费米最终接到了斯德哥尔摩来的电话,电话中通知他,由于他对整个系列元素的新的放射性物质的发现,以及他在研究过程中对慢中子的选择能力的发现,授予他当年的全部诺贝尔奖金。
费米夫妇可以把一片疯狂留在身后而安全出走了。
但是,同时,他也失去了第一个发现核发展史上具有里程碑意义的裂变现象的机会。因为如果他不是被逼离开意大利,而是呆在实验室内不受干扰,他极有可能成为发现这现象的第一人,毕竟,他是慢中子效应的发现者,而且正在用这种中子对铀进行着轰击。
第二部分:裂变约里奥用“慢中子”轰击铀
费米发现慢中子效应引起了核科学家们的关注。居里家族成了探索这一效应的先行者。他们的探索成为一项重大发现的先导。
一、约里奥用“慢中子”轰击铀,
报告得出的结果引起了核科学界的普遍质疑“慢中子”开始被人关注了。
1939年,巴黎镭研究所的约里奥等用“慢中子”轰击铀(92号元素),发现生成了锕(89号元素)和钍(90号元素)。他们在罗马化学会上公布了实验结果。结果一经公布,便引起一片哗然。因为在大家的意识中,重元素受到轰击,它的核会吸收一个中子完成衰变而生成比原来的元素更重一级的元素,而不会是相反。
会上,哈恩不相信约里奥的实验,威胁约里奥,他将重做那个实验,以便弄明白约里奥到底错在了哪里。
约里奥没有退缩,反把自己的实验报告登在了《报告》杂志上。
会后哈恩实际上并没有做那个实验。而等《报告》传到达雷姆,哈恩看了《报告》,于是旧事重提,他把《报告》递给他的同事弗里茨·斯特拉斯曼,并说:“你看看约里奥的报告。”
斯特拉斯曼仔细看了那篇报告,他不断地摇着头,嘴里一个劲地唠叨,最后说:“一定是由于某种物理原因造成了错误,譬如在同一溶液中弄进了两种相似的放射性物质……”
哈恩笑了,道:“这不可能——约里奥他们一向是以实验严谨而著称的。”
斯特拉斯曼最后接受了哈恩的分析。于是,两个人一致认识到,真的有必要重做居里—萨维奇的实验了。
这时,捷克斯洛伐克危机传遍了整个欧洲,而这两个人,则在安静的达雷姆进行着对铀的轰击。他们绝对不会想到,他们的这种行动,竟成了20世纪最伟大的发现的一个开端。
第二部分:裂变实验结果越发受到了质疑
哈恩的实验得出了一个出人预料的结果
哈恩与斯特拉斯曼重做了约里奥的实验。所得到的结果是他们绝对想不到的:他们发现得到的是镭(88号元素)。
他们对生成物表示了怀疑,于是多次探测了生成物的化学性质。他们是化学家,对自己的探测手段和技术自然怀有信心。
他们认为应该尊重事实,于是把结果公布于世。
他们的报告公布后,反响比约里奥越发强烈了。如果说物理学家难以接受像居里家族报告的那样由慢中子轰击铀会产生钍(90号元素)或锕(89号元素),那么,大家就越发难以接受哈恩他们报告的结果,不相信会产生出镭(88号元素)。
他们很快接到了莉泽·迈特纳从斯德哥尔摩写出的一封信,信中直截了当地告诫他们,要对结果检查、再检查。
玻尔也被惊动了,他邀请哈恩到哥本哈根来,让哈恩当面向自己讲述他的奇异发现。
玻尔深感怀疑,问哈恩这一切怎么可能……哈恩向他详细讲述了他们的实验过程和预料结果,玻尔倒认为他们发现的这些镭的新同位素,最终很可能是一些奇怪的铀后元素。
哈恩回来后,与斯特拉斯曼继续做他们的实验,对实验结果检查了又检查。
在哈恩和斯特拉斯曼在达雷姆紧张地进行他们的铀轰击实验时,身处异乡的莉泽·迈特纳正被孤独之苦折磨着。
她经玻尔介绍,已在瑞典诺贝尔奖金评选委员会中找到了一份差事。她用工作打发时间。她感到自己就像一个拧紧了发条的玩偶一样,躯体在自动地运行。她不指望自己的工作的任何成果了。
