购买
下载掌阅APP,畅读海量书库
立即打开
畅读海量书库
扫码下载掌阅APP

四、迈特纳:与诺贝尔奖擦肩而过的犹太女人

上海科技教育出版社出版过《权谋——诺贝尔科学奖的幕后》一书,作者为世界上首屈一指的诺贝尔科学奖史研究者美国人罗伯特·马克·弗里德曼,好像也是一名犹太人。在这部40万字的巨著中,作者直击诺贝尔物理学奖和化学奖的核心内幕,揭露该奖评选过程中生动的,甚至极具感情色彩的权谋斗争。有趣的是,作者在该书中,一方面对美国第一位获诺贝尔物理学奖的犹太人迈克尔逊进行了质疑,另一方面又为另一位未获诺贝尔奖的犹太物理学家丽丝·迈特纳深表同情。

弗里德曼认为,迈克尔逊曾于1904年被提名,但未获通过。但评奖委员会中有一位名叫哈塞尔贝里的委员却对迈克尔逊推崇备至,他认为迈克尔逊是一位精密测量的大师。因为迈克尔逊在度量衡学方面的成就,与这位委员的实验主义物理学理想非常吻合,而诺贝尔奖评委会中的另外3位委员也抱有这种实验主义“偏见”,因此,哈塞尔贝里很愿意为这位美国人的获奖而效力。最后,在这位“发烧”委员的强力建议下,诺贝尔奖评委会和皇家科学院都承认了迈克尔逊“在精密物理学上具有基本的、划时代的价值”,并于1907年将物理学奖颁给了这位美国犹太人。

另一位犹太女科学家丽丝·迈特纳的命运却与迈克尔逊截然相反。迈特纳是一个由德国逃亡到瑞典的犹太人,1938—1939年,她与从前的柏林同事哈恩和斯特拉曼一起发现并初步解释了核裂变现象,是该小组的领导人和核领域的先驱者。美国原子弹的消息传出后,她受到记者的包围。几个月后她访问美国,受到美国物理学界的欢迎。杜鲁门总统接见了她,罗斯福夫人通过无线电和她交谈。许多人认为,她应该同哈恩分享诺贝尔奖,而事实上,瑞典诺贝尔奖物理学评委会和皇家科学院的一些领导人,担心迈特纳获奖后会撼动他们在瑞典科学界的地位,拒绝评审该年度关于核裂变的物理工作,便将1944年的诺贝尔化学奖以“发现重核裂变反应”之名颁给了德国科学家哈恩,真是一个天大的笑话。最可耻的是,连哈恩本人也否定了迈特纳对他的影响。弗兰克·克莱因等许多诺贝尔奖得主纷纷为迈特纳鸣不平,但真理在个人利益、政治偏见面前有时像个孤独无助的小孩。

1938年7月,迈特纳被迫逃出柏林——她曾经生活和工作了30年的地方。她是维也纳大学历史上第二位被授予物理学博士学位的女性。她于1907年到柏林,但她必须冲破普鲁士人对女性从事学术活动的各种限制。人们一般都愿意帮助这位害羞、聪明而有决心的女人。政治上保守的普朗克帮助她进入了柏林的物理学界。她曾经短期担任他的助手,而且成为他毕生的朋友。她在社交上和智性上融入了柏林显赫的物理学家爱因斯坦、詹姆斯·弗兰克、冯·劳厄、普朗克和施特恩的圈子中。

当时,一个女性担任大学教职是无法想象的,但新成立的、私人斥资的威廉大帝研究所为她提供了一个机会。在第一次世界大战前,她和哈恩加入了新成立的化学研究所。年轻的哈恩也是初到柏林,他曾经在国外工作于新兴的放射性领域。他需要一位物理学家的帮助以继续他工作,而她则需要更多的、普朗克不可能提供的实验上的合作。1918年,他们声明发现了一个遗失的放射性元素,周期表中的第91号元素——镤。他们在威廉大帝化学研究所各自有了自己的系和教授职位——迈特纳在物理学系,哈恩在化学系。因为镤的发现和其他的成就,他们曾在20年代和30年代几度被提名诺贝尔奖。同时,迈特纳开始了核物理学方面的研究。

迈特纳在这个新兴的专业上的工作,使柏林成为国际核物理学中心。当20世纪30年代许多物理学家转向核问题时,柏林的迈特纳实验室已经很有名了。当初,是迈特纳把哈恩吸引到核研究的合作上来;他们在1934年开始合作,4年后发现了核裂变。

