哈恩，迈特纳和核裂变的发现

随着岁月的流逝，我们对二战的共同记忆越来越多地依赖于存档的文字和图片，而越来越少地依赖于对生活经历的共同回忆。但是，尽管那个时代的许多事件现在只对历史学家有意义，但有两件事——大屠杀和第一次核爆炸——至今仍笼罩着我们所有人。在那些生活受到这两次大灾难影响的杰出科学家名单中，奥托·哈恩和莉莎·迈特纳的名字尤为突出。

哈恩在化学方面的专长与迈特纳在物理学方面的专长相结合，为人工诱导核裂变打开了大门。1938年，当迈特纳逃离纳粹迫害时，哈恩把他母亲的钻石戒指给了她，用来贿赂一名边境警卫。他们都死于1968年，被誉为科学的主要贡献者——尽管一些人认为迈特纳没有得到她应得的全部认可。经过半个世纪的后见之明，我们现在或许能够更好地客观地看待他们的成就。

开创性的研究

伊莉斯(后简称莉莎)出生在奥地利维也纳。1878年，菲利普·迈特纳和海德薇·迈特纳在八个孩子中排行老三。父母都有犹太血统，但并不虔诚，他们的孩子最终受洗成为基督徒。菲利普是一名律师和著名的国际象棋大师，而海德薇是一名才华横溢的音乐家，他们的家成为了文化活动的中心。莉莎钢琴弹得很好，她的妹妹奥古斯特是一名出色的演奏家、指挥家和作曲家。

莉莎觉得科学很迷人，但她被建议专注于那些如果她成为一名教师会更有用的学科。然而，当维也纳大学在1897年完全向女性敞开大门时，她进行了密集的学习课程以获得入学资格，并于1905年成为该大学第二位获得科学博士学位的女性。她的论文是关于各种介质的热传导，但她已经对放射性感兴趣了。

第二年，迈特纳前往德国柏林学习物理学的最新进展。她参加了马克斯·普朗克关于量子理论的讲座，但作为一名女性，她被拒绝进入大学的实验室。幸运的是，这项禁令并不适用于奥托·哈恩(Otto Hahn)的临时放射化学实验室，该实验室位于一个由地下室改造而成的，有一个单独的入口。在一次物理研讨会上见到迈特纳后，哈恩欢迎她成为一名非官方的(而且是无偿的)助手。

放射化学学徒

虽然比迈特纳年轻，但哈恩在学术上的地位更高。他出生于1879年，父亲是法兰克福的一名商人，父亲曾希望他成为一名建筑师。但在马尔堡大学(University of Marburg)，他被化学迷住了，毕业后(并服了一年的义务兵役)，他在德国不断扩张的化学工业中谋得一份职业。1904年9月，一位潜在雇主建议他提高语言技能，他成为英国伦敦大学学院威廉·拉姆齐(William Ramsay)的助手，该学院是放射化学研究的领先中心。

在与迈特纳合作之前，哈恩曾与拉姆齐、卢瑟福和费舍尔合作

由于哈恩的论文是关于有机化学的，拉姆齐指示他制备镭的有机化合物。在此过程中，哈恩发现了一种似乎是新元素的东西(后来发现是钍的同位素)。在拉姆齐的推荐下，哈恩在加拿大蒙特利尔的麦吉尔大学，在欧内斯特·卢瑟福的指导下，又花了一年时间研究放射化学。1906年，他回到德国，在柏林大学担任有机化学家埃米尔·费舍尔(Emil Fischer)的助手，1907年获得了在柏林大学任教的执照。同年11月，他遇到了迈特纳，两人开始合作。

哈恩于1910年成为柏林大学的教授，并于1912年被任命为新成立的Kaiser Wilhelm Gesellschaft (KWG)的放射化学负责人，这是一家由德国实业家资助的位于柏林郊区达勒姆的独立研究机构。迈特纳加入了他的团队，成为了一名带薪研究助理。1913年，哈恩与伊迪丝·朱格豪斯结婚，迈特纳(未婚)是他们唯一孩子的教母。

