第六十五回战乱将起实验室已难平静为渊驱鱼科学家云集美国——原子核裂变的发现
上回说到玻尔来访,给爱因斯坦带来一个重要消息。要知这条消息是什么,还得从这条消息的来源说起。
自从卢瑟福第一个用α粒子做“炮弹”轰击原子得到质子以来,许多科学家都感到这是一条通往原子核内的大道,于是纷纷向原子核开炮,希望能看到过去没有发现的东西。1932年,英国物理学家詹姆斯·查德威克用α粒子轰击铍,得到一种不带电的粒子——中子。有趣的是,卢瑟福用α粒子轰击氮,氮原子变成了氧原子,查德威克轰击铍时,铍原子变成碳原子……要是这样一直轰击下去,还能发现多少秘密呢?元素之间一定还有我们未知的重要规律。
居里夫人指导女儿伊伦娜做实验
费米
不久,伊伦娜用α粒子轰击原子核获得人造同位素的消息传到了罗马。好个聪明的费米,他想我不能总跟在人家后面,你用α粒子,我就用中子。α粒子带正电荷,原子核也带正电荷,它们间的斥力必然要抵消一部分冲击力,而中性的中子正可避免这个缺点。于是他又找到了一种轰击原子核的新炮弹。
大凡科学家们每找到一种新武器就如同孩子得到一个新玩具一样,玩得不肯放手。费米这一群人虽已是物理学家,但论年龄都还是些小伙子呢,他们现在玩起这新鲜的“中子炮”来哪肯罢休。中子从哪里来呢?最好是用镭放射的α粒子轰击铍制得。但当时一克镭要三万四千美元。他们这个新组建的小组绝对买不起。费米就用氡来代替镭,不过氡的半衰期只有四天,需要经常更换。他们就用这门简陋的“大炮”对着所有能找到的元素狂轰一气,看看有什么变化。这个劲头就像当年戴维刚发明了电解法,本生刚发明了光谱分析法一样,每种原子身上都要过一刀。果然这新法就是厉害,他得到了许多自然界中不存在的同位素。例如,从普通的钠得到放射性钠,从普通的碘得到放射性碘,从氯得到放射性磷,从硅得到放射性铝等。
但是,当他们把这门“大炮”对准铀时却得到一种想不到的结果。好像经轰击后,铀中产生的放射性元素不止一种,但每一种的数量又极其微小。这群年轻人都是物理学家,他们在化学知识方面不足,无法鉴别新元素。他们猜想,一定制成了一种过去不曾发现过的新元素。铀的原子序数是九十二号,这种新元素就叫它“九十三号元素”吧。到底这是不是一种新元素,我们暂且按下不表。
拉赛蒂立即取来一块铅板,并且又在银板前放了一个“盖革计数器”。这是一种专门测量物质放射性的仪器。物质放出的粒子进入计数器就会有响声,进得越多响得越快。一切准备好了,费米将中子源对准银板,只听计数器咔咔地响起来,比刚才速度快了许多。费米说:“铅是一种重物质,让我们来试一试轻物质会怎样,请取一块石蜡板来。”
拉赛蒂几个人立即取来一块大石蜡板,七手八脚在上面挖了一个空穴,把中子源放进去,又开始照射。这时将盖革计数器移近银板,计数器突然发疯似的响个不停。他们几个人都惊得目瞪口呆,整个物理大楼里的人都来看这个怪现象,大家喊道:“真不可想象,活见鬼了!”只这么稍稍放一块石蜡,银的人工放射性就增加了一百倍。中午吃饭时,这伙年轻人大声争论着,提出各种假设,各人的嘴都动个不停,但是只听见说话不见吃东西,这顿饭足足吃了三个小时,桌上的东西还是剩下不少,但合理的解释却还是没有想出一个。这是1934年10月22日中午的事。
这天晚上,费米夫人带着孩子到乡下度假还未归来,费米一人在屋里安安静静地思考着白天的事。他在地上踱着步子,想这石蜡究竟有一种什么魔力呢?石蜡含有大量的氢,氢核是质子。想到这里费米突然停下脚步,用手一拍脑门自语说:“问题可能正出在这里。”
原来他想到氢核是质子,质子是与中子同样质量的粒子。中子源被封在石蜡块里时,中子射到银板之前就先要与石蜡中的质子相撞,这一撞就要损失一部分能量,减慢冲击速度。正像游得慢的鱼比游得快的鱼容易让人抓住一样。这种慢中子比快中子有更多的机会被银原子俘获,因此银的人工放射性就更强些。但这只能是一种假设,如果别的含氢物质也有这种作用,便说明假设正确。还有什么更方便的含氢物可用来试验呢?最方便不过的当然就是水了。对!来一次水中试验。
但是费米小组实在太穷了,水不值钱,可是要有一个足够大的容器却很难找。他们立即想到物理楼后面系主任柯比诺的私人花园,那里有一个喷水鱼池。
这天早晨,费米和伙伴们就将那些大大小小的实验仪器搬到鱼池上。花园里一株大杏树遮住了半个园子,绿草成茵,红的、黄的小花点缀在墙脚,鱼在池中自在地游。这群年轻人的到来,开始并没有打破这里的宁静,他们轻手轻脚。一来是对这种试验不抱很大希望,不愿让人知道他们的失败;二来,不愿打扰柯比诺先生一家人的安宁。
他们将中子源和银板慢慢沉入水中,开始轰击,盖革计数器又疯狂地叫起来,这说明费米的假设是正确的。这伙年轻人再也忍不住了,随着计数器的鸣响,他们忽地一下狂喊起来,在地上跳着,互相拥抱着,并且嚷嚷着:“快给《科学研究》写信,详细报告我们的发现!”
