นิวเคลียร์ฟิชชัน

ในปี 1934 นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี Enrico Fermi ได้ทิ้งระเบิดยูเรเนียม (เลขอะตอม 92) และองค์ประกอบอื่นๆ ด้วยนิวตรอน อนุภาคที่James Chadwick ค้นพบเมื่อสองปีก่อน Fermi พบว่าในบรรดาผลิตภัณฑ์นั้นเป็นองค์ประกอบใหม่ที่ไม่สามารถระบุตัวตนได้ เขาคิดว่าเขาได้สร้างธาตุ 93ซึ่งหนักกว่ายูเรเนียม เขาไม่สามารถจินตนาการถึงคำอธิบายอื่นใดได้ ในปี 1938 Fermi ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากการแสดง “การมีอยู่ของธาตุกัมมันตภาพรังสีชนิดใหม่ที่เกิดจากการฉายรังสีนิวตรอน”

อย่างไรก็ตาม ปรากฎว่า Fermi ได้แสดงให้เห็นถึงการแยกตัวของนิวเคลียร์โดยไม่ได้ตั้งใจ ผลิตภัณฑ์ระเบิดของเขาจริง ๆ แล้วเบากว่าองค์ประกอบที่รู้จักกันก่อนหน้านี้ – ชิ้นส่วนแยกจากนิวเคลียสยูเรเนียมหนัก แน่นอนว่าในเวลาต่อมา นักวิทยาศาสตร์ให้เครดิตกับการค้นพบการแยกตัวอ็อตโต ฮาห์น และฟริตซ์ สตราสมันน์ ไม่เข้าใจผลลัพธ์ของพวกเขาเช่นกัน Lise Meitner อดีตผู้ร่วมงานของ Hahn เป็นผู้อธิบายสิ่งที่พวกเขาทำ Ida Noddack นักเคมีอีกคนหนึ่งได้จินตนาการถึงความเป็นไปได้ของการแยกตัวเพื่ออธิบายผลลัพธ์ของ Fermi แต่ด้วยเหตุผลบางอย่างไม่มีใครฟังเธอ

การตรวจจับนิวตริโน

ในปี ค.ศ. 1920 นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่เชื่อว่าธรรมชาติสร้างขึ้นจากอนุภาคพื้นฐานเพียงสองอนุภาค: โปรตอนที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ อย่างไรก็ตาม บางคนได้จินตนาการถึงความเป็นไปได้ของอนุภาคที่ไม่มีประจุไฟฟ้า ข้อเสนอหนึ่งสำหรับอนุภาคดังกล่าวเกิดขึ้นในปี 1930 จากนักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย Wolfgang Pauli เขาแนะนำว่าอนุภาคที่ไม่มีประจุสามารถอธิบายการสูญเสียพลังงานที่น่าสงสัยที่พบในกัมมันตภาพรังสีของอนุภาคบีตา แนวคิดของ Pauli เกิดขึ้นทางคณิตศาสตร์โดย Fermi ซึ่งตั้งชื่ออนุภาคที่เป็นกลางว่านิวตริโน คณิตศาสตร์ของ Fermi ได้รับการตรวจสอบโดยนักฟิสิกส์ Hans Bethe และ Rudolf Peierls ซึ่งอนุมานว่านิวตริโนจะทะลุผ่านสสารได้อย่างง่ายดายจนไม่มีทางจินตนาการที่จะตรวจจับการมีอยู่ของมันได้ (ขาดการสร้างถังไฮโดรเจนเหลวกว้าง 6 ล้านล้านไมล์) “ไม่มีทางเป็นไปได้ในทางปฏิบัติในการสังเกตนิวตริโน” เบธและเพียร์ลส์สรุป.

แต่พวกเขาล้มเหลวที่จะจินตนาการถึงความเป็นไปได้ในการค้นหาแหล่งกำเนิดของนิวตริโนพลังงานสูงจำนวนมาก เพื่อที่จะสามารถจับสองสามตัวได้แม้ว่าเกือบทั้งหมดจะหลบหนีก็ตาม ไม่ทราบแหล่งที่มาดังกล่าวจนกว่าจะมีการประดิษฐ์เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชัน ในปี 1950 Frederick Reines และ Clyde Cowan ใช้เครื่องปฏิกรณ์เพื่อสร้างการมีอยู่ของนิวตริโน อย่างแน่นอน . Reines กล่าวในภายหลังว่าเขาหาวิธีตรวจจับนิวตริโนอย่างแม่นยำเพราะทุกคนบอกเขาว่าไม่สามารถตรวจจับนิวตริโนได้  

