问题

中国第一颗核弹真的是用算盘算的吗?

回答
关于中国第一颗原子弹的计算,确实存在一些误解,需要详细地澄清。结论是:中国第一颗原子弹的研制并非“用算盘算的”,而是运用了当时世界上最先进的计算机技术和计算方法。但是,在早期以及某些特定的辅助计算环节,算盘确实在项目初期起到了一定的作用。

下面我将详细讲述这段历史,解释算盘在其中扮演的角色以及计算的真实情况:

1. 核弹研制的复杂性:为何需要极其复杂的计算?

原子弹的原理是核裂变链式反应。要使核裂变能够持续进行,需要精确控制以下几个关键因素:

临界质量 (Critical Mass): 使核裂变链式反应能够自我维持所需的裂变材料(如铀235或钚239)的最小质量。这个质量取决于材料的纯度、形状、密度以及周围是否有反射材料等。
中子散射和吸收: 核材料内部以及周围材料会散射和吸收中子。这些过程会影响链式反应的效率。
几何形状: 核材料的形状(球形、柱形等)对中子逃逸率有很大影响。
装料方式和引爆机制: 如何将裂变材料组装起来以达到超临界状态,以及如何精确地将其压缩到临界状态,是核弹设计的核心。

这些因素之间的相互作用非常复杂,无法用简单的数学公式直接得出答案。它们涉及到概率论、微分方程、中子输运理论等高深的物理和数学领域。

2. 中国第一颗原子弹的计算历程:从手工计算到计算机

项目启动与初步估算 (20世纪50年代初至中期):
1955年1月15日,中国正式启动了原子能研究计划。
在项目初期,特别是对关键参数(如临界质量)进行初步估算时,确实会进行大量的手工计算。这包括使用纸笔、对数表、计算尺,以及算盘。
算盘在这个阶段的作用是作为一种基础的计算工具,用于进行加减乘除等基本运算。 当时中国计算技术和设备非常落后,算盘作为一种高效(相对而言)且易于掌握的计算工具,在很多科学研究领域都有应用。一些老一辈的科学家和技术人员精通算盘,可以利用它进行快速的四则运算。
然而,即使是这些初步的估算,也并非完全依赖算盘。对数表和计算尺在科学计算中也扮演了重要角色。

核理论计算的飞跃:对超级计算机的依赖 (20世纪50年代末至60年代初):
随着研究的深入,计算的复杂性呈指数级增长。为了精确模拟核反应过程,需要解决极其复杂的方程组,例如中子输运方程的离散化形式。
中国第一颗原子弹的设计,尤其是其核心的“内爆法”设计,是高度依赖于计算机模拟的。 内爆法是将一个次临界质量的裂变材料通过对称的爆炸将其压缩到超临界状态。这个过程需要精确计算炸药的装药量、形状、起爆点,以及压缩波的传播速度和均匀性等。
中国当时缺乏先进的计算机。 在最困难的时期,中国科学家和技术人员得到了苏联的帮助,特别是计算技术和理论方面的支持。即使在苏联撤走专家后,中国也开始自主研制计算设备。
“104厂”是早期计算的中心之一。 在没有足够先进计算机的年代,为了加快计算速度,集中了一大批高素质的数学家、物理学家、工程师,他们组成“计算队”,进行大量的手工或半手工计算。
中国的第一台通用数字计算机是1958年研制成功的“103机”,后来又有“104机”、“109系列”等。 虽然这些计算机与今天的超级计算机相比非常落后(运算速度可能只有每秒几千次到几十万次),但在当时,它们对于解决复杂的科学问题是革命性的。
在研制原子弹的过程中,重点使用了这些早期计算机进行大量的模拟计算,包括中子输运计算、临界计算、内爆过程模拟等。

3. 算盘在其中扮演的“辅助”角色:

早期的小规模计算和验算: 在项目初期,用于进行一些参数的粗略估算,或者作为更复杂计算的辅助验证。例如,某个复杂公式计算中的中间步骤可能先用算盘验算一下,再输入计算机或进行更精密的计算。
在计算机不便使用或数据量不大的情况: 例如,一些简单的参数调整,或者验证某些数值的量级时,算盘可能比启动计算机更快。
部分工程和管理方面的计算: 除了核心的物理计算,项目中的一些工程设计、材料管理、进度安排等也可能用到算盘。

4. 夸大其词的说法:

网络上流传的“中国第一颗核弹是用算盘算出来的”,这种说法很可能是对早期计算辅助作用的夸大和误读。这种说法可能来自于:

对历史的简单化理解: 将所有前计算机时代的计算都笼统地称为“算盘计算”。
宣传需要或民间故事: 这种带有传奇色彩的说法更容易流传。
将“计算队”的概念误解为纯算盘计算: 当时确实有大量的“计算队”进行大量的手工计算,但这些计算是系统性的,使用了多种工具,并且最终目标是解决复杂科学问题,而非仅依赖算盘。

