原子弹的“犹太母亲”
提到居里夫人,相信大家都不会陌生。然而,还有一位在物理学尤其是原子能领域作出了开创性成就的女科学家,知道的人就不多了。她,是第一个将“核裂变”术语引入科学词汇的人,是第一个认识到原子可以被分裂并释放出威力无比能量的人,是开创了原子能时代的人。今天,愈来愈多地利用原子能造福人类时,我们应该铭记这位开启原子能时代的功勋——丽丝·迈特纳。爱因斯坦曾把她称为“我们(德国)的居里夫人”,这句话表明了爱因斯坦对她的高度赞赏。
献身科学事业
1878年11月7日,迈特纳出生于奥地利首都维也纳的一个犹太人家庭。犹太人历来有钻研自然科学的传统,也许是受这种传统的熏陶,迈特纳从幼年时起,就对自然界的现象和规律深感好奇,立志学习自然科学。少年时代,她把著名的居里夫人和英国护理学先驱南丁格尔作为楷模,希望自己以后能像她俩一样,成为一名女性中的佼佼者。
1901年,迈特纳以优异的成绩考入维也纳大学。当时的维也纳,女子上大学简直是不可思议的事,许多教授曾公开表示不欢迎女子进入他们的课堂。但是,迈特纳并没有因此而动摇自己的目标,在著名的物理学家玻耳兹曼教授的鼓励下,她刻苦钻研,取得成绩优异。1905年,她以一篇《论非均匀物质的热传导》论文,获得维也纳大学的理学博士学位,成为该校获得博士学位的第二位女物理学家。
玻耳兹曼教授非常欣赏迈特纳,在迈特纳大学毕业后,把她留在了自己的研究所工作。在玻耳兹曼教授的研究所工作过程中,她被原子物理这奥妙无穷的学问所陶醉。那时科学研究与发展的中心在柏林,而不在维也纳,许多声名卓著的科学家和研究人员都云集在那里。迈特纳决定去柏林继续求学。
1907年,迈特纳奔赴柏林,在那儿停留了20年之久。到达柏林后,迈特纳在世界著名的物理学家普朗克教授的指导下攻读物理学理论。在此期间,她遇到了德国化学家哈恩。哈恩当时正在研究放射化学,需要一位物理学家来合作,迈特纳决定和哈恩合作。由于当时世俗对女子的偏见,研究所所长费舍尔起初并不同意迈特纳进入他们的实验室,迈特纳和哈恩只好找了一个地下“木工房”进行实验。后来柏林女子教育合法化,费舍尔才接纳了迈特纳。
1913年,她正式进入新迁的化学研究所。在那里,迈特纳与哈恩在放射性领域进行了长达20年的卓有成效的合作。
研究放射性
物质放射性的发现,标志了人类对原子核的探测和认识的开端。20世纪初,人们对放射性现象的本质和规律也还是知之甚少。1902年,迈特纳读了居里夫妇关于镭的发现的报道,1905年又通过迈耶教授的介绍接触到了放射性的课题后,她对放射现象这一新学科产生了强烈的兴趣,并在玻耳兹曼教授的指导下开始涉足放射性研究。1907年到达柏林后,迈特纳和哈恩合作,主要研究放射性元素所放出的射线。她潜心于镭、铀等新元素的研究,对它们的特性有了很多新的认识,并发表了许多研究报告。
在实验中,迈特纳发现,有一些现象并非是已知的化学元素的特性,而可能是属于某种未知元素,这种元素当时还没有人注意到。这种元素是什么呢?迈特纳对此非常感兴趣。她立即投入到这种新元素的探索中。
然而,1914年第一次世界大战的爆发,打乱了迈特纳的研究。迈特纳志愿到奥地利军队中当了一名x射线透视操作员,哈恩也应征入伍,但他们还尽量利用零星的休假回柏林继续实验。他们的努力获得了巨大的成功,战争快结束时,迈特纳和哈恩向科学界宣布了一种新化学元素的诞生,并将它命名为“镤”。镤的发现,不仅为元素家族又增添了一名新的成员,而且为人们进一步研究和探索元素现象铺平了道路。
迈特纳具有极其敏锐的观察力和理论头脑,善于从普通现象中联想到关键性问题。1926年,计数器有了进一步发展,迈特纳让一个学生做这方面的实验。当那个学生抱怨说隔壁的一个射线源影响他的工作时,迈特纳立即意识到可以利用新仪器的巨大灵敏度,来研究高度准直的窄射线束的衰减过程。这些研究丰富了迈特纳对放射性现象的认识,为她以后核裂变的发现打下了坚实的基础。
发现核裂变
进入20世纪30年代后,人们相继发现了中子和电子。著名物理学家费米用中子对像铀这样的重元素进行轰击,获得了比铀更重的新元素“超铀元素”。迈特纳根据费米的研究成果,进行中子轰击铀的研究,以期找到更稳定的结果。
一天,迈特纳正在实验室里用慢中子轰击铀原子核,希望获得一种比铀重得多的新元素时,实验结果却使她大吃一惊:出现了钡元素!钡是一种原子量比铀轻得多的元素,这种元素在实验开始前并不存在。迈特纳和哈恩感到非常困惑。他们本来预期能发现一种比铀重得多而不是更轻的元素。他们无法用现有的核理论来解释这种不可思议的结果。
就在这已经接近“原子核裂变”的关键时刻,由于纳粹对犹太籍学者的横加阻挠,年近60岁的迈特纳被迫中断了研究,于1938年7月逃离柏林来到瑞典。在瑞典安定后,她马上着手组建实验小组,进行放射性研究,希望能从实验中找到令他们困惑的答案。与此同时,留在德国的哈恩也在继续着轰击铀的实验,但得到的还是轻元素。他以为是自己在实验中有差错,于是给在瑞典的迈特纳写了一封信,信中详述了实验过程的所有细节。哈恩的来信触动了迈特纳的思维。哈恩在信中说,当进行化学分析时,他们使用了钡的化合物,结果却发现,核反应的放射性产物不能和钡分开。这意味着产物中含有放射性钡。这在当时是完全没有想到的和谁也不能理解的。
根据在柏林与哈恩共同的研究以及后来的实验,迈特纳意识到,一种新的谁也未曾预料到的化学现象正在出现。但这是什么?为什么会出现这种现象呢?
