第一颗原子弹在日本广岛上空爆炸后 发现核分裂科学家闻讯无法接受

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    先后携带两枚原子弹轰炸日本的美军B-29轰炸机。(汤森路透)(photo:UpMedia)
    先后携带两枚原子弹轰炸日本的美军B-29轰炸机。(汤森路透)(photo:UpMedia)

    编按:科学大师的天才推动了人类文明的进程,在经历多次失误后突破限制,最终拓展人类知识的疆界。科学不仅关乎学术,底下暗藏着了财富与权利、道德与名誉的纠葛,足以改写了人类历史。

    1945年8月6日,第一颗原子弹在日本广岛上空爆炸。十几万人一瞬间在巨大的痛苦中死去,整个广岛也几乎被一场空前绝后的大火烧毁!

    原子弹爆炸后的第二天,消息传到了英国一座古老的农庄。这里囚禁着10位德国最优秀的科学家,其中有两位获得过诺贝尔物理学奖,他们是劳厄和海森堡。还有一位化学家叫奥托‧哈恩,不久前他也获得了诺贝尔奖。

    当这群科学家得知第一颗原子弹在广岛爆炸以后,哈恩大声叫道:「什么!十多万人的生命被毁灭了?这真是太可怕了!」

    接下来几天哈恩心事重重,晚上也不能入眠。劳厄看出哈恩内心的痛苦,唯恐他一时想不开而寻短见,就悄悄对另一位科学家说:「我们应该採取一些措施,我很担心哈恩。原子弹爆炸的消息使他非常难过,我怕会发生什么不幸的事情。」

    哈恩为什么这么不安和痛苦呢?原子弹与他有什么关系呢?

    (一)

    1879年3月8日,哈恩出生在德国东部奥得河畔的法兰克福市。非常有意思的是,爱因斯坦在6天后的3月14日,出生在德国多瑙河畔的乌尔姆。正是这两个人奠定了原子弹的科学基础。

    哈恩的祖父是农场主人,但是哈恩的父亲不愿在农村过寂寞的生活,就到城市谋生,当了一名手工业学徒。出师后,他在法兰克福定居下来,开了一家玻璃工厂。哈恩的父亲一定很精明,因为他的工厂越来越兴旺,到哈恩出世时,这个家庭已经上升为富裕的中产阶级。而在同一时期,爱因斯坦的父亲办工厂接连失败,最后破产成为穷困人家。

    哈恩家的藏书相当丰富,再加上哈恩有国民图书馆的长期阅览证,所以他从小就在书香中薰陶。他特别喜欢惊险小说和游记,凡尔纳的《格兰特船长的儿女》、《海底两万里》、《神祕岛》以及《八十天环游世界》,更是让哈恩爱不释手。尤其是《八十天环游世界》生动活泼的笔调,真让哈恩爱不释手。

    这些极有趣味、而且品味高尚的科幻作品,深深感动过哈恩,也影响了哈恩的人生道路。

    哈恩的双亲非常注意用美妙的艺术感染孩子。他们常常带着哈恩去歌剧院欣赏歌剧。德国作曲家卡尔‧韦伯创作的歌剧《魔弹射手》,法国作曲家乔治‧比才创作的歌剧《卡门》,都给哈恩留下了难忘的印象。

    虽说家庭相当富裕,但父母并不给子女过多的零用钱。每天只准吃两块糖,多一块也不行。有时候,如果哈恩想吃点别的零食,母亲就让他自由选择:或者吃掉两块糖,或者不吃两块糖而换取等价的零用钱,去买别的零食。有时哈恩想买点什么,需要向母亲详细说明原因。如果说得合情合理,母亲才肯多给一点零用钱,但大多遭到委婉的拒绝。

    严格的家庭教育,培育了哈恩具有成为一个优秀科学家的素质。

    1901年,22岁的哈恩获得玛律堡大学有机化学博士学位。接着,在步兵团服了一年兵役。

    服完兵役后,他的老师津克(Theodor Zincke,1843−1928)教授请他到玛律堡大学当助教。哈恩的志向是在化学工业界工作,这无疑是受到开工厂的父亲的影响。哈恩认为,在津克教授的实验室工作一段时间,对将来的发展是一个良好的开端,因此他愉快地接受了津克教授的建议。这时,哈恩绝对没想到他今后会走上纯科学研究的道路。

