第一百二十一回 生不逢时迈特纳,原子裂变贡献大
啪,我四拍手中醒木!伙计,《科学家列传 肆》,这就开讲啦!
首先,请听一曲新版《枉凝眉》:一个是德国仙葩,一个是美玉无瑕;若说没奇缘,今生她却偏遇他;若说有奇缘,如何好事终虚化;一个独揽诺贝尔奖,一个空劳科学家……
伙计,本回绝非新版《红楼梦》哟。不过,除了将“爱情”换为“友情”外,本回主角特别是女主角的命运与《红楼梦》主角的命运还真有点像呢。当然,剧情也不再是四大家族的衰变,而是原子核的衰变,用专业术语来说,那叫核裂变,即铀或钚等重原子核分裂成多个轻原子的核反应。这玩意儿可不得了啦,它引发的动作远比家族衰变来得剧烈,原子弹或核电站的能量就来源于核裂变。其中核电站常用的就是铀核裂变:热中子轰击铀-235(235U)原子后,释放出2至4个中子,中子再去撞击其他铀-235原子,从而形成链式反应。若链式反应未受控制,其结果便是山崩地裂般的原子弹爆炸;否则,便是利用反应产生的热能来发电的核电站。原子核在发生核裂变时会释放巨大的能量,1千克铀-238的完整裂变所释放的能量相当于燃烧2000吨煤所释放的能量。如今,核裂变已不只应用在军事和能源领域,而是广泛应用于工农医等各领域。发现衰变和掌握核能是20世纪科学史上的最重要一页,而核裂变则是该页中最重要的“那一行”,本回的两位主角则是该行中最重要的两个名字,因为,是他俩首次发现并从理论上成功解释了核裂变,从而开启了“核能时代”。
男一号并非姓贾,而是奥托·哈恩,1879年3月8日生于法兰克福。他出生时,嘴里虽无通灵宝玉,但差不多也算是含着金钥匙。他父亲是大富豪,不但拥有诸多企业,更是房地产大王,所以,哈恩从小就拥有自己的独立科学实验室。虽然它只是由洗衣房改造而成的,但已足够让哈恩沉溺其中,享受着各种各样的科学实验,尤其是化学实验。在接受了良好的小学、中学、大学教育后,一帆风顺的他闪电般就长大了,并于1901年(时年22岁)获得了马堡大学的博士学位,然后留校任教。
哈恩的科研道路也异常平坦,简直就是“春风得意马蹄疾”,因为,他在不同时期都恰好遇上了“及时雨”。比如,就在留校任教3年后的1904年,他本打算到伦敦补习英语,但阴差阳错地遇到了著名化学家拉姆齐,于是他便临时改变计划,跟着拉姆齐进修化学。更意外的是,在与拉姆齐进行了热烈而友好的交谈后,慧眼识珠的拉姆齐竟突然建议他从事镭的放射性研究。当时哈恩就傻眼了,心里打着鼓,暗忖道:天啊,啥叫镭呀?幸好,拉姆齐又及时补上了一颗定心丸:别怕,一张白纸好绘画!于是,哈恩就进入了一个边缘学科—放射性化学,并很快就发现了新的放射性物质,即放射性钍-228(228Th)。这一成就让拉姆齐刮目相看,更让哈恩坚定了继续研究放射性的决心。
一年后,26岁的哈恩就带着拉姆齐的推荐信,来到了加拿大麦吉尔大学物理研究所,并师从卢瑟福。为啥如此著名的科学家会接收这个徒弟呢?嘿嘿,其秘密就在拉姆齐的那封推荐信中,因为他说:“哈恩是位杰出学者,他的工作令人钦佩。我相信您会喜欢的。”果然,在卢瑟福的悉心指导下,哈恩的天赋不断展露,并很快掌握了许多实验技巧,还发现了放射性锕,然后与卢瑟福一起又取得了接二连三的成功。这让卢瑟福非常高兴,连声夸奖道:“这小子对新元素的嗅觉忒灵!”也许卢瑟福说对了,因为在随后的日子里,哈恩又陆续发现了镭-228(228Ra)、锕-228(228Ac)、镤-234(234Pa)、镤-231(231Pa)等新元素。不过,此乃后话,这里暂且按下不表,因为其中还有隐情。
哈恩不但在事业上节节胜利,而且在友情方面也很成功。比如,他与导师卢瑟福就成了终生好友,以至晚年时他都还经常回味着与卢瑟福一起的快乐日子,尤其是那桩“借袖口”的趣事,更让他乐不可支。原来,有一次,记者突然闯进卢瑟福的实验室,要为这位大师拍张照片,可卢瑟福刚好没戴当时象征学者风度的“假袖口”,于是,哈恩赶紧救驾,献上了自己的袖口。事后他逢人便拿出该照片,得意地炫耀道:“看,我的袖口已登上了许多杂志的封面。”