她惟一牵挂的是哈恩。她从信中知道,哈恩的风湿病又犯了。她为此感到不安,担心哈恩是否会好好照顾自己。
圣诞节前,她用她和哈恩两人私下用的绰号,大马克斯和小马克斯,给哈恩写信,信中并向哈恩的妻子致意,询问哈恩为他的儿子准备了什么圣诞节礼物。
当然,她尤其关心他的铀研究,鼓励哈恩,说那项工作是“真正饶有兴趣的”。她希望他能很快再写信来。
她当时住在旅馆里,总是睡不好觉。她越来越消瘦了。
迈特纳只责备她自己,说:“当然都是我不好,我原应该更早和更好地为我的出走做好准备,至少应该把需要的最重要的仪器的草图画出带过来。”
哈恩回信安慰她。当月中旬,她向哈恩耍了“小孩脾气”,那肯定是她孤独感的一次爆发,她责备哈恩对她漠不关心:“有时候我怀疑你一点也不了解我的想法……现在我简直不知道还有谁关心我的事情并且帮助我解决难题。”
其实,哈恩对自己的这位朋友一直是关怀备至的。她的事,他像对自己的事一样放在心上。他接到那封耍了小孩脾气的信后,手里拿着那封信冲到税务局,向有关人员发了一顿脾气。税务局本来负责把迈特纳的家具和其他财产在准许发还之前登记、列出清单。他指责他们的工作忒忒地不认真了。
12月19日星期一晚上,哈恩从威廉大帝研究所给迈特纳写了一封信。他认为,这封信一定会使迈特纳高兴起来。信中自然首先讲了他去税务局的事。他也写明,为什么他这么晚仍然没有离开实验室,他写道:
在办这件不愉快的事的同时,我尽量工作,斯特拉斯曼也不知疲倦地和我一起研究铀的活动。现在已是夜间11点了;斯特拉斯曼将于11点半回来,这样我就可以回家了。事实是这种“镭的同位素”表现得极为奇特,以致目前我们只能对你一个人说,对生成物的性质我们正在核查中……
哈恩和斯特拉斯曼的研究工作是在达雷姆的威廉大帝化学研究所底层的三间房间内进行的。
当年,哈恩59岁,背已经有点驼了。但是,看上去他比自己的实际年龄要年轻些。头发开始脱落了,但眉毛却变得更浓了。年轻时他那总是剪短的标准普鲁士式胡子是涂蜡的,现在依然如故。他的褐色的眼睛依然炯炯有神,闪射着热情的光辉。这时,他无疑是全世界最能干的放射性化学家。他正用他40年的全部经验,试图解开那个困扰着他的“铀谜”。
第二部分:裂变生成物并不是镭
最后,哈恩等人证实,生成物并不是原来认为的镭,而是钡现在已经走投无路了。一方面,实验和探测都说明,新的生成物是镭,但报告却受到了普遍质疑,连他们自己实际上也抱有怀疑态度。
过了两天,事情毫无进展。
哈恩想起了玻尔。玻尔是不相信他们的实验结果的,并指出生成物很可能是铀后元素。
哈恩继续想下去。突然,他跳了起来 ,向斯特拉斯曼大叫:“它会不会是钡呢?”
斯特拉斯曼惊呆了:钡,56号元素?90号元素人们不相信,89号元素人们不相信,88号元素人们也不相信,怎么一下子冒出一个56号元素钡?斯特拉斯曼以苦笑作答。
哈恩道:“玻尔说过,原子最外层的电子数决定着元素的化学性质。钡有56个电子,镭有88个电子,但外层的电子数却是相同的,都是两个,因此,钡和镭有相似的化学性质……”
斯特拉斯曼开了窍,忙道:“你是说,我们探测的镭的所有化学性质,实际上都是钡的?”
哈恩:“也许就是这样。”
两个人立即行动起来,开始对生成物物理性质的探测。结果是惊人的:生成物的质量比铀的一半稍重,电荷比铀的一半稍多——这是钡的质量和电荷。
两个人既兴奋又惊愕:怎么会是这样?
为了证实,他们想到,如果它真的是钡,那么,让它发生衰变,它应当成为镧。他们做了实验,结果生成物确实衰变成了镧。
结果不容怀疑了。
但如何加以解释呢?
