互动科普

两位好幻想的理论物理学家在20年代加入了重新发明家用电冰箱的队伍。

1939年7月，利奥·西拉德拜访了阿尔伯特·爱因斯坦，以探讨原子弹的危险。新近发现的铀裂变使西拉德大为惊恐，因为早在近6年以前，他就认识到，“链式反应”如何能够危险地倍增这一过程。西拉德关于有可能制造出核武器以及纳粹德国或许有能力造出核武器的警告说服了爱因斯坦，使之给当时的美国总统罗斯福写了那封著名的催促美国加快研究步伐的信。

当西拉德在纽约州长岛拜访爱因斯坦的那一天，他同时也在恢复起始于柏林物理学黄金时代的合作关系。作为其物理学知识的一部分，西拉德和爱因斯坦拥有多项共同专利，它们都是在本世纪20年代末期申请备案的，并且都是关于有独创性的无运动机件家用电冰箱类型的。然而，据认为，除了专利本身而外，几乎没有任何资料留存下来。

在研究西拉德的生平的过程中，笔者得以将这种合作关系的几乎全部真相拼合起来。在斯德哥尔摩，笔者发现，设备制造商"AB Electrolux”仍然保存着从爱因斯坦和西拉德名下买来的两项专利的文件档案。在布达佩斯，上述发明的主要工程师阿尔伯特·科罗迪(Korodi)还保留着对该企业的珍贵记忆。最近以96岁高龄去世的科罗迪生前一直保藏着技术报告的副本，其中包括唯一已知的爱因斯坦和西拉德合制的设计原型的照片，而这是长期以来人们一直认为已遗失的。

通过上述原始资料和关于加利福尼亚大学(圣迭戈)利奥·西拉德论文的通信以及普林斯顿大学的阿尔伯特·爱因斯坦档案(后者的原件现保存在耶路撒冷的希伯来大学)，爱因斯坦和西拉德合作的详尽情景已呈现出来。他们的合作计划比任何人所推测的都要广泛、都要有利可图，技术上都要成功。事情的真相说明，爱因斯坦不大可能是一位注重实际的发明者。

和爱因斯坦一起发明

1920年，西拉德和爱因斯坦在柏林相识。当时41岁的爱因斯坦已是世界上最著名的物理学家。而22岁的西拉德则是在柏林大学攻读物理学博士学位的才华横溢而好交际的匈牙利人。为了写论文，西拉德将经典热力学应用于波动系统，以爱因斯坦曾认为不可能的方式应用了热力学理论。这件事给“教授先生”留下了深刻印象，他们的友谊从此开始增进。

据西拉德后来回忆，毕业以后，爱因斯坦曾劝他在专利局担任一份工作。爱因斯坦说道:“对于一位依赖于下金蛋的科学家来说，这不是件好事情。我在专利局工作的时候，那可是我一生中最美好的时光。”

尽管爱因斯坦曾作过劝告，但西拉德还是在母校选择了学术事业，并且此后不久便解决了麦克斯韦妖问题。麦克斯韦妖最初是由詹姆斯·麦克斯韦设想出来的，它能把快分子和慢分子分开，因而打乱了向无序发展的自然趋势，由此看来违反了热力学第二定律。这样，麦克斯韦妖就能为永动机提供动力。西拉德证明，这一推断是错误的——有序程度的明显提高是由用来产生该效应的信息提供的。西拉德的解答包含了“比特”的概念，这一概念后来被公认为信息论的基石。1924年年末，诺贝尔奖得主马克斯·冯劳选择西拉德作其在柏林大学理论物理学研究所的助手。

 到本世纪20年代中期，西拉德已成为爱因斯坦住所的频繁来访者，从某些方面来看，这两个人分属于两个相反的极端。西拉德性情开朗而满怀信心(有人说他骄傲自大)，爱因斯坦则为人谦恭而腼腆。然而，在一些更为重要的方面，两个人则可谓性情相投，气质相似。他们同享意气相投之乐，都有着强烈的社会良知，并且都爱好发明创造。

据已故的麻省理工学院物理学家伯纳德·费尔德(他亲耳听西拉德讲过整个事情)说，爱因斯坦和西拉德之间在电冰箱研制上的合作始于一篇报载文章。一天，爱因斯坦从报上读到，一家老小——父母和几个子女一一被从电冰箱压缩机漏泄出来的有毒气体毒死在床上了。那时，这种偶然事故带来的危害越来越多。机械式家用电冰箱正开始取代传统的冰箱。然而，当时化学上尚未产生出一种无毒的致冷剂。当时通常使用的三种致冷气体——甲基氯、氨和二氧化硫——全都有毒，而一台电冰箱内的毒物即可致人于死命。

