Biographical encyclopedia

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HAHN 

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could  manufacture  all  such  compounds 

from  simple  inorganic  phosphates. 

McCollum  also  experimented  on the  im­

portance  of  fluorine,  zinc,  and  man­

ganese to life.

[1063]  HAHN, Otto

German physical chemist 

Born:  Frankfurt-am-Main,  March 

8,  1879

Died:  Gottingen, July 28,  1968

Hahn,  the son  of a glazier,  was  a  me­

diocre student in college.  Despite  his  fa­

ther’s  wish  that  he  become  an  architect, 

he grew interested in chemistry. He stud­

ied under Baeyer [718] at Munich, and it 

was  not  until  he  had  entered  graduate 

school  that  he  found  himself.  He  ob­

tained  his  Ph.D.  in  1901  at  the  Univer­

sity  of Marburg,  and  did  so  magna  cum 

laude.  He  then  continued  his  studies 

abroad.

He worked with Ramsay [832]  in Lon­

don  in  1904.  Ramsay  persuaded  him  to 

stay in research and in  1905  he went  on 

to work with Ernest  Rutherford  [996]  in 

Canada,  succeeding  Soddy  [1052],  who, 

in  fair  exchange,  had  returned  to  En­

gland  to  work  with  Ramsay.  In  1906 

Hahn returned to Germany, worked with 

Emil  Fischer [833],  achieved professorial 

rank  in  1910,  and  served  in  World  War 

I,  working  on  poison  gas  under  Haber 

[977],  In  1928 he became director of the 

Kaiser Wilhelm Institute for Chemistry.

During the early period of his research 

he helped work out some of the interme­

diate stages in the radioactive breakdown 

of thorium. Then, in  1917, with his long­

time associate Meitner [1060], he discov­

ered  the  new  element  protactinium.  In 

1921  the  two  also  discovered  nuclear 

isomers,  atoms  with  nuclei  that  did  not 

differ  in  content  of  subatomic  particles 

but  only  in  energy  content  and  type  of 

radioactive breakdown.

However,  Hahn’s  real  fame  came 

fifteen years later in connection with the 

bombardment of uranium with  neutrons, 

a  project  that  had  first  been  undertaken 

by Fermi  [1243], in the mid  1930s.

The  results  obtained  by  Fermi  had

been  confusing,  though  it  was  suspected 

that  artificial  elements more  complicated 

than  uranium  had  been  formed.  Hahn 

and  Meitner,  among  others,  investigated 

the  situation.  They  treated  the  bom­

barded uranium with barium, which car­

ried  down  a  certain  fraction  of  strongly 

radioactive  material.  This  made  them 

suspect  that one of the products  of neu­

tron-bombarded  uranium  was  radium, 

which  was  chemically  very  similar  to 

barium and would be expected to accom­

pany  barium  in  any  chemical  manipu­

lations.  However,  no  radium  could  be 

obtained  in  those  barium-treated  frac­

tions.

By  1938  Hahn,  working  with  Fritz 

Strassman  [1251],  began  to  wonder  if  it 

was  not  barium  itself—radioactive 

barium,  of course,  formed from  the ura­

nium  in  the  course  of  its  bombardment 

by  neutrons—that  was  being  carried 

down by the barium he had added. How­

ever,  the  barium  atom was  much lighter 

than  the  uranium  atom,  so  much  lighter 

that  it  could  have  been  formed  only 

through  the  breaking in half of the  ura­

nium  atom.  Such  a  breaking  in  half 

(uranium fission)  was unheard of in  nu­

clear  work  and  Hahn  hesitated  to  pub­

lish  this  suggestion.  He  published  his 

findings in January  1939 but he carefully 

did  not  interpret  them  as  representing 

fission.  As  a  chemist he  did  not  wish  to 

fly in the face of physical dogma.

