"Közben megérkeztünk az Angol Kertbe", számolt be tovább EWALD. "Laue azt kérdezte, mi a rezonátorok közötti távolság? Ewald azt válaszolta, hogy nagyon kicsi a látható fény hullámhosszához képest, talán 1/500 vagy 1/1000, de a pontos érték nem adható meg, a szerkezet elméleti ‘molécules intégrantes’ vagy a részecske ismeretlen jellege miatt. Amúgy a pontos távolság a probléma számára lényegtelen, elég tudni, hogy a hullámhossz egy töredéke. A további úton Ewald feladata kezelését magyarázta, de észrevette, hogy LAUE nem igazán figyel rá.
LAUE ragaszkodott ahhoz, hogy a rezonátorok közötti távolságot megtudják és amikor ismét ugyanazt a választ kapta, megkérdezte: ‘Mi történne, ha a kristályon keresztül lényegesen rövidebb hullámokat küldenénk?’ “ Eddig Ewald beszámolója.
Míg Ewald disszertációja befejezésén dolgozott és készült a szóbeli vizsgára, Laue-t nem hagyta a probléma nyugodni: Mi történik, ha röntgensugarak hatolnak át a kristályon? Ha valóban igaz, hogy a röntgensugarak rövid hullámhosszú elektromágneses hullámokkal - tehát a fénnyel - rokonok, ha a kristályok szabályos rendbe rakott építőelemekből állnak, akkor föltétlen egy interferencia várható. Egy kristály a röntgensugaraknak ugyanaz kell, hogy legyen, mint egy diffrakciós rács a fénynek. Immár száz éve, hogy JOSEPH VON FRAUNHOFER, a gyakorlati és elméleti optika pionírja interferencia jelenségeket figyelt meg. Egy diffrakciós rács mögött világos és sötét jellegzetesen váltja egymást: fény a fényre sötétet eredményez, míg másik irányban intenzitáserősödés lép föl.
"Ha a szív tele, kicsordul a szájon": LAUE mindenkivel vitatkozott, aki akart hallani róla. Az elismert mesterek, RÖNTGEN és SOMMERFELD kételkedtek; de a fiatalabb fizikusok
28
kezdtek lelkesedni az ötletért. A kísérlet elvégzésére WALTHER FRIEDRICH ajánlkozott és tényleg ő tűnt a legalkalmasabbnak: először is volt tapasztalata a röntgensugarakkal, másrészt éppen ledoktorált és új föladatot keresett. Ám Sommerfeld hatására ő is elbizonytalanodott.
De Laue lelkesedése nem volt megfékezhető. Meggyőzte a fiatal doktoranduszt, PAUL KNIPPINGet, hogy vágjanak bele a kísérletbe. "Hogy Sommerfeld intézetében ennek a kísérletnek a megkezdéséhez egy kevés diplomácia is szükséges volt, nem kétséges" - írta később Laue PETER PAUL EWALDnak: "1912 áprilisában úgy nézett ki, hogy FRIEDRICH elhalasztja az interferencia-kísérleteket. Ez arra késztette KNIPPINGet, hogy belevágjanak a dologba...”
Így végre 1912. április 21-én, WALTHER FRIEDRICH és PAUL KNIPPING közösen elkezdték a kísérleteket. Laue erről önéletrajzában így írt: "Nem az első, hanem a második próbálkozás vezetett eredményre. Egy darab rézszulfát sugárzási fotogramja a primer röntgensugáron kívül a diffrakciós rácsspektrum koszorúját mutatta. Mélyen gondolaimba merülve mentem haza a Leopold utcán, amikor FRIEDRICH megmutatta ezt a felvételt. És már közel a lakásomhoz, Bismarckstraße 22-höz, a Siegfriedstraße 10-nél, a jelenség matematikai elméletére született is egy gondolatom. Röviddel azelőtt fogalmaztam újra a Matematikai Tudományok Enciklopédiája egy cikkében a SCHWERDre (1835) visszavezethető optikai rácsok diffrakciós elméletét. Így ez, kétszer alkalmazva, a keresztrácsok elméletét is magában foglalta. Csak annyi volt a dolgom, hogy ezt a térrács három periódusának megfelelően, háromszor leírjam és ezzel értelmezzem az új felfedezést. Azonnal szépen össze lehetett kapcsolni a szemlélt sugárkoszorút a kúpokkal, melyek mind a három interferencia-föltételt önmagukra meghatározzák."
Futótűzként terjedt a hír a müncheni fizikusok között. "Amikor Röntgen hajadonfőtt beesett a Sommerfeld-intézetbe, hogy megnézze a kísérlet eredményeit, azonnal felismerte, hogy itt valami alapvetően újról van szó és szívből gratulált FRIEDRICHnek a felfedezéshez. Hozzátette azonban: ‘ezek nem interferenciajelenségek, azok másképp néznek ki.’ “ Laue beszámolóját Peter Paul Koch, akkor Röntgen asszisztense, így egészítette ki: "Emlékszem, Röntgen nagyon meghatódott és különösen a kristályokat hangsúlyozta: ‘Igen, igen, a kristályok!` Hogy akkor mit beszéltek a Laue-diagramok interferencia-természetéről, nem tudom megmondani...később mindenesetre Röntgen meg volt győződve a folyamat interferencia jellegéről.” Elsőbbségük biztosítására május 4-én LAUE, FRIEDRICH és KNIPPING a Bajor Tudományos Akadémiára egy előközlést nyújtottak be. A három kutató közös publikációját SOMMERFELD terjesztette be az Akadémiának, június 8-án. Ugyanezen a napon referált MAX LAUE a berlini fizikusoknak. Minden oldalról jött az elismerés. LAUE Einstein gratulációjának örült a legjobban. Einstein ezt írta egy képeslapon: "Kedves Laue úr, fogadja szívélyes gratulációm csodálatos eredményéhez. Az Ön kísérlete a legszebbek közé tartozik, amit a fizika átélt.”
