maqingping的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/maqingping

博文

迈特纳和哈恩: 原子弹时代的序曲及其争议 精选

已有 7523 次阅读 2014-8-5 13:33 |个人分类:物理|系统分类:人物纪事| 原子弹, 核裂变, 迈特纳, 哈恩

原子弹时代序曲的史事是比清晰的。哈恩Otto Hahn, 1879 –1968和斯特拉斯曼Friedrich Wilhelm "Fritz" Strassmann1902–19801938发现中子轰击铀生了原子序数低于钡,并将发现了在瑞典的莉·Lise Meitner1878 –1968和她的外甥弗里施Otto Robert Frisch 1904 –1979提出了核裂的概念及物理模型。核裂发现把人类带入了原子弹时(核武器时代)。哈恩因“发现核裂变”得了1944年的诺贝尔化学奖。虽然有些文章称迈特纳是“原子弹之母”,但是迈特纳和哈恩都强烈反对制造和使用核武器。博文《把人类带入原子弹时代的科学实验》(http://blog.sciencenet.cn/blog-279604-785517.html)有一段介绍了核裂变的发现:

1934-1938年期间,哈恩、迈特纳和斯特拉斯曼用中子轰击铀靶,发现了很多嬗变产物。开始,他们和不少科学家一样认为这些嬗变产物是超铀元素。1938年德国吞并了奥地利,迈特纳不再受奥地利人身份的保护。19387月她经荷兰、丹麦逃到瑞典。在策划逃跑时,哈恩将母亲留下的钻石戒指送给迈特纳以备路上贿赂之用。战后迈特纳为自己在1938年前对纳粹德国政策的沉默表示了深刻反省和自责,并对哈恩的不作为也做了严词批评。

迈特纳逃走后,哈恩和斯特拉斯曼继续进行中子轰击铀靶的实验。他们发现中子轰击后的样品中的元素像是钡。193811月哈恩到哥本哈根与玻尔(Niels Henrik David Bohr1885 –1962,因对原子结构和量子理论的贡献获1922年诺贝尔物理奖,量子力学哥本哈根学派领头人)和迈特纳讨论了他们的发现。193812月,哈恩和斯特拉斯曼在仔细鉴定核反应产物后,肯定其中之一非常可能是放射性钡。样品中发现了元素钡,说明中子轰击铀靶产生的不都是超铀元素,而可能是伊达·诺达克猜想的铀核分裂为较轻元素。19381219日哈恩将这一结果写信告知自己的长期合作者迈特纳:“我们越来越接近一个可怕的结论:我们的镭同位素性状不像镭,而像钡。…… 也许你能提供一个绝妙的解释。我们自己认识到它不可能实际上分裂成钡。”(we are more and more coming to the awful conclusion that our Ra isotopes behave not like Ra, but like Ba. ... Perhaps you can suggest some fantastic explanation. We ourselves realize that it can't really burst into Ba.19381222日哈恩投稿Naturwissenschaften(自然科学)报告他们的发现,中子轰击铀靶的产物可能不是以前认为的超铀元素,而是鍀和铂族金属。到19391月,哈恩发表了修改版,肯定他们发现的是钡、镧、铈等较轻的元素。1938年圣诞节,奥托·弗里施(Otto Robert Frisch 1904 –1979)到瑞典看望自己姨母迈特纳,他们认为哈恩和斯特拉斯曼实验中,中子轰击铀核使其分裂为质量相近的两个较轻元素,钡和氪,并释放数个中子和大量能量,弗里施使用裂变”(fission)来命名这一过程。他们用原子核的“油滴模型”(droplet model)来解释这一过程,并提出自然中没有稳定超铀元素的原因是过多质子形成的静电斥力超过了强相互作用核力。迈特纳和弗里施的犹太人身份,使哈恩和斯特拉斯曼不能与他们发表同一篇文章。迈特纳和弗里施的文章发表在1939211日的Nature杂志。瑞典皇家科学院在1945年11月15日宣布,因哈恩发现核裂变将1944年的诺贝尔化学奖授予哈恩。不少当代学者认为迈特纳或迈特纳和弗里施应该因同一工作得到诺贝尔物理奖。”