Meitner, now in exile (and feeling per­

haps  that  she  had  little  to  lose),  having 

received  the  news  from  Hahn  himself, 

took  the  plunge  and  published  the  sug­

gestion of fission a month later.

For  his  discovery  of  fission  Hahn  re­

ceived the 1944 Nobel Prize in chemistry. 

Very fortunately for the world,  the  Nazi 

government  of  Germany  remained  blind 

to  the  potentialities  of  fission  and  Hahn 

was  left  pretty  much  to  himself  and  to 

minor experimentation during the  course 

of World War II.  In  1946, the war being 

over,  Hahn  became  president  of  the 

West German Max Planck Society, hold­

ing  this  position  till  his  retirement  in 

1960.

The  news  of  fission  had,  however, 

been  brought  to  the  United  States  by

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Bohr  [1101]  and,  thanks  to  Szilard 

[1208],  American  research  got  under 

way,  culminating  in  the  development  of 

the atomic bomb.

In  1945, after the end of the European 

phase  of World  War n,  Hahn,  who had 

taken  no part  in  war research  this  time, 

was  taken  into  custody  by  American 

forces,  along  with  Laue  [1068],  Heisen­

berg  [1245],  and  Weizsäcker  [1376].  It 

was  while  he  was  in  custody  that  Hahn 

received the news of the dropping of the 

atomic bomb on Hiroshima.

Hahn  conceived  his  personal  respon­

sibility to be great and, for a while, even 

considered  suicide.  The fission  bomb  di­

minished,  however, when compared with 

the  fusion  bomb  whose  theoretical  basis 

had  been  forecast by Harkins  [1022],  In 

1966  he  was  granted  a  share  of  the 

Fermi  award  issued  by  the  Atomic  En­

ergy  Commission  of  the  United  States. 

He  was  the  first  foreigner  to  win  this 

award.

After his death  (as the result of an ac­

cidental  fall),  element  number  105  was 

named hahnium in his honor.

[1064]  EINSTEIN, Albert

German-Swiss-American physicist 

Bom:  Ulm,  Germany,  March  14, 

1879

Died:  Princeton, New Jersey,

April  18,  1955

Einstein was the son of a chemical en­

gineer.  Although  Jewish,  Einstein  re­

ceived  his  earliest  education  in  a  Catho­

lic  grammar  school  in  Munich,  Bavaria, 

to which  city his  family moved while he 

was  still  quite  young.  Like  Newton 

[231],  with  whom  he  is  often  compared 

(and  certainly  he  is  the  only  scientist 

since  Newton’s  time  who  can  bear  the 

comparison),  he  showed  no  particular 

intellectual promise as a youngster. As  a 

matter  of  fact,  he  was  so  slow  in  learn­

ing  to  speak  that  by  the  time  he  was 

three  there  was  some  feeling  that  he 

might prove retarded.

In  1894  his  father  (who  had failed  in 

business)  left for Milan,  Italy, while  Al­

bert  stayed  behind  to  finish  his  high

school  studies.  However,  he  did  very 

badly in Latin and Greek and was  inter­

ested  only  in  mathematics,  so  he  left 

school  by  invitation  of  the  teacher  who 

said,  “You  will  never  amount  to  any­

thing,  Einstein.”  The  young  man  thus 

became the most unusual dropout in the 

history of science.  His  uncle,  Jakob,  an­

other  engineer,  then  began  giving  him 

mathematical  puzzles  that  continued  to 

feed his interest in this direction.

After  an  Italian  vacation  (taken  to 

avoid  qualifying  for  military  service  in 

Germany—for he was a pacifist from the 

start)  he began his college work in Swit­

zerland.  This  was  not  without  difficulty, 

for  only  in  mathematics  was  he  really 

qualified  for entrance.  Nor did he  enjoy 

the  experience.  He  cut  most  of  the  lec­

tures,  preferring to  concentrate on  inde­

pendent  reading  in  theoretical  physics. 