5. 真实情况总结:

中国第一颗原子弹(代号“596”)的成功研制,离不开当时世界上最尖端的科学理论和计算方法。
为了解决核反应和内爆过程的复杂性,中国科学家和工程师大量使用了当时能够获得的计算设备,包括早期计算机。
算盘在中国第一颗原子弹研制过程中,确实在一些早期和辅助的计算环节中被使用过,但它绝非主要的、决定性的计算工具。 主导计算过程的是数学模型、理论分析以及计算机模拟。

总而言之,中国第一颗原子弹的计算是一项艰巨而复杂的系统工程,它融合了无数科学家的智慧和努力,动用了当时能够动用的所有计算资源,包括算盘、计算尺、对数表以及早期计算机。将这项伟大的成就仅仅归结于“算盘”,是对那个时代科学精神和技术进步的极大贬低。

网友意见

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我爷爷他们虽然只是在做电子管,但是他们的劳动被谣言抹杀,我很不爽。

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1950年代,参与计算的,除了算盘、对数表、计算尺、~十万次加法/秒的计算机这些工具,更强悍的是那些理论家(真·”人工“智能)。搞定各种非线性非马尔科夫的偏微分积分方程组的惊人计算量的关键,大约不是算盘或计算尺,而是大高手的化简。记得知乎上有位老师(大卫之星)详细的讲了于敏先生的功夫:历史上有哪些意义重大的「天佑中华」?

苏联解密了很多资料,所以下文呈现的是苏联的绝密国家工程,到底是一群什么级别的巨星在参与。是从百科全书式的天才柯尔莫哥洛夫视角讲的,名字多是数学家(盖尔方德、维诺格拉多夫、博格留波夫等都是一代宗师)。物理方面,理论家至少有朗道及其门徒。

本文由我译自В. М. Тихомиров教授(英文作Tikhomirov,中文作季霍米洛夫,approximation theory方向)为他的老师,数学大师柯尔莫戈洛夫写的纪念文章《Гений, живший среди нас》,原文是俄文。Тихомиров教授写得非常生动、真挚。

文中名字,【安德烈·尼古拉耶维奇】即柯尔莫戈洛夫(有时也译作“柯尔莫哥洛夫”)。

柯尔莫哥洛夫,我们之中的天才:没有参与苏联绝密工作?

结束创造力的主题,我想讨论安德烈·尼古拉耶维奇一生的另一个谜团。我们上面已经讲了关于老师的各种事情,除了一个现在再也无法向他询问的奇怪问题......问题很简单:为什么他没有参与国家的绝密工作?

1930年代以来,我国(译者注:指苏联)一个强大的秘密组织每年都在扩张,其目的是创造和改进现代武器。这个祖师有许多独立的部门:一个部门制造了原子武器(然后是热核武器),另一个负责了卫星和弹道导弹,第三个研制了超音速飞机,第四个生产了核潜艇,第五个开发了安全通信和加密系统……柯尔莫戈洛夫跟这类任何事情却都没有丝毫的关系。我生活在这个国家,不可能对这个巨大的组织一无所知,而且现在秘密正在逐渐被公开,这个无边帝国的规模也显露出来。它的一些领导人(党的和科学的)已为大众所知。工人、办公室工作人员、工程师、技术人员和大量所有专业的科学家都在那里工作。当然,这也包括数学家,几乎我国所有著名的数学家,看:博格留波夫从事原子计划,住在阿尔扎马斯;盖尔方德是苏联计算数学的领导者之一,为原子能和航天工作; 盖尔锋德(A.O. Gelfond,不是Gelfand) 忙于加密问题;更别说凯尔迪什(M. V. Keldysh); MA Lavrent'ev 参与了各种各样的军备问题,包括原子能; L. A. Lyusternik 则从战争初期就在 OPM 的秘密部门工作,彼时他是编程的先驱之一; L. V. Kantorovich 从事与计算数学有关的秘密工作; 彼得罗夫斯基(I. G. Petrovsky)是原子能和航天科学核心问题的顾问; S. L. Sobolev在I. V. Kurchatov下面负责计算中心; 1953 年,A. N. Tikhonov 因其秘密工作而获得”社会主义劳动英雄“称号…… 但唯独没有柯尔莫戈洛夫!这位最伟大的科学家之一,真正的自然哲学家,力学、物理学、流体力学和空气力学、湍流、概率论、经典分析、逻辑等最紧迫问题的专家——简而言之,他堪称一切相关领域的专家。

