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歷史上的今天》11月7日──沒有她就沒有核能與核彈!被世人遺忘的物理學女傑邁特納生日快樂!

奧地利物理學家莉澤.邁特納7日度過140歲冥誕,她是核物理領域開拓者,最重要的科學成就與「核分裂」息息相關,不僅與研究夥伴共同發現核分裂,更是首位成功以理論解釋核分裂現象的科學家。核分裂後來被應用在核子武器與核能發電等,雖然這些發展並非邁特納所能控制,但我們仍然不難想像,若是沒有邁特納的貢獻,今天我們所處的世界勢必相當不同。儘管邁特納成就斐然,但她的性別與猶太人的身分卻導致她卻從未獲得與其貢獻相匹配的歷史地位。

遠赴柏林求學 成德國史上女性研究者先驅

1878年11月7日,莉澤.邁特納(Lise Meitner)誕生在奧地利首都維也納一個風氣自由的猶太家庭。邁特納在家鄉接受基礎教育,23歲時進入維也納大學,在當時已聲名卓著的物理學家波茲曼(Ludwig Boltzmann)帶領下學習物理與數學。5年後,邁特納順利獲得博士學位,不過,因為維也納學術圈中「極少看見女性身影」,邁特納決心離開待了近30年的家鄉,遠赴德國柏林,邁向下一段學術之旅,繼續探索「核物理」這個嶄新領域。

只不過,在1907年的柏林大學殿堂中,男女還不能平起平坐。由於女性必須獲得特殊准許才能參與少數研究,邁特納向量子力學創始人馬克斯.普朗克(Max Planck)尋求幫助,請他允許她聽他的講課,當時邁特納並不知道普朗克對女性科學家的能力確實有些質疑,幸好這位大名鼎鼎的物理學家仍然認可邁特納的能力,並同意她的請求。不過,邁特納千里迢迢來到柏林,可不僅僅為了坐在講台下聽課,她還想做實驗,發展自己的研究。不久後,邁特納結識化學家奧圖.哈恩(Otto Hahn),哈恩欣賞邁特納在物理學與數學方面的見解,頗希望能與她在研究上攜手合作,於是這段為後人帶來諸多貢獻的實驗室友誼就此展開。

邁特爾因其傑出的能力逐漸展露頭角。1912年,普朗克指名邁特納擔任研究助理,這是德國史上第一次有女性在大學擔任這樣的職位。到了第一次世界大戰開打之際,邁特納也在威廉皇帝化學院(Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie,現為「馬克斯.普朗克化學研究所」)分到了專屬實驗室。1922年,邁特納更躋身德國當時相當罕見的女性教授行列,並在3年後獲得德國大學體制中地位崇高的特許任教資格(Venia Legendi),是德國史上第2位獲此殊榮的女性物理教授。

傑出成就擋不了戰火波及 因猶太身份被迫逃亡瑞典

邁特納與哈恩的緊密合作帶給世人許多重要的發現,而納粹掌權時,邁特納的學術生涯也正攀上高峰,但這些傑出成就並不能使她倖免於難。雖然邁特納早在30年前就受洗為新教徒,也從不覺得自己是猶太人,但納粹並不這麼認為。事實上,納粹早期的一大目標就是大學內的猶太裔職員,因此邁特納從1933年開始就無法在柏林大學任教。儘管如此,她仍然想繼續待在德國從事研究,並在同事與朋友的支持及奧地利國籍的保護下,邁特納在威廉皇帝化學院的工作勉強地持續了幾年。然而,隨著奧地利在1938年成為納粹德國的一部分,邁特納終於不得不選擇逃亡到國外。

不過,這時邁特納已無法用護照「合法」出境。她帶著10馬克和幾件單薄的衣物,心懷恐懼、戰戰兢兢地展開這場非法逃亡,經過荷蘭與丹麥,最後落腳於寒冷的瑞典,在諾貝爾物理研究院(Nobel-Institute for Physics)工作。這個時期顯然是邁特納的人生低谷:她被迫離開熟悉的家人、朋友、同事、進行到一半的研究工作,不得不逃到異鄉;此外,邁特納也不太受到新同事的歡迎,她的新上司物理學家希格巴恩(Karl Manne Georg Siegbahn)對於女科學家仍然抱有偏見。

