拥抱原子世界的著名物理学家

费米：拥抱原子世界的著名物理学家

意大利物理学家费米是20世纪自然科学界一位独一无二的人：他既是一位思想深邃的理论家，又是一位杰出的实验家。费米对现代物理的贡献在于：费米一狄拉克量子统计法的创立；在现代的相互作用理论中得到进一步发展的β衰变理论的创立；中子减速效应的发现；对中子数物理学的研究；第一个原子反应堆的建成和原子能提取成功；对高能粒子的研究……这些贡献，对于20世纪以及未来的物理学，探索物质能量奥秘等方面，都有不可磨灭的贡献。他的思想，他的成就，至今依然熠熠发光。

1901年9月29日，恩里科·费米出生在意大利首都罗马一个铁路职员的家庭，他是家里3个孩子中最小的一个。童年的费米，个头瘦小，不大整洁，易发脾气，见人害羞，给人的印象是个精神贫乏，缺乏想像力的孩子。在小学二年级时，老师要他写出用铁能制造什么？因他每天上学路上都可看见“铁床工厂”的招牌，他写道：“用铁可以做一些床。”老师不大高兴，怀疑这个不大说话、毫不起眼的孩子智力低下，就连他的母亲也有同感。其实，小费米是个非常聪明、爱动脑筋的孩子。10岁时，他就能独立理解x2+y2=r2方程为什么是表示一个圆的高深数学问题。他在答题中说“一些”就暗含着他知道不是所有的床都是用铁做的，这恰恰是他肯动脑筋的生动例证。

费米从小就爱读书，除潜心学习意大利文、拉丁文和希腊文外，更大的兴趣是数学和物理学。课堂上学到的知识远远满足不了他对知识的渴求，他大量地阅读课外书籍，书本打开了费米的眼界，使他知道了世界上还有许许多多尚未揭开的秘密。

1918年，17岁的费米以优异的成绩考入比萨高等师范学院。入学考试时，主考的教授被费米那篇题为《声音的特性》的论文所震惊，这是一篇关于振簧的偏微分方程的傅立叶级数解。他特地找费米到办公室做了一次非正式谈话。从这时起，费米在物理学领域的杰出才能就引起了学术界的注意。

在比萨高等师范学院度过了4年光阴的费米，在物理学和数学上都打下了坚实的基础，尤其在理论物理方面，造诣更是精深。在念高年级时，费米成了学校量子理论的权威，教授们在讲授现代物理时，不能传授新的知识，反而请费米给他们讲授关于爱因斯坦相对论的课，学生成了先生的先生。

顺利地念完大学，费米回到罗马，回到他家里。这位年轻的物理学家面临着寻找专业对口工作的难题。不久，他怀着踌躇和担心的心情拜望了科尔比诺。这是位专长磁光学和电工学的实验物理学教授，也是位有声望的人物，是科学院院士，罗马大学物理研究所所长、参议员、部长，意大利电气工业领导人之一。但是那天他并没有谈物理学，也不是为未来的工作制订计划，他们在谈论法西斯领袖墨索里尼的暴力宣传和政局。那天晚上，费米把谈话叙述给别人听，但他最终留了下来，一直到16年后，他才离开意大利前往美国。

1926年，费米担任了罗马大学的物理学教授，并且在罗马永久定居下来，直到他偕同妻子及孩子于1938年去美国。同时到罗马大学任教的还有费米在比萨师范学院的好友拉赛蒂。这时候费米仅25岁。