    1904年,德国一家大的化学公司「考尔联合公司」的负责人,向津克教授提出,他们公司要一名从事化工的年轻人,条件是必须熟悉某一外国的情况,并能流利地讲一门外语。津克教授当然知道哈恩的志向,于是就推荐了他。

    哈恩得到这个好机会,当然万分高兴。1904年秋天,哈恩来到英国伦敦大学的化学研究所,在拉姆齐手下工作。拉姆齐是惰性气体的发现者,还是1904年诺贝尔化学奖获得者。能在他手下工作,对哈恩当然是求之不得了。

    拉姆齐见到哈恩时,问:「你愿不愿意从事镭的研究?」

    镭是不久以前由居礼夫人发现的一种放射性元素。哈恩在津克教授那儿没学过放射性化学,因此他为难地说:「我对镭和放射性几乎一无所知。」

    哪知拉姆齐却回答说:「不知道没有关系,也许还有好处,因为你可以用更开阔的思维来研究这个新课题。」

    哈恩只好接受这一项研究任务。哪知还真让拉姆齐说中了,哈恩不仅很快掌握了研究放射性的技术,而且还发现钍的一种新的同位素,哈恩取名为「射钍」,它的原子量是228(现在的值为232.0381)。

    拉姆齐对哈恩的发现十分高兴,也十分欣赏哈恩的聪明才干,因此极力劝告哈恩专门从事探测新的放射性元素的工作,而不要进入化学工业界。哈恩慎重考虑了拉姆齐的意见后,改变了原来的主意,决定在放射性领域里做更加扎实的研究。哈恩向正在加拿大麦吉尔大学工作的卢瑟福(Ernest Rutherford,1871−1937,1908年获得诺贝尔化学奖),写了一封信,表示想到卢瑟福实验室工作一年。再加上有拉姆齐的推荐,卢瑟福很快回信,邀请哈恩去加拿大工作。

    ——

    (三)

    1914年,第一次世界大战爆发,哈恩被征入伍,改换了身分,于是所有的研究工作都被迫中断了。哈恩被派到哈伯那儿服役。1905年,哈伯发明了将空气中的氮合成氨的方法。我们知道,氨可以用来合成高效化肥,这一发明有极其重大的价值,为德国氮肥工业的兴起作出了决定性贡献。

    1915年年初,哈伯、哈恩与其他一些科学家被政府指令研究毒气。哈伯是「毒气计画」的负责人。哈伯对哈恩说:「我们的任务是建立一支毒气战斗特别部队,我们要研制新的、杀伤力更大的毒气。」

    哈恩听了,吓了一跳,不由倒抽一口凉气。

    接着,哈伯说了一堆大「道理」,这些「道理」在第二次世界大战发明原子弹时,又被一些科学家再次利用。哈伯在第一次世界大战期间对德国可说是建立了卓伟功勋,但在第二次世界大战时,这位无比忠于德国政府的人,因为是犹太人,受到希特勒的迫害,不得不逃离德国,最后暴病身亡。

    第一次世界大战结束后,哈恩和迈特纳又在凯萨‧威廉物理化学及电化学研究所,继续已经中断了四年多的合作研究。很快,他们发现了一种新元素,其原子序数是91。他们给新元素取名为「镤」(Pa)。接着,哈恩又做出了许多有价值的工作,因此他被认为是欧洲最权威的分析化学家,尤其在放射化学方面,更有着不同凡响的声誉。

    正在他学术上日见辉煌时,却卷入了一场学术争论之中。与他争论的对手是很有威望的科学家,法国居礼夫人的大女儿伊雷娜−约里奥−居礼(Irene Joliot-Curie,1897−1956)。

    事情的起因和过程,这儿只简单地介绍一下。义大利物理学家费米用慢中子轰击92号元素铀时,以为得到了93号元素。由于科学家在自然界只见过92号元素,从来没有人见过92号之后的元素,所以,如果费米真的得到了93号元素,那真是一个非常了不起的发现。

