伟大的发现" class="reference-link">伟大的发现

钱三强初到巴黎的一两年里，他一边在居里实验室如饥似渴地学习核化学知识和技术，一边还要到法兰西学院去制作云室。两边都表现出他特有的才干。有一件突然发生的事情使他意识到，机遇确实降临到了身上。这不仅是因为遇到了好导师，遇到了难得的好研究集体，而且是遇到了千载难逢的时机。

这是1939年1月的一天，钱三强正在法兰西学院工作。突然听到隔壁的约里奥教授叫他：“钱，快来看，果然是分裂了！”

钱三强赶忙跑过去，只见约里奥用镊子夹着一张刚刚冲洗出来的底片，正对着墙上的灯窗观看。约里奥兴奋地对钱三强说：“你看，这里轨迹向着相反的方向延伸，显然，这就是迈特纳提出的核裂变。”钱三强明白，这可是科学发展中的一件大事，因为人类第一次取得了原子核裂变的直接证据。由于约里奥教授先进的云室技术，在法国得到了第一张原子核裂变照片，这难道不是一件了不起的大事吗？钱三强一下子明白了，原来他正和老师们一起，处于科学发现的最前沿。他应该不仅是学习，不仅是将来回国做贡献，而且现在，就是现在，应该参与人类这一伟大的发现，应该为这一伟大的发现作出自己的贡献。他的两位导师不仅正在为此努力，而且已经作出了突出的贡献。

为了说明约里奥·居里夫妇对发现核裂变所作的贡献，我们有必要简单地对原子核裂变的发现史作出介绍。

原子核裂变也就是重核裂变，它的发现经历过很曲折的过程，其中许多事情与约里奥·居里夫妇有密切关系。首先是1934年人工放射性的发现，这是继中子、正电子和重氢之后最重要的发现之一。

1934年约里奥-居里发现人工放射性的消息传到罗马，罗马大学的一位年轻有为的物理学教授费米，想到用中子作为入射粒子要比α粒子有效得多。他就和他的小组用激光气和铍作为中子源，按着周期表的顺序依次轰击各种元素。1934年3月他们报道在轻元素中获得了人工放射性，其中包括氟和铝。他们继续进行实验，先后用中子辐射了68种元素，其中有47种产生了新的放射性产物。当他们用中子轰击最重的元素铀时，竟出现了非常复杂的情况。由于他们的化学分析力量比较薄弱，一时无法鉴定轰击后的生成物，只能猜测可能得到了比铀重的元素，也就是所谓的超铀元素。铀是第92号元素，费米小组做出来的超铀元素可能就是第93号元素。这一猜测轰动了全球。人们按费米小组的思路做下去，甚至“发现”了第94号、95号和96号元素。

后来证明，当时人们得到的并不是超铀元素，而是很复杂的产物，其中多数是重核分裂后的生成物，是一些中间元素。遗憾的是，物理学家普遍不往原子核分裂的方向想，他们认为：原子核是非常稳定的，怎么可能被小小的中子击破呢？

费米还有一项重大贡献，就是在1934年10月发现了慢中子的作用。这是一个很容易理解，但却是很新奇的现象。中子从原子核释放出来时，一般速度是很快的，由此很难被原子核俘获，只有当中子经过反复碰撞后，速度减慢，被原子核俘获的机会才会增多，因此轰击的效果也就大大增强。

当时许多实验室都在重复罗马大学的实验，其中最有成效的有两家，一家是德国的柏林大学化学研究所，负责人名叫哈恩，是德国著名的核化学家，从事放射性研究多年，发现了钍和锕，他以实验精细严密著称。女物理学家迈特纳和他长期合作，1917年曾经共同发现镁。他们共同研究中子对重核的轰击作用，不但肯定了超铀元素的存在，甚至还建立了相当系统的超铀元素理论。迈特纳是犹太血统的奥地利人，由于种族迫害，在他们的研究到了最关键的是1938年，被迫离开德国。

另外一家就是以约里奥·居里夫妇为主的居里实验室。这几年他们也在做中子轰击原子核的实验，他们同样没有摆脱超铀元素的思想束缚，和别人一样做了许多中子轰击重元素的实验，得到了大体相同的结果。但是由于居里实验室具有强得多的放射源，他们作出了别人没法得到的结果。1938年暑假，在一次报告会上，依莱娜·居里教授向实验室的同事们报告了最近的实验结果。这次暑期报告会钱三强在场。他记得很清楚，居里教授在报告的开头，说了一些令人不解的话，她说道：“今天我讲的东西，开始你们都能懂得，但后来可能大家都不懂，报告结束时，你们大概会和我一样糊涂，照道理讲应该是什么元素，可实际上就不是。”原来，她和她的合作者沙维奇在实验中测出有一中间元素一镧的成分。但这是和超铀元素的理论相抗庭的。

