提到居里夫人,相信大家都不會陌生。然而,還有一位在物理學尤其是原子能領域作出了開創性成就的女科學家,知道的人就不多了。她,是第一個將“核裂變”術語引入科學詞匯的人,是第一個認識到原子可以被分裂并釋放出威力無比能量的人,是開創了原子能時代的人。今天,愈來愈多地利用原子能造福人類時,我們應該銘記這位開啟原子能時代的功勛——麗絲·邁特納。愛因斯坦曾把她稱為“我們(德國)的居里夫人”,這句話表明了愛因斯坦對她的高度贊賞。
獻身科學事業
1878年11月7日,邁特納出生于奧地利首都維也納的一個猶太人家庭。猶太人歷來有鉆研自然科學的傳統,也許是受這種傳統的熏陶,邁特納從幼年時起,就對自然界的現象和規律深感好奇,立志學習自然科學。少年時代,她把著名的居里夫人和英國護理學先驅南丁格爾作為楷模,希望自己以后能像她倆一樣,成為一名女性中的佼佼者。
1901年,邁特納以優異的成績考入維也納大學。當時的維也納,女子上大學簡直是不可思議的事,許多教授曾公開表示不歡迎女子進入他們的課堂。但是,邁特納并沒有因此而動搖自己的目標,在著名的物理學家玻耳茲曼教授的鼓勵下,她刻苦鉆研,取得成績優異。1905年,她以一篇《論非均勻物質的熱傳導》論文,獲得維也納大學的理學博士學位,成為該校獲得博士學位的第二位女物理學家。
玻耳茲曼教授非常欣賞邁特納,在邁特納大學畢業后,把她留在了自己的研究所工作。在玻耳茲曼教授的研究所工作過程中,她被原子物理這奧妙無窮的學問所陶醉。那時科學研究與發展的中心在柏林,而不在維也納,許多聲名卓著的科學家和研究人員都云集在那里。邁特納決定去柏林繼續求學。
1907年,邁特納奔赴柏林,在那兒停留了20年之久。到達柏林后,邁特納在世界著名的物理學家普朗克教授的指導下攻讀物理學理論。在此期間,她遇到了德國化學家哈恩。哈恩當時正在研究放射化學,需要一位物理學家來合作,邁特納決定和哈恩合作。由于當時世俗對女子的偏見,研究所所長費舍爾起初并不同意邁特納進入他們的實驗室,邁特納和哈恩只好找了一個地下“木工房”進行實驗。后來柏林女子教育合法化,費舍爾才接納了邁特納。
1913年,她正式進入新遷的化學研究所。在那里,邁特納與哈恩在放射性領域進行了長達20年的卓有成效的合作。
研究放射性
物質放射性的發現,標志了人類對原子核的探測和認識的開端。20世紀初,人們對放射性現象的本質和規律也還是知之甚少。1902年,邁特納讀了居里夫婦關于鐳的發現的報道,1905年又通過邁耶教授的介紹接觸到了放射性的課題后,她對放射現象這一新學科產生了強烈的興趣,并在玻耳茲曼教授的指導下開始涉足放射性研究。1907年到達柏林后,邁特納和哈恩合作,主要研究放射性元素所放出的射線。她潛心于鐳、鈾等新元素的研究,對它們的特性有了很多新的認識,并發表了許多研究報告。
在實驗中,邁特納發現,有一些現象并非是已知的化學元素的特性,而可能是屬于某種未知元素,這種元素當時還沒有人注意到。這種元素是什么呢?邁特納對此非常感興趣。她立即投入到這種新元素的探索中。
然而,1914年第一次世界大戰的爆發,打亂了邁特納的研究。邁特納志愿到奧地利軍隊中當了一名x射線透視操作員,哈恩也應征入伍,但他們還盡量利用零星的休假回柏林繼續實驗。他們的努力獲得了巨大的成功,戰爭快結束時,邁特納和哈恩向科學界宣布了一種新化學元素的誕生,并將它命名為“鏷”。鏷的發現,不僅為元素家族又增添了一名新的成員,而且為人們進一步研究和探索元素現象鋪平了道路。
邁特納具有極其敏銳的觀察力和理論頭腦,善于從普通現象中聯想到關鍵性問題。1926年,計數器有了進一步發展,邁特納讓一個學生做這方面的實驗。當那個學生抱怨說隔壁的一個射線源影響他的工作時,邁特納立即意識到可以利用新儀器的巨大靈敏度,來研究高度準直的窄射線束的衰減過程。這些研究豐富了邁特納對放射性現象的認識,為她以后核裂變的發現打下了堅實的基礎。
發現核裂變
進入20世紀30年代后,人們相繼發現了中子和電子。著名物理學家費米用中子對像鈾這樣的重元素進行轟擊,獲得了比鈾更重的新元素“超鈾元素”。邁特納根據費米的研究成果,進行中子轟擊鈾的研究,以期找到更穩定的結果。
一天,邁特納正在實驗室里用慢中子轟擊鈾原子核,希望獲得一種比鈾重得多的新元素時,實驗結果卻使她大吃一驚:出現了鋇元素!鋇是一種原子量比鈾輕得多的元素,這種元素在實驗開始前并不存在。邁特納和哈恩感到非常困惑。他們本來預期能發現一種比鈾重得多而不是更輕的元素。他們無法用現有的核理論來解釋這種不可思議的結果。
就在這已經接近“原子核裂變”的關鍵時刻,由于納粹對猶太籍學者的橫加阻撓,年近60歲的邁特納被迫中斷了研究,于1938年7月逃離柏林來到瑞典。在瑞典安定后,她馬上著手組建實驗小組,進行放射性研究,希望能從實驗中找到令他們困惑的答案。與此同時,留在德國的哈恩也在繼續著轟擊鈾的實驗,但得到的還是輕元素。他以為是自己在實驗中有差錯,于是給在瑞典的邁特納寫了一封信,信中詳述了實驗過程的所有細節。哈恩的來信觸動了邁特納的思維。哈恩在信中說,當進行化學分析時,他們使用了鋇的化合物,結果卻發現,核反應的放射性產物不能和鋇分開。這意味著產物中含有放射性鋇。這在當時是完全沒有想到的和誰也不能理解的。
根據在柏林與哈恩共同的研究以及后來的實驗,邁特納意識到,一種新的誰也未曾預料到的化學現象正在出現。但這是什么?為什么會出現這種現象呢?
