案視我們問的對象而定。無論是什麼答案，後果都相當清楚。位於美國加州的明德國際研究院防止核武擴散的專家路易斯（ Jeffrey Lewis ）表示：「我認為未來幾十年將是核武產業蓬勃發展的時期。」

新墨西哥州洛沙拉摩斯國家實驗室（ Los Alamos National Laboratory, LANL ）的武器部門副主任韋布斯特（ Robert Webster ）表示，美國人已經失去對核子武器的熟悉感。也就是說，由於數十年來的相對穩定，已經忘記該如何考慮核子武器。他說：「全世界每個人的了解程度必須相同，才能維持這樣的嚇阻作用。」

但全球強權都把核子武器當成談判籌碼，歷史更告訴我們，一個國家擴增軍備，對手也會跟著擴增。最糟糕的後果就是地球毀滅。即使局勢不安的和平一直持續下去，我們從經驗也可得知，核子軍備擴增，包括製造核武和核武造成的輻射陰影，都將改變一個地方。韋布斯特說：「成為核武國家，必須付出代價。」

比較準確的說法是要付出很高的代價，包括短期和長期。美國某些地區開始生產鈽至今不到一世紀，付出的代價就特別高。2023 年夏天，我開車到應該已經沒有需求但仍在生產核彈的城市、造訪地區經濟受核彈掌控的平原、進入沙漠地下600 公尺的礦坑，美國生產核子武器時產生的許多鈽廢料放置在這些地區。我希望聽聽住在這些地區的民眾想法，進一步了解我們即將踏入新的軍備競賽時代，過往時代對他們造成什麼影響。這趟行程的起點距離我家大約一小時車程，位於美國核子武器的誕生地和心靈歸宿。城鎮外環的路標上寫著：「洛沙拉摩斯，這裡就是發現之地！」

LANL 外觀看起來有如人造環境，像是用來呈現十分陳舊的美國市郊的電影佈景。整齊的棕褐色大樓、保全閘門、放滿鈽廢料的白色圓頂，看起來很像馬戲團帳篷。以傑梅斯山（ JemezMountains ）為背景的台地上，現在的LANL和周圍城鎮建立於二次大戰期間，當時美國政府向帕哈里多高原上的原住民和開墾者徵收一所男校和土地。這片高原位於陡峭的峽谷和旱谷上方，山勢迅速下滑到河谷底部和新墨西哥州的主要河道格蘭河（ Rio Grande ）⋯⋯

核武的威脅，是來自科學，還是來自人性？

戴上手套，我從反應爐的爐心旁緩緩拉上來實驗樣本，撕開紅色膠帶，取下三個10元硬幣大小的樣本交給同學，去測量放射性強度。下樓來到監測儀器前，我腳一踏上去，警報就大響，防護人員從屋裡衝出來，那一刻，我知道我受到核污染了……

文／孫維新

在台大物理系大四那年，我選修了「反應器物理」這門課，希望學點核分裂的科學原理和實際應用，這門課的開課教師是來自台電公司的鄧光新教授，鄧教授濃眉大眼、身材厚實，常一早在校園裡練兵器健身，我有時到得早，在校園裡和他迎面相遇，總會看他背著一把大刀，刀把尾端飄著紅綠布條，堅定而自信地邁步往前，就像是從抗戰海報中走出來的29軍大刀隊。

這門課除了課堂講授，鄧老師也安排了校外實習，每週五中午，修課同學要到總統府後門去搭交通車，前往位在龍潭的中山科學院，使用一座小型的核子反應爐做實驗，這個設備只能產生60千瓦的能量，功率很低，所以正式名稱就叫做「零功率反應爐」，但能實際接觸到反應爐就已經讓人興奮不已了。