核裂变在成为爆炸性新闻前便遇到了一些难堪。在30年代中晚期,没有人十分了解用中子轰击重元素(包括最重的铀)所产生的复杂、令人眼花缭乱的一些结果。轻元素的核与其他粒子碰撞时可能分裂,可是没有人知道重元素被轰击时会发生什么。由其小组对周期表的系统研究,费米在1934年春天宣布重元素有吸收中子的趋势,然后放出β射线——一种高能量的电子——而嬗变。结果便有利于形成比自己在周期表中高一位的元素的同位素。迹象指出,当辐照铀(周期表上第92号元素)经过一系列的转换而嬗变时,新的元素便会形成——第93和第94号元素,超过了当时所公认的周期表终点。

费米最初尝试性地发表这些结果时,他有些忧虑,可是科学家和公众很快就接受了这些事实。虽然一位德国化学家诺达克认为,在每一个可能的解释被仔细审查之前,不应该发表比铀重的所谓新元素,可是没有人把她的忠告当回事。费米的小组被推到镁光灯下。墨索里尼的宣传机器把他们捧成了重建法西斯意大利科学辉煌时代的先驱。随着热潮蔓延,其他的研究队伍加入到寻求辐照铀答案的行列。

这些结果吸引了迈特纳的注意,并促使她开始一个新的艰巨的研究项目。她邀请了哈恩和一位年轻、天赋很高的分析化学家斯特拉曼加入她的工作。他们和在这领域工作的其他人,如居里夫人和她的合作者,都觉得费米的结果有些别扭。这些新同位素的化学特性与预期的不同,一旦得到明确确认,嬗变同位素的放射性半衰期只会添乱。但他们仍然狂热地向前,为一种希望所鼓动:一旦从纷乱中理出头绪,便可以发现新的物理理论和化学原理。

在柏林,迈特纳领导这个小组。哈恩和斯特拉曼负责完成艰苦的化学分析,用多种方法分离、分析微量的放射性样品;依据已经成立的理论,建立各种程序来解释铀和新的铀后元素如何转变成无数的同位素。迈特纳试图解释那些谜一般的结果。他们联名发表的文章广泛传播;他们与在巴黎的约里奥·居里夫人的小组竞争,都希望能发现、解释铀受到辐照后一系列的变化。在巴黎一纸声明再次对整个解释方案表示质疑时,迈特纳又一次敦促她的化学家更加仔细地将其所有测量重做一遍。可是就在合作进入到紧要关头的时候,迈特纳被迫逃离了德国。

对3位科学家而言,重要的是留在这个有争议的、有名望的研究路线之顶。可是在纳粹德国,他们都受到了怀疑。哈恩拒绝入党;斯特拉曼公开地强烈反对纳粹,不惜牺牲事业上的升迁,毅然拒绝加入纳粹掌控的德国化学会。迈特纳虽然在幼年就已受洗成为一名基督徒,可是在德国的法律下她仍旧是犹太人。在德国吞并了奥地利之后,她受到种族法的限制,失去了她的职位,而且更糟的命运在等着她。她的朋友们想安排她到另一个国家去,当她知道她已经被禁止离开时,她只好出走。迈特纳于1938年7月匆匆逃离时,只带着夏天的衣服和10马克的钱,以及哈恩送给她应急时可换钱的一枚戒指。迈特纳在她59岁时偷渡出境,留下了她所有的东西,包括研究笔记和特殊仪器的设计方案。玻尔和在柏林工作的荷兰科学家德拜,以及荷兰的科斯特为迈特纳安排了从德国到荷兰,再由荷兰到瑞典的路线。正当西格班准备斯德哥尔摩的新的实验室和筹划建造一个回旋加速器时,他被要求接纳一位世界一流的核研究权威者。

迈特纳的境况没有阻止她在核裂变发现上的工作,可是却限制了她发表成就和得到认可的机会。仔细的历史研究最初由克拉夫特进行,后来又由赛姆提供完整的细节,使用未发表的通信、日记和文章的草稿,向我们证明了不能从已发表的科学论文中了解到的她那些在核裂变上的工作。他们也回溯了那个谣言——裂变的发现纯粹是以纯化学方法得到的,并没有靠物理学家迈特纳的帮助——的起源和流传。在通俗历史中,甚至错误地说她是哈恩的低级助手。1938—1939年冬天所发生事情的总结,连同迈特纳与西格班之间关系的回顾,为化学委员会和物理学委员会评审裂变的发现提供了一个有价值的背景。这不仅是迈特纳所遭遇到的不公平待遇的故事,也显示了在新的大科学时代,诺贝尔奖所扮演的重要角色。