1981年开始,为迈获诺贝尔奖鸣冤的文章、著得到了越来越多的关注。比较著名的有露丝·莱文·斯莫(Ruth Lewin Sime)的《·纳:物理学一生》(Lise Meitner: A Life in Physics)、帕特里·瑞弗(Patricia Rife)的《·纳与核时代的黎明》(Lise Meitner and the Dawn of the Nuclear Age)。有作者批评斯莫的著作失实,斯莫作《谁的传奇》(Whose legend? N.T.M. 8 (2000):77-84)予以反击。《中国科学报》也发表过有类似观点的文章。些文章和要有下面点:1纳应该获诺贝尔物理,哈恩得到诺贝尔奖是不公平的 2)哈恩否认迈3纳对哈恩-斯特拉斯曼的实验也作出了4)哈恩和迈特纳在战后因哈恩否定迈特纳的贡献而关系冷淡,哈恩的人品有问题这篇博文打算讨论一下这些观点。

一、纳是否应获诺贝尔物理奖及哈恩获奖的公正性

近二、三十年来科学史家基本上都同意和弗里施的核裂诺贝尔奖级的成果,他们应该因核裂论获诺贝尔物理诺贝尔奖会授予哈恩诺贝尔化学的理由只提到“发现核裂,如果是这样,斯特拉斯曼作哈恩的合作者应该分享诺贝尔化学诺贝尔奖会授予哈恩诺贝尔化学奖时只提到“发现核裂,可能是目前争议的原因之一。·霍夫曼Klaus Hoffmann在《奥托·哈恩:成就与任》Otto Hahn: Achievement and Responsibility中指出,如诺奖会以哈恩在放射化学领域的工作及发现核裂而授,就不会有目前这样大的争。哈恩在发现核裂前就已因其他发现而多次被提名,发现也都是诺贝尔奖水平的。在德国工作的助手魏茨塞克(Carl Friedrich von Weizsäcker1912 –2007著名物理学家)认为:“他(哈恩)获奖当之无愧即使他没有做出一(核裂发现,他的获奖也当之无愧。”He certainly did deserve this Nobel Prize. He would have deserved it even if he had not made this discovery.

1951诺贝尔化学奖获得者、美国核科学家·西博格Glenn Theodore Seaborg, 1912 –1999高度价哈恩的科学献:“我相信,把奥托·哈恩放射化学之父和放射化学的近期分支核化学之父是恰当的。科学世界永很感激他的天才。”(I believe that it is fair to refer to Otto Hahn as the father of radiochemistry and of its more recent offspring nuclear chemistry. For his special genius the world of science will be forever grateful.

也高度哈恩和斯特拉斯曼发现核裂实验奥托·哈恩和弗里茨·斯特拉斯曼发现核裂,开了人类历史的一个新代。依我看来,让这发现背后的科学不同常的是,发现粹由化学手段取得的”。The discovery of nuclear fission by Otto Hahn and Fritz Strassmann opened up a new era in human history. It seems to me that what makes the science behind this discovery so remarkable is that it was achieved by purely chemical means.

斯特拉斯曼补充说:“迈特纳教授说这一成就可以归功于化学。我需要做一小点纠正。化学只能分离各种物质,不能确认这些物质。哈恩教授的方法做到了这一点,这就是他的成就所在。”(Professor Meitner stated that the success could be attributed to chemistry. I have to make a slight correction. Chemistry merely isolated the individual substances,it did not precisely identify them. It took Professor Hahn's method to do this.This is where his achievement lies.

些著名科学家的点来看,哈恩得当之无愧,授奖的可能不公平只在于诺奖仅把“发现核裂变”的奖授予哈恩一人。如果只靠这一项发现就可获奖,斯特拉斯曼显然也应该获奖。而迈特纳和弗里施的物理解释,也是诺贝尔奖水平的成果。

有人认为,迈特纳和弗里施并不是仅有的能够做出物理学解释的科学家,他们的这一成就更多的是由于哈恩和斯特拉斯曼向迈特纳通报了他们的实验结果。很多物理学家如果得到同样的实验信息也可以做出这一发现。但是这一点并不能降低迈特纳和弗里施贡献的重要意义。沃森(James Dewey Watson, 1928-)和克里克(Francis Harry Compton Crick, 1916 –2004)发现DNA双螺旋模型的部分原因是他们先得到了富兰克林(Rosalind Elsie Franklin1920 – 1958)和威尔金斯(Maurice Hugh Frederick Wilkins1916 –2004)的DNAX射线衍射实验结果。沃森、克里克和威尔金斯获得1962年诺贝尔生理学与医学奖。

