原子彈的發明原理，從一個被說荒謬的假設開始——《科學大師的失誤》
2021年4月
作者 ：楊建鄴
『一個人在科學探索的道路上，走過彎路，犯過錯誤，並不是壞事，更不是什麼恥辱，要在實踐中勇於承認錯誤和改正錯誤。──愛因斯坦（Albert Einstein，1879−1955）』
1914 年，第一次世界大戰爆發，哈恩被徵入伍，改換了身分，於是所有的研究工作都被迫中斷了。哈恩被派到哈伯那兒服役。1905 年，哈伯發明了將空氣中的氮合成氨的方法。我們知道，氨可以用來合成高效化肥，這一發明有極其重大的價值，為德國氮肥工業的興起作出了決定性貢獻。
1915 年年初，哈伯、哈恩與其他一些科學家被政府指令研究毒氣。哈伯是「毒氣計畫」的負責人。哈伯對哈恩說：「我們的任務是建立一支毒氣戰鬥特別部隊，我們要研製新的、殺傷力更大的毒氣。」
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(哈伯、哈恩與其他一些科學家被政府指令研究毒氣。圖／Pexels)
哈恩聽了，嚇了一跳，不由倒抽一口涼氣。
接著，哈伯說了一堆大「道理」，這些「道理」在第二次世界大戰發明原子彈時，又被一些科學家再次利用。哈伯在第一次世界大戰期間對德國可說是建立了卓偉功勛，但在第二次世界大戰時，這位無比忠於德國政府的人，因為是猶太人，受到希特勒的迫害，不得不逃離德國，最後暴病身亡。
第一次世界大戰結束後，哈恩和邁特納又在凱薩．威廉物理化學及電化學研究所，繼續已經中斷了四年多的合作研究。很快，他們發現了一種新元素，其原子序數是 91。他們給新元素取名為「鏷」(Pa)。接著，哈恩又做出了許多有價值的工作，因此他被認為是歐洲最權威的分析化學家，尤其在放射化學方面，更有著不同凡響的聲譽。
正在他學術上日見輝煌時，卻捲入了一場學術爭論之中。與他爭論的對手是很有威望的科學家，法國居禮夫人的大女兒伊雷娜–約里奧–居禮 (Irene Joliot-Curie，1897−1956)。
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(伊雷娜–約里奧–居禮。圖／Wikipedia)
事情的起因和過程，這兒只簡單地介紹一下。義大利物理學家費米用慢中子轟擊 92 號元素鈾時，以為得到了 93 號元素。由於科學家在自然界只見過 92 號元素，從來沒有人見過 92 號之後的元素，所以，如果費米真的得到了 93 號元素，那真是一個非常了不起的發現。
費米開始還比較小心，不敢說自己真的發現了 93 號元素，只是說「有可能發現」新元素。但後來由於沒有人懷疑他的結果，於是費米也開始相信自己是真的發現了 93 號元素。
當時有一位叫伊達．諾達克 (Ida Norddack，1896−1978) 的德國女科學家曾經提出過批評。她在德國《應用化學》雜誌上發表了一封信，對費米提出了批評。在信中她寫道：現在費米還沒有把握說，中子撞擊了鈾以後反應的生成物是什麼，在這種情形下談論什麼「超鈾元素」是不合適的。
諾達克大膽假設，像原子量為 238 的鈾這樣的重原子核，當中子撞擊它時，它有可能分裂成幾大塊碎片，成為幾種比較輕的原子核。
諾達克的批評沒有受到費米和大家的重視，這有三個原因。一是諾達克不是很出名的科學家，刊登她的信的刊物也不是一流刊物。二是她的大膽假設，沒有任何人相信，因為中子的能量很小，「根本不可能」把堅固的原子核撞得分裂開來。舉個例子，一顆手槍子彈最多只能在牆上敲下幾塊碎片；如果說這顆子彈能把這座牆打倒，分裂成兩三大塊，恐怕你也不會相信的。三是哈恩同意了費米的意見，認為費米真的製出了超鈾元素；哈恩是公認的化學權威，這當然使費米相信自己對了。因此，費米拒絕了諾達克的意見。