同一時間在柏林的實驗室,哈恩與後來加入的科學家史特拉斯曼(Fritz Straßmann)仍繼續著「以中子撞擊鈾元素」的實驗,而4年前獨具慧眼、將該研究帶到柏林的邁特納,如今卻只能透過通信參與這項研究,不過,根據史特拉斯曼的說法,邁特納仍然是「本小組的精神領袖」。1938年11月,哈恩與邁特納在丹麥首都哥本哈根(Copenhagen)秘密碰面,討論下一輪研究的設計。雖然邁特納缺席,但新一輪實驗相當成功,哈恩確實觀測到了核分裂,但他無法解釋這個現象,並在該年耶誕前夕寫信告訴邁特納:「儘管這在物理上解釋不通,但我們無法把這項結果藏起來不發表,若是妳能找出原因,那真是做了件大好事!」

莉澤‧邁特納(Lise Meitner)與研究夥伴奧圖‧哈恩(Otto Hahn)。(取自Wikimedia Commons [Public domain])
莉澤.邁特納(Lise Meitner)與研究夥伴奧圖.哈恩(Otto Hahn)。(取自Wikipedia/Public domain)

相較於實驗成功的哈恩,孤獨返回瑞典斯德哥爾摩的邁特納則過了有生以來最落魄的耶誕節假期。她不僅開始質疑自己過去的思考方式是否正確,姪子費雪(Otto Robert Frisch)的來訪更帶來了壞消息:邁特納的父親在幾周前被逮捕,且被送進惡名昭彰的達豪集中營(KZ Dachau)。不過,對邁特納而言,同為物理學家的費雪仍是相當好的陪伴,他們討論了柏林的研究結果,思考該如何以理論來解釋哈恩所觀測的結果。在北歐的白雪靄靄之間,她的靈光突然乍見——原子核確實會分裂,並在此過程中釋放巨大能量!

首先提出「核分裂」理 終身擁護和平

1939年1月6日,哈恩與史特拉斯曼將他們觀測到的數據發表在期刊《自然科學》(Naturwissenschaften,現在的「The Science of Nature」),1月16日,邁特納和費雪向《自然》(Nature)提出理論模型,並在這篇文章首先提出了「核分裂」(Nuclear Fission)這個概念,成功以理論解釋哈恩所觀測到的現象。

這個劃時代的發現及理論立刻吸引全球科學家的注意,越來越多關於核分裂的研究紛紛出爐,當然,其中有些是關於核分裂可能的軍事用途,例如邁特納的研究成果促使愛因斯坦(Albert Einstein)致信美國總統羅斯福表示應立即著手相關研究,間接導致開發出第一顆原子彈的「曼哈頓計劃」(Manhattan Project)

1944年,哈恩因為「發現核分裂」獲頒諾貝爾化學獎,邁特納的貢獻卻遭到忽略,其中一個原因是哈恩有意避提邁特納逃亡後仍與實驗室保持聯繫。不過,儘管她在哈恩觀測到核分裂的當下因納粹迫害而缺席,但是這項研究計畫一開始確實由她展開與主導,並在最後為核分裂理論提供解釋。邁特納傳記作者赫納(David Rennert)與特拉克勒(Tanja Traxler)指出,邁特納一生曾被提名諾貝爾獎高達48次,但是從未獲獎。

莉澤‧邁特納(Lise Meitner)傳記封面。(取自Amazon)
莉澤.邁特納(Lise Meitner)傳記封面。(取自www.amazon)

邁特納的研究成果後來被用於生產核武,並導致20世紀的諸多悲劇,但這卻是她始料未及之事,也絕非她所樂見,邁特納和姪子費雪一生從未投入任何核武的研發工作,也反對這樣的核能技術運用方式。邁特納曾稱自己是「毫無一絲邪念的物理學家」,從她後來的作為看來確實如此。

1968年10月27日,邁特納在英國劍橋(Cambridge)逝世。邁特納是許多物理學家心目中20世紀最傑出的女科學家,她在家鄉維也納最後一次演講時說道:「我總是做出這樣的結論:人的一生並不是非得要過得輕鬆,只要過得不空洞就好,而我這個願望已經達成了。」

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