1906年秋,27岁的哈恩返回柏林,在一个化学研究所任教授。1907年春,他又跳槽到柏林大学,也正是在这年秋,哈恩遇到了自己一生中最重要的贵人、最得力的事业搭档,她就是本回女一号。虽然她的官方身份只是他的助手,但他的几乎所有重要“军功章”上其实都该有她的一半,甚至是一大半。
这个她是谁?当然不是黛玉,但其命运很像黛玉,一样的悲剧,一样的不认命。而她的悲剧也正是由于不认命,否则她本该是一位很幸福的妈妈、很能干的妻子、很受欢迎的家庭主妇。她名叫莉泽·迈特纳,曾用名玛丽·迈特纳。若按生辰八字,她的命本该很好,因为她与居里夫人不但有相同的名字(都叫“玛丽”),且她们还是同月同日生。准确地说,她比居里夫人刚好小11岁,1878年11月7日出生在维也纳的一个犹太律师之家。父母视她为掌上明珠,几乎所有事情都由着她,要星星不给月亮,要烧饼不给太阳。她家的小孩个数也很吉利,共有8个,而且她还是老三,本该“发了又发,再三发”嘛。
可惜,人算不如天算,迈特纳却在错误的时间生在了错误的地点。如果她再晚生数十年,则她那诺贝尔奖级别的科学成果就不会被老板独占;如果她生在了巴黎,那她可能是又一个居里夫人。实际上,她后来确实也被爱因斯坦称为“德国的居里夫人”。她在美国还被称为“原子弹之母”,不过,她不承认该称呼,因为她终生都拒绝研制核武器。但历史不相信如果,因为她生在了相当保守、相当歧视妇女的奥地利,所以按传统,聪明伶俐的她却只能读到初中后便马马虎虎上了一所中专学校并毕业。
若再遵循传统,那她就该尽快嫁一位门当户对的如意郎君,然后开始相夫教子。但是,迈特纳不满足于命运的安排,下决心要搏一回,要与男人争个高低。于是,她通过数年的自学考试,终于在23岁那年艰难地获得了高中文凭。紧接着,她一不做二不休,冲破层层阻力,在同一年进入了维也纳大学,师从著名科学家玻尔兹曼,开始系统学习物理、数学和哲学等。这在当时简直就是奇迹。
当然,奇迹不会就此结束;迈特纳还将创造更多奇迹,只是她将付出更大代价而已。24岁那年,居里夫人发现镭的消息传入迈特纳耳中后,她就对原子物理产生了浓厚兴趣,并决心以居里夫人为榜样,一边学习课本知识一边开始研究放射性。短短4年后(1906年),她竟获得博士学位,成了维也纳大学的第二位女博士,并留校任教。若迈特纳就此罢休的话,那若干年后,维也纳大学也许将产生一位女教授,迈特纳也许将是一位事业和家庭两不误的典范。可她还不满足,还想在更大的天地里施展拳脚。于是,她多次与居里夫人的女儿联系,希望前往巴黎发展,可惜却始终未找到合适的职位。
29岁那年,迈特纳放弃了比较开明的法国,转而前往相对保守的德国,并在柏林大学拜访了年迈的普朗克。刚开始时,歧视妇女的普朗克并不想接收迈特纳,但几经考察后,他发现她绝非普通女人。于是,普朗克便同意她加入自己的实验室,但附加了两个非常苛刻的条件:一是没薪水;二是不能公然出现在办公室,甚至连出入实验室都只能走后门。面对如此歧视,对科学满腔热血的迈特纳不但迫不及待地点了头,甚至还对普朗克千恩万谢。
作为一名女科学家,迈特纳在柏林所受歧视之多,简直难以想象。在经济方面,她只干活不拿钱,幸好,她父亲愿意无条件救济自己的宝贝闺女。在实验场地方面,由于不能进入办公室,她就自己动手改装了一个废旧的地下木工房。在实验设备方面,那更是相当简陋,别人淘汰的仪器全都成了她的宝贝,这反而提升了她的操作能力。在个人生活方面,她面临的困难就更多了,比如,她必须到很远的饭店上厕所,因为实验大楼里根本就没女厕所。在事业发展方面,她也遭遇了极端的不公待遇,比如,她千辛万苦才做出的科研成果,在以论文形式投到学术期刊后,却被编辑部拒之门外,其理由竟是“我们压根儿就不想发表妇女的稿件”。尽管如此,迈特纳在柏林大学期间还是相当快乐的,因为她可以完全沉浸在做科研的幸福中。普朗克对她其实也很友好,经常邀请她和其他著名科学家参加自己的家庭音乐会,也正是在这里,迈特纳结识了爱因斯坦等。后来,迈特纳的父亲去世了,她也失去了最后的经济来源。幸好,迈特纳的前期成果打动了普朗克,于是,她就被他聘成了实验助手。在此后3年里,她才有了微薄的收入。迈特纳的科研表现也相当出色,获得了同行的广泛认可。