第二部分:裂变等待高手的解释
12月19日,星期一,深夜,哈恩又提起笔来给迈特纳写信。他向迈特纳报告了这一结果。他写道:
也许你能够提出一些稀奇古怪的解释来……我们知道铀确实不可能分裂成为钡……
如果你能想出任何值得发表的东西,那么,在这项工作中,我们三个人最终就实现合作了。
我们不相信它是荒唐的,也不相信是污染在同我们开玩笑。
他以祝愿他的朋友能有一个“多少过得去”的圣诞节而结束了他的信。在信的末尾,弗里茨·斯特拉斯曼附言:
致以最热烈的节日祝贺和良好的祝愿
哈恩在深夜回家的路上把信投入了邮筒,把信寄往斯德哥尔摩。
他们开始撰写论文。哈恩与《自然科学》杂志的保罗·罗斯保德取得了联系,告诉他这个消息,并要求他在下一期中为他们的报告保留篇幅。罗斯保德答应了,但告诫哈恩,稿件最迟必须在12月23日星期五交出。
12月21日星期三,迈特纳在斯德哥尔摩收到了哈恩星期一深夜写来的那封信。
信使她感到深深的震惊。她立即意识到,如果实验结果站得住脚,那就表明铀核发生了破裂。她立即给哈恩写了回信:
你的镭的结果真是惊人。过程由慢中子引起竟然导致钡的产生……虽然对我来说,要在目前接受这样的一次大爆裂的假说是很困难的,但是在核物理领域中我们已经历过那么多“意想不到”,所以,对于任何事情我们都不能毫不踌躇地说:“这是不可能的。”
她预定星期五开始到瑞典西部的孔艾尔夫村去度一个星期的假期,她信中告诉哈恩:“如果你在这段时间内写信给我,请寄到那里。”她没有忘记向哈恩和他的家人以及斯特拉斯曼“致以节日的最热烈的祝贺……深致友爱并祝新年一切如意”。
当天夜里,哈恩和斯特拉斯曼再一次做了实验。不会有错,实验证明:生成物衰变而成为镧。
哈恩又给迈特纳写信报告了这一消息。这时他还没有接到迈特纳的回信。信中说:
作为化学家,我们只能做出这样的结论:生成物不是镭,而是钡。
哈恩希望迈特纳能够很快地对他的这个史无前例的化学发现做出某种物理学上的解释。那无疑会加强他的论断,而且可使迈特纳的名字出现在论文上。这将是一件最好的圣诞节礼物。
他觉得再也不能拖延了。他原来一直把这个消息对他自己的人员和附近新的物理研究所中的物理学家保守秘密。可现在,很可能有些人,例如约里奥,会有同样的发现。
很明显,它是一个从未被发现过的反应,这一发现具有极为重要的意义。而眼下,当务之急,不管如何来解释它,是把结果公布出去。
哈恩给迈特纳的信中写道:
虽然从物理学观点看来结果可能是荒唐的,但是我们不能再保守秘密了。你可以想象,如果你能对此做出另外一种解释,那将是一件多么大的好事!在明天或后天,我们写完稿子之后,我将寄一份副本给你。这件事并不很适合在《自然科学》上发表,但是他们已同意很快地予以刊登。
哈恩把信寄到了斯德哥尔摩。他还不知道迈特纳去了孔艾尔夫。
哈恩和斯特拉斯曼原来把他们的论文题为《关于由中子轰击铀而产生的镭同位素和它们的特性》。根据他们得到的新的资料,他们必须在整篇论文中把“镭”都改为“钡”。
直到把论文稿投入邮筒,哈恩还是感到整个事情是如此地不可能,以致他曾想把稿子从邮筒中拿出来。
论文的复写件寄给了斯德哥尔摩的迈特纳。
可能是由于发表论文没有迈特纳的名字他感到不安——或者是他模糊地感觉由于他的发现而将引起的重大后果——当时,哈恩整个的心境是不安的,浮躁的。
第三部分:链式反应北国偏僻的冰天雪地
世界就是这样,提出问题之后,就会有人来解答它。这次,问题之大,解决时间之快,令人惊叹。
孔艾尔夫,瑞典语是“国王之河”的意思。不过,后来它改称北河,由西欧最大的淡水湖维纳恩湖流出。河边有一个小村庄,沿用了古代的名字,仍然叫孔艾尔夫。它在瑞典西部主要港口城市哥德堡以北约10英里处,距卡特加特海岸6英里。