พลังงานนิวเคลียร์

เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด หนึ่งในนักฟิสิกส์ทดลองที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของศตวรรษที่ 20 ไม่ใช่คนไร้จินตนาการ เขาจินตนาการถึงการมีอยู่ของนิวตรอนเมื่อหลายสิบปีก่อนมีการค้นพบ และเขาพบว่าการทดลองแปลกๆ ที่ดำเนินการโดยผู้ช่วยของเขาได้เปิดเผยว่าอะตอมมีนิวเคลียสที่หนาแน่นอยู่ตรงกลาง เป็นที่ชัดเจนว่านิวเคลียสของอะตอมบรรจุพลังงานจำนวนมหาศาล แต่รัทเทอร์ฟอร์ดนึกภาพไม่ออกว่าจะดึงพลังงานนั้นออกมาเพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติ ในปี 1933 ที่การประชุมของ British Association for the Advancement of Science เขาตั้งข้อสังเกตว่าถึงแม้นิวเคลียสจะมีพลังงานอยู่มาก แต่ก็ยังต้องการพลังงานในการปลดปล่อยออกมา ใครก็ตามที่บอกว่าเราสามารถใช้ประโยชน์จากพลังงานปรมาณู “กำลังพูดถึงแสงจันทร์” รัทเทอร์ฟอร์ดประกาศ. เพื่อความเป็นธรรม รัทเทอร์ฟอร์ดมีคุณสมบัติในการกล่าวสุนทรพจน์โดยกล่าวว่า “ด้วยความรู้ในปัจจุบันของเรา” ดังนั้นในอีกไม่กี่ปีต่อมาเขาอาจคาดการณ์ถึงการค้นพบการแยกตัวของนิวเคลียร์ (และนักประวัติศาสตร์บางคนแนะนำว่ารัทเทอร์ฟอร์ดจินตนาการถึงการปลดปล่อยพลังงานนิวเคลียร์อันทรงพลัง แต่คิดว่ามันเป็นความคิดที่ไม่ดีและต้องการกีดกันผู้คนจากการลองใช้) 

อายุของโลก ชื่อเสียงด้านจินตนาการของรัทเทอร์ฟอร์ดได้รับการสนับสนุนจากข้อสรุปของเขาที่ว่าสารกัมมันตภาพรังสีที่อยู่ลึกลงไปใต้ดินสามารถไขปริศนาแห่งยุคของโลกได้ ในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 วิลเลียม ทอมสัน (ภายหลังรู้จักกันในชื่อลอร์ดเคลวิน) ได้คำนวณอายุของโลกว่ามีอายุมากกว่า 100 ล้านปีเล็กน้อย และอาจน้อยกว่านั้นมาก นักธรณีวิทยายืนกรานว่าโลกต้องเก่ากว่ามาก อาจถึงหลายพันล้านปี เพื่ออธิบายลักษณะทางธรณีวิทยาของดาวเคราะห์

เคลวินคำนวณค่าประมาณของเขาโดยสมมติว่าโลกเกิดเป็นก้อนหินหลอมเหลวที่เย็นตัวลงจนถึงอุณหภูมิปัจจุบัน แต่หลังจากการค้นพบกัมมันตภาพรังสีเมื่อปลายศตวรรษที่ 19 รัทเธอร์ฟอร์ดชี้ให้เห็นว่ามันให้แหล่งความร้อนใหม่ภายในโลก ขณะบรรยาย (ต่อหน้าเคลวิน) รัทเทอร์ฟอร์ดแนะนำว่าเคลวินได้พยากรณ์โดยทั่วไปถึงแหล่งความร้อนใหม่ของดาวเคราะห์

แม้ว่าการละเลยกัมมันตภาพรังสีของเคลวินเป็นเรื่องมาตรฐานการวิเคราะห์อย่างละเอียดถี่ถ้วนแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มความร้อนให้กับคณิตศาสตร์ของเขาไม่ได้เปลี่ยนแปลงค่าประมาณของเขามากนัก ทว่าความผิดพลาดของเคลวินกลับทำให้ภายในแข็ง จอห์น เพอร์รี (อดีตผู้ช่วยคนหนึ่งของเคลวิน) แสดงให้เห็นในปี พ.ศ. 2438 ว่าการไหลของความร้อนที่อยู่ลึกเข้าไปในภายในของโลกจะเปลี่ยนแปลงการคำนวณของเคลวินอย่างมาก ซึ่งเพียงพอที่จะทำให้โลกมีอายุหลายพันล้านปี ปรากฎว่าเสื้อคลุมของโลกเป็นของเหลวในมาตราส่วนเป็นเวลานาน ซึ่งไม่เพียงแต่อธิบายอายุของโลกเท่านั้น แต่ยังอธิบายการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลกด้วย