1928年7月19日是罗马炎热的一天，那天费米和认识了4年之久的劳拉终成眷属。参议员科尔比诺亲自参加了他们的婚礼，随后，他们开始了他们的新婚旅行。婚后，他们的收入仅够买起码的生活必需品，费米意识到对家庭的责任，他觉得需要有更多的钱，这并不是为了过一种豪华的生活，而是为了获得一种安全感，以备应付紧急的需要，于是，他开始写作以获得额外的收入。他和妻子劳拉曾为意大利中学写过一本物理学教科书，还参加过《意大利百科全书》的编写工作，担任过几年百科全书物理组的编辑，以后的事实证明费米的著作是非常成功的，直到今天，全世界各地仍有许多年轻人通过费米所著的书籍掌握了或正在掌握物理学。总的说来，费米和劳拉的婚姻是比较美满的，闲暇时费米经常教妻子物理学的课程；或是两人合作编书，费米口述，劳拉则负责笔录和绘插图；或者是和朋友们一道互相问百科知识以逗乐。这种亲密的深厚感情，一直伴随着他们到晚年。

费米使自己生活中的一切顺从他的工作。他每天早晨5点半到8点按时构思和写作理论文章，然后到大学上班或去实验室工作直到深夜，只有在吃午饭和两小时午休时才放下工作。费米头脑里的闹钟走得非常准确，他和妻子在1点钟吃中饭，8点钟吃晚饭，费米从来不迟也不早。在下午3点钟的时候，他便暂时停下来，读读报纸或者干脆打一场网球，然后再回去工作。晚饭后，劳累的一天结束后，费米通常会连续不断地打哈欠，揉眼睛，但他会坚持到规定的9点半才去睡觉，从不早也从不晚，他是个条理井然的人。前苏联科学院院士波捷科尔夫写道：“费米的生活过得就像有一种什么荷尔蒙在支配着他的感情和生活方式，使其自动地保证有最佳条件从事科学研究。”

运气似乎很钟爱费米，1929年3月，意大利科学院任命第一批院士。费米被选中，那一年他才不满28岁。受到法国科学院服装的启发，意大利科学院发的服装带有大银花银饰亮光闪闪，裤子上镶有银条。服装中还包括一顶翘着翎毛的帽子，一个短剑和一件把全身裹住的黑斗篷，费米觉得穿上这些肯定滑稽可笑。除了院士服外，随着院士级别而来的另一个使他忐忑不安的是“阁下”的头衔，费米认为那个头衔即使是在意大利中央官僚主义的国家里，也是毫无用处的。一次他同妻子去滑雪旅行，走到一家他们曾经住过的旅馆时，经理问他：“您是费米阁下的什么亲属吗？”“是个远亲”，他回答。费米不是个喜欢让人注意到他的人。

1934年1月，居里夫人的女儿——法国物理学家伊伦娜和她的丈夫——法国物理学家弗雷里克·约里奥宣布：他们在实验中用高速α粒子作为“炮弹”，轰击铅原子，结果发现了人工放射现象。原先没有放射性的铅，当它被α粒子轰击时，转变成了能放出辐射线的元素，情况和天然放射性元素一模一样。

消息传到意大利，费米觉察到未来属于原子核物理。他立即决定探索这个新的课题，但他不打算重复法国物理学家的实验，他要开辟一条新途径去研究人工放射性。

原本是理论物理学家的费米，现在却要从事实验物理学家的研究工作，面临的困难可想而知。当时，罗马大学的实验室没有任何轰击原子所需的仪器和设备，也没有经费去买。实际上有的仪器有钱也买不到。

费米是一个意志坚强、知难而进的科学家，没有被困难吓倒，他努力创造条件，从最基础的准备工作做起，自己动手制作试验所需的仪器。为了寻找轰击原子的“炮弹”，他改用不带电的中子作为“炮弹”去轰击原子。可是，中子的来源呢？幸好，在物理楼的地下室里，存放着属于卫生部的一克镭和一套从镭中提取氡的设备。氡是镭在天然衰变中形成的一种气体。它本身也会自动地发生衰变，发射出α粒子。如果把氡和铍粉混合在一起，α粒子就会轰击铍，使它发射中子。费米无偿地获得了中子源，于是，一切准备工作就绪。