北河流穿一座面向南方的花岗岩峭壁,这座峭壁有335英尺高,称为方汀崖。孔艾尔夫就背向这个峭壁。
这个村庄原是一个堡垒。1308年在确定挪威和瑞典的分界线时,这里归属挪威人。1658年,它又划归瑞典。1676年,这里曾发生一场大火,整个村庄差不多都被烧毁了。此后,居民为了安全起见就在河边的狭窄地带选址,重新修了新的房屋。
后来,这里重新被划归瑞典。
孔艾尔夫最大的特点就是安静。特别到了冬天,河结冰了,地面上积了一层厚厚的、洁白的雪。风也很小。
村里的小木屋住起来很舒适。
1938年,莉泽·迈特纳休假就到了这里。
在斯德哥尔摩,莉泽·迈特纳孤身一人。奥托·弗里希则孤身一人在哥本哈根。弗里希的母亲,也就是迈特纳的姐姐,远在维也纳。弗里希的父亲, “水晶之夜”的一个受害者,当时还被禁闭在达谊。
迈特纳在圣诞节前两天,也就是星期五的早上,离开斯德哥尔摩来到了这里。迈特纳事先已经与弗里希联系好,两个人一起到这里来过圣诞节。
弗里希从丹麦乘火车渡轮过海而来。迈特纳先到,在西街伐斯特拉花园的一家安静的小旅馆登记住了下来。弗里希到后也住在了这里。
旅馆的建筑与周围一样,都是小木房。它面向路北的一小片隐蔽的花园,透过花园中发育不良的树木可以看到前面的深色山崖。在另一个方向,也就是旅馆的背面,是一片由河水冲刷出的漫滩,被皑皑的白雪覆盖着,一直延伸到一片大的树林。
弗里希晚间到达。旅途十分劳累,到达后,两个人只短短地见了一面,弗里希就回自己的房间休息了。
当年的冬天,弗里希正研究中子的磁特性。为了推进自己的工作,他需要一个均匀的强磁场。在来孔艾尔夫的旅途上,他画了一个他准备设计制造的大磁铁的草图。
次日也就是圣诞节的前一天的清早,弗里希下楼来找他的姨妈。他想引起姨妈对他的计划的兴趣,便抓紧一切时间,向迈特纳推销他的思想产品。迈特纳已经在吃早饭。她一点也不想讨论什么磁铁问题——她有她的东西要向外甥推销。
哈恩12月19日的信她随身带着。她掏出了那封信。弗里希不想读什么信,尽管知道信是哈恩来的。迈特纳坚持要弗里希读它。
他读了信,他对她说:“是钡!我不相信,一定搞错了。”
他依然想把话题转到他的磁铁上去,而她又把话题扭到了钡上来。
事情一定是这样,当弗里希的思想真的想到钡的时候,他一下子就被吸引住了。
两个人决定出去散步,对这个奇怪的钡,看看能不能想出点什么明堂来。
弗里希带来一双越野用的滑雪板。他想滑一下雪。迈特纳也想试试。她也有一双滑雪板。弗里希怕他的姨妈跟不上他。可是迈特纳对他说,在平地上,她走路可以和他滑雪一样地快。实际上也确实如此。他们去取了滑雪板,两个人一起走出去。他们的目标是那片漫滩,然后跨过结了冰的河,去那片开阔的树林。
第三部分:链式反应推论·计算·推论
“这是不可能的——不可能一下子就从核上凿下100颗颗粒下来。”弗里希对跟在自己身边的姨妈说,“也不可能把它从中切开——估计一下核力就清楚了,一下子要把全部的连续分开……这是不可思议的。核,是不可能这样……”
“可要是不用‘切’这个概念呢?” 迈特纳道。
弗里希看了姨妈一眼。他怀疑姨妈对问题已经有些想法。他道:“您是说……”
“玻尔曾强调,原子核更像一个液滴。”迈特纳道。
弗里希明白了,原子核的液滴模型使得核的分裂看起来存在着可能。
他们已经到达了那片树林。天是蓝的,大地是白的。树上也满是积雪。没有一丝的风。海也正在冬眠,没有任何声息发出来。树林里偶尔有些动静——那是什么鸟起飞或降落,登散了枝头上的积雪,随后,整个树林内又静了下来。
他们在一根原木上坐了下来。
原木上满是积雪。迈特纳摘下手套,在原木的雪上画了一些圆。
“可能是这个样子的吗?”
