02.10 被諾獎提名48次的“原子彈之母”,愛因斯坦稱其“德國居里夫人”

在諾貝爾獎的官方檔案中,有一名女性科學家,一生被提名多達48次卻從未獲獎,而她的提名人中包含了普朗克、玻爾、海森堡、玻恩等科學界泰斗,其中普朗克一人就為她提名多達7次。她究竟是誰?為何能獲得如此巨大的支持?而最終又是什麼原因竟讓她與諾貝爾獎失之交臂?

被諾獎提名48次的“原子彈之母”,愛因斯坦稱其“德國居里夫人”

諾獎官方檔案中的這位女性科學家,共獲48次提名

1994年5月,國際純粹化學與應用化學聯合會(IUPAC)決定將第109號化學元素命名為“Meitnerium”,以紀念一位對原子核物理做出開拓性貢獻卻遭遇不公正對待的猶太裔女物理學家,“原子彈之母”——莉澤·邁特納。

被諾獎提名48次的“原子彈之母”,愛因斯坦稱其“德國居里夫人”

以邁特納(Meitner)名字命名的第109號化學元素Mt

1878年11月7日,莉澤·邁特納出生於奧地利維也納,父親是一名猶太律師。那是一個對女性充滿不公的年代,她們就連接受正規的高中教育都是一件不被允許的事情。雖然邁特納的家庭身處上層社會,但也未能倖免於此,天資聰慧的她不得不多花幾年時間,在維也納的市民學校就讀,並取得法語教師資格證後才通過自學完成了高中畢業考,取得維也納科學院高中的畢業證書。

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年輕時的莉澤·邁特納

1901年,邁特納終於進入了當時歐洲的頂級學府維也納大學,學習物理與數學。在這裡,她遇到了人生中第一位大師,路德維希·玻爾茲曼。邁特納從這位“統計物理學之父”手中學到了重要的理論方法與思想。同年,第一屆諾貝爾物理學獎授予了X射線的發現人——威廉·倫琴。次年,法國的居里夫婦又發現了一種新的放射性元素——鐳,並於1903年獲得諾貝爾獎。這些重要發現,使得對放射性現象的研究成為當時物理學的一大熱門領域,而在刊物上讀到居里夫人重大發現的邁特納被深深打動,決定選擇放射性研究作為自己的主攻方向。1906年,憑藉論文《不均勻物質中的熱導》,邁特納成為了維也納大學史上的第二位女博士。

獲得頭銜後的邁特納留在了玻爾茲曼的理論物理研究所工作。這本還是個不錯的結果,但偏偏此時,玻爾茲曼因長期的抑鬱竟選擇了自殺,成為物理學史上的著名慘案。失去了玻爾茲曼教授,悲傷的邁特納開始籌劃新的去處。她本想前往巴黎居里夫人的實驗室工作,瑪麗是她崇拜的女性科學家,而自己又持有法語教師資格證,在巴黎的工作與生活應該充滿期待。但可惜的是,邁特納沒有申請成功。於是,她來到柏林大學,希望跟隨另外一位她所崇拜的物理學大師,量子力學之父馬克斯·普朗克。


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量子力學之父:馬克斯·普朗克


普朗克是一位相對保守之人,他遵循古典,甚至連自己提出的量子化概念也被其寄希望於“只發生在黑體輻射這一件事上”,不想它打破經典物理完美的大廈。後來還是愛因斯坦用光量子以及新的固體比熱模型,才說服他接受這是一場物理學革命的事實。所以第一次得知邁特納想留在柏林大學給普朗克當助手,普朗克是拒絕的,他認為女性不應該出現在學術領域這種嚴肅的地方。

但普朗克絕非冷漠無情之人,事實上他在學術圈的聲望和口碑一直很好,也樂於提攜後輩。面對這位當時難得一見的女博士,普朗克最終被她的才華與誠意打動,加上化學教授諾獎得主費舍爾的許可,邁特納最終被同意在柏林大學化學研究所工作,進行放射性物質的研究。但條件對邁特納非常苛刻,她工作期間沒有薪水,大部分實驗在一個木匠工場改造的簡陋建築中進行,她不能出現在辦公樓,去研究所的地下室也只能走後門,甚至上廁所也要走去對面的餐廳裡借用。

不過邁特納還是答應了。那時,她的父親還能夠補助她的生活,讓女兒從事她熱愛的事業。就這樣,邁特納在柏林大學化學研究所開始了她的“無薪研究員”職位,而在這裡,她遇到了一位將與她羈絆一生的科學家——奧托·哈恩。