鈾怎么會成鋇呢?我們知道,邁特納和哈恩實驗的初衷是想得到更重的核,而結果卻把原有的核打成了兩塊。這一點在當時是出人意料的。按照當時的“結合能”知識,把一個核打成兩塊一般需要高得難以達到的能量。這高能量又是從哪里來的呢?邁特納一遍又一遍地重復這個實驗,經過多次實驗出現的也是輕元素。由于邁·特納熟悉有關核的各種數據,她仔細地分析了鈾核的特殊性,認為它分裂成兩塊是可能的。
認識到這種分裂的合理性后,邁特納“經歷著猶如哥倫布發現新大陸時所感受的歡樂”。她繼續努力完善對此現象的解釋,完成論文并發表在英國《自然》雜志上。在論文中,她首次使用了“核裂變”一詞。
“核裂變”的消息傳到正在華盛頓召開的第五屆理論物理學會議上,立即在物理學家中引起了轟動。許多大學的研究小組連夜進行實驗,很快就有不止一個小組得出了核裂變的正面結果。而這時哈恩他們的論文也發表了。從哈恩的直觀到邁特納的思維,再由邁特納他們回到實踐,終于認識到了鈾“核裂變”的真理。
“核裂變”現象的發現,標志著核能時代的正式到來。這是人類邁向原子能道路上的重要里程碑,也是20世紀科學史上的巨大飛躍。
然而,有個別人物,甚至在學術上作出過偉大成就的人物,一直堅持只把裂變的發現歸功于德國人哈恩,不肯承認“猶太人”邁特納所作的貢獻j事實上,沒有哈恩等人的實驗資料,當然談不到發現裂變現象,而沒有邁特納的物理圖像,也同樣或更不能說已經發現了裂變現象,何況“裂變”一詞本身就是邁特納他們所制定的呢!
強烈的同情心
因邁特納在放射性現象及核裂變上的突出成就,許多大學都授予她榮譽博士學位。1945年,邁特納被推選為瑞典科學院的外籍院士。1946年,邁特納在美國做訪問教授時,被美國報界推選為那一年的“榮譽婦女”。1955年她又被選為英國倫敦皇家學會的會員。邁特納曾獲普朗克獎章、萊布尼茨獎章。1966年她榮獲美國原子能委員會頒發的費米獎。
對一個女性來說,在傳統的男性奮斗領域作出如此重大的成就是極不容易的。邁特納既忍受了她那個時代對女性的偏見、對猶太人的歧視以致迫害,又經受了兩次世界大戰的恐怖。所幸的是,自身經歷的坎坷不但沒有挫傷她對科學研究的熱情,反而加深了她對整個人類命運的關注和同情,以及對科學應用的思考。
第二次世界大戰期間,納粹勢力即將崩潰時,一些“死亡營”中的殘存難民得到了拯救,被送到瑞典。這些人骨瘦如柴,慘狀不忍卒睹,這種景象大大震驚了邁特納。她在一封給哈恩的信中流露了自己的感情。她認為,甚至像哈恩那樣正直的人也沒能真正理解當時猶太人心中的那種恐怖和絕望。她后悔不該在希特勒上臺以后還留在德國工作,她認為,凡是在戰爭中留在德國的科學家,都在事實上幫了納粹的忙,應該認真反省。那些替希特勒工作過的德國科學家應該看看從集中營救出的難民。這封信寫得親切而坦率,被認為是物理學史上的一份重要文獻。
由于邁特納在“核裂變”方面的突出貢獻,她曾被美國邀請參加正在工作的核炸彈小組,但她一口回絕了。她堅決反對將核裂變成果應用于戰爭,她希望這一計劃永遠不能實現,這體現了一個科學家的正義感和良知。廣島原子彈爆炸的消息猶如晴天霹靂震撼著邁特納的心靈,她說:“原子彈的研制在如此短的時間內得以完成,這使我十分驚訝。這項發明適逢戰爭問世,確實是非常不幸的事件?!?/p>
與同時代的許多科學家一樣,晚年的邁特納在繼續科學研究的同時,目光的焦點更多地投向了人類的交流與合作。她長期以來積極倡導建立國際合作,和平利用科學史上的重大發現,防止原子武器的毀滅性應用。
邁特納的一生,剛好處在核物理學興起并蓬勃發展的時期,她多年的研究,為物理學的發展作出了不可磨滅的貢獻。尤其是核裂變的研究,開創了原子能時代的新紀元。她把整個身心都獻給了她所熱愛的科學,終生子然一身。雖然由于當時某些學者的偏見,邁特納一直未獲得諾貝爾獎,但她對科學的巨大貢獻卻為后人敬仰。1992年,第109號元素以Meltnerium命名,以紀念這位偉大的女科學家。