這是一座室內的「輕水式反應爐」，大約有三層樓高，做實驗的同學可以走上爐頂的艦橋，踩在格狀的鐵網上，低頭看到水體深處正在運作的爐心！我第一次站在艦橋上往下看的時候，真的驚呆了，爐心周遭被一團如夢似幻的藍光包裹著，那團藍光就是「切侖科夫輻射」（Cherenkov radiation），以前只在書上看過，沒想到現在能親眼得見，的確無比震撼！

後來我在大學上課，解釋這個現象給同學聽：切侖科夫輻射是當粒子運動的速度超過光速時，所釋放出來的輻射。同學說了：「老師，愛因斯坦不是說光速是最快的速度嗎？怎麼粒子的運動還能快過光速？」要注意，愛因斯坦當年說的是「真空中的光速」，水中的光速是真空中的光速除上水的折射率4/3，而從爐心射出的中子在進入周遭的水體那一瞬間，速度短暫地超過了水中已經打了折扣的光速，才會出現這一團夢幻藍光！

欣賞完了美景，回到實際工作，我們要做的實驗其實很簡單，那一回就是將三個10元硬幣大小的樣本用紅色膠帶貼在一根直尺上，用繩子從艦橋上緩緩將直尺墜入水中，降到爐心旁邊，等樣本被爐心射出的中子撞擊一定時間之後，產生了放射性，再拉上來取下樣本拿到實驗室去測量放射性強度。
當時我負責取樣本，戴了手套拉上直尺，小心翼翼地將紅色膠帶撕開，隨手黏在地上，將取下的樣本交給旁邊同學拿到實驗室去，再把用完的手套膠帶收集起來，放到核廢棄物的防護箱中，工作就算完成。

取完樣本後原想跟著同學到實驗室去看結果，但我想到了實驗守則的要求：取完樣本一定要下樓在儀器上測量有無污染。雖然我感覺不到一絲異狀，身體正常毫無問題，但想著還是遵守規範，下得樓來走到牆邊，靠牆的地面上有個小平台，上面有兩個腳印踏板，面前牆上有兩個長方形的小洞，分別用來測量腳和手的放射性。就在我踩上踏板，手還沒放入牆上的洞中，整棟樓的警報器就大響！防護人員從房間裡衝出來，我想著這下完蛋，遭到核污染了！

防護人員讓我兩腳前後上下小平台，也輪流把兩手伸入牆上的洞中，確定是左腳鞋底有污染，我猜想是在取樣本時不小心踩到了黏在地上的紅色膠帶。這些紅色膠帶和樣本同時被中子撞擊，因此也同樣具有短暫的放射性。

後來上課時，我講到這段歷程，就問學生當時我該怎麼辦？學生咬牙切齒，說：「老師，壯士斷腕！」沒那麼嚴重啦，防護人員說這只是輕微的鞋底污染，交給我一包洗衣粉和一把刷子，告訴我外面草地上有水龍頭，自己去把鞋底刷刷就好了。等我刷完鞋底回來，再上下平台測量手腳，確定已經量不出放射性，這個小小的核污染事件就結束了。

後來我回想，如果當時我沒下樓去做檢測，就不會知道自己鞋底有核污染，這個污染會被我帶上交通車，再帶回家中，凡走過的，必留下痕跡。
但我這個經歷還真的是微不足道，如今每個人都正在經歷核污染，從空氣到土壤再到地下水，全球皆然，無人倖免。

在此轉述一個李家維教授說過的小故事，家維兄的故事常發乎日常生活之中，總是富含科學知識和人生哲理，這次是和「喝酒」有關的。

有回家維兄參加了一場企業家聚會，主人好客，所以高朋滿座，冠蓋雲集，有好些古物蒐藏名家到場，其中有位C君蒐藏不少，但他總覺得別人的東西都是假的，只有他自己的藏品才是真的。此時主人拿出一瓶好酒款待賓客，光看瓶子就已經是古色古香價值連城，反過來瓶底印著「大明成化年製」，「成化」是明憲宗朱見深的帝號，公元1470年前後在位20年，這樣看來這瓶酒少說也已經550年了，足見主人誠意。但酒端到C君前面他硬是不喝，說這是假的！主人面子上下不來，家維兄身為具備科學知識的仲裁者，便出面打圓場，說科學可以解決爭議，他在清華大學有實驗室，是真是假一測便知。家維兄還真的帶了些酒樣回學校，後來家維兄就說了：C君不喝是對的！

