数理化通俗演义:第77章 战乱将起实验室已难平静 为渊驱鱼科学家云集美国(1)

第77章 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(1)

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。

在人们向原子大进攻的炮击战斗中有一位女炮手，她就是居里夫人的女儿伊伦娜。1933年（就是爱因斯坦流亡美国的那一年），她和自己的丈夫约里奥一起用粒子轰击铝，却得到了一种自然界并不存在的同位素——元素磷的放射性同位素。从而发现了人工放射性。伊伦娜和她的丈夫因此而获得诺贝尔奖金。居里夫人很为自己的孩子已经成长为有出息的物理学家而高兴，她深知这个发现所启示的重大意义。可惜由于她长年接触放射性因而得了不治之症，几个月后便不幸去世。卢瑟福亲自为她写了讣告。

在英国、法国所进行的这些工作现在由一位意大利人来接班了，他叫费米（1901—1954）。

费米小时即表现出非凡的才能，他父亲的一位同事便有意识地培养他，给他读数学、物理方面的书。当他还是一位17岁的中学生时就有大学研究生的水平了。后来他在比萨大学读书，这个伽利略当年生活过的地方处处给他以科学的召唤。他每次走过那个世界闻名的斜塔，都要肃然起敬，伫立片刻。大凡一个人成才之前总要有一个巨人将他托上自己的肩膀，费米也是这样。这时罗马大学物理实验室主任柯比诺认定费米就是复兴意大利物理的希望，专门在罗马大学设了一个理论物理学讲座，聘请26岁的费米来任首席教授。费米在自己周围很快团结了一批青年物理学家，他们自信伽利略的故乡在物理研究方面不该落在英、法、德等国的后面。

不久，伊伦娜用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，你用粒子，我就用中子。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？最好是用镭放射的粒子轰击铍制得。但当时一克镭要34000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顿，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92号，这种新元素就叫它“93号元素”吧。到底这是不是一种新元素，我们暂且按下不表。

再说费米小组还是不断地用中子去轰击各种元素。一天他的好朋友拉赛蒂用中子轰击银板，发现如果在木桌上做实验和在金属桌面上做实验，银板的放射性不一样。他立即来向费米汇报。费米沉思了片刻说：“我想这说明放射源周围的物体会影响它的轰击效果。我们不妨试着在银板前挡一块铅板。”

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100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3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儿里时，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。花园罩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，他们忽地一下狂喊胜利，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？这里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93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93号位置上应该有的性质，它倒有点儿像镧。

这时在德国也有一个科学家小组，以著名化学家、威廉皇家化学研究所教授哈恩（1879—1968）为首，还有物理学家迈特纳、斯特拉斯曼等人。奥地利籍的女核物理学家迈特纳本是来这里作为访问学者短期工作的。但由于他们几个很合得来，这个“短期”竟然有30年。迈特纳才华出众，她一眼就看出那个“93号元素”里有文章，但又深知光靠物理学家不能解开这个谜，便说服哈恩来选这个课题。

于是这个小组也加入了这场追逐战。

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“93号”绝不是铀后面的元素，倒有点儿像56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，所以从来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92号的铀退到56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。