错过中子发现机会的小居里夫妇并没有气馁，他们很快又有了重大的发现。1938 年，在一次偶然的物理实验中（如图9.11 所示），小居里夫妇用中子轰击原子序数为92 的铀，发现产物十分复杂，尤其是含有大量原子序数仅为57 的镧，这真是太令人惊奇了。因为在这之前，虽然人们也曾观测到由于元素放射性而引起的原子序数变化，但大多数实验元素的原子序数都只能改变1～2；也就是说：新生成的元素与旧元素相比，在元素周期表中的位置只改变了一格或者两格，且原理简单。但这次太令人费解了，新元素镧与旧元素铀相比，原子序数居然改变了35，在元素周期表中的位置移动极大，这显然与元素的放射性无关，那么产生这个现象的原因究竟是什么呢？是不是实验结果有错呢？
图9.11 小居里夫妇用中子轰击铀，得到了产物镧
对于这个发现，小居里夫妇当时并没有找到答案，于是他们只是通过论文报道了自己的实验结果。和“中子的发现”类似，这篇论文引起了德国科学家哈恩和斯特拉斯曼的关注，他们重复了小居里夫妇的实验，确认了中子轰击铀后的产物是钡（Ba）、氪（Kr）、中子和一些γ射线。虽然获得了产物的更详细组分，但他们仍然不能解释这一现象，于是哈恩把自己的实验结果告诉了以前的同事、被希特勒赶出国门的犹太女物理学家梅特纳。梅特纳以女性特有的细心，敏锐地发现：钡（57）和氪（36）的原子序数加起来刚好接近铀（92）。由此，梅特纳推测这个现象可能源自原子核的分裂现象——也就是“核裂变”。但是，为什么铀核会在中子轰击下裂变呢？经过反复的思考，梅特纳把原子核近似看成一个液滴，当一个外来的中子进入原子核后，球状的“液滴”因为膨胀而变得不稳定，并随后断裂成大小相近且更加稳定的两个新“液滴”，完成原子核的裂变，这就是著名的“液滴裂变”理论。虽然梅特纳为“核裂变”的发现做出了最重要的贡献，但她却由于犹太人血统而被德国法西斯政府排斥，也未能获得诺贝尔奖，反而是哈恩在1944 年独自获得了诺贝尔化学奖。不过科学家给予了梅特纳很多荣誉，尤其是在1982 年，序号为109号的元素就被命名为Meitnerium（暂无官方中文名），以纪念梅特纳的科学贡献。值得注意的是：如图9.12 所示，裂变后产物原子的质量总是小于反应原子，也就是发生了质量亏损；而根据爱因斯坦的质能方程E = mc2 可知，核裂变过程一定会伴随能量的释放。但是，一颗铀核裂变所放出的能量微乎其微，只有大量的铀核同时裂变，才有可能释放出足够的能量，形成能被人类利用的能源。
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图9.12 核裂变释放的能量源自质能方程中的质量亏损
人生就像一部悲喜交错的戏剧，小居里夫妇错失了“中子的发现”，抓住了“人工放射性”，现在又错过了“核裂变的发现”，不过机会很快又来了。1939 年，约里奥·居里在实验中发现：铀核在吸收一个中子发生裂变的同时，还会同时释放能量并产生2～3 个新的中子，这些新产生的中子进入其他铀核，会引起新的裂变并释放更多的能量和中子。当超过某一临界点时，核裂变的“雪崩”效应形成了，也就是核裂变的“链式反应”，其所能释放出的巨大核能源由此展现在约里奥·居里的面前。发现当晚，约里奥·居里和助手来到一家咖啡厅，他们心情非常激动，但又十分犹豫是否要把这一重大发现公之于众，因为他们已经预见到这个发现可能用于制造一种“恐怖的武器”。但在最后，考虑到核能同样能够解决世界性的能源危机，约里奥·居里还是决定公布这一重大发现。
显然，“链式反应”从理论上预言了恐怖的核武器！然而在当时，法西斯的气焰越来越嚣张，当德军向波兰和法国发起闪电战的时候，约里奥·居里带头向法国军备部建议制造原子弹。可是，狡猾的纳粹德军绕过了马其诺防线，法国没有能够坚持到原子弹研制成功就投降了。约里奥·居里只好赶紧转移到英国，但由于相关研究条件和资料的缺失，约里奥·居里只能在实验室为游击队制造炸药。相反，德国有关“原子弹研制”的工作则在海森堡和哈恩的领导下开展得如火如荼。不过，由于希特勒的反犹太人政策，德国许多优秀的物理学家被迫流亡海外，而大多数人最终都逃亡到了美国，这其中就包括著名的波尔、费米以及伟大的爱因斯坦。为了抢在法西斯德国之前研制出这种威力巨大的武器，在爱因斯坦等人的积极推动下，美国成立了以著名物理学家“黑洞之父”奥本海默为首的核武器项目，代号为“曼哈顿工程”。美国科学家团队以“链式反应”为理论基础，于1945年7月16日在内华达沙漠试爆了人类历史上第一颗原子弹。随后的8 月，美军将另外两颗原子弹分别扔到了日本的广岛和长崎，猛烈的核子爆炸和热辐射毁灭了城市的一切，这种末日天灾般的景象震撼了每个日本人的内心，并给幸存者带来了无尽的心理恐惧。由于原子弹的爆炸加速了日本法西斯的投降和二战的结束，并阻止了更大战争痛苦的延续，因而在当时具有积极的历史意义。
1945—1953 年前后，美国和苏联都先后成功试爆了原子弹，英国则是美国核机密的分享者。美英苏三国企图进行核垄断，并不断对无核国家特别是中国进行核讹诈。中国和法国都不愿屈从他们的威胁，不顾压力各自开始实施自己的核计划。1960 年2 月13 日，法国在约里奥·居里的领导下拥有了第一颗原子弹。中国的核武器研制经历则要曲折很多，在中苏关系破裂之前，苏联曾对中国的核武计划做过有限但很重要的帮助。1960 年8 月，中苏关系由于“否定斯大林”“长波电台”“联合舰队”等一系列政治事件而交恶，苏联撤走了所有专家，收回了资料和图纸，中国只好依靠自己的力量，任用从西方国家回来的学者和国内专家，继续实施核武计划，以期打破核垄断。中国核武计划的国内专家主要包括邓稼先、彭恒武、周光召、黄祖洽，其中邓稼先是总负责人，所以他也被称为中国的“奥本海默”。此外，包括火箭专家钱学森在内的众多海外学者也放弃国外优越的生活和研究条件，积极回国参加中国核武研制，正所谓“科学无国界，但科学家有国界”。除了归国专家，一些外国友人比如法国小居里夫妇也给予了中国很多热情而又关键的帮助，他们鼓励自己的研究生如核物理专家钱三强、“中国居里夫人”何泽慧以及放射化学专家杨承宗等人回国参加中国核武研制，并积极帮助中国购买西方严密封锁的核物理研究设备和放射源。约里奥·居里还专门托杨承宗给毛主席带口信以表达对中国核武计划的大力支持和热情鼓励。为了保护约里奥·居里的安全，中国直到1988年才公开了他的口信。1964年10月16日，在以邓稼先为代表的众多中国科学家的共同努力下，以及全国人民的倾力支持下，人迹罕至的罗布泊终于升起了巨大的蘑菇状烟云，中国的第一颗原子弹终于爆炸成功了！
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