Laue fölfedezésével a röntgensugarak elektromágneses természete - vagyis rokonsága a látható fénnyel - végleg bizonyított volt.
28
Walther Friedrich és Paul Knipping kísérleti berendezése, amivel 1912. áprilisában a röntgeninterferenciát fölfedezték. Az eredeti ma a Deutsches Museum-ban áll, Münchenben.
29
A fölfedezők közlése a Bajor Akadémiának, elsőbbségük biztosítására 1912. május 4-én.
29
Laue diagram 1912-ből.
30
Ugyanakkor azonban szaporodtak a bizonyítékok a részecske-jellegre. 1903 óta, Cambridge-ben, a fizikus JOSEPH JOHN THOMSON ismételten arra utalt, hogy némely jelenségek, mint a fényelektromos hatás vagy a gázmolekulák ionizálása azt a fölfogást kényszerítik ki, hogy a hullámfronton az elektromos erő nincs egyenletesen elosztva: "Azt hiszem, nyilvánvaló, hogy a hullámfront a valóságban sokkal inkább nagyszámú fényes folthoz hasonlít, sötét alapon, mint egy egyenletesen megvilágított felülethez."
WILHELM WIEN és a JOHANNES STARK is hangsúlyozta a röntgensugarak koncentrált energiáját, amely a hullámelmélet követelte intenzitáscsökkenéssel az 1/r2-törvény szerint (r a fényforrástól való távolság), teljesen érthetetlen. Ernest Rutherford 1913. február 24-én ezt írta Niels Bohr-nak: “Nincs kétségem, hogy a röntgensugarakat egyfajta hullámmozgásnak kell tekintenünk; de én személy személy szerint nem tagadhatom, hogy az energia koncentrált kell, hogy legyen. Alapjában véve EINSTEIN a “hullám vagy részecske” problémát már dualitáselvével megoldotta. Ám hosszú ideig tartott, míg ez a nézet érvényesült, melyet ARNOLD SOMMERFELD az összes bámulatos fölfedezések közül a “XX. század legcsodálatosabbjának" nevezett.
30
Arnold Sommerfeld egy előadó teremben, 1937 decemberében. A táblán a Laue-féle interferenciafeltételek, röntgensugarak kristályrácson való elhajlásakor.
30
A Laue-interferenciák a röntgensugarak és a kristály kölcsönhatásakor keletkeznek. Ezért elvileg a megfigyelésekből lehetséges egyrészt a röntgensugarakról, másrészt a kristályokról új ismereteket nyerni. Ha pl. ismert a kristály belső szerkezete és az építőelemei közti távolság, a kristály térrácsa egy nagyon érzékeny spektrumkészülékként szolgálhat. William Henry Bragg és William Lawrence Bragg által kidolgozott szelektív kristályreflexiós módszere először tett lehetővé pontos hullámhossz-méréseket. Amikor a két Bragg 1915-ben Nobel-díjat kapott, William Henry Bragg 53 éves, fia, William Lawrence, 25 éves volt.
Hogy ezzel a (valahogy fölgerjesztett) atomokból kiinduló röntgensugarak elemzésére mit nyertek, azt 7 évvel Laue fölfedezése után Sommerfeld tisztázta. Könyvének, amely az egyetemisták szerint az “atomfizika Bibliája”, az "Atomszerkezet és színképvonalak" előszavában ezt írta, 1919-ben: "A színképelemzés fölfedezése óta senki hozzáértő nem kételkedett abban, hogy az atomprobléma megoldható, ha a színképek nyelvét megtanuljuk. A hatalmas anyaghalmaz, amely a 60 éves spektroszkópiai gyakorlat óta fölhalmozódott, először sokfélesége miatt kibogozhatatlannak tűnt. A hét év röntgenspektroszkópia óriási mértékben járult hozzá a tisztázáshoz azzal, hogy az atomproblémát gyökerénél ragadjuk meg és az atom belsejét világítjuk át."
Másrészt, ha ismerjük a röntgensugarak tulajdonságait, (azaz "keménységét" vagy spektrális összetételét), úgy a Laue-interferenciák tanulmányozásakor az átvilágított kristályok szerkezetéről is nyerhetünk új ismereteket. A szó szoros értelmében elkezdtek az anyag szerkezetébe “belevilágítani". A röntgen-szerkezetelemzés a fizika, a kémia és a biológia között egy külön szakággá fejlődött. Ehhez William Henry Bragg és William Lawrence Bragg úttörő munkát végeztek.
Maga Laue nem lett szerkezetkutató. Mint igazi Max Planck-tanítvány, őt csak a "nagy, általános elvek" érdekelték, csak az "abszolút" volt a fontos, nem az anyag konkrét formája. 1912-ben Laue rendkívüli professzor lett a zürichi egyetemen. Ez az az állás volt, amit még 1909-ben EINSTEINnek hoztak létre. EINSTEIN közben a prágai német egyetemen vállalt föl egy elméleti fizikai tanszéket.