因此,迈特纳和弗里施如果获奖,当之无愧。不过,做出诺贝尔奖水平成果而未获奖的科学家大有人在。迈特纳和弗里施没有获奖,应该是诺奖的失误,不是哈恩的错。哈恩对核化学及核科学的贡献可能要大于迈特纳,他的获奖也是当之无愧的。哈恩也清楚迈特纳和斯特拉斯曼的贡献,他把121000瑞典克朗奖金的10000多克朗给了斯特拉斯曼,还有一部分(未透露数目)给了迈特纳。迈特纳将其全部捐给了爱因斯坦主持的资助原子物理学家委员会(Aid Committee for Atomic Physicists)

二. 哈恩是否一直否认迈特纳的贡献

哈恩在诺贝尔奖讲演中将核裂变的物理解释归功于迈特纳和弗里施。在这一点上应该没有什么疑点。在诺贝尔奖讲演中,哈恩指出:

“在铀产生钡的第一篇文章发表后,莉泽·迈特纳和O. R.弗里施立即发表了一篇快报文章,使用玻尔的核模型,提出这一现象可能是因为重核分裂为两个轻核,总电荷数与裂变前相同。迈特纳和弗里施也从元素周期表的质量亏损曲线估计了这一反应释放的巨大能量。…迈特纳和弗里施很快证明了以前认为是超铀元素的放射性产物实际上不是超铀元素,而是分裂产生的碎片。…‘核裂变’这一术语来自迈特纳和弗里施。”(Immediately after the first publication on the production of barium from uranium, there appears as a first communication an article by Lise Meitner and O. R. Frisch in which the possibility of a breakdown of heavy atomic nuclei into two lighter ones, with total charges equal to that of the original nucleus, was explained with the aidof Bohr’s model of the original nucleus. Meitner and Frisch also estimated the exceptionally high energy output to be expected from this reaction from the curves of the mass deficiencies of the elements in the Periodic Table. Meitner and Frisch soon proved that the active breakdown products, previously considered to be transuraniums, were in fact not transuraniums but fragments produced by splitting. The expression ‘nuclear fission’, kernspaltung, or fission nucléaire is due to Meitner and Frisch.

目前有争议的是迈特纳对化学实验发现核裂变的贡献。斯莫认为迈特纳对化学实验也做了贡献,而哈恩否认迈特纳在化学实验中的功绩。在迈特纳逃离德国之前,她密切参与了中子轰击铀的实验,并且在哈恩和斯特拉斯曼实验最后完成前,哈恩到丹麦与迈特纳做过交流。因此,迈特纳可能对实验提出了重要建议。斯莫并且从为人上对哈恩做了严厉批评。有几位学者批评斯莫的观点,认为她的说法属于臆想,不是事实。斯莫对此做了反批评。在这一点上,我认为细节只有当事人才清楚。依据现有的正式发表文章,我们只能说,提供核裂变证据的化学实验是哈恩和斯特拉斯曼完成的。

迈特纳的科学历程开始得非常坎坷。人类社会包括科学界在二十世纪初存在着非常严重的性别歧视,迈特纳是第一个被允许进入普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858 –1947,德国物理学家,因提出量子论获1918年诺贝尔物理奖)课堂的女性(1907年)。在此之前,普朗克拒绝让女性听他的课。她在1905年获维也纳大学物理学博士学位后,多年作为志愿者/访问学者在实验室工作,不能得到正式位置。当1913年她35岁时得到布拉格大学提供的副教授聘书时,威廉皇帝研究院才提供她正式职位。由于迈特纳的突出才能和很多成果,她在1926年成为德国第一位物理学女正教授。

从1908年她成为普朗克的研究助理开始直到1938年被迫逃离德国,迈特纳与哈恩有长达三十年的科研合作关系。核裂变发现后,科学界把主要的荣誉给了哈恩,迈特纳的贡献未得到应有的宣传和承认。迈特纳和哈恩密切合作三十年,哈恩在这种情况下应该更多地强调他与迈特纳的长期合作以及迈特纳的贡献。而哈恩在各种公众场合讲述发现核裂变过程的时候,很少提到他与迈特纳的长期合作。哈恩的做法让迈特纳失望、伤心,迈特纳的其他朋友也对此不满。战后德国科学界讲述核化学和核物理时,常把她称为哈恩的长期合作者(coworker)。虽然迈特纳与哈恩长期合作,但是迈特纳有自己的实验室和团队,也独立做出了很多第一流的工作。因此,迈特纳曾致信哈恩表示不满,并质问如果哈恩被称为迈特纳的长期合作者,哈恩会怎么想。哈恩战后是威廉皇帝研究院的最后一任院长,改名后的马克斯·普朗克研究院第一任院长,他是可能影响科学界舆论的。如果哈恩站出来为迈特纳说话,科学界可能给迈特纳更多的承认。可是哈恩没有积极地站出来为迈特纳说话,而是把她看成一位对荣誉有些计较的朋友,这确实是令人遗憾的。不过除了没有获得诺贝尔奖外,迈特纳的贡献还是得到了广泛的承认:

1946年访美时被全国新闻俱乐部(National Press Club)评为“年度妇女”(woman of the year),与杜鲁门总统共进晚餐。

1949年获德国物理学会马克斯·普朗克奖章。

1955年获德国化学会奥托·哈恩奖(由哈恩提名)。

1957年被德国总统特奥多·斯(Theodor Heuss1884 –1963)授予德国科学家最高荣誉(由哈恩提名)。

1966年迈特纳与哈恩、斯特拉斯曼同时获得美国总统(林登·约翰逊)和原子能委员会颁发的恩里科·费米奖。因迈特纳患病不能远行,诺贝尔化学奖获得者、美国核科学家·西博格赴英国登门将恩里科·费米奖授予迈特纳。

有文章给出哈恩得到迈特纳应有荣誉的一个例子,“第一次世界大战爆发后,哈恩奔赴前线参战。正是在这段时间里,迈特纳在试验中发现了新的放射性元素镤。但这个成果1918年被报道时,哈恩是第一作者,迈特纳仅仅是哈恩的‘助手’”。这种说法不准确,哈恩在191612月已调回到柏林德军总部,可以重新开始他的放射化学研究。镤是哈恩和迈特纳在1917-1918年共同发现的,不是迈特纳单独发现的。

有文章称“迈特纳跟弗里希提出了一个物理学上的新概念、一类新的核反应——裂变。刚过一页的短文里,二人描绘了铀裂变的基本图景,并且计算出了裂变所释放出来的巨大能量。后来,迈特纳又用实验验证了裂变。但这项成绩又一次被记在了哈恩的身上。1944年,哈恩独自一人获得了诺贝尔奖金。因为担心承认和犹太人合作会危及自己的工作甚至是生命,哈恩在获奖前后一段时间,否认曾与迈特纳合作。”这种说法不准确:1虽然哈恩获得1944年的诺贝尔化学奖,但该奖是19451115日补授的,哈恩和其他9位德国核科学家已经在盟军俘虏营呆了半年多了,不应该有害怕纳粹迫害的问题;2)用实验验证了裂变理论的是迈特纳的外甥弗里施,不是迈特纳;3哈恩从来没有否认迈特纳和弗里施提出了核裂变的物理理论。

三、迈纳对哈恩-斯特拉斯曼实验的贡献

迈特纳和哈恩长期合作,中子轰击铀靶实验的前期工作当然有迈特纳的贡献。至于迈特纳对哈恩、斯特劳斯曼核裂变实验的贡献,斯莫的观点大多是推测。迈特纳逃离德国后,哈恩和斯特拉斯曼继续进行中子轰击铀靶的实验。他们发现中子轰击后的样品中的元素像是钡,这一部分工作应该没有迈特纳的直接参与。193812月,哈恩和斯特拉斯曼在仔细鉴定核反应产物后,肯定其中之一非常可能是放射性钡。19381219日哈恩将这一结果写信告知自己的长期合作者迈特纳:“我们越来越接近一个可怕的结论:我们的镭同位素性状不像镭,而像钡。……也许你能提供一个绝妙的解释。”从这些资料来看,虽然迈特纳参与了中子轰击铀靶的实验,但是有关钡的结果是她逃离德国后才发现的。迈特纳并未对哈恩和斯特拉斯曼在实验发现核裂变中的功绩提出异议。因此,核裂变发现的功绩归属应该是没有异议的,化学实验发现属于哈恩和斯特拉斯曼,物理模型属于迈特纳和弗里施。诺贝尔奖委员会授奖可能不公平,但这不是哈恩所能改变的,因此不能算是哈恩的责任。