从1938年7月起,迈特纳,这小组的精神领袖,离开了哈恩和斯特拉曼。哈恩不顾政治上的危险继续与迈特纳通信。在她出走之前,哈恩和斯特拉曼已明确地分离、分析了辐照铀所产生的各种产物。从一个化学家的观点来看,哈恩认为铀后元素的存在是“不再有疑问了”,而它们与其他元素的区别也“没有再讨论的必要”。但迈特纳仍对这些结果保持怀疑。她无法以当时盛行的核结构理论来调和这些结果所蕴含的核过程的混乱图式。对此问题的困惑使她一再要求他们重做化学分析。

1938年秋天,哈恩向迈特纳写信报告了小组的工作,在如何解释和进一步研究的方向上向她请教。他们于11月13日和14日在哥本哈根秘密会面,标志着纳粹进一步加强了对犹太人和不同政见分子的迫害。据哈恩的日记记载,在丹麦,关于铀的问题他们讨论了许多个小时。迈特纳知道他们的结果是不正确的,要求他们对最关键的实验作进一步的改进。斯特拉曼多年后说,幸亏他们非常看重她的意见和判断,他和哈恩马上开始了新一轮的测量。

在最后一次分离、鉴定辐照铀的特定产物时,哈恩和斯特拉曼发现了一种类似钡元素的物质,原子序数大约是铀的一半。1938年12月19日,哈恩异常激动地写信给迈特纳,问她是否能给出一个“奇怪的解释”,为什么这个同位素与钡相似?他说他们知道铀实际上不会“突然变成钡”。几天后他再度写信向她请教,因为他不敢发表这个貌似荒谬的物理结果。没有她的物理学解释上的指导,他会对他和斯特拉曼的化学分析丧失信心。

在那篇哈恩准备起草的文章中,他断言:化学分析的结果,使他认为辐照铀的产物不是某种形式的镭而是钡;然而,“作为与物理学相近的‘核化学家’,我们还不能贸然作出这个与过去所有核物理学经验相矛盾的结论。这里面也许还有一些不寻常的巧合,使我们得到这些虚假的结果”。

此时,迈特纳已对以前所有解释铀嬗变的努力感到失望,她马上回信给哈恩,在做解释上给了他新的勇气。她同意,镭看起来像钡使人不解,而铀核的“大型分裂”的想法又很难使人接受,“可是在核物理学上我们已经经历了如此之多的意外,我们不能绝对地肯定‘那是不可能的’”。迈特纳让哈恩自由地思想;她不愿排除某种前所未知的过程,使重原子的核分裂。可是一个中子又如何导致出现分裂的铀核呢?这就像一颗弹珠打垮了一栋办公大楼,这种效果是怎样产生的呢?迈特纳已经准备接受这种可能性了,她要求哈恩为他的化学发现找出一个解释。1938年12月23日,在收到她的回信4天之后,哈恩在他的文章的校样上以一种相当混乱的方式加了一段很短的建议:以前被认为是铀后元素,实际上可能是某种形式的一些比铀轻很多的元素。他没有为这个结果提供任何解释或者可能的过程。

与此同时,迈特纳在不断考虑这种奇特的结果。圣诞节时,迈特纳拜访了她住在哥德堡郊外的孔艾尔夫(kungalv)的朋友冯·巴尔·贝尔尤斯。她在这里与她的侄子弗里施相聚,他是一位在玻尔研究所工作的年轻物理学家。他们在白雪覆盖的野外讨论铀之谜。使用玻尔早期构想的原子核像一滴液体的理论,他们设想了一个吸收了中子的铀原子分裂的模型:核并不粉碎,而是像一个不稳定的液滴,当它的表面张力不能再保持液滴的完整时,形成分裂;而中子则促成了最后的不稳定,导致液滴一分为二,并释放出巨大的能量,将碎片向外射出。即使没有参考书在手边,他们也作出了快速的计算和理论上的假设。