31
Peter Paul Ewald és Lise Meitner 1928-ban Tübingenben.
32
Einstein levele a Porosz Akadémiának
IV VÉGE
V. FEJEZET
Berlin, a tudomány fővárosa
A fizika aranykora
33
Amikor LAUE 1912 októberében a zürichi egyetemen új hivatalába lépett, Albert Einstein is visszatért oda, ahol egykor tanult, ezúttal mint a Szövetségi Technikai Főiskola rendes professzora. Einstein és Laue így már rendszeresen találkozhattak. "Einstein minden hét egy délutánján kollokviumot tartott a fizika új fejleményeiről. Bár ez az ETH fizika épületében volt, az egyetem docensei és hallgatói is részt vehettek rajta", számolt be Laue, aki szintén rendszeresen ott volt: "A kollokvium után, EINSTEIN azokkal, akik csatlakoztak, a ‘Kronhalle’ étterembe ment vacsorázni. Akkoriban volt az általános relativitáselmélet kialakulóban és emlékszem vitáinkra Einsteinnel. Ő teljesen ezeknek a gondolatoknak a bűvkörében élt és a következő években is beszélgetéseinkben ismételten visszatért erre, néha más témáról hirtelen átugorva. Különösen örültem, ha könyvemet a speciális relativitáselméletről gyakran dicsérte. Ezenkívül, Niels Bohr 1913-as atomelméletétől ösztönözve, kvantumelméleti kérdések is érdekelték. Maga köré gyűjtött egy nagy számú tanítványt, köztük OTTO STERN és KARL FERDINAND HERZFELD voltak a legjelentősebbek. A legélénkebb viták 1913 nyarán lobbantak föl, amikor a temperamentumos PAUL EHRENFEST Zürichbe jött látogatóba: Még mindig magam előtt látom, amint egy nagy fizikuscsapat élén Einstein és Ehrenfest lépkednek fölfelé a Zürichberg-en és ott Ehrenfest-ből kitört a kiáltás: ’Most megértettem!’”
Einstein és Laue számára az idő Zürichben gyorsan véget ért. 1914-ben Laue-t Frankfurtba nevezték ki rendes professzornak és ugyanebben az évben megkapta a fizikai Nobel-díjat is. Véletlen egybeesés, hogy apja, egy főrangú jogász 1914-ben szintén kitüntetést kapott, az örökölhető nemesi rangba való fölvétellel. Így lett rövid időn belül, a nyilvánosság előtt ismeretlen privátdocens MAX LAUE, a világhírű Nobel-díjas professzor MAX VON LAUE.
33
Einstein levele a Porosz Tudományos Akadémiának, 1913. december 7-én. Einstein ezzel az írásával elfogadta a berlini állást, mint rendes akadémiai tag. Ugyanekkor ezt írta egyik barátjának: “A berliniek úgy bánnak velem, mintha egy aranytojást tojó tyúk lennék. Holott még magam sem tudom, hogy egyáltalán tudok-e még tojást tojni.”
33
Arról még nem értesültünk (a Nobel Alapítvány archívumát csak most nyitják meg), mikor terjesztették föl Einsteint először Nobel-díjra. A Nobel Alapítvány tisztán gondolati teljesítményekért nehezen adott díjat. Kézzelfogható hatást vártak el és a legnagyobb kétkedőket is meg kellett győzni egy ilyen felfedezés jelentőségéről. De ami a relativitás- és a kvantumelméletet illeti, még a legidősebb fizikusok is kénytelenek voltak beadni a derekukat.
Az igazi hozzáértők tudták, mit jelentenek az új elméletek. Poroszországban - és a porosz mintára másutt is - kiváló felsőoktatási politikát folytattak. Amikor Planck és Nernst kiötlötték a tervet, Einsteint Berlinbe hozni, a kultuszminisztériumtól erős támogatást kaptak.
Hogy EINSTEINt megnyerjék, nagyon kedvező ajánlatra volt szükség. Mint rendíthetetlen individualista és demokrata, EINSTEIN a porosz eszmékkel - kötelességteljesítéssel kitöltött életvitel, a király és a haza iránti föltétlen odaadás - szemben állt. Zürichben Einstein már 1901-ben megkapta az állampolgárságot és úgy az ETH-n, mint a városban jól érezte magát.
Végül tényleg sikerült Einstein-nek egy olyan állást biztosítani, ahol nem kellett előadásokat tartani, amely a berlini fizikusok kollégiális együttműködésére volt szabva és amely ezen felül Einstein jelentőségének megfelelő fizetéssel járt.
1913 nyár elején Planck és Nernst Zürichbe utaztak, hogy a végleges javaslatot előterjesszék: Einstein legyen rendes, főhivatali akadémiai tag, a de jure létrehozandó Kaiser Wilhelm Fizikai Intézet igazgatója és professzor az egyetemen, akinek joga, de nem kötelessége előadásokat tartani.
