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從未失去仁慈之心的物理學家——莉澤.麥特納

  • 作者/菲力普‧鮑爾(Philip Ball),科學作家、英國BBC 廣播電台《科學故事》(Science Stories)節目主持人,著有《為第三帝國服務》(Serving the Reich);這本書對於納粹統治下的德國物理學界有更進一步的描述。
  • 譯者/畢馨云,清華大學數學系畢業,現專事翻譯。

這名鮮為人知的奧地利物理學家,是開啟原子核時代的幕後功臣。不過在二戰時期,她的猶太身分卻招致同儕冷嘲,被學界禁聲,最後展開逃亡⋯⋯

1938 年 7 月某天,一輛車停在柏林火車站前,一名女子下了車。她向納粹武警展示旅行證件。女子身形嬌小,看上去很緊張。她在火車上和一位男士打招呼,兩人一路同行前往荷蘭格羅寧根(Groningen)。他們是情侶嗎?

不,這不是幽會,而是一項救援任務。這名女子是奧地利人,名叫莉澤.麥特納(Lise Meitner),是在德國工作的傑出原子科學家。身為猶太後裔的她,趕在最後一刻逃離希特勒政權。納粹領導階層當時已經下令,禁止所有科學家離開德國,並且不發給麥特納自由旅行文件。納粹巡邏隊在開往荷蘭的火車上,逐一查驗文件。

那名男子是荷蘭化學家德克.科斯特(Dirk Coster),他已經設法向荷蘭官方取得麥特納的入境許可。而她身上唯一的身分證件,是過期的奧地利護照。麥特納事後回憶:

「我非常恐懼,心跳都快停了。我知道納粹剛宣布對猶太人的不平等對待,搜索行動也開始了。我坐著等了10分鐘,感覺好像幾個小時。後來,其中一名納粹軍官把護照還給我,什麼也沒說。」

幾分鐘後,她平安跨越荷蘭邊界。兩人一抵達格羅寧根,科斯特就發了加密電報給麥特納在柏林的科學夥伴奧托.漢恩(Otto Hahn),表示「小寶寶」已經抵達。

希特勒在 1933 年上台時,他的反猶太政策讓德國失去許多優秀研究人員。最著名的是愛因斯坦,選舉結果出爐時他正好訪問美國,就一去不返德了。不過,對德國來說,麥特納的重要性無人能比。

麥特納有驚無險地逃出納粹德國後, 到瑞典住了幾個月。她聽聞漢恩在鈾放射性衰變研究的最新結果,明白了漢恩未意識到的事:鈾發生了核分裂,裂成兩半, 同時釋出一部分巨大的核能。

七年後,1945 年 8 月 6 日投擲在日本廣島、代號「小男孩」的原子彈內部誘發了同樣的鈾核分裂過程。後來的事大家都知道,只不過核武衝突如今仍然威脅著全世界。而啟動原子核時代的,正是麥特納的洞見。

小男孩在廣島上空引爆,產生巨大的蕈狀雲。圖/Enola Gay Tail Gunner S/Sgt. George R. (Bob) Caron @ wikipedia

發光發熱的生涯

麥特納在 1901 年決定到維也納大學攻讀物理,開啟她的生涯。拿到博士學位之後,1907 年赴柏林進修,但當時普魯士王國(以柏林為首府)的大學仍未招收女性。隔年政策改了,不過態度沒變。漢恩與麥特納在那年秋天初識,就決定一起工作,但漢恩就讀的化學研究所不允許女性進入,據說是因為所長堅信女性會讓自己的頭髮燒起來。在妥協之下,他們給麥特納一間地下室的房間,且不准她上樓,就連要跟漢恩交談也不例外。

1912 年,漢恩與麥特納轉往威廉大帝化學研究所(KWIC)研究放射性。對 20 世紀初的科學家來說,放射性是令人振奮的領域,因為它提供原子組成的線索。研究人員確定原子具有內部結構,包含一個帶正電的、由質子與中子構成的超緻密原子核,周圍環繞著稱為電子的帶負電粒子。

科學家還發現,核衰變以及由次原子粒子與原子碰撞所誘發的核反應,會把一種化學元素轉變成另一種;也發現一大堆新元素,其一是麥特納和漢恩在 1917 年發現的「鏷」。

麥特納與漢恩在實驗室一同工作的紀錄。圖/wikimedia

在納粹統治下

在 KWIC 工作期間,麥特納的決心和敏銳度很快就為她贏得敬重。到了 1930 年代,她已是德國公認頂尖的原子科學家。但接下來,一切都變了。

1933 年 1 月希特勒被任命為總理,隨即把德國從民主國家變成獨裁國家。4 月,猶太人凡是職位具權力及影響力(包括學術工作)均被革職。然而,麥特納不知何故居然還保有學術職位達五年之久。她遭柏林大學解聘、被禁止在科學會議上發言,幾乎從德國核物理學界的正式陳述中抹去,以至於她與漢恩的共同發現都只列名漢恩。

不過,她還是能繼續在 KWIC 做研究。在年輕德國化學家費里茨.史特拉斯曼(Fritz Strassmann)的協助下,漢恩與麥特納開始蒐集證據,想證明鈾能生成新的放射性物質,也許包括一些未知的元素。