这时正在楼上看书的柯比诺教授听到花园里的喊声便走下楼来,他被这个场面弄糊涂了:“孩子们,你们为什么这样高兴?”
“我们有了新发现,正商议向《科学研究》写信呢。”
柯比诺仔细听了他们的汇报,又看了实验,突然发起火来:“你们疯了?难道你们没有看出这其中的工业用途吗?这是一个了不起的发现,你们应该先申请专利!”
他们更吃惊了,真没想到小鱼池里得到一个大发现。
我们先把“鱼池发现”放到一边,回头再说那个“九十三号元素”。费米发现新元素的新闻在欧洲各报上早已热闹了一阵儿,这消息自然传到了法国、德国。伊伦娜将那实验重做了一遍,这种新元素根本不像在周期表九十三号位置上应该有的性质,它倒有点儿像镧。
1936年的一天晚上,斯特拉斯曼正在值班,他一人无事,那个困扰他的题目又泛起在心头,从种种迹象看,这个“九十三号”绝不是铀后面的元素,倒有点儿像五十六号元素钡,第二天早晨,迈特纳前来接班。斯特拉斯曼兴冲冲地对她说:“我昨天想了一夜,终于有了个头绪,那个未知元素可能是钡,不妨试测一下。”
迈特纳性格豪爽,她闻听此言立即不屑一听地喊道:“中学生也不会提这个问题,快把你的想法扔到纸篓里去吧!”
原来过去用中子去轰击元素,只能将它的核打掉一小块,放出一两个质子,所以过去的人工蜕变只能是变成与原来的元素相邻近的元素,怎么可能一下从九十二号的铀退到五十六号的钡呢?斯特拉斯曼也觉理由不足,所以不敢再争。
1938年7月,迈特纳因为是犹太人,被迫离开了德国。12月17日,哈恩到财政部去为迈特纳办一些善后事务。斯特拉斯曼在办公室里翻阅几本新到的期刊,其中正有伊伦娜的一篇报告,他立即又想起了自己关于钡的想法。
中午,哈恩刚进门,斯特拉斯曼就拦住他说:“请看看这份杂志,这里提出……”哈恩将那篇文章扫了一眼,一见作者是伊伦娜,便没好气地说:“我对这位小姐没有好感,不愿看她的东西。”原来他们过去有一点儿小矛盾。
“不,她说是镧,我说是钡,两个元素一个五十七号,一个五十六号,很接近,问题可能正在这里。你听,她说……”
不管哈恩爱听不爱听,斯特拉斯曼将论文中最主要的段落飞快地念了出来。哈恩听着听着怨气渐消,一把将杂志抢了过来,从头至尾很快地读了一遍。俗话说,外行看热闹,内行看门道。哈恩和伊伦娜同是放射化学专家,他们的文章对方自然一看就知其中的深浅。哈恩刚把论文读完,便“啪”地合上杂志,一手拉起斯特拉斯曼说:“走,快到实验室去!”
哈恩和斯特拉斯曼在实验室里反复测试,就化学性质来说,这个所谓的“九十三号元素”是钡确定无疑了。但是这话要是让物理学家听见一定要惹人笑的,一个小小的中子怎么能使铀原子一下释放出近一半粒子呢?这时他们更怀念那位被希特勒赶走了的伙伴——迈特纳,他们这个三人小组中两个化学家、一个物理学家,迈特纳的被迫离去,名副其实地使这个小组塌了半边天。哈恩遇到这个新问题便立即提笔给迈特纳写了一封信,迈特纳真不愧为核专家,她一见信立即明白了是怎么一回事——铀原子核被中子从中间一劈两半了!
迈特纳和弗里施立即冒着严寒前往丹麦的哥本哈根。弗里施曾在玻尔的研究所工作过,所以对这里很熟,他们便直奔玻尔的家里。弗里施敲门进来,发现玻尔正在穿大衣,旁边有一只手提箱,像要出远门的样子。他忙说道:“玻尔先生,您这是准备到哪里去?”
“按照合同到美国讲学,顺便看望我的老朋友爱因斯坦先生。”
“我们有一件重要的事要立即向您请教,可以吗?”
玻尔抬手看了看表,让仆人先将箱子提走,说:“我们可以有半个小时来谈话。”