弗里希看了看姨妈所画的东西。
他知道,他的姨妈一向缺少从三度空间想象事物的能力。实际上,此时显然弗里希也有了同样的想法,并且在迈特纳所画图形的旁边画了一个图。
“啊,对了,这正是我想画的。” 迈特纳喊起来。
她原来想要画的正像弗里希画出的那样,是一个拉长了的像个哑铃似的液滴。而她自己所画的,是两个竖立起来的大实线圆,中间有一个表示哑铃腰部的小虚线的圆。
“液滴是由于表面张力而聚集在一起的,”弗里希道,“核像液滴的表面张力的强力一样,使自己聚集在了一起……”
“而核内质子的电排斥力对强力起相反的作用,”他的姨妈打断了他,“质子越多,元素越重;元素越重,排斥力也就越强……”
“算盘”就在弗里希的脑子里,他立刻着手计算……
后来弗里希回忆道:
我不知道从哪里找到了我们需要的全部数字。不过,我想我一定是对核的结合能有一定的概念,所以能够估算出这个表面张力。当然我们对核的电荷和大小是很清楚的。这样,从数量级上来说,我们得到的结果是:当电荷(也就是原子序数)达到大约100时,核的表面张力就消失了;这就意味着,电荷数为92的铀一定是很接近于这种不稳定状态的。
他们明白了,为什么没有比铀更重的元素以天然状态存在于世界上了。
按照玻尔的理论,他们把铀原子核看成一颗由于约束力松弛而时刻在颤动的液滴,并想象出它的核为一颗能量很小的慢中子击中时的情况:中子使整个的能量增大;核振动起来;在它的各种随机的振动形式中,它可能被拉长了;由于强力只在极短的距离内起作用,这样就有利于电斥力的作用,使拉长了的液滴的两个泡体互相排斥着;两个泡体越离越远,使液滴中部形成一种腰形;在两个泡体中,强力又开始占有优势,像表面张力一样把它们拉成球状。同时,电斥力又将两个将要分离的球体相互推开,使它们离得更远;最后,中部的腰形消失了,原来的一个大核,变成了两个小核。
弗里希和莉泽·迈特纳都兴奋起来,莉泽·迈特纳叫道:“如果真是这样分裂成了两块,那么,使这两部分分开,将需要极大的能量!”
这种计算再也不能靠弗里希头脑里的算盘进行了。
他们迅速回到了旅馆。在此后的一段时间里,他们把精力奉献给了计算。结果,他们计算出,这一能量大约为二亿电子伏特。
弗里希计算出,每个铀核分裂时所发出的能量,能够使一颗沙粒跳动达到肉眼可见的程度,而一克重的铀释放的能量,就成了一个不可思议的数字:25以后有20个零,即2500000000000000000000。
他们自己问自己,所有这些能量,究竟来自何方?
这是问题的关键。
过去,没有人认为存在这种可能性,人们观察到的中子捕获现象,只涉及小得多的能量释放。
1909年,当迈特纳30岁的时候,在萨尔斯堡举行的一次科学会议上第一次遇见了阿尔伯特·爱因斯坦。迈特纳回忆说:“他做了一篇关于人们对辐射本质看法的发展的演讲。那时,我还没有充分理解他的相对论的全部含意。”她注意地听演讲。在演讲中,爱因斯坦用相对论来导出他的E=mc2方程式。对这个方程式迈特纳当时还是陌生的。爱因斯坦用这个方程式说明如何计算质量转换为能量的问题。迈特纳感到甚为新奇,她回忆说:“直到今天,这篇讲演我还牢牢记得。”
在1938年圣诞节前一天,迈特纳又想起了那篇演说,并记起了那个公式。
经过计算,核分裂时各个部分所表现的质量和能量的转合,完全符合爱因斯坦的那个公式。
整个事情得到了圆满的解释!
圣诞来临又匆匆过去。此后,弗里希滑雪,迈特纳散步。1938年即将结束。在这么一个小小的村庄中,他们住了一个星期。他们肯定曾经去观光过村旁的那个古堡,从防御短墙上向下俯视那白雪覆盖的河谷,以及让他们产生灵感的那片树林……
第三部分:链式反应暂时保留着结论
哈恩12月21日那封确认是镧的信,以及那篇《自然科学》上的论文副本尚未从斯德哥尔摩转过来。哈恩非常希望得到迈特纳的支持,在圣诞节后的星期三又把信寄到孔艾尔夫。信中,除了肯定了钡的存在和锕的不存在以外,他认为其他都可能存在问题。
哈恩信中说:“当然,我非常希望能听到你的坦率的意见。兴许你会计算出或写出点什么来。”
信在星期四到达孔艾尔夫。当天,迈特纳就写了回信。信中说:“关于镭—钡的发现很令人激动。我和奥托已经研究过这个谜。”
但是,信中她一点也没有透露对这个谜的解答,她还询问了镧的实验结果。
星期五,她写给哈恩一张名信片:“今天收到论文稿。缺少其中重要的一页,但它仍是‘很了不起的’。”
那个谜底,她依然没有透漏一丝一毫。
在达雷姆,杂志社送来了文章的长条校样。这时,哈恩对他的发现感到更有把握了。原稿中说钡的结果“与核物理学中以前所有的定律相抵触”。他在校样中修改为“与以前所有的经验相抵触”,使语调缓和了许多。
那天,迈特纳回斯德哥尔摩去了,弗里希也回了哥本哈根。
弗里希于1月3日见到了玻尔。他刚刚开了个头,玻尔就用手敲着他的前额喊道:“啊,我们过去全是一群笨蛋!但是这真是太妙了!肯定就应该是这个样子!”