从此，物理楼的二楼便成了费米进行原子角逐的战场。1934年秋天，费米和他的试验小组在继续对某些金属试验人工放射时，意外地发现把一大块石蜡放在中子源和银块之间，银的放射性突然提高了100倍。兴奋不已的物理学家们跑到物理楼后院的养鱼池旁，把中子源和银块放入水中，获得了同样的结果。费米立即进行了综合分析，结论是：由于中子在穿过石蜡和水时速度减低，被银原子俘获的几率增大，从而有较多的银原子转变为放射性元素。这个重大的发现，预示着在不远的将来，人工放射性物质将会代替价格昂贵的天然放射性物质。同时，预示着为人类造福的原子能将会有广阔的前景。

为了表彰费米的功绩，1938年12月10日，他荣获了科学家的最高荣誉——诺贝尔奖。

1938年，德国、意大利的法西斯们称霸世界的野心进一步恶性膨胀，欧洲上空战云密布，第二次世界大战一触即发。费米的妻子是犹太人，自然时刻受到威胁，生命安全都没有保障。这一切引起了费米的强烈不满。1938年12月，他利用前往瑞典领诺贝尔奖的机会，携家带口，逃出了法西斯的魔掌，于1939年1月抵达美国前往哥伦比亚大学任教。

这时，有可靠消息证实，德国法西斯正在加快原子裂变的研究步伐，侵略成性的法西斯一旦掌握了原子能并把它用于军事，给人类带来的灾难是不堪设想的。费米决定加快步伐，抢在希特勒的前面，掌握利用原子能的技术。

1940年，费米等人建造了世界上第一个核反应堆，他们的研究进展顺利。1942年12月2日上午，在费米的指挥下，反应堆的控制棒一点点按着计算被抽了出来，非常地谨慎。这样一上午过去了，到了午饭时分，虽然并没有一个人做出饥饿的表示，费米这个尊重习惯的人却宣布现在已成为历史的那句名言：“我们去吃午饭吧。”午饭过后，大家又重新各就各位。直到下午3时20分，控制棒被抽出到计算的尺度，反应堆开始运行，地球上第一次点燃了原子之火，在人的监视下释放出原子能，费米妻子也参与了研究工作。这个被称为“芝加哥冶金实验室”的工程，是动力工程学发展史上，也是整个人类文明史上继“伏打电堆”之后又一次飞跃。

1942年12月2日的核反应堆实验证明了原子能的释放是可行的，设计和制造原子弹的工作也加快了步伐。秘密研制地点选在了新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯峡谷一块人迹罕至的平地上，这个地点对外叫1663号信箱。以前人很少，但1943年1月以后，这里住进了各种各样的人，有工程兵，有科学家，有家属，也有孩子，形成了一座新的城市。地图上没有这个城市，它没有正式地位，它的居民不能参加选举。就在这样一个四周被铁丝网围起的城镇，在这个与世隔绝的地方，世界上诞生了第一颗原子弹。

费米是以科学顾问的身份参加研制的。当该项工程的参加者提出仅把原子武器用于战争的倡议时，费米没有支持，他是轰炸长崎、广岛的赞同者之一。他说，历史上的先例不管其价值如何，却没有证明武装的进步吓得人们不敢发动战争，他还认为，一场战争的严酷程度不取决于毁灭手段的技术进步，而是取决于使用武器的意志以及各交战国所愿意采取的惩罚数量，但是他本人并不是好战主义者。

1946年，费米回到了重建起来的芝加哥大学核研究所。他继续研究着高能粒子物理，像过去一样，费米不担任任何行政职务，但他确定着研究所内众多同事的研究方面。他建立了一个新的、美国著名的基本粒子物理学派。

1946年3月19日，为了表彰费米的功绩，美国政府授予费米国会勋章。勋章证书上写道：“作为一个伟大的实验物理学家，费米博士的健全的科学判断力，他的首创性和丰富的才能以及不屈不挠的忠于职守的精神，对原子弹计划的成功做出了极其重要的贡献。”

1954年11月29日，在他创造精力旺盛之年，费米离开了人世，享年53岁。费米的名字被用来命名元素周期表中第100号元素，以此来表示人们将永远纪念这位20世纪伟大的物理学家。