That he could pass his courses at all was 

due  to  the  excellent  lecture  notes  of  a 

friend.

Once  graduated,  he  tried  to  find  a 

teaching post but that wasn’t easy, for he 

was not a Swiss citizen and he was  Jew­

ish  besides.  In  1901,  thanks  to  the 

influence of the father of the same friend 

whose  lecture  notes  Einstein  had  used, 

Einstein  accepted  a  position  as  a  junior 

official  at  the  patent  office  at  Berne, 

Switzerland,  and  in  that  year  became  a 

Swiss citizen.

Therefore,  without  any  academic  con­

nections,  he  began  his  work  and  for  it, 

fortunately,  he  required  no  laboratory 

but  only  a  pencil,  some  paper,  and  his 

mind.  The  year  1905  was  his  annus 

mirabilis,  for  it  saw  the  publication  of 

five  of  his  papers  in  the  German  Year­

book of Physics, involving three develop­

ments of major importance  (and in that 

same year, he earned his Ph.D.).

One paper dealt with the photoelectric 

effect, whereby light falling upon  certain 

metals  was  found  to  stimulate the  emis­

sion  of  electrons.  Lenard  [920]  had  in 

1902  found that  the  energy  of the  emit­

ted  electrons  did  not  depend  on  the  in­

tensity of the  light.  A bright light might 

bring  about  the  emission  of  a  greater 

number of electrons, but not of more en­

ergetic  ones.  There  was  no  satisfactory

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explanation  for this  in  terms of  classical 

physics.

Einstein, however, applied to the prob­

lem the quantum theory worked out five 

years  earlier  by  Planck  [887]  and  dis­

regarded  since.  Einstein  maintained  that 

a  particular  wavelength  of  light,  being 

made up of quanta of fixed  energy  con­

tent,  would  be  absorbed  by  a  metallic 

atom and would force out an electron of 

fixed  energy  content  and  no  other. 

Brighter light  (more quanta)  would then 

bring  about  the  emission  of  more  nu­

merous electrons, but all still of the same 

energy  content.  Light  of  shorter  wave­

length,  however,  would  have more  ener­

getic  quanta  and  would  bring  about  the 

emission  of  more  energetic  electrons. 

Light that had wavelengths longer than a 

certain  critical  value  would  be  made  up 

of  quanta  so weak  as  to  bring  about  no 

electron emission  at all. The energy con­

tent  of  such  long  wavelength  photons 

would  be  insufficient  to  break  electrons 

away  from  the  atoms  of  which  they 

formed  a  part.  This  “threshold  wave­

length”  would  be  different  for  different 

metals,  of course.

Planck’s  theory  was  thus,  for  the  first 

time,  applied  to  a  physical  phenomenon 

(other than the black-body problem that 

had  occasioned  its  development  in  the 

first place)  that it could explain and clas­

sical physics could not. This went a long 

way,  perhaps  even  all  the  way,  toward 

establishing  the  new  quantum  me­

chanics.  For this feat Einstein was even­

tually  awarded  the  1921  Nobel  Prize  in 

physics,  and  yet  it  was  not  his  greatest 

work of that year.

In his second paper of 1905, published 

two  months  after  the  first,  Einstein 

worked  out  a  mathematical  analysis  of 

Brownian  motion,  first  observed  by 

Brown  [403]  three quarters of a  century 

earlier.  Einstein showed that if the water 

in  which  the  particles  were  suspended 

was  composed  of  molecules  in  random 

motion, according to the requirements of 

the  kinetic theory  of  Maxwell  [692]  and 

Boltzmann  [769],  then  the  suspended 

particles  would  indeed  jiggle  as  they 

were  observed  to  do.  Svedberg  [1097] 

had suggested  this molecular explanation

of  Brownian  motion  three  years  earlier, 

but  it  was  Einstein  who  worked  matters 

out in mathematical detail.