有機物質可以用「碳14」的衰變來測定年代，我們這個「碳基世界」的碳主要是碳12，同位素碳14僅佔微小比例，但碳14會衰變，原子核會放出一個電子（即「β衰變」），將一個中子轉為質子，讓這個原子核自己往前進了一格，成為氮14。碳14的半衰期是5730年，只要檢驗物質中還存在多少碳14，就知道這個物質是多久以前的東西，「碳14定年法」對五萬年之內的物質基本都能準確定出年代。

家維兄說，經過檢測，這瓶酒中碳14的量大到不合理，理論上碳14只會越來越少，怎麼會更大？原來從1945年7月16日人類第一枚核彈試爆成功開始，大量的核試爆將許多放射性同位素拋到大氣層中，澈底破壞了原先自然界的同位素比例，因此1950年代之後碳14定年法就不再準確，檢測值很高就意味著這瓶酒是1950年以後的產物，從來沒有想到大明成化年離現在這麼近！

這一期的《科學人》雜誌以多篇報導闡述了美國中北部大量的陸基核飛彈發射場的設置始末，美國現在也來到了必須更新這些超過50年的飛彈和它們的發射井的階段。過去幾十年這些陸基核子彈頭的設置，已經對周遭的土地和人民造成了不可回復的污染，到今天美國政府還持續在賠償，而現在這些彈頭和發射井要更新的天價費用和持續累積的土地污染，更是對美國全民的嚴苛考驗。

1945年7月16日那一天清晨，在新墨西哥州的荒原上，太陽昇起了兩次。從那時開始，一直到2020年，世界八個擁有核武的國家總共進行了2056次的核試爆（美國1030、蘇聯715、法國210、英國45、中國45、北韓6、印度3、巴基斯坦2），讓大量的放射性元素進入了大氣和土壤中，全球已無淨土。我們每天呼吸的空氣、飲用的水，和地上種出來的莊稼，都包含了原子核能量解放的因（科學），和人類彼此猜疑、威脅，和嚇阻的果（人性）。

因果循環，下一句就不好說了。

關於封面

過去曾有人呼籲國際應裁減核子武器以降低緊張態勢，但相反的，美國接下來將全面更新核武系統，而核武產業正蓬勃發展。這不僅增加戰爭傷亡的風險，也讓許多地方付出代價。封面上一枚尖銳的核子武器筆直地指向地球，彷彿告訴我們，將進入了核武現代化時代。


專題報導 FEATURES

特別報導
28 新核武時代即將到來

30 製造不安的代價
文／史崔普（Abe Streep）

46 海戰、囚犯與膽小鬼
文／馮勃翰

52 核武和它的產地
文／史柯爾斯（Sarah Scoles）

60 國土犧牲區
文／菲利浦（Sébastien Philippe）

語言學
70 文法如何改變認知
文／肯尼利（Christine Kenneally）

材料科學
82 無重力下的完美晶片
文／森尼斯基（Debbie G. Senesky）


行家領路 GUIDES

6 總編輯的話
核武的威脅，是來自科學，還是來自人性？
文／孫維新

8 科學人觀點
文／曾志朗

10 我是企業家，也是科學人
理性判斷核心問題——專訪家登精密董事長邱銘乾
採訪／林詠翔、整理／袁珮閎


思想漫遊 COLUMNS

20 形上集
我的物理老師們（三）
文／高涌泉

22 教科書之外
醉酒遺傳學
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托里切利與伽利略
文／張瑞棋

26 媒事多科學
當科學議題誤觸政治極化
文／黃俊儒

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