    费米开始还比较小心,不敢说自己真的发现了93号元素,只是说「有可能发现」新元素。但后来由于没有人怀疑他的结果,于是费米也开始相信自己是真的发现了93号元素。

    当时有一位叫伊达‧诺达克(Ida Norddack,1896−1978)的德国女科学家曾经提出过批评。她在德国《应用化学》杂志上发表了一封信,对费米提出了批评。在信中她写道:「现在费米还没有把握说,中子撞击了铀以后反应的生成物是什么,在这种情形下谈论什么超铀元素」是不合适的。

    诺达克大胆假设,像原子量为238的铀这样的重原子核,当中子撞击它时,它有可能分裂成几大块碎片,成为几种比较轻的原子核。

    诺达克的批评没有受到费米和大家的重视,这有三个原因。一是诺达克不是很出名的科学家,刊登她的信的刊物也不是一流刊物。二是她的大胆假设,没有任何人相信,因为中子的能量很小,根本不可能把坚固的原子核撞得分裂开来。举个例子,一颗手枪子弹最多只能在墙上敲下几块碎片;如果说这颗子弹能把这座墙打倒,分裂成两三大块,恐怕你也不会相信的。三是哈恩同意了费米的意见,认为费米真的制出了超铀元素;哈恩是公认的化学权威,这当然使费米相信自己对了。因此,费米拒绝了诺达克的意见。

    诺达克与哈恩相识,哈恩也曾经关心过诺达克的研究。因此,在1936年一次见面时,诺达克向哈恩建议说:「哈恩教授,您是否可以在您讲课中,或者在着作中,提到我对费米的批评?」

    哈恩严肃地拒绝了,并且说:「我不想使您成为人们的笑柄!您认为铀核会分成几块大碎片,依我看,纯粹是谬论!」

    但过了两年之后,哈恩自己却证明了这个谬论是真理;而且在8年之后,哈恩还因为这个发现得了诺贝尔化学奖!世界上有一些事情就这么奇怪!

    正当哈恩否定了诺达克意见之后,法国着名的化学家伊伦娜却指出,诺达克的意见很可能是对的。伊伦娜在实验中发现,用中子撞击铀以后,在反应产物中找到了比铀轻得多的产物,其原子量只有铀的一半。如果伊伦娜的实验是真的,那铀原子核就真的被中子撞成两大块了!

    哈恩实验室的工作人员都不相信伊伦娜的实验结果,一些人还嘲笑伊伦娜:「伊伦娜还指望利用从她光荣的母亲那儿学到一点化学知识,其实这早已经过时了。」

    哈恩训斥了说讽刺话的人,但他也不同意伊伦娜的意见。因此他以私人名义写了一封信给伊伦娜,建议她更细致地重做一次实验。哈恩认为自己够客气的了,否则他会在刊物上提出批评,那伊伦娜就会出大丑了!

    但是伊伦娜一点也不领哈恩的情,她在前一篇文章的基础上,又发表了第二篇文章,进一步肯定了第一篇文章的结果。哈恩生气了,觉得伊伦娜太不自量,竟然完全不听一下他的善意劝告,一意孤行。他气恼地对助手斯特拉斯曼(Fritz Strassman,1902−1980)说:「我不会再读这位法国太太的文章!」

    「哈恩的话说过了头,因为几个月以后,他不得不仔细读这位法国太太」的文章。

    过了几个月,秋天来了。这时,哈恩的亲密伙伴迈特纳女士逃出了德国,因为她是一个犹太人。当希特勒开始迫害犹太人时,迈特纳因为是奥地利人,所以一时还不会受到迫害。但到1938年希特勒吞併了奥地利以后,迈特纳马上陷入了危险之中,她甚至连一份出国签证都弄不到。幸亏同事想办法,她才装扮成外国的旅行者逃到丹麦。

    迈特纳一走,哈恩失去了一个有力的帮手,心中非常烦恼,脾气也大了许多。有一天,哈恩正在办公室抽雪茄,忽然斯特拉斯曼激动地跑进办公室,对哈恩大声说:「你一定要读这篇报告。」

    哈恩一时给弄煳涂了:「什么报告呀?」

    斯特拉斯曼把一份刊物递给哈恩:「伊伦娜教授又发表了第三篇文章,肯定了她前两篇文章的结果……」

    哈恩不耐烦地打断斯特拉斯曼的话:「我对这位法国太太最近写的东西,一点儿也不感兴趣!」

    斯特拉斯曼毫不退让,说:「我可以肯定,她没有犯任何错误,是我们错啦!」

    「不可能的!」哈恩生气地大声说。

    「你耐心点,听我讲;如果你听完了再发脾气,我就不作声了,行吧?」

    哈恩只好耐着性子听。听着听着,哈恩震惊了。斯特拉斯曼说对了,伊伦娜没错,是自己坚持错误好几年!

