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伟大的物理学家费米及其生平(上) 精选

已有 10500 次阅读 2021-7-1 15:46 |系统分类:人物纪事

恩里科·费米 (Enrico Fermi) 1901年9月29日出生在意大利罗马。可以说,他出生于一场革命之中。尽管这场革命没有开枪,也没有推翻政府,但费米参与的这场革命要比任何用枪进行的革命都更多地改变了世界。 这是一场思想和发明的革命,源于对物理世界如何运作的科学知识增加。 这场以费米为首的革命导致了核链式反应和原子弹的成功,它深刻地改变了战争并使人类的未来处于危险之中。


费米被称为“完整的物理学家”,因为他既是一位出色的实验学家,同时也是一位出色的理论家。这是一个非常非常罕见的组合,而费米却能集二者于一身。


费米小时候学习很好,完成作业后喜欢阅读。他最喜欢读科学方面的书籍,对数学有天生的兴趣,早在10岁时就开始攻读代数和几何学。物理学是他的初恋,他几乎把所有的零花钱都用于购买物理学书籍。他喜欢与志同道合的人一起玩,一个名叫恩里克·佩西克的高中同学成为了他一生的挚友,并与他一起带动了意大利物理学的复兴。


费米在13岁时幸运地认识了父亲的一位同事阿道夫·阿米迪,他成了费米的人生导师和引路人。阿米迪是一名受过大学培训的工程师,有丰富的数学和物理学知识。知道这些后,费米一有时间就去和他交谈,并问一些自己遇到的数学和物理中的问题。阿米迪看出费米是可“神童”,就把自己的一些科学书籍借给费米读。费米能很快读完这些书籍,并完成一些连阿米迪都认为是很难得问题。阿米迪也被费米的超常记忆能力所震撼,因为费米能根据需要回忆出微积分公式。在阿米迪的推荐下,费米进入比萨高等师范学校(Scuola Normale Superiore di Pisa)。费米也喜欢比萨,因为那里有伟大的伽利略进行落体实验的斜塔,温暖着费米的灵魂。


在大学里费米偏爱基础物理学理论,想了解物质世界发生的根源,以及自然是如何运作的。在大二结束时,费米完成了大学的所有课程,并开始进入研究生们的实验室,并完成一篇理论文章。1922年7月,费米从比萨高等师范学院毕业,获得了物理学的哲学博士学位。以后,他去了德国的哥廷根,跟随伟大的物理学家马克思·伯恩从事理论物理研究。在那里,费米还结识了罗马大学物理研究所所长马里奥·科尔比诺,因而获得了在佛罗伦萨大学教授物理的职位。当时,费米的高中同学拉塞提也在那儿任教。于是,他们就组成了一个伟大的团队,一起研究实验,讨论国外最新物理期刊上的文章。


1925年,费米撰写了一篇最重要的论文,这篇论文使他稳居世界知名的物理学家之列。这个工作后来被称作费米-狄拉克统计。保罗·狄拉克也是一位非常有创造力的英国物理学家,他也在费米之后不久提出了类似的理论。这一工作使费米获得罗马大学理论物理主席的职位。为了复兴意大利物理学,费米招揽了一批优秀的物理学家。其中包括阿马尔迪,塞格雷和拉塞提,以及传奇人物马约拉纳,这些年轻的科学家开始了新兴的原子物理实验计划。


1933年费米提交给Nature一篇论文,用一种新的中性粒子(现在叫做中微子)来解释β衰变理论。编辑看了论文后却拒绝了他,因为文章的内容太抽象了,离物理现实很远。费米不得不在别处发表这篇伟大的论文,事实上这篇工作解释了四大相互作用之中的弱相互作用,如果没有其它工作助费米赢得诺贝尔奖,这篇工作也足以使费米获得诺贝尔物理学奖,因为弱相互作用的研究后来也拿到几个诺贝尔物理学奖。


受卢瑟福和居里夫人工作的影响,费米计划用中子来诱发核材料,并测量其放射性。团队快速而系统地工作,进行辐照,寻找诱导放射性,对新产生的放射性元素进行化学分离,并测量发射的粒子类型、其能量以及人工辐射减少的速度。他们发现慢中子比快中子能够产生更多的放射性,并找到了使快中子慢化的方法,并申请了专利。1953年,经过多次法律纠纷,美国政府为该专利的所有权利支付了400,000 美元。 扣除费用后,费米的份额约为24,000美元,与他的合作者获得的份额相同。


1935 年 2 月,费米和他的同事们能够在英国期刊《皇家学会会刊(伦敦)》上发表他们所有工作的综合摘要。 其中介绍了许多中子物理学的基础知识。 例如,费米展示了慢速中子如何相对容易地通过铅,但会被非常薄的镉和硼元素层吸收。费米提供了第一个关于中子如何在石蜡等材料中减速和扩散的理论。显然,世界上没有人对中子有如此多的了解。


1938 年秋天,在哥本哈根举行的一次科学会议上,伟大的丹麦物理学家尼尔斯·玻尔(Niels Bohr,1885-1962 年)找到了费米,他问如果诺贝尔奖授予他,他是否能够接受。这种“试探”变得必要,因为像德国和意大利这样的法西斯政府禁止一些获奖者接受他们的奖项。费米向玻尔保证他愿意接受奖品。 事实上,他已经开始制定离开意大利的计划。 墨索里尼已经开始模仿阿道夫希特勒的纳粹德国的种族法律,这些法律限制了“非雅利安”科学家,尤其是犹太人的自由。 费米的妻子是犹太人,而这些种族法更坚定了费米离开意大利的决心。


1938 年 12 月 10 日,诺贝尔逝世周年纪念日,瑞典国王古斯塔夫五世向费米颁奖。 文学奖也在同一仪式上颁发给美国小说家赛珍珠。 诺贝尔奖颁奖典礼是一场盛会,瑞典学院的成员、前一年的获奖者以及来自科学界、政府和外交界的领军人物出席了颁奖典礼。颁给费米物理学奖的理由如下:表彰他识别出由中子轰击产生的新放射性元素,以及与这项工作一起发现慢中子引起的核反应。



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