这则惨剧使爱因斯坦悲痛难已。他对西拉德说:“必须有一种更好的方法。”两位科学家推断，问题并非只是致冷剂，对于带有运动机件的系统来说，诸如轴承和密封垫等处出现这种漏泄是不可避免的。然而，按照他们的热力学知识，他们可以用多种方法致冷而无需机械运动。为何不用这些方法试试呢?

个人的动机使他们决心试一试。当时(显然是1935年末至193E年初的那个冬季)，西拉德正准备采取其在德国学术事业上的第二个步骤——当一名无薪大学教师。作为一名助教，他可以领到一份薪水；而作为一名无薪教师，他将只得靠从学生头上收取的小额学费勉强度日。而电冰箱发明若是成功了，就有可能支持西拉德处在萌芽阶段的事业。

爱因斯坦正想帮助自己这位有天赋的年轻朋友，于是便同意和西拉德合作。一封由西拉德写给爱因斯坦的信上至今还保存着他们之间的协定的条款。他们之中任何一人在致冷技术上的所有发明均为共同财产。若是西拉德的收入降低到大学助教的薪水以下，他有首先享有赢利的权利。否则，所有专利权使用费将由二人均等分享。

初步的设计

当时和现在的情况一样数电冰箱都使用了压缩机。致冷气体经压缩后，随着其过多的热量向周围环境释放，便变成液态当这种液体在条件许可的情况下再次膨胀时，它便开始冷却并能吸收内室中的热量。爱因斯坦和西拉德认为，在所谓的吸收式电冰箱(absorption refrigerator)上应用的一个不同的原理较为安全。在吸收式电冰箱中，来自天然气火焰的热量而不是活塞的推动驱动着致冷循环。由瑞典发明家巴尔查·冯普拉顿(Baltzarvon Platen)和卡尔·芒特斯(Munters)完成、AB Electrolux销售的一种新设计被认为是一个突破性的技术革新。西拉德对此作了一项改进。

事实上，两位创业者并没有停留在一种设计上，而是提出了多种设计。爱因斯坦作为专利审查员的经历使得他们没有通常的代理人也能行。1926年初，西拉德开始就他们的发明提出一系列的专利权申请。当年秋季，他们已就三种最有希望的设计作出决定。

看来每一种电冰箱都是基于一种完全不同的物理学原理一一吸收，扩散或电磁。在当年10月写给其兄弟贝拉的一封信中卜西拉德描述了他们取得的进展。他写道:“我和爱因斯坦教授一起申请的电冰箱专利这件事情如今取得的进展之大，使我感到现在正是同工业界接触的时候。所有三种电冰箱没有运动机件均能工作，并且全是气密的……。这三种电冰箱中的一种与创ectrolux公司生产的电冰箱当中的一种(我认为是目前最好的一种)几乎完全相同......。另外两种则与目前已知的其它任何一种电冰箱完全不同。”

西拉德很快便与Bamag&Meguin公司商订了一项合同，该公司是一家主要生产气体机件设备的大型制造商，在柏林和安哈尔特设有若干个工厂。1926年末，西拉德开始在柏林理工学院实验室监督电冰箱原型机的研制工作：阿尔伯特·科恩菲尔德是该院电气工程系的一名匈牙利毕业生，当时也在开始研制电冰箱的原型机：(科恩菲尔德后来改名为“科罗迪”，笔者在下文中将采用这个新名字。)1916年，科罗迪获得了Eotvos奖，这项声名赫赫的奖项是为18岁的匈牙利学生数学竞赛而设立的。通过这项竞赛与西拉德相识之后.科罗迪便和他一起在布达佩斯工业大学开展研充。后来，他跟随西拉德搬迁到柏林，在这里，他们住在同一幢公寓大楼里，并且成了密友。    

遗憾的是，西拉德与Bamag一Meguin公司签订的合同只持续了不到一年的时间，科罗迪回亿道：“Bamag&Meguin公司当时陷入了困境。我认为他们放弃了所有那些没有把握的计划。”然而，几个月之内，两位发明家又与另外两家公司(一为瑞典公司，一为德国公司)达成了协定。