本来依莱娜·居里再向前走一步就有可能作出原子核裂变的结论。遗憾的是，她没有完全摆脱超铀元素的枷锁，在已经露出裂缝的事实面前犹豫了起来，没有再往前走了。

不久，居里实验室报道镧出现的文章传到哈恩那里，他认为没有可能，一定是小居里和沙维奇搞错了，就和助手特拉斯曼立即重复居里的实验。

他们用慢中子轰击铀。经过一系列精细的实验在铀的生成物中不但找到镧，还找到了钡，钡的原子序数是56，而镧的原子序数是57。也就是说，他们从化学分析得到的结果，无可辩驳地肯定了中间化学元素（镧和钡）的出现。

哈恩对这件事情实在无法理解，他也如实地报道了实验结果。1939年1月德国的《自然科学》杂志发表了哈恩和斯特拉斯曼的论文，在结尾中，他们写道：“作为化学家，我们真正应将符号Ba，La，Ce引进衰变中来代替Ra，Ac，Th，但作为工作与物理领域密切相关的‘核化学家’，我们又不能让自己采取如此剧烈的步骤来与核物理学迄今所有的经验相抗衡。也许一系列巧合给了我们假象。”

上述这篇论文还未发表，哈恩就写信告诉了正在斯德哥尔摩诺贝尔研究所工作的迈特纳。她有一个侄子，叫弗利胥，也是物理学家，1934年流亡到国外，在玻尔的理论物理研究所工作。他们利用圣诞节假期到瑞典南部会面，自然就要对哈恩的结果讨论一番。弗利胥起初对哈恩的结果表示怀疑，但迈特纳坚信哈恩工作严谨，不可能有错。

在争论中，弗利胥想起了玻尔不久前提出的“液滴核模型”。这个模型是说，在某些情况下，可以把核想象成液滴，核子（质子和中子）就像真正的水分子。相互作用造成的“表面张力”使核平常保持球形，但在外来能量的作用下，“液滴”也可能由于振动而拉长。他们想，如果这时被中子击中，也许会以巨大的能量分裂。

几天后，弗利胥回到哥本哈根，正值玻尔准备离开去美国。弗利胥告诉他哈恩的化学结论和自己跟迈特纳的看法。玻尔听了十分高兴，惊呼：“正应该如此！”

重核裂变的现象终于真相大白，弗利胥和迈特纳随即联名写文论证重核裂变的产生，“裂变”一词就是他们提出的。

玻尔将重核裂变的新进展向华盛顿第五届理论物理讨论会作了汇报。正好费米也参加了这个会议。与会者对这个问题极感兴趣。就在会议期间，华盛顿卡尔内奇学院、约翰·霍普金斯大学、哥伦比亚大学都分别证实了这一现象。

重核裂变的消息不胫而走，马上传到巴黎，正在从事核物理的约里奥教授立即投入这项研究。他做了两件重要工作，一件是从理论上探讨链式反应的可能性，文章发表后成了反应堆机理的根据之一；另一件就是用云室直接验证化学分析的结论。化学分析虽然很精确，但只能鉴定轰击后生成物的成分，并不知道原子核是怎样分裂的。云室就可以显示分裂的碎片分离的径迹，而约里奥教授正是在这个时候做好了这方面的准备，所以第一个获得了用云室观察原子核分裂的照片。

正好这时钱三强为居里实验室制作的可变压力云室已经安装和调试完毕。这台云室可以在不同的气压下工作，从纯饱和水蒸气的低压到几个大气压，云室直径和外加磁场都比别人的大，由此可以从径迹曲率确定β射线的能量。在低气压下拍得的粒子径迹，长度往往比正常压强下的更长10几倍。

正是由于有了这方面的准备，钱三强在发现重核裂变的关键时刻，以一个研究生的身份亲身参与了这一重大事件。

这是1939年初的一天，钱三强正在调试新安装的云室，依莱娜·居里教授兴冲冲地来到他的房间，问钱三强：“钱先生，你愿不愿意跟我合作做一个课题？从最近的资料看来，原子核裂变是确定存在的，但是，目前的各种实验结果都还不够完善，我们如果以另一种方式进行实验，有可能为裂变的存在提供更多的证据。”

“我也有这样的想法，不过，我缺乏经验，还要靠您多指导”，钱三强答道。

依莱娜·居里教授笑着说道：“没问题，你的工作蛮好。用你的云室做实验，放射源由我来做，测量和统计由你做。如果得到了肯定的结果，我们就尽快地发表，也算是我们对这一新发现投的一票。”

依莱娜·居里教授用化学方法提炼了两种从铀和钍被中子轰击后半衰期为3.5小时的成分，根据裂变理论，这两种成分都应该属于稀土元素镧。她让钱三强先后把这两种成分放在云室中观测其β射线的能谱，从能谱曲线看两者是否等同。如果是，就证明了铀的裂变和钍的裂变，可以得到同一裂变产物，更加证明裂变概念的正确性。