Június 12-én a fizikai-matematikai osztály ülésén Planck fölolvasta a saját kezűleg írott megválasztási kérvényt: "Alulírottak (Planck, Nernst, Rubens és Warburg) tudatában vannak, hogy kérvényük, egy még ilyen fiatal éveiben járó tudóst rendes akadémiai tagnak fölvenni, igen szokatlan, ám az a véleményük, hogy kérvényük nemcsak a rendkívüli körülmények által kielégítően indokolható, hanem az Akadémia érdekei egyenesen kikövetelik, hogy a kínálkozó alkalmat egy ilyen rendkívüli munkaerő megszerzésére, lehetőség szerint kihasználjon.
34
A jövőre nézve, természetesen garanciát nem vállalhatnak, mégis teljes meggyőződéssel amellett lépnek föl, hogy az előterjesztett már ma is létező tudományos teljesítményei, - amelyekből az adott összeállítás csak a legmarkánsabbakat emeli ki, - kinevezését az állam legelőkelőbb tudományos intézetébe a legteljesebben megindokolja, továbbá arról is meg vannak győződve, hogy Einstein belépése a Berlini Tudományos Akadémiára az egész fizikus világ által az Akadémia számára értékes nyereségként lenne megítélve."
A választást 1913. november 12-én megerősítették, december 7-én
EINSTEIN fölvételét nyugtázta és 1914. április 1-én elfoglalta új hivatalát.
A kvantum- és a relativitáselmélettel megkezdődött a német fizika aranykora. A kutatás központja Berlin volt; az Akadémián, az egyetemen, a Műszaki Főiskolán és a Fizikai Technikai Birodalmi Intézetben kiváló kutatók egész hada munkálkodott.
A Kaiser Wilhelm Társaság megalapítása után, 1911 januárjában, rekord idő alatt fölépült egy nagy intézet a fizikai kémiának, majd egy még nagyobb a kémiának.
Berlini kollégáival Einstein barátságos kapcsolatban állt: "Úgy hiszem, hogy csak néhány hónappal azután, miután Einstein megérkezett Berlinbe," számolt be Lise Meitner, "Planck házában egy zenei estre gyűltek össze. Beethoventrió B-dúrban volt a programon, PLANCK a zongoránál, EINSTEIN hegedült és a csellista ... egy holland hivatásos zenész volt. Ezt hallgatni csodálatos élmény volt, semmit sem számítottak Einstein pár kisiklásai ... Einstein, láthatóan a muzsika élvezetétől földobódva, hangosan nevetve mondta, hogy csiszolatlan technikája miatt szégyelli magát. Planck ott állt nyugodt, szó szerint boldogságtól ragyogó arccal és a kezével a szíve táját dörzsölgette: ‘Ez a csodálatos második tétel!’ Miután később Einstein és én távoztunk, Einstein hirtelen ezt mondta: ‘Tudja, miért írígylem magát? És mikor meglepetten ránéztem, hozzá fűzte: ‘A főnökéért!’ Én akkor Planck asszisztense voltam."
34
"Amikor PLANCKot közelebbről megismertem, már 50 éves lehetett, egy nemes gondolkodású és érzelmű ember, aki emberi kapcsolataiban nagyon visszafogott volt." számolt be EINSTEIN később: “Alig ismertem más olyan mélyen becsületes és őszinte, jó szándékú embert, mint őt. Mindig kiállt amellett, amit helyesnek tartott, akkor is, ha nem volt kényelmes neki. Az államhoz és osztályához való kapcsolatában erősen kötődött a hagyományokhoz, de mindig kész volt az én távol eső nézeteimet is meghallgatni és méltányolni. "
Planck házában, a Wangenheim utcában, Grunewald-ban évek óta egy "jour fixe" -et honosított meg. Kéthetente, minden meghívás nélkül jöhettek zenerajongó fiatalok, gyerekei barátai és fiatal kollégái. Otto Hahn mint énekes villogott, később büszkén mesélte: "Mivel erős, de iskolázatlan tenor hangom volt, azt tanácsolta nekem PLANCK, hogy vegyek énekórákat egy jó tanártól, a hangomat még sokat javíthatom." PLANCK sokra becsülte a fiatal vegyészt aki egy igen érdekes munkaterületet választott magának, a radioaktivitást.
34
A Planck-ház Berlin-Grunewald-ban, Wangenheimstrasse 21. Itt találkoztak rendszeresen a kollégák zenés estekre. Gyakori vendég volt Einstein, Laue, Hahn volt és Lise Meitner.
35
Otto Hahn, mint elegáns fiatalember, Vilmos-korabeli bajússzal.
Max Planck, a “Praeceptor Physicae”.
36
Otto Hahn és Lise Meitner együttműködésük kezdetén 1908-ban, itt a Berlini Egyetem Kémiai Intézetének “asztalosműhelyében”.
ENDE V
VI. FEJEZET
Otto Hahn és Lise Meitner
A radioaktív kutatás megalapozása Németországban
37
Évszázadunkban sok hatalmasság volt, akinek parancsára milliók lendültek mozgásba, de egyikük sem változtatta meg úgy a planétát, mint EINSTEIN. Ennyire még sohasem bizonyosodott be „a tudás hatalom”, mint EINSTEIN egyszerű képletével E=mc2.
Holott Einstein egyáltalán nem óhajtott ebben a világban hatni, amint lehetett, mindig visszahúzódott. „Egyike a legerősebb motívumoknak, amelyek a művészethez és a tudományhoz vezettek” mondta EINSTEIN, miközben Planckra és magára gondolt, “szökés a mindennapi élet fájó, vígasztalan pusztaságából, a mindig változó személyes óhajok kötelmeiből.”