All  objects  in  water  (or  in  any  liquid 

or gas)  are  continually bombarded from 

all  sides  by  molecules.  Through  the 

workings of chance, the number of mole­

cules striking any object of ordinary size 

from  one  angle  is  about  the  same  as 

the number from  another angle,  the dif­

ferences  in  number  that  do  exist  being 

insignificant in comparison with the truly 

vast  total  numbers  involved.  For  that 

reason  there  is  no  overall  effect  (or  at 

least no detectable one)  upon  objects  of 

ordinary size.

As  an  object  grows  smaller,  the  total 

number  of  molecules  bombarding  it  de­

creases  and  small  differences  in  bom­

bardment  from  this  direction  or  that 

grow  appreciable.  Grains  of  pollen  or 

particles  of  dye  are  small  enough  to  be 

pushed first this way by a slight excess of 

molecules  striking in that direction,  then 

in another, then in still another. The mo­

tion  is  quite  random,  attesting  to  the 

random  motion  of  the  molecules  them­

selves.

The larger the average size of the mol­

ecules, the larger the body for which this 

difference  in  bombardment  can  produce 

detectable  effects.  Therefore,  the  equa­

tion  deduced  by  Einstein  to  describe 

Brownian motion could be used  to  work 

out  the  size  of  molecules  and  of  the 

atoms  that  compose  them.  Three  years 

later Perrin [990]  conducted experiments 

on  Brownian  motion  which  confirmed 

Einstein’s  theoretical  work  and  which 

gave the first good values of atomic size. 

The atomic theory of Dalton [389] was a 

hundred years old by then and had been 

accepted  by  all  but  a  few  diehards  such 

as  Ostwald  [840],  and  yet  this  was  the 

first  time  the  effect  of  individual  mole­

cules  could  be  directly  observed.  Even 

Ostwald gave in.

Einstein’s  greatest  accomplishment  of 

the  year  involved  a  new  outlook  on  the 

universe,  replacing  the  old  Newtonian 

view,  which  had  reigned  supreme  for 

two and a quarter centuries.

Einstein’s  work  climaxed  the  famous 

experiment of Michelson [835] and Mor-

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ley [730], who had been unable to detect 

any  difference  in  the  velocity  of  light 

with changes in its direction through the 

ether.  Einstein  later  claimed  he  had  not 

yet heard of the experiment in  1905,  but 

that he was troubled by a certain lack of 

symmetry  in  Maxwell’s  equations  con­

cerning  electromagnetic  effects.  What­

ever the case, he began with the assump­

tion  that  the  measured  velocity  of  light 

in  a  vacuum  is  always  constant  despite 

any  motion  of its  source  or  of the  indi­

vidual  measuring the light.  Furthermore, 

he canceled  out the ether as unnecessary 

by assuming that light traveled in quanta 

and therefore had particle-like properties 

and was not merely a wave that required 

some  material  to  do  the  waving.  This 

particle-like  form  of  light  was  named  a 

photon  a  decade  later  by  Compton 

[1159],  It  represented  a retreat from the 

extreme  wave  theory  of  light,  moving 

back  toward  Newton’s  old  particle 

theory and taking up an intermediate po­

sition  that  was  more  sophisticated,  and 

more  useful,  than  either  of  the  older 

theories.

Einstein  also  pointed  out  that  without 

the  ether  there  was  certainly  nothing  in 

the  universe  that  could  be  viewed  as  at 

“absolute rest,” nor could any motion be 

considered  an  “absolute  motion.”  All 

motion  was  relative  to  some  frame  of 

reference  chosen,  usually,  for  its  conve­

nience,  and  the  laws  of  nature  held  un­

changed for all such frames of reference. 

His theory,  because of the “all motion is 

relative”  idea,  is  therefore  called relativ­

ity. In this particular paper he dealt only 

with  the  special  case  of  systems  in  uni­

form  nonaccelerated  motion,  so  it  is 

called the special theory of relativity.

