她发现了“核分裂”却从未得到诺贝尔奖

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她发现了“核分裂”却从未得到诺贝尔奖 1

核分裂——铀这类较重的原子分裂为成对较轻的原子的物理过程——的发现使核弹与核电厂变为可能。曾有一段时间,物理学家深信像铀这么重的原子不可能分裂成两个。

但在1939年2月11日,一切改变了。当时《Nature》期刊主编收到一封信,信上详细描述了分裂过程,并已经将其命名为“核分裂”。

在这封信中,物理学家 Lise Meitner 与助手侄子 Otto Frisch 共同对核分裂做出了物理解释。这是核子物理学界的一次巨大进展,但时至今日,Lise Meitner 的名字仍默默无闻,几乎被世人遗忘。

她被排除在这场重大发现之外,只因她是犹太女性。Meitner 的分裂理论基于核子结构的“液滴模型”——此模型将原子核之间的作用比作让水滴形成结构的表面张力。

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她指出,原子核的表面张力随着电荷增加而减弱,如果电荷非常高,张力甚至会趋近零,就像铀的情况一样。

由于缺乏足够的原子核表面张力,当受到中子撞击时,原子核会分裂成两个碎片,而每个碎片都带走非常高的动能,Meitner 说,因此,整个“分裂”过程可以用很基本、典型的“物理学”方式来解释。

Meitner 还进一步解释其他科学家错误的地方。当其他科学家用中子撞击铀时,他们相信铀原子核没有分裂,而是捕获了一些中子。这些被捕获的中子接着转化成带正电荷的质子,从而将铀转化为元素周期表上更重的元素——称之为“超铀元素”,或任何超过铀的元素。

一些科学家对中子撞击产生超铀元素的理论抱持怀疑态度,例如 IrèneJoliot-Curie,居礼夫妇的女儿和 Meitner。IrèneJoliot-Curie 发现,其中一种被称为超铀元素的元素,化学性质与她母亲发现的镭类似,因此她认为铀被中子撞击后所产生的可能是镭。

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但 Meitner 有不同解释,她认为这个元素不是镭,而是钡(化学性质与镭相似的元素)。对 Meitner 来说,是镭还是钡的答案很重要,因为根据她的分裂理论,钡是一种可能产生的分裂物质,而镭不是,因为它太重了。

于是,Meitner 催促她的化学家伙伴 Otto Hahn 进一步提纯铀的撞击样本,探究它们究竟是镭还是钡。Hahn 照办后发现,Meitner 的理论无误:样品中的元素确实是钡,而不是镭。

Hahn 的研究表明,正如 Meitner 怀疑的那样,铀原子核分裂为碎片,变成两个不同、原子核更轻的元素。

Meitner 本应成为科学界的英雄,物理学家和化学家本应共同发表这个重大发现,并同享发现核分裂所获得的声誉。但不幸的是,现实并非如此。

Meitner 面前挡着两道障碍:她是因纳粹迫害而流亡瑞典的犹太人,以及她是女人。她已经克服了科学方面的所有障碍,但事实证明两道现实障碍难以跨越。Hahn 是 Meitner 在柏林威廉皇帝学院时的学术伙伴,多年来一直是亲密的同事与朋友。

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然而,当纳粹接管德国后,Meitner 被迫离开德国流亡瑞典。她在斯德哥尔摩找到了一份工作,并继续定期通信与 Hahn 和 Fritz Strassmann 讨论核问题。

虽然这种方式不尽理想,但仍然富有成效,钡的发现就是这种合作模式下的成果。但当论文准备发表之时,Hahn 害怕如果在期刊挂上一名犹太女性的名字,会毁掉他在德国的学术生涯。

因此,他完全没有提到 Meitner 便发表了论文,声称这项发现是他在进行化学提纯时获得的见解。当然这不是事实,假如没有 Meitner 指示他去做这件事,他根本不会想到要从样本中分离出钡。

此外,Hahn 也很难解释自己的发现。在他发表的论文中,对于铀原子如何分裂成钡原子,他完全没有提出任何合理的机制。

但 Meitner 知道如何解释,几周后她写下著名的核分裂手稿寄给《Nature》期刊主编,在信里详细解释了“Hahn 的发现”的原理。即便如此,这对她的处境丝毫没有帮助。

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诺贝尔委员会将1944年的诺贝尔化学奖授予 Hahn 一个人,以表彰他“发现重原子核的核分裂”。讽刺的是,“分裂”这个词从来没有在 Hahn 的原始论文里出现过,而 Meitner 后来出版的信件证明她才是第一个创造这个用词的人。

自那以后,关于谁发现核分裂引起了激烈争论,批评者认为诺贝尔委员会的举动是公然地种族歧视与性别歧视。Meitner 对核子物理学的贡献从未得到诺贝尔委员会的认可。

她完全被冷落在外,而公众也对她一无所知。二战结束后,Meitner 留在了斯德哥尔摩,并成为瑞典公民。最后,她决定既往不咎跟 Hahn 重修旧好,两位已经八十多岁的老人才恢复情谊。

诺贝尔委员会从没有承认过错误,而科学界对她的不公直到1966年稍微得到缓解:当时美国能源部联合授予 Meitner、Hahn 和 Fritz Strassmann 奖,以表彰他们对核物理的贡献。

这个迟来20年的认可来得很及时,因为两年后的1968年,Meitner 与 Hahn 相继过世,当时两人都已老龄89岁。

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