Az “elefántcsonttoronyban”, ahogy EINSTEIN mondta, a tudomány csendes templomában, ártatlanul, l'art pour l'art módon megalkotott fizika, egy pár évtizeddel később, mégis mélyen beleavatkozott az emberek életébe. Joggal beszéltek egy új korszakról.
- július 16-án, amikor az első kísérleti atombombát a Nevada-sivatagban fölrobbantották, az amerikai hadügyminisztérium hivatalos jelentése szerint “az emberiség egy új korszakba lépett, az atomkorszakba.” Mint ahogy a bibliai paradicsomi kiűzetés után az ember a bűnnélküliség állapotába nem találhat vissza, úgy most - az atombomba után - a korábbi állapotba visszatérni lehetetlen.
1905-ben semmi sem hatott ezoterikusabban, mint a tantétel, hogy az elektromágneses sugárzás a „tehetetlenség” tulajdonságával rendelkezik. Ha a fizikusok egyáltalán ezen elgondolkodtak, ezt a kijelentést csak némely mesteri gondolakísérlet kiindulásának tartották. Mikor EINSTEIN - mint előtte Planck - az elektromágneses sugárzás viselkedését légüres térben vizsgálta, ebben az üresnek gondolt térben képzelt erőket engedett hatni és képzelt gyorsulásokat idézett elő. Az ehhez fontos nagyság, a tömeg m, tényleg kiszámítható lett az E = mc2 képlet alapján.
37
Ám akkoriban úgy gondolták, az ilyen típusú megfontolások a “valóságra” nincsenek befolyással. Ahogy egy trópusi lakos azzal a ténnyel, hogy a víz jéggé fagy nulla Celsius fokon, úgy a XX. század elejéig a kutatók nem gyűjthettek tapasztalatokat az E = mc2 képlettel. Ez a kifejezés, ahogy ma értelmezzük, azt mutatja, hogy az energia tömeggé alakulhat át (és a tömeg energiává).
Számos kémikus, már a XIX. században föltette a kérdést, hogy - a LAVOISIER-féle tömegmegmaradási törvénnyel ellentétben - a kémiai reakcióknál súlyváltozások lehetségesek-e? 1872-ben LOTHAR MEYER lehetségesnek találta, hogy egy kémiai reakciónál az atomok átrendeződésével bizonyos számú (ponderábilis) fény- vagy éter-részecske kiváljon ill. újra lekötődjön. Ezzel az atomsúly állandóságának fontos kérdése szoros összefüggésben állt.
HANS LANDOLT fizikai kémikus 1890-től, közel húsz évig, ennek a kérdésnek a kísérleti vizsgálatával foglalkozott. Ezekhez a kísérletekhez n alakú edényeket használt, a két edényszárba a vegyítendő oldatokat töltötte, leforrasztotta, majd a legnagyobb pontossággal lemérte őket. Az edények forgatásával az oldatokat reagáltatta és utána ismét megmérte az edényeket: "Az egész munka végeredménye,” állapította meg LANDOLT 1909-ben, “hogy a testek összsúlyának változását a kémiai reakciók folyamán nem lehetett megállapítani ... A tömegmegmaradás törvényének vizsgálata ezzel befejezettnek tekinthető.”
Az eredmény tehát a régi meggyőződés megerősítése volt. EINSTEIN azonban tudta, - képlete értelmében - hogy a tömeg nem volt állandó, csupán a tömegváltozások a méréshatár alatt maradtak. Hol lehettek olyan jelenségek, ahol a tömegváltozások megfigyelhetők voltak? Az EINSTEIN-képlet kifejezi, hogy egy rendszer energiaváltozásaival tömegváltozások is föllépnek. De hogy milyen feltételeket mellett lesz az energiaátalakulás olyan nagy, hogy a tömegváltozás mérhető lesz, erről a képlet semmit sem mond.
38
Einstein híres munkája az Annalen der Physik 18. Kötetében (1906), 639-641, ahol először mutatja be a tömeg és energia ekvivalenciáját.
38
Einstein publikációjának egyik oldala 1907-ből, amelyben először jelenik meg az E=mc2 képlet.
39
Két évvel korábban Pierre Curie megmérte a hőmennyiséget, amit egy gramm rádium ad le óránként és föltűnően magas értéket kapott. "Nem kizárt," írta EINSTEIN reményteljesen, " hogy olyan testeknél, melyeknek energiatartalma nagymértékben változik (például rádium-sók), az elmélet vizsgálata sikeres lesz." EINSTEIN tehát már 1905-ben olyan folyamatokra irányította a figyelmet, amelyeknél az energiaátalakulás különösen magas értékeket vesz föl. Akkoriban természetesen neki csak az volt a fontos, hogy kísérletileg igazolást nyerjen a képlet.
1907-ben ezt írta Einstein: "Hogy a módszer sikerrel alkalmazható-e, az elsősorban attól függ, hogy van-e olyan radioaktív reakció, amelyre (M-összeg m) / M nem túl kicsi l-hez képest." Az atommag stabilitásának mértékére ma ez az érték - a relatív tömeghiány - fontos szerepet játszik az atomfizikában, de a műszaki alkalmazásoknál is, mint az atomreaktor és az atombomba.