那家瑞典公司也就是ABElectrolu公司。1937年12月2日，“普拉顿一芒特斯冷冻设备公司”(系Electrolux公司设在斯德哥尔摩的一家分公司)以3.150德国马克(合750美元)的代价从两位发明家手中买下了一种吸收式电冰箱的专利申请权。买卖双方都对这项交易感到满意。Electrolux公司的档案证明，该公司认为这笔交易的代价“非常低廉”。即使如此，西拉德和爱因斯坦因此而挣到的钱，按今天的价格计算，也达1万美元上下。   

这种吸收式电冰箱的美国专利申请引起了一些轻微的惊恐。当时负责此案的美国专利代理人后来写道:“我很想知道，这个阿尔伯特·爱因斯坦和那个提出相对论的是不是同一个人。”他继续写道，若确实是同一个人，那么美国专利局就不该反对爱因斯坦异乎寻常地提出的拥有瑞士和德国双重国藉的说法。“在《标准词典》的词条‘Einstein’(爱因斯坦)下列有‘阿尔伯特·爱因斯坦’的名字，是作为表示相对论的形容词提到的。该词典的解释是，“爱因斯坦的名字来源于‘阿尔伯特·爱因斯坦’——一个拥有瑞士和德国双重国藉的公民。由于在通用的词典之一中有这一名称，我想专利局将不会反对爱因斯坦教授是两个不同的国家的公民这一说法。”

Electrolux公司后来又买下了扩散式电冰箱的设计。然而，该公司取得的对这项发明的专利却并未提到爱因斯坦或者西拉德的名字，并且Electrolux公司也从未将这两项专利中的任何一项开发成产品。有关文件证明，尽管很钦佩他们的独创性，但该公司之所以买下他们的设计，却主要是为了维护自己待批准的专利申请。

另一种有很大不同的爱因斯坦和西拉德合作的设计带来了与汉堡的Citogel公司的合作(该公司的拉丁文名称意为“速冻”)。据科罗迪说，这一发明出自爱因斯坦对外界认为吸收式电冰箱设计过于复杂的评价的反应，“他提出了一种特别适合于小型电冰箱的非常简单而便宜的系统。”

 据科罗迪回忆，这种电冰箱是“一种小型的浸入式致冷器，它能能浸在比方说有待冷却的一杯饮料中。”这种电冰箱根本不需要常规电源，其运行仅靠水龙头的压力，这种压力带动一台射水泵，从而在一个室内产生真空，水和少量甲醇则在此处化为蒸汽。尽管甲醇会慢慢用完，但这种液体不仅价格便宜，且容易弄到。科罗迪解释道，甲醇可以用完，且可以更换，“这是爱因斯坦的主意。”

这种电冰箱工况良好，在1928年初的莱比锡博览会上，还以Citogel公司的名义展出过一台原型机。科罗迪当时已迁到汉堡，和Citogel公司一起致力于这项发明的研制工作，他还记得西拉德为最终结果大为恼怒的情景。事实证明。零售的甲醇并不像预期的那样便宜。更重要的是，这种有独创性的致冷装置要求水压稳定可靠，因而在不规则的德国供水系统上遇到了很大麻烦。当时，自来水的压力不仅各个建筑不一样，就是同一幢大楼的不同楼层也不相同。最后，由于事实证明水压差异太大，这项发明未能推向市场。

爱因斯坦和西拉德共同发明的泵

爱因斯坦和西拉德共同发明的电磁泵本来会作为最具革命性、最为成功的发明而扬名天下的，这是一种功能全面的泵，完全没有运动机件，而是由移动的电磁场驱使一种液态金属运动。这种金属液体本身又被用作压缩致冷剂的活塞。(在此之后，致冷剂的循环过程和标准的电冰箱完全一样。)

科罗迪还清清楚楚地记得，这种装置最初被设想为一台电磁传导泵，其中有一股电流穿过液态金属。水银显然是首要选择，然而由于其传导率低，其效率将很差。后来，西拉德提议用另一种可能的液态金属一一钾钠合金取代，它的传导率比水银高得多。尽管在室温下钾和钠都是固体，但二者的最佳混合结果在高于其熔点零下11摄氏度的情况下却是液体：遗憾的是，钾钠合金的化学性质是腐蚀性的，因而会腐蚀将电流输送到这种金属混合物中的导线的绝缘层。