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奧托·哈恩

哈恩1879年生於德國,比邁特納小一歲,當時剛離開盧瑟福的實驗室,返回柏林大學化學研究所負責放射性物質的研究工作。邁特納到來之後,名義上是哈恩的助手,兩人的合作很快產生了成果,他們陸續發現原子衰變時的反彈現象以及一批新的同位素。但對女性的不公正依然困擾著邁特納,當時的許多刊物不肯接收有女性署名的文章,她只好將名字簡寫為“L.Meitner”去迴避可判斷性別的字眼。有一次,當編輯得知L.Meitner實際上是個女人時,甚至直接退掉了她的文章,並回復“我們從未考慮發表一篇具有女性署名的文章”。而盧瑟福在1908年領取完諾貝爾化學獎後前往柏林看望自己的學生哈恩,也想順道看看這位與哈恩聯合發表出色成果的助手。當邁特納第一次出現在盧瑟福面前,他竟忍不住驚歎道:“天啊,邁特納竟然是位女人!”

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邁特納與哈恩在實驗室中

1909年,德國開始准許女性進入大學,邁特納在研究所的行動放寬了許多。1912年,邁特納的父親去世,普朗克在得知這一消息後,將她招為自己的助手,開始給她發放工資。雖然錢數極少,但能作為這名物理學巨匠的第一位女助手,邁特納已是非常滿意,而她和哈恩的研究條件也得到很大提升,哈恩得以在新成立的威廉皇家研究所建立自己的放射性研究小組,次年邁特納也成為他的正式研究員。

在1914年一戰爆發期間,邁特納前往奧地利東線戰場成為一名X射線護士。在返回研究所後,她與哈恩的學術工作進入了一個高產期。1917年,他們發現了鏷的同位素鏷231,儘管邁特納做了中間最為重要的工作,但她還是將第一作者寫上了哈恩的名字。這些成果使邁特納的學術地位得到了很快的提升,1918年,邁特納成為了放射性研究小組負責人,而哈恩則接管了化學研究所。1922年,邁特納成為柏林大學校史上第一名女教授,在她開授的第一堂課上,擠滿了好奇的學生與聞訊趕來的記者。此後的兩年開始,邁特納與哈恩因為在放射性領域豐富而重要的研究成果,被不同的科學家陸續提名諾貝爾獎,但都未能如願。


被諾獎提名48次的“原子彈之母”,愛因斯坦稱其“德國居里夫人”

哈恩(左)與邁特納(中)

1930年,邁特納迎來了一位年輕的中國留學生,名叫王淦昌。他於次年提議導師重做小居里夫婦關於α粒子轟擊鋁核的實驗,認為這其中可能會發現盧瑟福實驗室所預言的那種“與質子質量一般卻不帶電的粒子”,而邁特納沒有采納王淦昌的建議。次年盧瑟福的學生查德威克用相似的方法證明了這種粒子的存在,將它命名為“中子”,並於三年後獲得了諾貝爾物理學獎。邁特納錯失了這一重要發現,而王淦昌在畢業後於1934年回國,後來成為我國“兩彈一星”最重要的功臣元勳。


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年輕時的核物理學家王淦昌


邁特納雖然未能成為中子的發現者,但中子技術的利用將為她帶來一生之中最為重要的偉大成果。

1934年,意大利物理學家費米發現使用速度較慢的中子轟擊原子核,效果特別好,能打出各種同位素和新物質,其中他就宣稱在轟擊鈾-92的過程中得到了一種新的元素,被他稱作93號元素。4年之後,費米因為“發現慢中子與一種新的放射性元素”而獲得了諾貝爾物理學獎。


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費米在領取諾獎後帶著一家人直奔美國

而1938年,是充滿戲劇性的一年。首先,希特勒全面佔領了奧地利,德國納粹的野心與對猶太人的惡意已是暴露無遺。身為奧地利猶太裔女物理學家的邁特納,選擇及時逃離柏林,前往瑞典。她收拾了簡單的行李,身上只帶著10馬克,還有哈恩母親送給她的一枚小鑽戒。同樣選擇逃亡的,還有費米。費米的妻子是猶太人,他擔心留在意大利也會受到墨索里尼政府的迫害,於是在年底領取完諾貝爾獎後,帶著一家人從瑞典直接坐船前往美國。與此同時,哈恩與新助手斯特拉斯曼從哥本哈根會見完玻爾與邁特納歸來,繼續著進行轟擊鈾核的實驗,但他們得出的結果卻大相徑庭:轟擊產物中竟然存在鋇-56,也就是說鈾-92幾乎被炸開了兩半。哈恩無論如何不敢相信這一事實,於是寫信給遠在瑞典的邁特納,請她給予解釋。同時,哈恩將實驗結果進行了公開發表,此時距離費米領獎才過了兩週的時間。