被冲突打断

和其他在同一领域工作的人一样，哈恩和迈特纳也在努力为最近发现的大量放射性物质建立秩序。1913年以后，情况逐渐明朗起来，当时英国化学家弗雷德里克·索迪(Frederick Soddy)提出，一些所谓的新元素是已知元素的变体，它们具有相同的核电荷，但核质量不同;他称之为同位素。在20世纪20年代，质谱仪的分析证实了这一概念，尽管其中一些短命实体的身份仍然不清楚。

在这种令人困惑的环境中，哈恩在分离和化学表征候选元素方面的技能得到了迈特纳在探测和解释它们的辐射特征方面的天赋的补充。他们一起发表了重要的研究论文，直到战争强加给他们其他优先事项。哈恩于1914年被征召入伍，在步兵部队服役一段时间后(不情愿地)从事毒气研究。迈特纳自愿成为奥地利军队的一名放射技师，在1917年回到平民生活之前，他经历了相当多的困难。

那年晚些时候，在休假期间，哈恩在KWG重新加入了她，在那里他们分离出了另一种新元素——镤的最稳定同位素。1918年和平恢复后，他们在新的基础上恢复了联系。迈特纳不再只是哈恩的助手，他现在是KWG物理部门的负责人。

1926年，迈特纳成为柏林大学的第一位女教授——可能是德国的第一位。当她关于放射性和宇宙物理学的就职演讲被错误地报道为关于“美容物理学”时，她感到很有趣。然而，这个错误(或者是一个玩笑?)表明了她所面临的障碍。

令人吃惊的消息

在20世纪20年代，由于Schrödinger、海森堡等人惊人的理论创新，亚原子物理学发生了革命性的变化。与此同时，对放射性元素性质的研究进展不那么引人注目，哈恩和迈特纳扮演了重要的角色，虽然并不引人注目。但在接下来的十年里，在弗里茨·斯特拉斯曼和迈特纳的侄子奥托·弗里施的协助下，他们取得了根本性的突破，当时世界正再次滑向战争。

那些动荡时期的历史经常被重述，但它仍然对今天的我们有教训。在经历了多年的经济困境后，许多德国选民相信，外国对手和国内叛徒是他们的困境的罪魁祸首。作为回应，他们组建了一个激进的民族主义政府，承诺为所有被他们视为国家敌人的人营造一个充满敌意的环境。

在荷兰同行科学家的帮助下，迈特纳安全越过了边境

社会主义者和工会主义者是早期的目标，但最极端的措施是针对犹太人的——他们被污蔑为“无根的世界主义者”，或“不知名的公民”。新法律禁止他们从事专业工作、担任公务员和上大学，导致大批专家离开，其中包括几位过去和未来的诺贝尔奖得主。

哈恩意识到，如果他搬到德国以外的大学工作，他可能会剥夺一位犹太同事的生命线。相反，他选择了消极抵抗，拒绝加入纳粹党(尽管来自大学管理层的压力)，并最终辞去教授职务，以抗议解雇犹太同事。作为一名奥地利公民，迈特纳在一定程度上不受这些压制性法律的约束——直到1938年奥地利并入德国。

她的护照后来失效了，和其他申请出国许可的人一样，她被禁止携带超过10马克的东西(大约相当于今天的50英镑的购买力)。然而，在荷兰同行科学家的帮助下，她安全越过了边境。哈恩送给她用来贿赂边防卫兵的钻戒已经不需要了，她后来把它转给了她侄子的fiancée。迈特纳在瑞典找到了避难所，并继续与哈恩通信。不久，他给她带来了惊人的消息。

小菜一碟

哈恩突破的关键是中子，1932年由英国物理学家詹姆斯·查德威克(James Chadwick)首次发现。前一年，在巴黎的Frédéric和Irène约里奥-居里发现了它，但没有识别出来。由于中子本身不带电荷，所以不会被带正电荷的原子核所偏转，这使它们成为探测原子核心的理想导弹。几个国家的物理学家和放射化学家很快就开始把它们引向各种各样的元素。