西拉德和科罗迪考虑过几种不同的绝缘材料，而后西拉德把这一问题带回给爱因斯坦。科罗迪讲道:“爱因斯坦考虑了几分钟，”而后提议不用这种导线，办法是通过感应用外部线圈施加一股间接的力。

这项发明因此就变成了一台电磁感应泵。科罗迪计算出了用钾钠合金制成的该泵的预期效率，发现其效率仍然比标准的压缩机低得多。然而，尽管这种泵的效率很低，但由于其可靠性好，因而还是有价值的。他说:“制成这样一台压缩机是值得的，”这种爱因斯坦和西拉德共同发明的泵不会漏泄或者失灵。”

1928年秋，Allgemeine Elektrizitats Gesellschaft公司(即德国通用电气公司。简称A. E. G.)同意研制这种用于致冷的泵。A.E.G.公司是柏林的一家成功的企业，拥有自己的研究所，并在研究所中设立了一个由两名专职工程师领导的特设研究室。科罗迪受雇开发这项发明的电气部分。西拉德的另一名匈牙利工程师朋友拉齐斯勒斯，比哈利(Lazislas Bihaly)则受雇开发其机械部分。职称为顾问的西拉德则负责领导整个研究小组。

科罗迪和西拉德的薪酬为每月500德国马克，相当于120美元。科罗迪认为，在一个“一辆福特牌小汽车才卖30美元”的时代。“这样一份薪水够令人满意的了。”至于西拉德，与A. E.G.公司订的合同则更赚钱。专利权使用费外加咨询费最终使他的收入达到宽裕适意的每年3000美元(约值今日的40,000美元）。

西拉德和爱因斯坦拥有一个共同的银行帐户，但爱因斯坦从这种合作上得到的收入究竟有多少，却至今无人知道。而据科罗迪描述，爱因斯坦远非不干事的合作者，每个制作阶段他都要到实验室来，以检查原型机的制作情况。科罗迪还记得自己和西拉德一起去爱因斯坦在柏林的寓所，以探讨新的发明，说或许去了十多次。他笑着回忆说:“我没有同爱因斯坦谈物理学方面的问题。”

至于西拉德，他确实同爱因斯坦探讨过物理学上的问题，这种精诚合作确实为成果日益丰硕的事业注入了活力。那时，西拉德正和约翰·冯纽曼以及埃尔文·薛定格一起，在柏林大学教授量子理论及理论物理学的研究班。在这一时期，他的其它发明包括直线加速器、回旋加速器和电子显微镜。与此同时，爱因斯坦不仅继续着对统一场论的不倦探索，而且还和其它发明家一起，致力于陀螺罗经和助听器的研制。

然而，正是在这种电冰箱取得进展的时候，乌云也越聚越浓。在1930年9月14日的德意志帝国国会选举中，小小的纳粹党竟获得了近20%的选票。西拉德以其非凡的预见性，看清了其他人尚未看清的趋势。9月27日，他以预言家的告诫口吻写信给爱因斯坦说:“每一个星期，我都察觉到新的征兆，若是我的嗅觉没有欺骗我，未来10年内欧洲的这种和平的〔政治的〕发展是不能指望的......事实上，我并不知道有没有可能在欧洲制造我们的电冰箱。”

一台运转的电冰箱

直到不久以前，爱因斯坦和西拉德共同发明的电磁泵原型机唯一为人所知的细节还是其有害的噪音。尽管在人们的预想中这种泵是没有噪声的，但它在液态金属被迫通过它时，却会产生空化现象一一细小的空穴膨胀和塌陷的现象。曾是西拉德在柏林的至交之一的物理学家丹尼斯·加伯(Labor)有一次曾说这泵“像豺狼一样嚎叫。”一而据美国物理学家菲利普·莫里森说。另一个“几亲耳听过的人”曾说，它嚎叫起来“就像催命的女妖一样。”

反之，科罗迪则说，这泵的声音就像湍急的流水声一样。此外，A.E.G.公司的最终报告中则说，这泵出的噪声叙决于泵的压力和速率，几种方法一一例如在每一冲程开始时降低共电压——的综合运用最终使其噪声降到了可以接受的水平。