He  showed  that  from  this  simple  as­

sumption  of the  constancy  of  the  veloc­

ity  of light  and  the  relativity of motion, 

the  Michelson-Morley  experiment  could 

be  explained  and  Maxwell’s  electromag­

netic  equations  could  be  kept.  He 

showed  also  that  the  length-contraction 

effect  of  FitzGerald  [821]  and the  mass­

enlargement  effect  of  Lorentz  [839] 

could  be  deduced,  and  that  the  velocity 

of  light  in  a  vacuum  was  therefore  the

maximum  speed  at  which  information 

could be transferred.

All  sorts  of  peculiar  (in  appearance) 

results  followed.  The  rate  at which time 

passed  varied  with  velocity  of  motion; 

one  had  to  give  up  notions  of  simul­

taneity,  for  one  could  no  longer  say, 

under certain conditions, whether A hap­

pened  before  B,  after  B,  or  simulta­

neously with B. Space  and time vanished 

as single entities  and were replaced  by  a 

fused  “space-time.”  All  this  was  against 

“common  sense”  but  common  sense  is 

based  on  a  limited  experience  with  ob­

jects of ordinary size moving  at ordinary 

velocity.  Under  such  conditions  the 

difference  between  Einstein’s  theory  and 

the  ordinary  Newtonian  view  (which  is 

“common  sense”)  becomes  indetectably 

small.  In  the  vast  world  of  the  universe 

as a whole and the tiny world within the 

atom,  however,  common  sense  is  no 

guide; there is a detectable difference be­

tween the two views;  and  it is Einstein’s 

view  and  not Newton’s that  is  the  more 

useful.

In the special theory of relativity, Ein­

stein  worked  out  an  interrelationship  of 

mass  and  energy  in  a  famous  equation 

that goes:  E=mc2, where E is energy, m 

mass,  and  c  the  velocity  of  light.  Since 

the velocity of light is a huge quantity,  a 

small amount of mass  (multiplied by the 

square of the velocity)  is equivalent to  a 

large amount of energy.

With mass and energy thus interpreted 

as different aspects of the same phenom­

enon, it was no longer sufficient to speak 

of Lavoisier’s [334]  conservation of mass 

or  of  Helmholtz’s  [631]  conservation  of 

energy.  Instead  there  was  the  greater 

generalization  of  the  conservation  of 

mass-energy.  Or,  if  one  still  speaks  sim­

ply  of  the  conservation  of  energy,  it 

must be understood that mass is but one 

more aspect of energy.

This  new  view  at  once  explained  the 

energies  given  off  by  radioactive  ele­

ments as a consequence of the slight loss 

of mass involved, a loss so slight as to be 

indétectable  by ordinary chemical proce­

dures.  The  interrelationship  of  mass  and 

energy  was  quickly  confirmed  by  a vari­

ety  of  nuclear  measurements  and  has,

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ever since, proved fundamental in atomic 

studies. Once only did its usefulness seem 

to  flag  and  then  Pauli  [1228]  postulated 

the existence of the neutrino to save it.

The value of the new generalization in 

everyday  affairs,  and  not  merely  in  the 

highly esoteric work of the atomic physi­

cists,  was  overwhelmingly  shown  when 

the  conversion  of  mass  to  energy  on  a 

large scale made possible the devastation 

by  atomic  bombs  a  generation  later,  a 

denouement  to  which  Einstein  was  to 

contribute directly,  and which he was to 

find horrifying.

Despite  this  triple  thunderbolt  of 

papers,  it  was  four  more  years  before 

Einstein  could  finally  obtain  a  profes­

sorship  (and a poorly paying one)  at the 

University of Zürich. His reputation con­

tinued  to  grow,  however,  and  in  1913  a 

position was created for him at the Kai­

ser  Wilhelm  Physical  Institute  in  Berlin, 

thanks  to  Planck,  who  was  greatly 

impressed by the young Einstein. For the 

first  time  Einstein  was  to  be  paid  gen­

erously  enough  to  make  it  possible  for 

him to devote his life to science.