在意大利，恩里科·费米(Enrico Fermi)宣布，通过用中子轰击铀，他创造了以前科学界不知道的更重的元素。尽管他的理论遭到了德国物理学家艾达·诺达克的质疑，但他的理论得到了广泛的支持，因为他的理论与普遍接受的原子核模型是一致的。

打个粗略的比方，想象一下向一个大蛋糕射击葡萄干。一些可能正好击中目标并被吸收，产生稍微重一些的蛋糕。其他的可能会有轻微的撞击，分离出小碎片，让蛋糕变轻一点。没人会想到一枪就能把它劈成两个不同的蛋糕，每个蛋糕的大小都是原来的一半。然而，当哈恩和斯特拉斯曼向铀发射中子时，类似的事情似乎也发生了。

我们都是傻瓜!

迈特纳认为哈恩是他那个时代最能干的放射化学家。1938年12月，他细致的分析清楚地表明，中子轰击的铀样品中含有一种原子质量约为铀的一半的元素(钡)，这是以前从未出现过的。哈恩找不到任何合理的解释，直到迈特纳和她的侄子奥托·弗里施提供了一个合理的解释。

弗里施当时在哥本哈根与尼尔斯·玻尔的研究小组一起工作，1938年至1939年，他和姨妈一起去瑞典过新年。他发现她正在考虑哈恩的令人费解的结果，这消息刚刚传到她那里。他们在雪林中散步时，讨论了铀原子如何分裂成钡原子，然后坐在一根方便的圆木上做了一些计算。

两人都知道玻尔推测的原子核“液滴”模型，这意味着像铀这样的大原子核是不稳定的。如果是这样的话，一个中子的撞击可能确实会导致一个中子破裂。在估计了这种碰撞可能产生的碎片的质量后，迈特纳发现大约五分之一的中子质量仍然下落不明。她总结说，这与爱因斯坦的理论一致，被转化为能量E = mc²方程。

当弗里施带着这个消息回到哥本哈根时，玻尔立刻惊呼:“哦，我们都是多大的傻瓜啊!哦，这太棒了!1939年1月晚些时候，玻尔在美国的一次物理会议上公布了这一发现，很快其他人就证实了哈恩和斯特拉斯曼的结果以及迈特纳和弗里施的计算。人们很快意识到，铀235同位素的裂变会释放更多的中子，可能会引发链式反应。在另一场战争的前夕，核时代开始了。

荣誉?

在整个冲突期间，迈特纳一直留在瑞典，拒绝加入她认为可恶的盟军原子弹计划。1939年夏天，弗里施在英国伯明翰大学找了一份临时工作，并在秋天没有返回丹麦。相反，在1943年加入美国洛斯阿拉莫斯的曼哈顿计划(Manhattan Project)之前，他致力于英国的核研究项目。

哈恩继续进行放射化学研究，直到他的实验室被盟军轰炸摧毁。他从未参与过德国的核弹项目，但当1945年5月欧洲战争结束时，他和其他主要的德国科学家一起被拘留在英国。在得知广岛和长崎遭到破坏后，他为自己的工作使这一切成为可能而感到悲伤，并一度考虑自杀。

在被关押期间，哈恩听说他刚刚获得了1944年的诺贝尔化学奖，该奖项已经推迟了一年。1946年回到柏林后，他被任命为新成立的马克斯·普朗克Gesellschaft的负责人，取代了占领国因与纳粹政权的联系而解散的德意志德意志联合调查组。此后，哈恩发起了反对核武器扩散的运动，并多次获得诺贝尔和平奖提名。

迈特纳在瑞典一直待到退休，然后定居在英国。她从未获得过诺贝尔奖——她优雅地接受了这个决定，尽管其他人谴责这是极不公平的。然而，与哈恩不同的是，现在有一种元素(meitnerium，编号109)以她的名字命名。它可能是一个更持久的纪念。

迈克·萨顿(Mike Sutton)是英国纽卡斯尔的科学历史学家

进一步的阅读

阿弗里希,我所记得的点点滴滴，剑桥大学出版社，1979年
奥托·哈恩和核物理学的兴起谢伊主编，雷德尔，1983年
R L森美，莉莎·迈特纳:物理学中的人生，加州大学出版社，1996年