铀怎么会成钡呢?我们知道,迈特纳和哈恩实验的初衷是想得到更重的核,而结果却把原有的核打成了两块。这一点在当时是出人意料的。按照当时的“结合能”知识,把一个核打成两块一般需要高得难以达到的能量。这高能量又是从哪里来的呢?迈特纳一遍又一遍地重复这个实验,经过多次实验出现的也是轻元素。由于迈·特纳熟悉有关核的各种数据,她仔细地分析了铀核的特殊性,认为它分裂成两块是可能的。
认识到这种分裂的合理性后,迈特纳“经历着犹如哥伦布发现新大陆时所感受的欢乐”。她继续努力完善对此现象的解释,完成论文并发表在英国《自然》杂志上。在论文中,她首次使用了“核裂变”一词。
“核裂变”的消息传到正在华盛顿召开的第五届理论物理学会议上,立即在物理学家中引起了轰
动。许多大学的研究小组连夜进行实验,很快就有不止一个小组得出了核裂变的正面结果。而这时哈恩他们的论文也发表了。从哈恩的直观到迈特纳的思维,再由迈特纳他们回到实践,终于认识到了铀“核裂变”的真理。
“核裂变”现象的发现,标志着核能时代的正式到来。这是人类迈向原子能道路上的重要里程碑,也是20世纪科学史上的巨大飞跃。
然而,有个别人物,甚至在学术上作出过伟大成就的人物,一直坚持只把裂变的发现归功于德国人哈恩,不肯承认“犹太人”迈特纳所作的贡献j事实上,没有哈恩等人的实验资料,当然谈不到发现裂变现象,而没有迈特纳的物理图像,也同样或更不能说已经发现了裂变现象,何况“裂变”一词本身就是迈特纳他们所制定的呢!
强烈的同情心
因迈特纳在放射性现象及核裂变上的突出成就,许多大学都授予她荣誉博士学位。1945年,迈特纳被推选为瑞典科学院的外籍院士。1946年,迈特纳在美国做访问教授时,被美国报界推选为那一年的“荣誉妇女”。1955年她又被选为英国伦敦皇家学会的会员。迈特纳曾获普朗克奖章、莱布尼茨奖章。1966年她荣获美国原子能委员会颁发的费米奖。
对一个女性来说,在传统的男性奋斗领域作出如此重大的成就是极不容易的。迈特纳既忍受了她那个时代对女性的偏见、对犹太人的歧视以致迫害,又经受了两次世界大战的恐怖。所幸的是,自身经历的坎坷不但没有挫伤她对科学研究的热情,反而加深了她对整个人类命运的关注和同情,以及对科学应用的思考。
第二次世界大战期间,纳粹势力即将崩溃时,一些“死亡营”中的残存难民得到了拯救,被送到瑞典。这些人骨瘦如柴,惨状不忍卒睹,这种景象大大震惊了迈特纳。她在一封给哈恩的信中流露了自己的感情。她认为,甚至像哈恩那样正直的人也没能真正理解当时犹太人心中的那种恐怖和绝望。她后悔不该在希特勒上台以后还留在德国工作,她认为,凡是在战争中留在德国的科学家,都在事实上帮了纳粹的忙,应该认真反省。那些替希特勒工作过的德国科学家应该看看从集中营救出的难民。这封信写得亲切而坦率,被认为是物理学史上的一份重要文献。
由于迈特纳在“核裂变”方面的突出贡献,她曾被美国邀请参加正在工作的核炸弹小组,但她一口回绝了。她坚决反对将核裂变成果应用于战争,她希望这一计划永远不能实现,这体现了一个科学家的正义感和良知。广岛原子弹爆炸的消息犹如晴天霹雳震撼着迈特纳的心灵,她说:“原子弹的研制在如此短的时间内得以完成,这使我十分惊讶。这项发明适逢战争问世,确实是非常不幸的事件。”
与同时代的许多科学家一样,晚年的迈特纳在继续科学研究的同时,目光的焦点更多地投向了人类的交流与合作。她长期以来积极倡导建立国际合作,和平利用科学史上的重大发现,防止原子武器的毁灭性应用。
迈特纳的一生,刚好处在核物理学兴起并蓬勃发展的时期,她多年的研究,为物理学的发展作出了不可磨灭的贡献。尤其是核裂变的研究,开创了原子能时代的新纪元。她把整个身心都献给了她所热爱的科学,终生子然一身。虽然由于当时某些学者的偏见,迈特纳一直未获得诺贝尔奖,但她对科学的巨大贡献却为后人敬仰。1992年,第109号元素以Meltnerium命名,以纪念这位伟大的女科学家。