希特勒參加 1933 年紐倫堡黨代會。1923 年到1938 年,納粹黨每年都會舉行宣傳活動。

但是,德國和奧地利在 1938 年 3 月合併時,奧籍猶太人在柏林不只是異類,還很危險。維也納的猶太人被趕出家園,遭到毒打,甚至被殺害。柏林的納粹支持者說話也沒在顧忌,比如她的同事、納粹狂熱分子的庫特.黑斯(Kurt Hess)就說麥特納是「危及這間研究所的猶太人」。麥特納 20 年來最親近的同事漢恩也屈服了,說她得離開研究所。

「實質來說,他把我開除了。」麥特納在日記裡悻然寫道。

離開的時候到了,而且要快。格羅寧根大學的科斯特一直在替逃離德國的科學家安排緊急協助,他在 1938 年 7 月 11 日收到麥特納獲准入境荷蘭的官方確認,兩天後就陪著她從柏林逃亡。

不少猶太難民都在這樣的社會浪潮中走向逃亡的命運。圖/AP/World Wide Photos @ wikimedia

分裂開來

麥特納逃離德國之後,漢恩和史特拉斯曼仍繼續進行鈾實驗,但少了她的專業知識,就難以解釋眼前所見。兩人發現,鈾受到中子撞擊後,會轉變成化學性質似乎與鋇類似的放射性物質;鋇是比鈾還輕的元素。

他們寫信給人在斯德哥爾摩的麥特納,她回信說這難以置信。當時大家認為,放射性衰變一次只會改變一點點,也就是把一種元素轉變成另一種質量近似的元素。然而,鋇的質量只有鈾的一半。

麥特納在瑞典某個寧靜村莊度過該年聖誕節,她與來訪的外甥奧托.弗里希(Otto Frisch)討論那些奇妙的結果;身為物理學家的他也被迫流亡,到哥本哈根工作。兩人的結論不同於主流看法。他們認定,鈾核大體上分裂成兩半,過程中可能釋出大量核能。弗里希在替這個過程命名時,想到細胞分裂,便借用生物學術語: 鈾在進行核分裂

核分裂的原理。圖/BBC知識提供

1939 年 4 月底,德國物理學家把核分裂可能製造出能量與炸彈一事告訴納粹政府,納粹當局聲明這類研究應該保密,但消息已經走漏。8 月,愛因斯坦等科學家寫信給羅斯福總統,警告有可能製造出原子彈。

稍後,德國物理學家維納.海森堡(Werner Heisenberg)把在鈾燃料核反應爐(甚至是原子彈)裡,藉由控制分裂,來釋放能量的可能性,寫成報告上呈納粹官員。海森堡被指派負責研究如何利用核能,但由於缺乏資金,加上盟軍不時空襲,因此不論是核反應爐或原子彈,德國科學家在戰爭結束前都沒太多進展。當1945 年 8 月原子彈在廣島爆炸時,他們跟世人一樣震驚。

美國一座核電廠裡的核反應爐心。

然而,破壞力並不是核分裂的唯一特徵。戰時,由義大利物理學家恩里科.費米(Enrico Fermi)在芝加哥帶領的科學家,研究出要怎麼控制核分裂而不至於失控:讓鈾逐步釋放能量,產生可用來燒水及驅動渦輪發電機的熱能。費米的成果得自麥特納的洞見,促成核能發電的到來。

現今大部分核電廠依然靠鈾核分裂來產生電能,未來希望核融合可以取而代之;核融合是讓太陽持續燃燒的過程,非常輕的原子核在融合時,會釋放出能量。

核分裂的問題眾所周知,尤其是有害的核廢料。但在燃燒含碳化石燃料(如石油、煤炭)部分導致全球暖化的情況下,今天一些環保人士認為,核能是我們一手造成的地球氣候問題的部分解方。

核能不全然是壞事,兩艘具指標性的航海家號太空船,就是使用核動力電池。

德國科學界的良知

麥特納拒絕參與同盟國發展原子彈的「曼哈頓計畫」,她說,

「我不會和原子彈有任何瓜葛!」

戰後,美國歌頌她為「原子彈的猶太母親」、不讓希特勒知道原子彈祕密的人,讓她感到鬱悶。不過,她在戰後初期費勁說服過去的德國同事,承認並接受他們在第三帝國施暴時期保持沉默的責任,儘管許多科學家很避諱談此。

進入德國的盟軍向世人揭露暴行,麥特納也看到自己千鈞一髮逃過的劫難。軍隊抵達達考(Dachau)和布亨瓦(Buchenwald)集中營時,她一邊聽著收音機報導,一邊流淚。漢恩在 1945 年 6 月被拘禁在英國劍橋郡,她在給他的信裡寫著,

「有人應該要強迫海森堡等成千上萬人,去看看集中營和受難者。」

奧斯維辛集中營中的匈牙利猶太人,1944年5月。圖/wikipedia

漢恩在很多年後,才承認自己應該受到譴責。1958 年,他趁著麥特納 80 歲生日寫信給她,「當時我們都知道不公不義的事正在發生,但我們不想正視,我們欺騙了自己⋯⋯到了 1933 年,我追隨那面本該立即被推翻的旗幟,但我沒有這麼做,現在我必須對此負責。」