World  War  I  broke  out  but  Einstein 

was  little  affected,  since  he  was  at  the 

time  a  Swiss  citizen.  However,  when 

many  German scientists  signed  a nation­

alistic  pro-war  proclamation,  Einstein 

was  one  of  the  few  to  sign  a  coun­

terproclamation calling for peace.

Einstein  was  then  working  on  the  ap­

plication of his theory of relativity to the 

more general case of accelerated systems 

and in so doing worked out a new theory 

of  gravitation  of which  Newton's  classic 

theory  was  but  a  special  case.  He  pub­

lished  it  in  1915  in  another  tremendous 

paper usually referred to as the “General 

Theory  of  Relativity.” The  equations  set 

up  in  this  theory  allowed  grand  conclu­

sions to be drawn about the universe as a 

whole and Sitter [1004] was to use those 

equations  to  better  effect  than  Einstein 

himself.

In the general theory, Einstein pointed 

out  three  places  where  his  theory  pre­

dicted  effects  that  were  not  like  those 

predicted  by  Newton’s  theory.  The  phe­

nomena  concerned  could  be  measured 

and  in  that  way  a  decision  between  the 

two theories could be reached.

First,  Einstein’s  theory  allowed  for  a 

shift of the  position  of the  perihelion  of 

a planet, a shift that Newton’s theory did 

not  allow.  Only  in  the  case  of  Mercury 

(closest  to  the  sun  and  its  gravitational 

influence)  was  the  difference  large 

enough to be noticeable.  And,  as  a mat­

ter  of  fact,  the  motion  that  Leverrier 

[564]  had  detected  and  tried  to  explain 

by  supposing  the  existence  of  an  infra­

Mercurian  planet,  was  explained  on  the 

spot by Einstein’s theory. This, however, 

was  not  so  impressive  as  it  might  be 

since  Einstein  knew  about  the  discrep­

ancy of Mercury’s  motion  to  begin  with 

and could have “aimed” his theory at it.

Secondly,  however,  Einstein  pointed 

out  that light  in an  intense gravitational 

field  should  show  a  red  shift.  This  had 

never been looked for or observed so the 

coast  was  clear  for  a  fair  test.  Only  ex­

treme  gravitational  fields  could  show  a 

shift large enough to measure at the time 

and,  at  Eddington’s  [1085]  suggestion, 

W.  S.  Adams  [1045]  demonstrated  the 

existence of this Einstein shift in the case 

of  the  white-dwarf  companion  of  Sirius, 

which  had  the  intensest  gravitational 

field then known.

(In  the  1960s,  with  improvement  in 

measuring  devices,  the  much  smaller 

Einstein shift of the light of our own sun 

was  measured  and  found  to  match  Ein­

stein’s  prediction.  In  addition,  the  shift 

in  gamma-ray  wavelength,  worked  out 

by  Mossbauer  [1483]  in  the  late  1950s, 

was  essentially  an  Einstein  shift  and  it 

too  has  been  measured  and  found  to  be 

in accord with the prediction.)

Thirdly  and  most  dramatically,  Ein­

stein  showed  that  light  would  be 

deflected  by  a  gravitational  field  much 

more than Newton predicted. There was 

no  way  of  testing  this  in  the  midst  of 

World  War  I.  However,  with  the  war 

over  (and  Germany,  but  not  Einstein, 

defeated)  the  opportunity  arose  on 

March  29,  1919,  when  a  solar  eclipse 

was  scheduled  to  take  place  at  just  the 

time when more bright stars were in  the 

vicinity  of  the  eclipsed  sun  than  would 

be there at any other time of year.

The  Royal  Astronomical  Society  of 

London made ready for two expeditions,