諾達克與哈恩相識，哈恩也曾經關心過諾達克的研究。因此，在 1936 年一次見面時，諾達克向哈恩建議說：
「哈恩教授，您是否可以在您講課中，或者在著作中，提到我對費米的批評？」
哈恩嚴肅地拒絕了，並且說：
「我不想使您成為人們的笑柄！您認為鈾核會分成幾塊大碎片，依我看，純粹是謬論！」
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(哈恩認為諾達克對於鈾核會分裂成幾塊大碎片的研究是謬論。圖／GIPHY)
(這是GIF，網頁版可以看到動圖)
『但過了兩年之後，哈恩自己卻證明了這個「謬論」是真理；而且在 8 年之後，哈恩還因為這個發現得了諾貝爾化學獎！世界上有一些事情就這麼奇怪！』
正當哈恩否定了諾達克意見之後，法國著名的化學家伊雷娜卻指出，諾達克的意見很可能是對的。伊雷娜在實驗中發現，用中子撞擊鈾以後，在反應產物中找到了比鈾輕得多的產物，其原子量只有鈾的一半。如果伊雷娜的實驗是真的，那鈾原子核就真的被中子撞成兩大塊了！
哈恩實驗室的工作人員都不相信伊雷娜的實驗結果，一些人嘲笑伊雷娜：
「伊雷娜還指望利用從她光榮的母親那兒學到一點化學知識，其實這早已經過時了。」
哈恩訓斥了說諷刺話的人，但他也不同意伊雷娜的意見。因此他以私人名義寫了一封信給伊雷娜，建議她更細緻地重做一次實驗。哈恩認為自己夠客氣的了，否則他會在刊物上提出批評，那伊雷娜就會出大醜了！
但是伊雷娜一點也不領哈恩的情，她在前一篇文章的基礎上，又發表了第二篇文章，進一步肯定了第一篇文章的結果。哈恩生氣了，覺得伊雷娜太不自量，竟然完全不聽一下他的善意勸告，一意孤行。他氣惱地對助手斯特拉斯曼（Fritz Strassman，1902−1980）說：
「我不會再讀這位法國太太的文章！」
哈恩的話說過了頭，因為幾個月以後，他不得不仔細讀這位「法國太太」的文章。
過了幾個月，秋天來了。這時，哈恩的親密夥伴邁特納女士逃出了德國，因為她是一個猶太人。當希特勒開始迫害猶太人時，邁特納因為是奧地利人，所以一時還不會受到迫害。但到 1938 年希特勒吞併了奧地利以後，邁特納馬上陷入了危險之中，她甚至連一份出國簽證都弄不到。幸虧同事想辦法，她才裝扮成外國的旅行者逃到丹麥。
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(邁特納在同事的幫忙下才裝扮成外國的旅行者逃到丹麥。圖／Pexels)
邁特納一走，哈恩失去了一個有力的幫手，心中非常煩惱，脾氣也大了許多。有一天，哈恩正在辦公室抽雪茄，忽然斯特拉斯曼激動地跑進辦公室，對哈恩大聲說：「你一定要讀這篇報告。」
哈恩一時給弄糊塗了：「什麼報告呀？」
斯特拉斯曼把一份刊物遞給哈恩：「伊雷娜教授又發表了第三篇文章，肯定了她前兩篇文章的結果……」
哈恩不耐煩地打斷斯特拉斯曼的話：「我對這位法國太太最近寫的東西，一點兒也不感興趣！」
斯特拉斯曼毫不退讓，說：「我可以肯定，她沒有犯任何錯誤，是我們錯啦！」
「不可能的！」哈恩生氣地大聲說。
「你耐心點，聽我講；如果你聽完了再發脾氣，我就不作聲了，行吧？」
哈恩只好耐著性子聽。聽著聽著，哈恩震驚了。斯特拉斯曼說對了，伊雷娜沒錯，是自己堅持錯誤好幾年！
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(哈恩發現伊倫娜沒錯，是自己堅持錯誤好幾年！圖／GIPHY)
斯特拉斯曼還沒說完，哈恩大叫一聲：「走，快到實驗室去！」
雖然這消息對哈恩猶如晴天霹靂，但哈恩終於不愧是優秀的科學家，他一旦明白自己錯了，就會馬上承認，並盡一切力量弄明白自己為什麼錯了。這就是一個偉大科學家所應該具備的品質。也正是由於他承認了錯誤，才接著取得了偉大的成就。