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玻爾、哈恩與邁特納(中間三位)

邁特納正在瑞典與同為物理學家的外甥弗裡希準備過聖誕節,接到哈恩的信後,兩人開始討論這一結果。最終,邁特納想到了玻爾之前提出的“液滴模型”,認為鈾-92的原子核並不穩定,在被中子轟擊後的確分裂成了兩個較輕的核素,還產生了另外三個中子。而這些產物與鈾-92相比,總質量出現了虧損,邁特納又想到了當年愛因斯坦狹義相對論後記中提到的質能方程,認為這些虧損掉的質量被以巨大能量的形式釋放了出去。弗裡希隨後趕回了根本哈根,在實驗室中驗證了邁特納的這一觀點,測出了單個鈾核裂變釋放出的能量高達上億電子伏特!


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鈾核被中子轟擊後“裂開”成兩個輕核素,同時釋放中子和巨大能量


1939年2月,邁特納與弗裡希在《自然科學》雜誌發表了題為《中子引起的鈾裂變:一種新的核反應》的文章。雖然篇幅只有兩頁,但足以改變人類歷史。當玻爾得知這一結果後,都拍著腦袋感嘆道:“對啊!我們怎麼這麼蠢沒想到!”而這個時間節點,正好趕上二戰爆發前夕,德國與同盟國的科學家都很快注意到了這種巨大能量被用作毀滅性武器的可能,於是在戰火紛飛的正面戰場之後,還隱藏著一場關於原子彈研發的軍備競賽。最終,因躲避迫害猶太人浪潮的兩位科學家:愛因斯坦與費米在美國成功幫助盟軍制造出了原子彈,投放於日本廣島和長崎,提前結束了戰爭。


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1945年原子彈在日本廣島爆炸


1945年,因戰爭原因暫停頒發的1944年諾貝爾化學獎被追加授予,奧托·哈恩因發現鈾核裂變現象獨享了這一獎項。玻爾等科學家對邁特納作為裂變反應的理論先驅未能共同獲獎而表達了強烈的譴責。而此時哈恩正被盟軍關在英國的一處農場,詢問納粹德國關於原子彈的研製情況,無法前往領獎。他一直聲明邁特納只是他當時實驗室中的一名助手,並沒有參與核心的實驗與設計,但就連他當時的助手斯特拉斯曼也否認他的這一說法。

但無論如何,諾貝爾獎幾乎不可能對統一成果進行多次授獎,錯過了1944年的諾貝爾化學獎,也就意味著邁特納一生幾乎無緣這一學術領域的桂冠。但事實上,邁特納的諾獎提名大多發生在1944年之後,特別是物理學獎提名,多達22次!普朗克在他臨終的1947年,依然將最後一次提名寫上了莉澤·邁特納的名字。可見,當時科學界多麼希望能夠彌補她的遺憾。


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1944年後邁特納獲得的22個諾貝爾物理學獎提名


不過,莉澤·邁特納選擇理解奧托·哈恩,她認為在納粹德國統治之下,他為了自保肯定會想辦法撇清與猶太人的關係。但在戰爭結束之後,哈恩依舊否認邁特納的貢獻,這的確使她感到傷心,但她也未曾公開譴責過哈恩。


被諾獎提名48次的“原子彈之母”,愛因斯坦稱其“德國居里夫人”

晚年的邁特納與哈恩


邁特納淡泊名利,對科學純粹的追求,以及她為人謙遜和善,愛好和平,為她贏得了極高的聲望。在去美國講演時,人們贈與她“原子彈之母”的稱號。邁特納一生未嫁,但她從不孤獨,世界最頂級的科學家都與她交往密切,認可她的為人。晚年,她與外甥弗裡希搬去英國劍橋郡定居,積極參與原子能的和平利用。

1968年10月27日,“德國居里夫人”,“原子彈之母”,猶太裔女物理學家莉澤·邁特納與世長辭,享年90歲。而在三個月前,與她羈絆一生的奧托·哈恩剛剛離開人世。

在莉澤·邁特納的墓碑上,僅有弗裡希寫下的一句話:“一位從未失去人性的物理學家”。


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位於柏林的莉澤·邁特納銅像


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