当天,弗里希就写信给他的姨妈,说:“玻尔立刻并在每一方面同意我们的看法……他今晚还要从数量上再考虑一下并将在明天早晨继续和我谈下去……”
那一天,在斯德哥尔摩,迈特纳收到了哈恩的修改过的校样。她觉得,应该把谜底告诉给哈恩了。
她写道:“我现在几乎可以肯定你确实使核破裂而得到了钡,我认为这是一个极妙的结果,对此我向你和斯特拉斯曼表示热烈的祝贺……你现在开辟了一个宽广而又美
第三部分:链式反应玻尔做出一项许诺
玻尔带着喜讯并做出一项许诺,登上了去美国的航船当时,姨妈和外甥通过长途电话已经拟好了解释哈恩-斯特拉斯曼实验的一篇理论性文章的大纲。1月6日星期五,弗里希写出了论文的草稿,当天晚上便乘电车去了荣誉宫。他要与玻尔一起商量他的文稿。
弗里希还完成了钍的裂变实验,结果也写进了文稿之中。
第二天早上,玻尔就要动身去美国,他应邀要到普林斯顿高级研究所去工作一个时期。
只有一点时间来打出部分讨论后的草稿了。赶到车站,在站台上弗里希把两页文稿交给了玻尔。
玻尔和19岁的儿子埃里克要乘火车去哥德堡港。
玻尔要弗里希立刻把写好后的文稿送给《自然》杂志,并与弗里希约定,在通知他文章已为杂志接受并付印之前,他不向他的美国同行们透露。
玻尔肯定以为不存在时间方面的问题——他或许能够从容地等到弗里希通知的到达。事实上,他想错了。
哈恩与斯特拉斯曼的文章于1月6日在柏林刊出。这正是弗里希把自己的部分初稿送到车站递给玻尔的那天。
第二天,也就是1月7日,载有哈恩与斯特拉斯曼的文章的刊物到达哥本哈根。
像以前的维尔纳·海森堡一样,弗里希也住在研究所楼上。搞得筋疲力尽之后,他上楼去睡大觉。这一天是1月13日。睡前他想到,13,对他来说是一个幸运的数字。
更为幸运的是,早晨7点钟,他被邮差的敲门声所唤醒。一份电报,是父亲发来的:他的老爸已从集中营被放出来了。
他的双亲将移居到斯德哥尔摩和他姨妈合住一套公寓,姨妈的家具,由于哈恩的帮助,终于运出来了。
次日,弗里希又重复他的实验,任何想看的人都可以前来。
那天早晨,到地下实验室来看实验的人中,有一位黑头发、蓝眼睛、爱尔兰人后裔的美国生物学家,名叫威廉·阿诺德。当天晚些时候,弗里希找到阿诺德,问他:“你是搞微生物实验的,你们这一行管一个细胞分裂成两个的过程叫做什么?” 阿诺德回答说:“叫双体裂变”。弗里希产生了灵感,他决定把原子核的“双体”生成,也叫做“裂变”。
姨妈和外甥在周末再次通过电话进行研究,决定写出不是一篇而是两篇文章给《自然》杂志:一篇是两个人对这个反应的解释,另一篇则是弗里希实验证明的报告。在这两篇报告中均采用了“裂变”这个新名词。
六、带有“裂变”术语的论文问世
弗里希在1月16日星期一晚上把两篇文章写完,第二天早晨就航空寄往伦敦。因为他已经和玻尔讨论过那篇理论性文章,而那个实验仅仅是验证哈恩—斯特拉斯曼的发现,所以他并没有急于通知玻尔。
第三部分:链式反应玻尔无法履行承诺
一石激起千层浪。玻尔带来了原子实现裂变的消息。在美国,无论是东部,还是西部,顿时都出现了裂变热。
一个疏忽,玻尔无法履行承诺使自己处于尴尬境地玻尔和他的儿子埃里克同乘瑞美轮船公司的客轮“德鲁特宁霍姆”号前往美国。
费米一家已在1月2日到达纽约,劳拉有身处异国之感,费米却以他一贯的诙谐而庄重的口吻宣称:“我们已经建立了费米家族的美国分支。”
他们暂时住在哥伦比亚大学对面的皇冠饭店,齐拉特也在那里。
当时,29岁的美国理论物理学家约翰·惠勒也赶到拥挤的西57街码头加入了迎接的队伍。他在30年代中期曾和玻尔一起在哥本哈根工作过,而且将在普林斯顿再次和他共事。他是在教完星期一上午的课后乘中午的火车赶来纽约的。