正当迈特纳受尽性别歧视时,男一号哈恩出现了。他们彼此相见恨晚,从而开始了长达30年的合作,取得了一个又一个重大科学发现,在科学史上树立了不同国籍、不同学科和不同性别的科学家之间的长期合作典范。当然,这主要该归功于迈特纳,归功于她那高尚的人品。因为,她在名利等方面始终都自觉谦让,即使是她独立完成的科研成果也都主动将第一作者的荣誉让给了哈恩,从而也为后来的诺贝尔奖归属问题埋下了隐患。
1909年,她与哈恩一起发现了放射性衰变时的原子核反弹。此后数年,他们又发现了一系列放射性同位素,这使得迈特纳名声大振,以至卢瑟福初次见到她时都大惊道:“我一直以为您是男的呢!”自1912年起,迈特纳的工作环境才得以改善,因为这一年,哈恩有了自己的放射性研究组,迈特纳也成了该组骨干,不过依然无薪。直到1913年,迈特纳才成为正式员工,至少可以光明正大地从正门出入实验室了。可是,刚稳定不久,第一次世界大战就爆发了。于是,迈特纳也像居里夫人一样奔赴战场,成了战地医院的X射线检查员。
第一次世界大战结束后,迈特纳又与哈恩恢复合作,并很快发现了同位素镤-231。1918年,迈特纳终于有了正式的薪水。至此,她已在柏林大学无偿工作了整整11年之久。1922年,已经44岁的她总算成了柏林大学副教授;1926年,又晋升为教授。当她首次登上讲台时,哇,那个火爆劲儿简直不得了:教室里不但挤满了学生,还涌入了一大批记者。大家都争先恐后,想亲眼看一下女教授的风采。此外,她和哈恩也成了当时诺贝尔化学奖呼声最高的候选人。
伙计,别以为迈特纳这就熬出了头!因为,仅仅几年后,希特勒就上台了,并开始大搞种族主义。于是,她便因自己的犹太人身份,在1933年被纳粹剥夺了教学资格。幸好,她是奥地利人,还算外国人,所以仍被允许继续留在哈恩的课题组。可仅仅5年后,奥地利便被德国吞并,从而,迈特纳也就成了德国犹太人,其生命也受到了威胁。于是,已经60岁的她,不得不于1938年7月经荷兰、丹麦逃往瑞典,而随身携带的行李仅有两个手提箱和区区10马克现金;当然,必须特别指出的是,行李箱中还有一件非常特别的宝贝,它就是在策划逃跑时哈恩送给她的一枚钻石戒指,以备逃跑路上的行贿之用。这个戒指对哈恩来说非常珍贵,因为它是母亲留下的传家宝。由此可见,迈特纳与哈恩之间的关系绝非简单的老板与助手;其实,他俩在数十年的交往中,都尊称对方为“您”。但非常遗憾的是,如此牢固的长期学术友情,却经不住诺贝尔奖等名利的诱惑,并最终让哈恩出现了人格瑕疵,也让迈特纳的贡献被埋没了数十年。
逃出希特勒的魔掌后,迈特纳几经周折,总算找了份工作,然后就在瑞典待了8年,后来又移居英国剑桥。其间,她仍与哈恩保持着密切的书信往来,甚至在关键时刻还对哈恩的新发现添加了画龙点睛的一笔。比如,就在迈特纳刚逃出德国2个月左右时,哈恩与新助手在继续既定实验时发现:用中子轰击铀靶后,不仅反应强烈,还释放出很多能量,且铀核还分裂成一些更轻的物质。这是啥意思呢?一头雾水的哈恩赶紧于1938年11月前往哥本哈根,与那里的玻尔和迈特纳一起讨论了这个奇怪的新发现。
这种怪现象是啥意思呢?迈特纳想呀想,却始终找不出答案。一天,她一边想一边散步,突然,一个画面闪现在脑海中:原子将自身撕裂了!该画面是那么生动,那么惊人,那么强烈,以至她几乎能感到原子核在跳动,几乎能听到原子撕裂时的“咝咝”声。她立即断定,答案已找到,即质子的增加,使铀原子核变得很不稳定,从而发生了分裂。她立即重复了相关实验并证实:当质子轰击放射性铀时,每个铀原子都分裂成钡和氪;裂变后的原子核总质量,小于裂变前的铀核质量,而这个小小的质量差,则按爱因斯坦的质能方程转变成了能量。就这样,迈特纳和哈恩异地合作,共同获得了一个伟大发现—核裂变;它奠定了原子弹和原子能的基础,具有划时代的深远意义。据说,当玻尔在得知了该结果后,竟自叹不如道:“天啊,我们真蠢!”