在哥本哈根和斯德哥尔摩,弗里施和迈特纳各自继续他们对这个新过程的探索。弗里施做了一系列实验来证明他们的结论。受到哥本哈根一位生物学家同事的启发,弗里施借用活细胞分裂为二的术语提出了一个新术语——核裂变。迈特纳认定裂变的另一产物一定是元素氪的同位素,它随后嬗变成一系列其他元素。她将这些结果告诉了哈恩。但哈恩未发现氪,没有提出任何分裂的机制,更没有考虑到能量的释放。

1939年1月3日弗里施同玻尔讨论了他们的结论。虽然玻尔已在液滴原子核模型上工作了多年,他激动地立刻接受了他们的结果,据说他喊出了这么一句话:“哎呀,我们怎么这么蠢!我们早应该明白呀。”玻尔劝他们尽快发表这个惊人的想法。他们1939年1月16日,将稿子寄到英国的《自然》(Nature)杂志。但未能及时发表。这期间玻尔到美国去参加一些物理学会议,并在普林斯顿高等研究院停留了两个月。虽然他曾经答应在文章发表前绝不会吐露一个字,可他没有做到。他们的文章尚未付印时,消息就像链式反应一样快速传开。玻尔的泄密引起了许多人重复和延伸这个实验和分析。许多物理学家开始为核裂变设计各种理论和实验研究项目。经历了许多困难才得到的原创构思一旦被了解,便几乎被视为理所当然的了。迈特纳和弗里施对核裂变的贡献很快就被埋没在一大堆科学杂志的报告、论文和致编者的信中。到迈特纳和弗里施的文章发表时,那已经不是轰动的新闻了。稍后同盟国的核科学家便封锁了有关核研究的消息,以防止纳粹战争机器制造原子弹。

而令迈特纳更不安的是,在以后的文章和私人通信中,哈恩开始抹杀迈特纳对这个发现所作的贡献。她把自己和弗里施设法澄清此种化学结果的努力告诉哈恩后,哈恩就把这些观点(包括氪的衰变)纳入到他和斯特拉曼的下一篇文章中去了。而对他与迈特纳的通信却只字未提。自然,哈恩受到了极大的压力。研究所的物理学家们,对他们被蒙在鼓里感到很不高兴。正当他们对哈恩的不满达到高峰时,哈恩告诉迈特纳,核裂变的发现是个可以保护他和他实验室的“奇迹”对物理学家们,他坚称这是个在军事和经济上有重要价值的问题,他在部门中的地位就有了保障。可是当他告诉迈特纳这个故事时,她感到失望。

仅仅几个星期前,当哈恩不能解释他和斯特拉曼的分析时,还像往常一样向迈特纳求助。在圣诞节时,哈恩甚至问过迈特纳是否有什么文章可以跟他们的文章同时发表,让人们知道这个小组的3个人仍然在这件工作上合作。当然,他们不可能在一起发表。迈特纳,一个非法逃出德国的犹太人,是帝国的敌人。可是一旦裂变现象被了解,一旦哈恩知道核裂变是他在纳粹政权下个人安全和职业的保障,他虽然有点犹豫,但还是大胆地将功劳都归到自己名下。他声称这个发现与物理学无关,而迈特纳,这位物理学家,可能不会让他得到这个发现。

迈特纳落得为铀后元素背黑锅的下场。在1月间她就明白,虽然哈恩和斯特拉曼在化学结果上,自己和弗里施在解释上有可喜的进展,但是这个过程的发展使她处在一个很不利的地位。从表面上看来,她不离开柏林,他们就一直陷在混乱中;一旦她离开柏林不再干预后,化学家们就发现了真理。哈恩在他的文章中几乎完全不提迈特纳,也不谈他们之间的通信。当他处于危险时这是可以理解的。可是如历史学家赛姆和克拉夫特所指出,甚至在战后他仍旧传播这个神话,而他有足够的机会将真相告诉世人。迈特纳担心她的瑞典新同事们会持这种看法,特别是西格班。但她没想到的是:她的某些新同事根本不想搞清楚她作出的贡献。她起先失去了继续研究的机会,后来又失去分享诺贝尔奖的机会,以及在瑞典核研究的领先地位。

正如《丽丝·迈特纳——物理学中的一生》一书的译者在译序中所写,瑞典诺贝尔奖评委会和她的密友对她的压制和中伤,使我们看到这名弱女子在遭受迫害时的坚强风骨,也看到了反犹主义的影子。 jAWAzPaoWseJtUoYhlruyVkrTtr1VTFmiDymeNHPs3CZx4FObv9ZDLgfixroIVpe

点击中间区域
呼出菜单
上一章
目录
下一章
×