费米和劳拉·费米把玻尔当成恩人,自然都来到了码头。
那是1月16日下午1点钟,当“德鲁特宁霍姆”号靠岸的时候,劳拉·费米看见玻尔在上甲板靠着栏干寻找人群中的熟人。她觉得玻尔憔悴了。她在等候的过程中,对身边的丈夫说:“上次我们去他家中拜访,才过去没多少天,可教授看上去老多了。”费米道:“近几个月里他一直为欧洲的政局极度担心——这他还不老!他仿佛是背着沉重的包袱而被压弯了腰。”
玻尔下了船。人们发现,他的迷惑不安的眼光在熟人之间转来转去,却不停留在一个人身上。
玻尔与大家见了面。在他们就要离开码头时,一个高高瘦瘦的男子从远方奔了过来。
“奥本海默!”玻尔叫了一声。
是奥本海默。他是从伯克利赶过来的。
“您终于来了!”奥本海默奔过来握住了玻尔伸出来的大手。他们已经多年没有见面了。
奥本海默与费米在欧洲时就认识。与惠勒就更熟了。他们彼此见面后,玻尔、费米夫妇和奥本海默一起离开了。惠勒还有课,自回普林斯顿去了。
为了遵守对弗里希的诺言,玻尔没有向费米、奥本海默或惠勒谈起哈恩与斯特拉斯曼的发现和弗里希与迈特纳的解释。但是,他却忽略了一个细节:在欧洲他与弗里希约定时,正好他的儿子埃里克离开他们去查看行李,因此,并不晓得有那样一个约定。埃里克以为,弗里希和迈特纳已经把论文送出发表,这将使他们的解释核分裂工作取得优先权。这样,他便当作“好消息”,把哈恩与斯特拉斯曼的发现和弗里希与迈特纳的解释告诉给了费米夫妇和奥本海默。
第二天玻尔来到普林斯顿,住了下来,儿子漫不经心地谈到了他告诉给费米夫妇和奥本海默的话。
玻尔立刻大吃一惊。
第三部分:链式反应裂变热提前到来(1)
正是这一疏忽,使美国的裂变热提前到来这不仅是一个涉及遵守诺言的信誉问题,虽然仅仅这个问题也足以引起玻尔良心上的不安,问题的严重性还在于,迈特纳和弗里希都是流亡者,他们可以利用这个轰动一时的成就来巩固他们在流亡中的地位。
随后,玻尔不得不花费三天的时间写成一封给《自然》的信,信中一开头就明确地指出,裂变的发现权归于哈恩和斯特拉斯曼,归于迈特纳和弗里希。三天时间他写出了700字,这对玻尔来说已是一个高速度了。
与此同时,玻尔将他写给《自然》的信寄给在哥本哈根的弗里希,信中说:“我所希望的是,哈恩的文章已经刊出,同时,你和你姨妈的短文也已送出……”
消息既然已经传开,再无保留的必要。于是玻尔转换角色,成为裂变消息的一个积极宣传者。
他到费米的办公室找费米,费米不在,他碰见了美国年轻的物理学家赫伯特·安德森,便向这位年轻人做了宣传。安德森后来回忆道:
玻尔走过来,拉着了我的胳膊。他从不大声像讲课一样地对你说话,他总是轻轻地向你耳边低语。这次,他对我说:“年轻人,让我向你解释物理学上一件令人激动的新发现……”然后他向我讲了铀核的分裂和这件事如何顺理成章地与液滴模型的概念相吻合。我完全被他迷住了。这位伟大的人物,身材也很魁伟,却和我一起来分享他的兴奋感,仿佛对他说来要我了解他要对我说的情况是那样地重要……
实际上,费米本人也成了宣传员。他一连跑了好几处,向人讲玻尔带来的重大信息。他找了利奥·齐拉特、爱德华·特勒、埃米利奥·赛格雷等等。
知道消息之后,特勒一下子领悟了这个显而易见的事实:费米一定很失望,来哥伦比亚大学后他想做尚未做的实验,在欧洲,哈恩却做成功了。
特勒接着想到,现在,费米会毫不费力地将那个实验做成功。
玻尔了解这种局面。他刚刚给玛格丽特写了一封信,信中说:“都是我的过失以致让他们大家都知道了哈恩与斯特拉斯曼的发现以及弗里希和迈特纳的解释。我没有权利不让别人去进行实验。但是我真诚地希望他们等到我收到刊登弗里希短文的《自然》杂志之后,再公开宣布他们的实验的结果。我期望很快就收到这本杂志。”