    「斯特拉斯曼还没说完,哈恩大叫一声:走,快到实验室去!」

    虽然这消息对哈恩犹如晴天霹雳,但哈恩终于不愧是优秀的科学家,他一旦明白自己错了,就会马上承认,并尽一切力量弄明白自己为什么错了。这就是一个伟大科学家所应该具备的品质。也正是由于他承认了错误,才接着取得了伟大的成就。

    经过几天艰苦的实验,哈恩不得不承认,伊伦娜的实验报告完全正确,用中子轰击铀以后,在反应产物中的确多了一种比铀轻得多的元素。但到底是什么元素呢?伊伦娜没有最终确定,只是说大概是什么。哈恩决心弄个一清二楚,他是欧洲最有名气的化学分析能手,这个艰巨的任务,真是非他莫属了!

    哈恩到底是真正的权威,他很快就明确指出,伊伦娜没弄清楚的神祕产物是钡(Ba)。钡的原子量是137多一点,而铀的原子量是238多一点,这就是说钡的原子量只是铀的一半左右。铀原子核真的被中子撞得分裂了!这真是让人们无法想像的事情。哈恩不禁非常惭愧,诺达克几年前提出过这种设想,而自己一口否定,还嘲笑过她!

    哈恩完全相信,在化学分析上他绝对不会错,可是在物理解释上,他可是一点把握都没有。如果迈特纳没有走,那就马上可以问她,可惜她走了。尽管如此,哈恩知道他们做出了伟大发现,必须一方面写信征求迈特纳的意见,一方面尽快把自己的发现发表出去。他急忙告诉《自然》杂志的主编,请他务必留一个空白版面,「我有重要发现要发表」。主编同意,「但12月22日以前必须将稿件寄来」。

    12月22日,哈恩终于把文章写好,寄给了《自然》。寄走之后,哈恩又有点后悔,迈特纳还没回信,「还不知道物理上能否说得过去。如果物理上毫无可能实现这种分裂反应」,那怎么办?也许……后来,哈恩曾对人说:当文章送往邮局之后,我又觉得分裂反应完全不可能,以致想把文章从信箱里取回来。

    再说迈特纳。她收到哈恩的信以后,开始她也不相信。她还记得前几年诺达克的假设,当时她也坚决拒绝接受诺达克的假设,并劝人们把这种荒谬的假设扔到废纸篓里去。现在,哈恩却不可置疑地证明了诺达克的假设是对的,这怎么不使她感到震惊和不解呢?但她相信哈恩一定不会错。

    经过紧张的思考和计算,她终于发现,对于很重的原子核(例如铀),中子是可以把它们撞成两半,分裂开来。迈特纳是怎样思考和计算的呢?这儿不多讲,她只是很快计算得出这一反应完全符合爱因斯坦的质能守恆方程式E=mc2。这就足够了!

    迈特纳很快回信给哈恩,信上写道:我们已经详细地读过你的大作,并认为从能量角度上看,像铀这样的重核是有可能分裂的。

    伟大的波耳不久也知道了迈特纳的证明,他立即用手敲他自己前额,喊叫道:「啊,我们过去都是一群笨蛋!肯定是这样,真是太妙了!」

    不久,哈恩的伟大发现震动了全世界。当时正值希特勒发动第二次世界大战的时期,科学家马上意识到,哈恩的发现可以使希特勒生产一种威力极为巨大的爆炸武器——原子弹。如果这个战争疯子有了原子弹,那整个世界就会陷入毁灭性灾难!于是一群由德国、奥地利、义大利等欧洲国家逃亡到美国的科学家,积极唿吁:「美国必须抢先研制出原子弹,否则希特勒会让原子弹在美国爆炸。」

    罗斯福总统接受了制造原子弹的建议。经过3年多的努力,原子弹终于在美国制造出来。1945年8月6日,人类制出的第一颗原子弹,在日本广岛上空爆炸。

    (四)