1945年11月15日,诺贝尔奖委员会宣布将1944年的诺贝尔化学奖授予哈恩,以奖励他“发现了核裂变”。但紧接着,怪事就发生了,哈恩突然“人间蒸发”了!原来,这一年,原子弹逼降了最后的轴心国日本,而66岁的哈恩作为另一战败国的公民,又是“核武器奠基人”,战胜国当然不敢大意,故将他秘密软禁了起来,以确认他是否曾帮助过希特勒研制原子弹。很快,哈恩的清白就被证实了:一方面,希特勒确实曾授命他研制核武器;但另一方面,他确实也在消极怠工。实际上,他和其他多位德国核物理学家若真心为希特勒卖力的话,那第二次世界大战的结局可能就会是另一版本了。
一年后,哈恩自由了。他不仅补领了诺贝尔奖,还开始担任德国皇家学会主席。但也正是在这个时候,他的人性弱点暴露了。第二次世界大战期间,哈恩坚决否认曾与迈特纳有过合作,这在当时看来还是可以理解的:希特勒当政时,谁也不敢与犹太人沾上边,否则后果不堪设想。但是,千不该万不该的是,在第二次世界大战结束后,在希特勒死掉后,在纳粹下台后,哈恩仍然否认迈特纳的贡献,并一再声称“她只是实验助手”。这就让迈特纳伤心失望了,更让后人对哈恩的人品诟病至今。比如,哈恩的新助手就曾为她鸣过不平,声称“迈特纳一直就是课题组的灵魂”;玻尔当年也曾亲自给《自然》杂志写信,认为“核裂变的发现应归功于迈特纳等”;特别是1981年后,国际上更出现了大量文章为迈特纳申冤;甚至有人认为在“发现核裂变”方面,迈特纳的贡献更大。总之,到底是谁“发现了核裂变”,已成为诺贝尔奖史上最具争议的话题之一。
第二次世界大战后,迈特纳虽数次被邀请回德国工作,但均被她婉拒了。此时的哈恩,在德国的声望如日中天,在国际科学界也极有影响;而迈特纳,则越来越远离科学界。两人渐行渐远,不过仍保持联系,至少他们都反对制造和使用核武器。哈恩在回忆录中多次声称迈特纳是他的终生朋友。迈特纳终生未婚,既无子女也无情人,更无任何绯闻,她把一生都献给了物理学。她的外甥媳妇,则继承了哈恩母亲传下的那枚特殊钻戒。
哈恩于1968年7月28日在格丁根去世。家人因担心重病中的迈特纳承受不了这一噩耗,便对她封锁了消息。但也许是冥冥之中的安排,同年10月27日,迈特纳也在英国剑桥去世了。后人在她的墓碑上,刻下了非常难得但又恰如其分的一句话:“一个从未失去人性的物理学家。”这对洋人版的宝黛冤家,虽未能同年同月同日死,却是同年且几乎同龄死,都享年近90岁。
安息吧,哈恩,您的瑕疵不会影响您的伟大!
安息吧,迈特纳,后人会永远记住您的巨大贡献。您确实是一位“需要重新被发现、重新被公正对待的伟大女性”。所幸的是,1994年5月,国际纯粹与应用化学联合会用您的名字命名了第109号元素(指英文名称,后同),虽然此时您已在天堂长眠了26年。