2021-09-26 15:57:26 首页
费米被公认为20世纪首席物理大师之一，他首创了β衰变理论，是弱相互作用理论的前导，负责设计建造了世界首座自持续链式裂变核反应堆。费米还是曼哈顿计划的主要领导者，与罗伯特·奥本海默共同被尊称为“原子弹之父”。以他的名字命名的科学名词有费米黄金定则、费米统计、费米子、费米面、费米液体及费米常数等等。这位对于理论物理学和实验物理学均做出了重大贡献的跨界物理大师，有一个外号叫“教皇”。从爱读书的小孩到科学巅峰，从恶作剧少年到最年轻院士，科学之路上这位物理“教皇”留下了怎样的故事呢?
通过阅读走出童年阴影
恩里科·费米出生在意大利罗马一个小康之家。父亲阿尔伯托是一位铁路段长，费米的母亲生育了3个孩子：1899年玛利亚出生，1900年朱利奥出生，1901年我们的主角——恩里科·费米出生。3个仅相差一岁的孩子让费米太太力不从心，于是将老二朱利奥和老三费米送往乡下。乡下相依为命的生活，让小费米和哥哥朱利奥建立起了深深的感情依赖。他们年龄相仿，都天赋异禀，都有着非同一般的聪慧。童年时，他们一起制作出自己设计的电动机，并使电动机运转;他们绘制出让周围所有儿童着迷的飞机引擎草图，让专家们都惊叹不已;费米和哥哥还一同设计制作了很多机械玩具和电动玩具。
1915年冬天的一个突发事件改变了费米的一生。朱利奥突然不幸病逝了，费米从此失去了最好的朋友和玩伴。哥哥去世后，学习成了费米排解忧伤的唯一方式。他深深地沉醉在数学和物理学中，在轻轻松松完成了学校的功课后，还如饥似渴地到处寻找书籍，他阅读了《物理数学初步》这本专业书籍，并认为这是一本非常好的书。这种阅读和学习培养了费米清晰的思维、数学方面的才能和对科学的兴趣，也为费米后来的科学之路奠定了基础。
比萨大学的“传奇”学生
1918年，中学毕业的费米参加了比萨大学高等师范学院的入学考试。费米被要求写一篇关于弦振动的论文，费米交的论文题为《声音的性质》，文中他列出了一根振动棒的偏微分方程，并用傅立叶分析解出了这个方程。这篇出自高中生之手的论文让主考官惊叹，甚至决定面见这个才华横溢的年轻人，并告诉费米他是一个“出类拔萃”的人。
这个出众的年轻人到大学后，几乎没有老师可以教他知识，因为他懂得太多。费米只有靠自学获取知识。费米认真地研读了法国科学家庞加莱的《涡流理论》、德国物理学家普朗克的《热力学》、英国物理学家理查森的《物质的电子理论》和卢瑟福的《放射性物质和它们的放射性》等诸多名家名作，甚至还包括丹麦物理学家玻尔论氢原子的第一篇论文。从他选择的书目就可以看出他超出同龄人的学术鉴别能力。费米大学时期的物理学老师甚至要求费米教他理论物理学，而费米毫不客套，很快给他的老师开设了一门关于爱因斯坦相对论的课程。
1920年，费米通过了预备性课程，进入比萨大学物理系准备他的博士论文。物理实验室的主任给了他很大的自由，他和同学弗朗科·拉塞蒂等人拥有实验室、图书馆、仪器室的钥匙，可以随时查阅资料，做实验。费米和他的好朋友们在这里尽情发挥着自己的才能。尽管费米后来以理论物理学家著称，但这段经历却锻炼了他的动手能力，而且他一直认为理论与实验工作同等重要。
1922年，21岁的费米获得了物理学博士学位，论文内容是弯曲晶体的X射线衍射以及由此方法获得的图像。按照惯例，费米要做一场学位论文公开演讲。很多人都期待听到这位在比萨大学俨然已经成为物理学权威人士的学生的演讲，但是这个演讲却让很多人“失望”了。并不是费米的演讲内容不够精彩，而是他的物理学造诣超出了很多人的理解能力，除了少数几个人惊讶地扬起眉毛之外，其他人均是一头雾水，观众席中甚至有人打起哈欠。
罗马学派的物理“教皇”