他也给弗里希写了信。信中说:“任何公开的阐述……如不提到你和你姨妈对哈恩的发现所做的最早的解释都是不合法的。”
只是,从费米的反应看,玻尔多虑了。
费米确实要做那一实验,但即使他做成功了,他也绝对不会抢先公布它。他是一个有科学良心的科学家,他不会干出那种事情来的。更何况还有玻尔这层意思呢!他绝对不能让玻尔作难。
实际上,这多天来,他在宣传中,一直讲的是“哈恩他们的实验”,一直讲的是“弗里希他们的解释”。
齐拉特知道消息后的反应则显示了“齐拉特式特色”。他有什么想法呢?我们看看他的一段回忆:
费米告诉了我哈恩的发现。我听到这个消息后,立即认识到这些分裂的部分的重量比相应于它们的电荷数的重量大,因而必然会放射出中子来,而如果放射出足够多的中子,那就应该有可能维持一个链式反应……
第三部分:链式反应裂变热提前到来(2)
不能不承认齐拉特思想的敏感性,当别的人在为裂变而欢呼的时候,他已经想到链式反应了。
事情还不止此。他的头脑里还同时出现了原子弹的概念,而且迅速采取了一项行动——给一位赞助商写信,以便为核能的开发做出铺垫,他的信是这样写的:
我认为我应让你知道在核物理领域里有一件轰动的新发展。哈恩发现,用中子轰击铀时,铀分裂了……这对一般的物理学家是一件完全没有预料到的激动人心的消息。我最近在普林斯顿住了几天,那里的物理系已经乱哄哄地像一堆被挠动的蚂蚁一样了。
除了这个发现引起的纯科学性的兴趣之外,还有一点至今还没有为同我谈过话的人们所注意。首先很明显的是,这个新发现的反应所释放出的能量要比以前任何为人所知的反应释放的能量大得多得多……这一点本身就使利用核能成为可能……
我看到,这可能导致大规模产生能量和放射性元素,很不幸地也许会导致原子弹的制造……
为了进行证实性实验,齐拉特想到了邓宁,因为邓宁那里有一台回旋加速器。等他到了邓宁的办公室时,他发现,费米也在那里。当时,邓宁正坐在办公桌旁看着天花板,费米则在窗口俯视整个曼哈顿岛。齐拉特看到,费米看着看着,便攥起一只拳头,自言自语:“只要像这样一颗小炸弹,这一切都会消失得无影无踪。”
西海岸,消息是奥本海默带过去的。讲一讲奥本海默当初听玻尔的儿子埃里克·玻尔讲裂变之事后奥本海默的反应是很有意思的。他听后的第一个反应是绝不相信,立即说:“这是不可能的。”接着,他就讲了一大堆为什么裂变不可能发生的理论上的原因。讲着讲着,他停了下来,大约过了十分钟,他就把事情想明白了,并确定,在反应中有些中子可能会放射出来,从而形成链式反应。埃里克十分吃惊。埃里克后来对人说:“这一切都只是在几分钟内完成的……他脑袋动得如此之快,真令人惊奇,而且,他后来的结论都是正确的。”
回到伯克利,第一个得到消息的是欧内斯特·劳伦斯。劳伦斯听后很是激动,并立即想到他的两个学生,一个是菲利浦·埃布尔森,另外一个是格林·西博格,他们正在进行哈恩那样的实验。他要去看看他们,看看他们事情进行得怎么样了,把玻尔带来的消息告诉他们。他先去找菲利浦·埃布尔森。走过学生俱乐部理发处,他望里一看,见坐在理发椅上理发的正是菲尔·埃布尔森。劳伦斯走进去把消息告诉了菲尔·埃布尔森。菲尔·埃布尔森听后的反应让劳伦斯大吃一惊:他的学生立刻从理发椅中跳出来,几乎是用跑百米的速度跑出了理发室,头发的一边被剪短了,而另一边还没有剪到……后来菲尔·埃布尔森告诉劳伦斯说:“当时,我几乎浑身麻木了,因为我认识到,我已如此接近但却错过了一个伟大的发现……我一直麻木有24小时之久,浑身器官都不能很好发挥它们的功能了……”