他感謝麥特納「設法讓我們明白,並以非常圓融的手腕引導我們」承認,昔日德國物理學家是如何在恐怖政權的統治下工作,而且從許多方面來說,是替這樣的政權工作。麥特納在 1968 年逝世於英格蘭南部的漢普郡。在曾替納粹德國工作的科學家所收到的眾多贈語中,很少像麥特納墓碑上的刻文那般具說服力,稱她是「一位從未失去仁慈之心的物理學家」


同場加映:希特勒統治下的物理學

麥特納的許多同事都留在德國,他們對於第三帝國的看法有著天壤之別,有人是堅定的和平主義者,有人是公開的納粹分子。

費里茨‧史特拉斯曼(1902-1980)

他是看似很英勇反納粹的少數德國物理學家之一,跟漢恩及麥特納在 KWIC 共事。史特拉斯曼厭惡納粹,拒絕加入任何納粹組織,而被列入黑名單,把自己搞得貧困又營養不良。1935 年漢恩及麥特納替他找到半薪的助理職,認為自己很幸運。戰爭期間,他和妻子讓一位猶太朋友藏匿在自家公寓。

馬克斯‧馮‧勞厄(1879-1960)

勞厄(Max von Laue)的科學聲譽,主要來自於他發現晶體中的 X 光繞射現象:這是 X 射線晶體學的基礎。他是少數在納粹德國工作卻受同盟國尊敬的科學家。據說勞厄走在柏林街上,兩臂會各夾一個包包,免去行納粹舉手禮的義務。

維納‧海森堡(1901-1976)

海森堡可說是他那一代最出色的理論物理學家。他在 1920 年代協助創立量子力學理論,以此獲得諾貝爾獎。不過,他也是德國科學界的爭議性人物。他渴望得到贊許,而討好納粹當局,即使他根本不支持該政權。有人說海森堡曾經故意計算錯誤,暗中破壞德國製造原子彈的企圖,但沒有證據證實。

馬克斯‧普朗克(1858-1947)

希特勒掌權之前,普朗克(Max Planck)是德國科學界元老,他在 1900 年實質開啟量子物理領域。生性保守的他,雖然鄙視納粹政權,卻未能好好理解它的威脅。戰爭讓他悲痛欲絕,一次世界大戰時失去長子卡爾(Karl),次子艾爾文(Erwin)也因牽涉一場暗殺希特勒的密謀,而遭納粹處決。他的傳記作者說,他是善意但悲慘的人物。

約翰尼斯‧斯塔克(1874-1957)

不折不扣是納粹分子的德國物理學家並不多,斯塔克(Johannes Stark)正是其一。 1919 年,他以原子物理的實驗工作獲得諾貝爾獎,卻把愛因斯坦的突破斥為「猶太物理學」。希特勒掌權之後,斯塔克企圖把持德國物理學界,但他非常不擅長政治,只會離間納粹領導階層。戰後,紐倫堡大審將他從輕發落,從被判監禁六年,減刑為罰金 1,000 馬克。


同場加映:核分裂大事記

  • 1896 法國科學家亨利‧貝克勒(Henri Becquerel)在探究X 射線時,注意到鈾礦會放出輻射,讓感光底片出現黑影。
    1898-1902 人在巴黎的居禮夫婦斷定,這些不尋常的輻射是一種新的能量「射線」,稱這個效應為「放射性」。
  • 1904 在加拿大工作的厄尼斯特‧拉塞福(Ernest Rutherford)表明,有些放射性「射線」其實是粒子;後來證實是衰變原子核的碎片。
  • 1933 匈牙利科學家李奧‧西拉德(Leo Szilard)領悟到,如果正在放射性衰變的原子放出的輻射,能夠觸發其他原子衰變,就可能引發連鎖反應。
  • 1938 漢恩與史特拉斯曼觀察到鈾的分裂,卻無法予以解釋。麥特納和弗里希推斷,鈾原子分裂成兩半,釋放出大量能量。
  • 1939 法國的弗列德里克‧ 約里歐居禮(Frédéric Joliot-Curie)證實,鈾核分裂會產生中子,為連鎖反應創造出有利的條件,使得能量持續釋放,或爆炸。
  • 1942 費米做出第一個「核堆」,也就是利用鈾核分裂來產生熱能的反應器。
  • 1942-1945 美國羅斯福總統授權、落腳新墨西哥州洛斯阿拉摩斯的曼哈頓計畫,致力發展原子彈。
  • 1945/8/6 利用失控的鈾核分裂的原子彈「小男孩」,摧毀了日本廣島。三天後,第二枚原子彈投在長崎,隨後日本在8月15日投降。
  • 2017 北韓進行一連串飛彈試射與核試爆,核武問題再次浮上檯面。

 

 

本文轉載自《BBC 知識》國際中文版 2018 年 3 月號 79 期,原文標題為《逃離納粹的核物理先驅-莉澤.麥特納》。

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