A kísérleti bizonyíték azonban még egy jó ideig váratott magára. Eddig a radioaktív kutatás csupán néhány úttörő kezében volt és ez a terület sem a kémiába, sem a fizikába nem volt igazán beilleszthető. "A Thomson-labort jól megnéztem, "számolt be WILHELM WIEN fizika-ordinárius 1904-ben, Cambridge-ből hazatérve: "Ott igen tevékenyek, különösen a radioaktivitás új területein és az volt a benyomásom, hogy mi itt Németországban ezen a területen kissé le vagyunk maradva. Azon vagyok, hogy ezzel a témával is többet törődjünk.” És valóban, ezután a radioaktív kutatás Németországban föllendült. Ez nem tudatos irányításnak volt köszönhető, hanem a tudomány önmagát kibontakoztató törvényszerűségének.
1902-ben THEODOR ZINCKE-nél Marburgban egy fiatal kémikus, Otto Hahn doktorált, mégpedig, ahogy az egy fiatal vegyészhez illik, szerves kémiából. A német vegyipar vezető szerepet játszott a világpiacon: ezt joggal a kutatás csúcsteljesítményére vezették vissza. Így az ipar szoros kapcsolatot tartott fent az egyetemi intézetekkel. Ha egy vegyészre volt szükség, szóltak egy baráti ordináriusnak. Zincke okkal dícsérte az ő szorgalmas és szimpatikus asszisztensét. A Kalle &Co. Kémiai Művek igazgatójának Biebrich-ben Wiesbaden-nál szintén tetszett a fiatalember - és így úgy tűnt, minden megy a megszokott, jó úton. A kiképzéshez nem hiányzott semmi, csak a külföldi tapasztalat. "Zincke professzor úr azt tanácsolta nekem, " számolt be HAHN, “menjek először hat hónapra Londonba, ahol talán a nemesgázok híres felfedezőjénél, SIR WILLIAM RAMSAY-nél kaphatok munkát. Zincke megkérdezte Ramsay-t, fölvenné-e egyik tanítványát egy időre az University College-re és Ramsay igent mondott. Így 1904 őszén, két éves asszisztensi munka után Londonba utaztam.” William Ramsay azonban a fiatal vegyésznek a radioaktivitásról adott témát és ez a lenyűgöző természeti jelenség HAHNt többé nem hagyta nyugton.
39
A radioaktivitás olyan tulajdonság, amivel csak néhány nagyon nehéz atom, például az urán, a tórium és a rádium rendelkezett.
Ezek az atomok sugárzást bocsájtanak ki és e közben a szomszédos elemekké alakulnak át. Így a legjobban kivizsgált rádium ún. alfa-sugárzó, vagyis hélium atommagokat vet ki magából és közben rádium-emanációba ("radon"-nemesgázba) megy át. Hogy ezeket a folyamatokat leírják, később erre külön írásmódot vezettek be:
226Ra = 222Em + 4He
88 86 2
A bal oldalon a kiinduló atommag, jobbra írjuk a keletkező termékeket. Az írásmód tehát a kémiai reakcióegyenletek leképezése.
A feladat, amely Otto Hahn és William Ramsay előtt állt: egy, kb. 100 gramm báriumklorid-mintából kinyerni a rádiumot. A bárium és a rádium hasonló elemek, mindkettő az alkáli földfémek csoportjához tartozik. Ha a meglévő fizikai és kémiai különbségeket a legjobban kihasználják, sikerül a szétválasztás. A rádium nehezebben oldódik, mint a bárium (ksebb az “oldhatósági szorzata" ), kikristályosításakor a rádium (pl. mint szulfát) erőteljesebben csapódik ki, természetesen mindig a báriummal együtt. Ha azonban a folyamatot megszakítják és ismét föloldják a sókat, sokszori ismétlés után, ún. “frakcionális kristályosítással" jelentős rádiumdúsítás érhető el.
Ezt, a Marie Curie által a rádium első előállítására már alkalmazott eljárást vetette be most Otto Hahn: "Nagyon hamar kiderült," mondta. "hogy a rádiumnak és a báriumnak tartott készítmény egy másik radioaktív anyagot is kell, hogy tartalmazzon." Ennek az volt a tulajdonsága, hogy a rövid életű “tórium-emanációba megy át" (ma így mondjuk: a 220-as radon izotópba). Otto Hahn helytállóan állapította meg, hogy tórium átalakulási termékről lehet szó és az új testet "radiotóriumnak" nevezte el.