經過幾天艱苦的實驗，哈恩不得不承認，伊雷娜的實驗報告完全正確，用中子轟擊鈾以後，在反應產物中的確多了一種比鈾輕得多的元素。但到底是什麼元素呢？伊雷娜沒有最終確定，只是說大概是什麼。哈恩決心弄個一清二楚，他是歐洲最有名氣的化學分析能手，這個艱巨的任務，真是非他莫屬了！
哈恩到底是真正的權威，他很快就明確指出，伊雷娜沒弄清楚的神祕產物是鋇 (Ba)。鋇的原子量是 137 多一點，而鈾的原子量是 238 多一點，這就是說鋇的原子量只是鈾的一半左右。鈾原子核真的被中子撞得「分裂」了！這真是讓人們無法想像的事情。哈恩不禁非常慚愧，諾達克幾年前提出過這種設想，而自己一口否定，還嘲笑過她！
哈恩完全相信，在化學分析上他絕對不會錯，可是在物理解釋上，他可是一點把握都沒有。如果邁特納沒有走，那就馬上可以問她，可惜她走了。儘管如此，哈恩知道他們做出了偉大發現，必須一方面寫信徵求邁特納的意見，一方面儘快把自己的發現發表出去。他急忙告訴《自然》雜誌的主編，請他務必留一個空白版面，「我有重要發現要發表」。主編同意，但「12 月 22 日以前必須將稿件寄來」。
12 月 22 日，哈恩終於把文章寫好，寄給了《自然》。寄走之後，哈恩又有點後悔，邁特納還沒回信，還不知道物理上能否說得過去。如果物理上毫無可能實現這種「分裂反應」，那怎麼辦？也許……後來，哈恩曾對人說：當文章送往郵局之後，我又覺得分裂反應完全不可能，以致想把文章從信箱裡取回來。
再說邁特納。她收到哈恩的信以後，開始她也不相信。她還記得前幾年諾達克的假設，當時她也堅決拒絕接受諾達克的假設，並勸人們把這種「荒謬的假設扔到廢紙簍裡去」。現在，哈恩卻不可置疑地證明了諾達克的假設是對的，這怎麼不使她感到震驚和不解呢？但她相信哈恩一定不會錯。
經過緊張的思考和計算，她終於發現，對於很重的原子核（例如鈾），中子是可以把它們撞成兩半，分裂開來。邁特納是怎樣思考和計算的呢？這兒不多講，她只是很快計算得出這一反應完全符合愛因斯坦的質能守恆方程式 E＝mc^2。這就足夠了！
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(邁特納計算得出這一反應完全符合愛因斯坦的質能守恆方程式 E＝mc^2。圖／Pexels)
邁特納很快回信給哈恩，信上寫道：我們已經詳細地讀過你的大作，並認為從能量角度上看，像鈾這樣的重核是有可能分裂的。
偉大的波耳不久也知道了邁特納的證明，他立即用手敲他自己前額，喊叫道：「啊，我們過去都是一群笨蛋！肯定是這樣，真是太妙了！」
不久，哈恩的偉大發現震動了全世界。當時正值希特勒發動第二次世界大戰的時期，科學家馬上意識到，哈恩的發現可以使希特勒生產一種威力極為巨大的爆炸武器──原子彈。如果這個戰爭瘋子有了原子彈，那整個世界就會陷入毀滅性災難！於是一群由德國、奧地利、義大利等歐洲國家逃亡到美國的科學家，積極呼籲：「美國必須搶先研製出原子彈，否則希特勒會讓原子彈在美國爆炸。」
羅斯福總統接受了製造原子彈的建議。經過 3 年多的努力，原子彈終於在美國製造出來。1945 年 8 月 6 日，人類製出的第一顆原子彈，在日本廣島上空爆炸。
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出處：泛科學
網址： https://pansci.asia/archives/319149
https://pansci.asia/archives/319162
在科學家們的反覆假設和質疑中 原子分裂被證實是真的
再後來 出現我們所知道的原子彈
哈恩是偉大的科學家 一直都是
可惜身為猶太人 受希特勒迫害 最後因病而亡
在此推薦去看影集《世紀天才：愛因斯坦》 了解更多的 科學家的模樣
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