 从工程技术的角度来看，噪声问题其实根本上是无关宏旨的。真正有意思的难题出现在要用会起化学反应的金属工作的情况下，当时研制了特殊设备，以便既能将泵灌满，又不致于产生(可能是爆炸性的)钠和钾的氧化反应。尽管有着氧化反应难以避免这一问题，但科罗迪还是强调说，这种冰箱的使用者不会因此而招致任何危险。这种由爱因斯坦和西拉德共同发明的电冰箱是一种密封的系统，所使用的液态金属完全包含在悍接起来的不锈钢箱体之中。

许多问题都已解决，但当一台完整的原型机制成之时，噪声问题仍然是人们抨击的目标。科罗追说:“两年之内，制成了一台完解的致冷装置，它工作—运转起来就像一台电冰箱一样。”1931年7月31日，爱因斯坦和西拉德共同发明的电冰箱在A.E.G.公司研究所投入连续运行。为了同已有的电冰箱进行比较，这台致冷装置被安装在一台4立方英尺(即ma立升)的通用电气公司已有的电冰箱机壳内，该原型机采用的液态金属是钾钠合金，制冷剂为戊烷，136瓦的功率运行，日耗电2.3千瓦小时。

科罗迪坚持说:“这台电冰箱的效率和推算结果一样高。”然而，对于因日益严重的世界性经济萧条而受到沉重打击的A.E. G.公司来说，这种电冰箱的效率则不够高。传统电冰箱的技术改进以及经济衰退使得这种电冰箱的潜在市场越缩越小。1930年，美国公开展示了无毒的“氟利昂”致冷剂，它看来特别有希望消除因致冷剂漏泄而产生的危险。(当然，仅仅几十年以后，人类就认识到这类含氯氟烃会危害整个地球的臭氧层。)

A.E.G公司研究所的研究工作又持续了一年，结果不但这种泵的原型机得到了改进，而且液态金属也更换了。这种泵的内部热量证明，它足以使纯钾的温度保持在其熔点63摄氏度以上。用钾进行的长达4个月的试运行成功了，并将电效率从16%提高到了26%。然而，A.E.G.公司在太萧条的沉重打击下伤了元气，因而未能被说服去继续这一研究。

西拉德曾试图吸引英国和美国的制造商，结果仍然是一无所获。1932年，A.E.G.公司研究所将计划削减了一半，除了必不可少的计划以外，其余所有计划都取消了。就爱因斯坦和西拉德共同发明的电冰箱的研制工作，科罗迪帮助撰写了长达104页的最终报告一一A.E.G.   Technischer Bericht 689落款日期为1932年8月16日。(幸好科罗迪保存了一份该报告底稿的副本，因为A.E.G.公司的档案己被第二次世界大战的战火毁掉了。)

仅仅几个月以后，希特勒就任德国总理，从而结束了柏林的物理学黄金年代。于是，西拉德先是逃往英国，随后又逃到美国。爱因斯坦在新泽西州普林斯顿的高级研究所找到了栖身之所。科罗迪回到了布达佩斯，在那里的菲利普公司匈牙利分公司找到了工作，并在电信领域建树了成功的事业。1995年3月28日，他在布达佩斯逝世。

应用物理学

在西拉德和爱因斯坦合作的7年间，两人在至少6个国家提出的专利申请超过了45项。尽管他们共同发明的几种电冰箱没有一种发展成消费品，但其设计仍然称得上物理学原理的巧妙应用。尤其是爱因斯坦和西拉德共同发明的电磁泵，它最终证明了自身的价值。其设计的内在安全措施后来在增殖反应堆的冷却上找到了更为关键的用途。

不出所望，这些发明支持了西拉德在德国的科技事业。此外，他节余的存款帮助他在英国多渡过了两一年的难关：在无私地帮助同为难民的学者在大学找到职位之后，他转向了核物理学，并在1933年秋设想出中子链式反应。事实上，正是靠了这笔财富，西拉德对原子能的早期研究才成为可能。

数十年来，对于人们来说，西拉德和爱因斯坦当初决定设计电冰箱，似乎仅仅是出于好奇。如今，由于电冰箱技术再次成为人们优先考虑的重点(这一次起决定性作用的似乎是地球的臭氧层)，这一问题的挑战已明朗了。对于西拉德和爱因斯坦来说，这些发明并不只是短暂的插曲。从其最初在物理学上的合作直到其后来在控制核武器的威胁上的共同努力，西拉德和爱因斯坦两人的科技成就及其对人类的承诺，都是紧紧地连在一起的。

〔郑小石 译 郭凯声 校〕