Ez egy kezdőnek csodálatos siker volt. “Egy új elem” fölfedezéséről beszéltek. Ma ezt másként fejezzük ki: Otto Hahn a tórium egy új izotópját fedezte föl, a 228-as tömegszámút. William Ramsay óriási lelkesedéssel írt (kissé bizonytalan németséggel) Emil Fischer-nek, a nagy és befolyásos berlini vegyésznek: "Dr. Hahn merészsége, ügyessége és a kitartása nagyon meglepett... Hahn Münchenben és Zincke-nél, Marburgban is tanult. Habilitálni szeretne és jó lenne, ha ezt Önnél tehetné. Lehetséges volna, hogy az Ön laboratóriumában dolgozna pár évig? Nagyon kedves fickó, szerény, megbízható és igen tehetséges, nagyon megkedveltem. Német, továbbra is az akar maradni és járatos az összes radioaktív vizsgálati módszerben...Tudom. hogy Ön laboratóriumát olyan sokoldalúvá akarja tenni, amennyire csak lehetséges; találna neki egy zugot? "
40
Ahogyan Hahn “Doktorvater”-ját, témavezetőjét, Theodore Zincke-t Marburgban 1901-ben, így most William Ramsay-t is lenyűgözte a fiatal tudós tehetsége. Holott Hahn érettségi bizonyítványa középes-elégséges volt. Tanárai félreismerték? A tapasztalat azt mutatja, hogy az érettségi bizonyítványok jól tükrözik a szellemi képességeket. Otto Hahn osztályzatai (többségében csak "elégséges-kielégítő") megalapozottak voltak. Öreg korában feleségéhez írt magánlevelei mutatják, hogy egyes barátaihoz, kollégáihoz (pl. Max von Laue-hoz) való szellemi távolságának nagyon is tudatában volt. "Hogyan is tudnék LEIBNIZhez, NEWTONhoz, a természetfilozófiához vagy hasonlókhoz hozzászólni? A többiek mindezekben járatosak. Ők adott esetben még latin eredeti szövegeket is tudnak olvasni." Másrészt Otto Hahn olyan képességekkel rendelkezett, amelyeket pusztán intellektuális mércével nem lehetett értékelni. Ezeket talán a "tisztaság és tisztesség" fogalmaival lehet körülírni.
Itt a ténylegesen bizonyított és a nyilvánvalónak vélt pontos megkülönböztetéséről van szó. Ez a minőség az értelemmel kapcsolatos, de még inkább a jellemmel. Mennyire könnyű önmagunkat becsapni, ha egy bizonyos eredményt várunk!
40
Ennek a kísértésnek Otto Hahn a kezdetektől fogva ellenállt. Az ő karakterében ennek nem volt helye. Íme egy történet, amely jól illusztrálja ezt. Még Londonban történt, a radiotórium felfedezése után: "Tórpreparátumaim aktív csapadékának elválasztásához és méréséhez alkalmanként kénhidrogén-kicsapatást végeztem. Föltűnt, hogy a reakció megismétlésekor egy idő után ismételten egy vékonyka csapadékréteget kapok ... Mikor Ramsay-nak ezt elmondtam, úgy vélte: ‘that’s a new stoff’ és javasolta, küldjek a Royal Society-nek egy rövid közleményt.” Hahn nem tette, nem volt biztos a dolgában. Egy idő után kiderült, hogy a szó szoros értelmében egy "Dreckeffekt-ről" volt szó. A "csapadék" por és rozsda volt, amely a vasfedőről hullott alá. Mielőtt Hahn, Ramsay tanácsára Emil Fischer-hez ment Berlinbe, még egy háromnegyed évig Rutherford-nál dolgozott Montreal-ban. Ernest Rutherford, még inkább, mint Madame Curie, úttörő volt ezen az új területen. Nála tanulta meg Hahn az összes fizikai módszert. 1906 őszén a berlini egyetem Kémiai Intézetében saját kis laboratóriumot kapott. Ez a földszinten volt, ahol az intézet asztalosműhelye is, ezért "fa-műhelynek" hívták. A Kalle-cég meghívását Wiesbaden-Biebrichbe nem fogadta el. A tudomány javára döntött.
40
Montreal, 1906: Ernest Rutherford (alul jobbról) munkatársaival; mögötte hátul, balról Otto Hahn.
41
Ugyanebben az évben kezdett el naplót vezetni. Negyven éven át följegyezte a nap főbb eseményeit. Ez felbecsülhetetlen segítséget jelentett munkájában és most ugyanez a tudománytörténésznek. Így napra pontosan tudjuk: 1907. november 28-án találkozott először Otto Hahn és Lise Meitner. Ezen a november 28-i napon kezdődött több mint 30 év gyümölcsöző együttműködése, amelynek csak a politika körülmények vetettek véget. Volt ugyan köztük néha összezördülés, de alapjában véve végig barátok voltak.
Nem volt könnyű Lise Meitner-nek munkához jutnia. Otto Hahn is csak "vendég" volt a Kémiai Intézetben. A titkos tanácsos Emil Fischer nem sokat tartott a női egyetemi hallgatókról, még kevésbé a tudományba való belépésükről. De mivel Emil Fischer jószívű ember volt és Max Planck személyesen is közben járt, így kivételt tettek. Dr. MEITNER kisasszony kapott egy helyet a "fa-műhelyben", de nem volt szabad,- isten tudja, miért - a hallgatók felső kísérleti termeibe lépnie. Talán a titkos tanácsos attól tartott, hogy Lise Meitner megzavarja tanítványait? Nem nézett ki rosszul. De az első nők a tudományban csak kiemelkedő szaktudással kaphattak helyet.
