核裂變之父,裂出讓人遺憾的原子彈

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廣島原爆
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1945 年 11 月 ,諾貝爾獎委員會宣布,1944 年的化學獎得主為德國科學家奧托‧哈恩(Otto Hahn)。在宣布當日,哈恩正身處倫敦近郊的一處農場,與另外 9 位德國科學家被英軍軟禁。雖然當時納粹德國早在 5 月便宣布投降,但英方懷疑這班科學家曾參與納粹的核子計畫,把他們軟禁調查。哈恩本人則在宣布獎項的三天後,才於報章上得知得獎消息,這個獎項對他卻是悲喜交雜。

哈恩於 1879 年 3 月 8 日在法蘭克福出生,1901 年完成博士學位後,曾於加拿大跟從原子化學另一名頂級科學家 Ernest Rutherford 進行研究。1907 年他便回到祖國,在柏林取得大學教席,並與猶太裔女化學家 Lise Meitner 開展超過 30 年的研究合作。

Lise Meitner (左)與 Otto Hahn (右)。Meitner 出生於猶太家庭,與哈恩共事 30 多年,於1938 年(即發現鈾分裂同年)逃離德國,她在發現核裂變的貢獻被當時諾貝爾獎委員會所忽略。 圖片來源:wikimedia
Lise Meitner (左)與 Otto Hahn (右)。Meitner 出生於猶太家庭,與哈恩共事 30 多年,於1938 年(即發現鈾分裂同年)逃離德國,她在發現核裂變的貢獻被當時諾貝爾獎委員會所忽略。 圖片來源:wikimedia

哈恩的實驗所並沒有甚麼眩目的設備或技術,與其他的歐洲實驗所別無二致,成功的關鍵是在於對科學發現抱有多大的好奇心。中子在 30 年代還是相對新穎的事物,由於中子不帶電荷,因而可減少受電子和質子的影響,更容易影響原子核,比帶正電荷的 α 粒子更適合進行撞擊研究。在 1938 年以前,科學家普遍認為以中子或 α 粒子撞擊鈾元素,鈾原子或會與原子核結合,形成更質量更大的放射性「超鈾元素」(原子序數在92(鈾)以上的重元素)。

直至 1938 年底,哈恩的研究團隊在撞擊樣本中發現了鋇元素(原子序數 56),原先哈恩還以為只是鈾元素(92)脫落了兩個 α 粒子而產生的鐳元素(88),但實際竟比鈾元素要細得多。這時哈恩的長期戰友 Meitner 因政治局勢愈趨危險,剛於 7 月已逃離德國,但哈恩仍以書信向 Meitner 討論到底該如何解釋新發現。Meitner 向哈恩表示鈾元素分裂是可能的原因,並且指出過程中會釋放出大量能量。

在 1939 年初,哈恩與化學家 Fritz Strassmann已有足夠證據確立鈾元素和釷元素的分裂情況,他們將之命名為「核裂變」(Fission),並預計到核裂變過程釋放出的中子,可引發其他的核裂變,為後來證明的「鏈式反應」(Chain Reaction),即原子彈的基本原理。

鈾俱樂部重要成員(左起):海森堡(Werner Heisenberg)、勞厄(Max von Laue)、哈恩。海森堡曾經是納粹德國核武器研發的領導人,不過納粹德國由始至終都沒有成功研製。海森堡稱,他並不信任納粹政權,故曾盡力拖延計劃,但亦有人認為這只是海森堡為其無能開脫。 圖片來源:heisenbergfamily.org
鈾俱樂部重要成員(左起):海森堡(Werner Heisenberg)、勞厄(Max von Laue)、哈恩。海森堡曾經是納粹德國核武器研發的領導人,不過納粹德國由始至終都沒有成功研製。海森堡稱,他並不信任納粹政權,故曾盡力拖延計劃,但亦有人認為這只是海森堡為其無能開脫。 圖片來源:heisenbergfamily.org

德國政府當然不會放過發展核武的大好機會,他們聚集了當時德國頂尖的科學家,啟動所謂「鈾俱樂部計劃」(Uranium Club)。哈恩是在俱樂部中唯一明確反對發展核武的成員,他對小組中另一重要物理學家 Carl Friedrich von Weizsäcker 表示:「寧死也不願看見我的成果製造出核武。」哈恩不屈服於強權,不願為德軍提供實質協助,而早於徳國戰敗以前,哈恩便協助了多名猶太科學家逃離德國,包括他的拍檔 Meitner。德國人才散失,是在核武開發競賽中落敗的關鍵。

就在哈恩獲悉得獎的幾個月前,位於農舍的一眾德國科學家剛知道美國成功研發出原子彈,最初是不相信美國可如此迅速取得成果,以為是假情報,但事實擺在眼前下,包括日本遭轟炸的慘狀,轉而對其破壞力感到驚恐。後來公開的文獻顯示,當下哈恩對此極為自責,他本人卻因這項發現而獲獎,是多麼諷刺。他最終於 1946 年獲釋,並在年底前往瑞典補領獎項,其後與愛因斯坦、鮑林等科學家共同呼籲停止發展核武、反對核武競賽,延續和平的信念。面對強權而不失良知,尤其珍貴。