在美国,一群数学家在许多领域与柯尔莫戈洛夫竞争,包括冯·诺依曼、维纳、乌拉姆、图灵、香农等,他们均积极地参加了绝密军事工作。 1939 年,安德烈·尼古拉耶维奇在莫斯科数学会 (Moscow Mathematical Society) 发表了关于希尔伯特空间中平稳序列的报告。稍晚一些,维纳的相应工作被美国列为绝密,因为它解决了航空雷达控制问题。 1947 年柯尔莫戈洛夫发表了两篇关于分支过程的论文(与他的博士生N. A. Dmitriev 和 B. A. Sevastyanov 一起)。事后,他怀疑这个课题是否涉及保密问题。原来Sevastyanov的博士论文被官方拿走了,并禁止作者使用。湍流理论在各种机密性质的问题中的特殊作用是毋庸置疑的。或者信息论——当香农的研究他能接触到以后,柯尔莫戈洛夫立即以极快的速度到达了世界领先的位置,并发表了文章。如果他能更早被这个话题吸引,他能做多少!很难想象柯尔莫戈洛夫在计算数学甚至计算机的构造方面能做多少……然而,国家宁愿没有他参与。为什么?我不知道答案。 (也许正是因为柯尔莫戈洛夫没有参与秘密研究,1956 年的一天,当他在数学力学系的走廊里遇到了我,彼时我是一名五年级学生,他说:“我现在有很多自由时间,我正在招研究生。你愿意和我一起工作吗?“这次谈话决定了我一生的命运。)

而且,很可能,正是这种情况——没有参与保密工作——对安德烈·尼古拉耶维奇后来的人生轨迹起到了非常积极的作用。斯大林一死,西方的大门就打开了。柯尔莫戈洛夫于 1954 年至 1955 年访问了荷兰(1954年参加阿姆斯特丹国际数学家大会)、法国、瑞典和其他一些国家。奖项和头衔也纷至沓来,响应了他的科学成就。他被选入美国国家科学院、巴黎科学院、伦敦皇家学会以及西欧和东欧的各个科学院。他的一些同事将他们一生中最年富力强的阶段奉献给了秘密工作,但他们的才华却没机会得到外界足够的认可。他们后来准确地表达了这一点: 1980 年代初期,柯尔莫戈洛夫科学院的一些同事一致否定他改革初等数学教育的努力。

译者注:译者初想是否因为柯尔莫戈洛夫思想追求开放自由,有些”政治不正确“的言行,使得官方不够信任他。但转念一想,”政治更不正确“的朗道(曾因此被捕入狱)都参加了苏联核武器(可参见《朗道参与苏联核武器研究之始末》)。在我国的相似时期,华罗庚先生也没有被邀请参与两弹的工作,一些相关的数学、计算,是关肇直院士参与的,具体可去阅读陆洪文教授写的回忆华先生的文章:《永远怀念老师华罗庚》。陆老师在其中评论道,假如让华先生承担数学部分,肯定能完成得更好。

关于柯尔莫哥洛夫的专栏:

柯尔莫戈洛夫的世界

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当时有种神器叫计算尺呀

有了它对数函数,指数函数,三角函数,双曲函数,开根,求幂什么的都可以解,有的还可以精确到三位有效数字。甚至有些尺子还包含一个毕达哥拉斯刻度用来计算三角形的边,对于一些特殊工程像什么经济学里的货贷计算,飞行时的油耗爬升速度换算,乃至于航空火箭设计方面的参数计算都设有专门的算尺,就像诺模图一样。





40年代李政道师从费米研究理论物理学,为了计算太阳中心的温度,费米帮李政道制造了一把2米长的专用算尺。

在70年代前的理科生,计算尺就相当于我们现在用的卡西欧几乎人手一个。例如宫崎骏动画《起风了》里的男主崛越二郎(零战的设计师)随身带着一个计算尺,有事没事拿出来算算。




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题主查一下五十年代的时候中国第一台计算机,当时已经能造计算机了

百分之九十五的运算力给了原子弹的计算



还剩下百分之五?


哦,给了于敏了


算盘,手摇计算机,计算尺,电子计算机,

全都用上了

至于不怎么宣传,我琢磨可能是八十年代造不如买买不如租直接扼杀了国内的计算机制造能力

干脆就宣传算盘吧

这样就像是我们的计算机是九十年代才起步一样,科科

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1960年之前,跟着苏联老师学习基础理论,那时候是用算盘和计算尺。

1961年邓稼先开始原子弹理论计算的时候,就上了手摇计算机。计算取得了两个成果——一个是苏联专家给的数据不准确,另一个是手摇计算机来不及。

印象中彭桓武揶揄手摇机是穷人的办法,果断换了计算机,当时物理所和九院抢计算时间争的不可开交。

氢弹组开始肯定是分不上计算时间的,基本上就是计算尺、手摇凑活,到原理突破的时候,直接拽到上海上计算机。

——

苏联专家模型数据错误导致的著名的九次计算,就是彭桓武跟物理所抢的计算时间。

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