"Az intézeten kívüli találkozásról szó sem lehetett,", mesélte Otto Hahn. "Lise Meitnernek szigorú neveltetésben volt része, nagyon visszafogott volt, szinte ijedős. Míg kollégámmal, FRANZ FISCHERrel naponta együtt ebédeltünk, továbbá szombaton és később szerdánként is kávéházba mentünk, Lise Meitner-rel a munkahelyen kívül sehol sem ültünk együtt. Sétálni sem mentünk együtt sohasem. Eltekintve a fizikai kollokviumokat, csupán a “fa-műhelyben” találkoztunk egymással." Amikor élete végén erről beszámolt, nem jutott eszébe, hogy Lise Meitner-rel Max Planck zenei estéin is találkozott. Ám ezeken az estéken olyan sok fiatal fizikus és fiatal hölgy volt jelen, hogy alig akadt alkalom kolléganőjével pár szónál többet váltani. "A ‘fa-műhelyben’ általában röviddel 8 előttig dolgoztunk,” számolt be Hahn, “hogy még gyorsan felvágottat és sajtot vehessünk, mert 8 órakor bezártak a boltok. Soha sem ettünk együtt. Lise Meitner hazament és én is hazamentem, holott szívbéli barátok voltunk."
Később Lise Meitner is mesélt ezekről a zavartalan évekről a "fa-műhelyben": "Ha jól ment a munka, együtt énekeltünk, két szólamban, főleg Brahms-dalokat, e közben én többnyire csak dúdoltam, míg HAHNnak nagyon jó hangja volt. A közeli Fizikai Intézet fiatal kollégáival emberileg és tudományosan is nagyon jó kapcsolatot tartottunk fenn.
41
Lise Meitner levelezőlapja Otto Hahn-nak, 1957. szeptember 28-án. Emlékezés az együttműködésre, amely ötven évvel ezelőtt kezdődött. Mint “előkelő leányhoz” illett, kollégájának és barátjának egy Goethe-verset küldött.
41
Gyakran jöttek meglátogatni és megtörtént, hogy a fa-műhely ablakán másztak be, a szokásos út helyett. Röviden, fiatalok voltunk, elégedettek és gondtalanok, talán politikailag túl gondtalanok is."
Mindenesetre szorgalmasak voltak. Otto Hahn lényegében tisztázta a tórium bomlási sorozatot. Ahogy már régóta gyanította: A tórium (232-es izotóp) és a radiotórium (228-as izotóp) között közbenső termékek állnak: mezotórium 1 (rádium 228) és mezotórium 2 (aktínium 228). Ma ezt így írjuk:
alfa béta
232Th = 228Ms Th1 = 228Ms Th2
90 88 89
béta alfa alfa
= 228Rd Th = 224ThX = 220Tn
90 80 86
(A bomlási sorozat utolsónak fölírt rövidéletű tóriumemanációjától tovább megy a 208-as ólomig). A tórium és a radiotór radioaktív tulajdonságaiban jelentősen eltérnek. A "tulajdonképpeni" tórium nagyon hosszú életű (így HAHN kezdetben sugárzásnélkülinek tartotta), míg a radiotór felezési ideje két év.
Ennek ellenére Hahn-nak nem sikerült, a két lényegesen különböző “elemet " elválasztani egymástól. Ugyanez történt vele a rádium és mezotórium 1 esetében is. Úgy gondolta: "Olyan szoros a kémiai hasonlóság, mint a ritka földfémeknél, amelyek izolálása csak sorozatos frakcionális kristályosítással, különleges feltételeknél lehetséges."
42
Az egyik Otto Hahn és Lise Meitner sok közös publikációjából: Physikalische Zeitschrift, 18. Kötet, 1917, amelyben a 91-es számú elem fölfedezését tették közzé, amelyet “protaktíniumnak” neveztek el.
Jobb oldalon: A Kaiser Wilhelm Intézet könyvtára. Láthatóak: Ernst Otto Beckmann és Richard Willstätter igazgatók (elől), a kis “radióaktív osztály” vezetője Otto Hahn munkatársnőjével, Lise Meitner-rel (hátul jobbról).
43
A valóságban itt nem különböző "elemekről" volt szó, hanem egy elem két különböző izotópjáról. Csak 1912-ben vezette be Niels Bohr az "elektron szerinti azonosság" fogalmát. Ezt a gondolatot egy évre rá Frederick Soddy publikálta, aki az izotóp szót is megalkotta.
Ma ezeket a viszonyokat egyszerűen így fejezzük ki: a protonok száma az atommagban (és egyben az elektronok száma a neutrális atom elektronhéjában) határozza meg a kémiai tulajdonságokat. Ami eltérhet, az a neutronok száma az atommagban. Így tehát a Hahn által fölfedezett testek (radiotór, mezotórium 1 és mezotórium 2) nem "elemek" a mai értelemben, "csupán" izotópjai már ismert elemeknek. 1917-ben aztán Lise Meitner-rel közösen tényleg sikerült egy valódi elemet
felfedezni: a 91-es számút, amit protaktíniumnak neveztek el.
Lise Meitner az I. világháború alatt a béta-sugárzás tulajdonságaival foglalkozott. A radioaktív atomok között két fajta van: az első alfa-sugarakat (hélium-atommagokat), a másik béta-sugarakat (elektronokat) bocsát ki. A béta-sugarak tulajdonságait sokkal nehezebb volt kivizsgálni, évtizedekbe tellett, míg ezt Lise Meitner más munkacsoportokkal tisztázta.
44
A Kaiser Wilhelm Kémiai Intézete Berlin-Dahlem-ben. Otto Hahn itt dolgozott az 1912-es fölavatástól egészen az 1944-es lebombázásáig. Lise Meitner-nek 1938-ban el kellett hagynia az Intézetet és emigrációba kényszerült.
VÉGE VI