钱三强动手在云室里安装配件，依莱娜·居里设计了实验方案，她让钱三强负责云室的操纵和测量，自己亲自配制放射源。钱三强每天工作到深夜，大约做了三个星期，获取了大量数据。最后把统计数据画成曲线，交给依莱娜·居里教授，由她执笔写成论文，两人共同署名，题名“铀和钍产生的稀土放射性同位素辐射的比较”，发表在法文的《物理学杂志》上，这是一篇很有影响的论文，受到科学界的普遍关注。

在论文的最后写道：“人们看到，在实验误差范围内，铀与钍受中子轰击后提炼出来的半衰期为3.5小时的放射性同位素的β射线谱是等同的，很可能它涉及在两种情况下得到的同一种放射性同位素。”钱三强对小居里夫人的科学精神深为佩服。他本来以为完全可以用确定的口吻说明实验结果。而小居里夫人却写上“在实验误差范围内”，“很可能”等字样，说明小居里夫人对待实验采取的是何等严肃的科学态度。

钱三强很幸运，刚到法国两年就参加了这样重大的研究工作。在这项研究中初步懂得了怎样进行科学研究。理解了导师和实验室传统与科学环境的重要性。特别是懂得了“机遇垂青有准备者”这个至理名言。他抓住了最初的机遇，克服了初出国门的各种困难，赢得了导师的信任。

半个世纪之后，为了纪念重核裂变发现五十周年，笔者请钱三强先生对历史作些回顾，并且指导我们的工作。钱三强先生在身体欠佳的情况下欣然同意。他给我们讲了许多当年的见闻和自己的亲身经历，同时也对历史发表了许多看法，我们请他写成纪念文章，在专门召开的全国性会议上宣读。由于医生不允许钱三强先生离开北京，他未能出席大会，纪念报告是请人代读的。会议结束后，笔者拟编译一本纪念重核裂变五十周年的小册子，请钱三强先生指导。钱三强先生建议我们，在历史文献中，应该包括1938年依莱娜·居里教授的论文，他对我们讲，依莱娜·居里教授虽然没有作出最后的发现，但是她的工作却是科学界发现重核的裂变的重要组成部分，是走向真正发现的一个必要的台阶。不能说依莱娜·居里教授的工作是一个失误，也不能说依莱娜·居里教授坐失良机。应该说，依莱娜·居里教授在发现重核裂变的事情上是有重要贡献的。国际科学界对她的评价有失公允。一个月之后钱三强先生亲自把依莱娜·居里教授1938年的论文从法文翻译成中文，交给我们编入纪念册中。他是在身体非常虚弱的情况下进行这项工作的。译文书写得非常工整，插图用胶纸端正地贴在文稿中。为了慎重，钱三强先生还专门请了杨承宗教授审阅译稿。杨承宗教授是我国著名的放射化学家，也是依莱娜·居里教授的学生。钱三强先生把译文交给笔者时满怀激情地说：“这就算我对老师的一点纪念吧！”

钱三强先生在那篇纪念报告内加上的结束语。结束语是这样写的：

从上面叙述的裂变现象前后一些过程，我们可以得到下面的启示：

（1）任何一个重要的发现都是各国科学工作者国际合作与竞争的结果。这里既包括了取得正面阶段的成果，也包括了错误的概念和不成功的实验；若没有后者，正面的成果是得不到的。

（2）一个科学的发现是时代的必然产物，但具体在哪个国家，由哪些人作出这些成果，则要依据具体主观条件（包括实验室的传统等）而定。

费米看到了中子与人工放射性的发现，系统地作中子打击原子核的实验，为意大利建立了研究核科学的实验基地。哈恩和依莱娜·居里等都是当时欧洲有名实验室中成熟的放射化学家。哈恩过去曾发现‘钍’，对钡与镭的化学性能非常熟悉；依莱娜·居里则正对锕系元素进行研究，对比复杂的稀土元素的性能比较熟悉，再加上居里实验室掌握了当时世界上最强的镭源。因而他们能明确“镧”和“钡”，确定了裂变的实验基础。迈特钠是有经验的实验物理学家，长期与哈恩合作，当他知道哈恩等的结果时很快就与弗里胥运用玻尔的核液滴模型的概念提出“裂变”的解释。

（3）必然性是通过各种事物发展的偶然性中产生的，在偶然性中体现出了必然性。但是所有各种科学发现的事例中都具有一个不例外的共同点，那就是“勤奋”和“创新精神”。马克思说得好，“在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人，才有希望达到光辉的顶点。”

在现在大好的改革形势下，希望我国的有志青年在向科学进军中，攀登高峰，为祖国四个现代化作出贡献！