哈恩没有让迈特纳分享化学实验发现核裂变产物的荣誉,这一点是否公平,见智见仁,除了当事人外他人很难做出准确判断。哈恩不认为迈特纳在化学实验上对核裂变的发现做了贡献。据·霍夫曼Klaus Hoffmann)的《奥托·哈恩:成就与任》,哈恩说,如果莉泽留在柏林,恐怕她可能禁止我研究铀裂变(Otto Hahn said, I fear that Lischen might forbidden the fission of uranium to me if she had remained in Berlin)。哈恩的这种言论是基于事实的判断,还是想否认迈特纳对化学实验发现核裂变的贡献,恐怕只有迈特纳和哈恩两人清楚。迈特纳个人并没有要求在化学实验发现核裂变上的荣誉。如前所述,哈恩确实可以在各种场合多提到他们的合作关系和迈特纳的贡献,多考虑迈特纳的感受,对密切合作三十年的同事和朋友多关心一些,这样会更有助于迈特纳的研究工作和保持他们的友谊。

四、哈恩的人品及哈恩和迈特纳在战后的关系

哈恩在战前和战争期间不赞同纳粹政策,保护对纳粹不满的同事,他的妻子(Edith Junghans)也参与过帮助犹太人,但是他选择留在德国工作。在诺贝尔奖获奖演讲中,哈恩提到:“实际上,争期们继续工作并实验结果。我们为此高。但不是所有人都是这样。德国之外的人一般不了解去十年中大多数德国人是在怎力下生活。”(In actuality, during the war we carried on with our work and published it. Of that we are glad. But not all are. There are not many outside Germany to whom it is clear under what pressure most people in Germany lived during the last ten years)。

第二次世界大战后,虽然迈特纳被数次邀请回德国工作,但她均婉拒了。她和哈恩在不少方面有意见分歧,哈恩更强调德国人战争期间受纳粹的压迫、盟军对德国的占领和战后初期德国人生活的困难;迈特纳更多想到的是纳粹的罪行、前同事在纳粹统治下对纳粹罪行的沉默和德国给其他国家带来的灾难,她对哈恩的态度持批评意见。哈恩作为马克斯·普朗克研究院第一任院长直到1960年成为名誉院长,在德国科学界的声望如日中天,在国际科学界也极有影响。而迈特纳则越来越远离科学界的核心圈子。两人渐行渐远,不过仍保持联系。他们都反对制造和使用核武器。哈恩在回忆录中称迈特纳是他的终生朋友。哈恩在迈特纳逃难时把母亲留给他的钻戒送给了迈特纳,迈特纳独身一辈子,她的外甥媳妇戴着哈恩母亲传下的钻戒。哈恩于1968728日去世,迈特纳的家人因担心病重的迈特纳承受不了这一消息而没有告诉她。同年1027日,迈特纳去世。马克斯·普朗克研究院在哈恩去世的讣告中表示:

728日,我的名誉院奥托•哈恩在他人生的第90年去世了。他的名字将作原子代奠基人被记录在人类历史上。德国和世界失去了一位其正直和卑同卓越的学者。克斯·普朗克研究院哀悼他的奠基人,他在继续了威廉皇帝研究院的任传统;哀悼一位秀和深受戴的人,他将活在所有有机会见过他的人的记忆中。他的工作将继续下去。我以非常感激和崇敬的心情怀念他”(On 28 July, in his 90th year, our Honorary President Otto Hahn passed away. His name will be recorded in the history of humanity as the founder of the atomic age. In him Germany and the world have lost a scholar who was distinguished in equal measure by his integrity and personal humility. The Max Planck Society mourns its founder, who continued the tasks and traditions of the Kaiser Wilhelm Society after the war, and mourns also a good and much loved human being, who will live in the memories of all who had the chance to meet him. His work will continue. We remember him with deep gratitude and admiration.

英国皇家学会发表的讣告表示:

奥托·哈恩的成就世皆知,在科学史上将居特殊地位。他也将因其完整的人格、容精神、合理使用科学发现的信念和人性而被怀”(Otto Hahn's achievements are known universally and will hold a special place in the history of science. He is remembered too for his whole character, his generosity of spirit, his belief in the proper use of scientific discovery, and for his humanity.

 



http://blog.sciencenet.cn/blog-279604-817247.html

上一篇:观摩牛津大学学位授予典礼
下一篇:哥德堡印象

15 黄永义 杨正瓴 曹聪 杨建军 罗教明 王国强 易敏 麻庭光 韦玉程 黄德民 徐晓 ybyb3929 yunmu ddsers ddx7171

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (13 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2021-10-16 14:22

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部