    1945年4月底至5月初,当时德国已经战败,这时美国有一支特殊部队,在德国快速挺进。这支部队的代号是「阿尔索斯」,它由两辆坦克、几辆吉普车和大卡车组成,任务是逮捕德国制造原子弹的科学家,收集制造原子弹的技术资料并保藏起来,不让外泄。

    不久,阿尔索斯逮捕了德国最重要的10位科学家,他们当中有得过诺贝尔奖的海森堡、劳厄,还有最先证明核裂变的哈恩。

    刚开始,他们被关押在德国的海德堡。透过窗户,这群高贵的俘虏可以看到远处的古老塔楼。当人们看到门口有持枪的岗哨时,才知道自己是被关押的俘虏。开始,他们有些害怕、苦恼,如果他们被当作战俘受审,今后的命运就不那么美妙了。

    5月上旬,他们被押送到巴黎,住在巴黎西部的一座别墅里,管理他们的军人,对俘虏们很客气,待遇也不错,比在战争时的生活还要舒适。他们可以到花园里做各种体育活动;海森堡还可以凭记忆弹奏贝多芬奏鸣曲。

    7月23日,他们又被送往英国。在登上飞机时,一位同行者问哈恩:「哈恩先生,当你登上飞机时,有何感想?」

    「啊,很疲倦。」哈恩沉闷地回答。

    到了英国,他们受到了很好的接待,被安置在一座花园般的古老农庄里。他们可以在花园里散步,做运动,也准许思考科学问题、作科学报告;还有游戏室、图书室。但他们的前途未卜,所以他们仍然十分苦恼。

    8月6日,英国电台报导,说美国空军在日本某地投下了一颗原子弹。这群俘虏听到这一报导后,极为震惊。他们立即展开了热烈的讨论。有人怀疑听错了,认为美国不可能制出原子弹。这些德国优秀科学家们不能相信,美国科学家会超过他们德国人。因此有人说:「不可能吧?是不是听错了?」

    「海森堡也不相信,说我不愿相信这个消息。」

    哈恩听到这消息以后,震惊得几乎支持不住要晕倒,脸色苍白。他心中痛苦地想:天哪,我的发现竟给人类造成了这么大的灾难!这真是罪过呀!」

    自从听到原子弹爆炸的消息以后,他的心情一直处于极度压抑和痛苦之中。他的同行非常担心,唯恐他在绝望之中自杀。同行们相互低声叮嘱:「对哈恩要多加注意!」

    一位与他囚禁在一起的物理学家巴格(E. R. Bagge,1912−1996)博士,在8月7日的日记中写道:「可怜的哈恩教授!他向我们说,当他第一次知道,用铀裂变制成的原子弹会带来如此可怕的后果,他连续几夜都无法入睡,他甚至想结束自己的生命!」

    有好几天,同行们都等哈恩确实睡着了才上床。哈恩并没有真的去寻短见,无数惨死在原子弹爆炸中的生命,的确使他忧伤、消沉。这使他又一次想起了哈伯,哈伯因为研究毒气,最后落得暴死异乡。但有一点使哈恩稍微感到安慰的是,原子弹不是德国人制造的。他在后来常对人说:「使我高兴的是,德国人没有制造和使用原子弹,是美国人和英国人制造和使用了这一残酷的新式战争武器。」

    美国人在使用原子弹时,德国人已经投降,而且早已知道德国人根本没有制造出原子弹,德国科学家的研究离制造原子弹还差得远!美国人似乎根本不必扔原子弹。但他们扔了,而且扔了两颗!为什么要扔呢?原因与当年哈伯给哈恩讲的理由一样:可以更快地结束战争,让美国少死一些军人。

    历史是多么惊人地相似啊!科学家的伟大发明、发现常常残害了人类自己。今后科学家还会有什么样的发明、发现被更加残酷地用于残杀人类呢?

    *(photo:UpMedia)
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    作者简介

    杨建邺

    华中科技大学物理系教授,着名科普作家。在物理学史、科学家传记和科普读物方面着译丰富,主要作品有《物理学之美》、《科学大师的失误》、《量子史话》、《杨振宁传》、《爱因斯坦传》、《霍金传》等,其作品素以扎实的科学功底和丰厚的人文内涵而广受读者欢迎。

    ※本书撷取自《科学大师的失误》