1923年，费米获得意大利教育部一个自然科学博士后奖学金，赴德国哥廷根，跟随著名理论物理学家马克斯·玻恩学习量子论。玻恩在量子力学方面做出的贡献为费米以后的工作提供了必要的知识基础。1924年，费米回到意大利，并在佛罗伦萨大学教授数学。
两年之后，费米的一篇关于理想气体行为的论文获得了意大利著名物理学家、罗马大学物理系主任柯比诺教授的青睐，被邀请担任理论物理学教授的职务，并开设了当时意大利国内第一个理论物理学讲座。26岁的费米获得了人生第一个终身席位，对大多数教授来说，他们可能要到50岁才能得到这个席位。
在罗马大学，费米与自己大学时的同学、青年物理学家拉塞蒂一起成为了新成立的罗马大学物理研究所的核心人物。他们经常与几位有才华的年轻学者一起进行物理学探讨和研究，后来他们的研究小组被称为“罗马学派”。费米被推崇为该学派的“教皇”，拉塞蒂则成了“红衣主教”。年轻的“教皇”费米不久就让全世界的物理学家知道了他的能力：1926年，费米与狄拉克分别提出了一种基本粒子所遵循的统计规则，后来被称为“费米—狄拉克统计”;1930年，费米的研究奠定了量子电动力学的基础。
1929年，费米被选入意大利皇家学会，成为当时最年轻的会员。出席科学院会议时要穿着特制的院士服，服装上有大量的镂花纹饰，裤子上镶有银片，看起来雍容华贵，银光闪闪。费米个性低调，不喜欢表现自己，非常不喜欢穿这种花哨的衣服。有一次会议必须穿着院士服，恰巧当天有一位画家在费米家中画画，难为情的费米怕被画家看到自己的装扮，央求夫人关闭了大厅中所有的门，给他“清道”。还有一次，费米穿着自己的普通衣服去参加科学院的会议，被警察拦住，最后他谎称自己是“费米阁下”的司机，才蒙混过关。
“知错必改”的诺贝尔奖获得者
1934年，居里夫人的女儿伊伦娜·约里奥·居里和她的丈夫发现用具有天然放射性的α粒子去轰击目标物铝等轻元素时，目标物也会具有放射性，他们开拓性的研究获得了1935年的诺贝尔物理学奖。
那么重元素被α粒子轰击，会不会带有放射性呢?这个问题成了当时全球物理学家都在思索的问题，但是他们的研究都失败了，因为α粒子对于轰击重元素不起作用。理论物理学功底扎实的费米想到了使用降低了速度但增加了能量的中子来轰击元素。实验能力强大的费米和他的研究伙伴们按照元素周期表的顺序，一个一个用中子去轰击这些元素，从氟开始，奇迹出现了，其后的元素被一个个激活，不到两个月的时间，他们获得了三十几种新的放射同位素。当他们用中子轰击元素周期表最后一个元素铀时，发现了一种新的元素，在当时被称为“93号元素”。
1938年，费米因为“论证了由中子轰击所产生的新的放射性元素，并且发现了由慢中子引起的核反应”而荣获当年的诺贝尔物理学奖。
然而在费米获得诺贝尔奖后的第12天，有研究证明费米发现的新元素“93号元素”竟然是已知的第56号元素钡。听到这个结果后费米的第一反应是重复了实验，并坦率承认和检讨了自己的错误，表现出了一个科学家该有的素养。
核反应堆之父
1938年的意大利已经开始了反犹太运动。尽管费米不热衷政治，但是因为他的妻子是犹太人，他的家庭已经受到了骚扰。于是费米夫妇决定，趁着前往瑞典斯德哥尔摩领取诺贝尔奖之际，逃离意大利，移民美国。
1939年2月，费米抵达纽约，并接受了哥伦比亚大学物理学教授的职位。费米到纽约后获悉几位效忠于希特勒政府的法西斯科学家试图利用链式反应的原理制造原子弹，于是他和几位科学家起草了一封由爱因斯坦署名的信，递交给美国总统罗斯福，提醒他注意这一威胁。罗斯福马上行动起来，并推动组织了制造人类历史上第一颗原子弹的曼哈顿工程。
费米使用了一个叫作亨利·法默的假名字，在这个庞大而又有历史意义的工程中担任综合顾问。他的任务是研究受控的、自持的核链式反应，他设计了核反应所必须的装置，并将其命名为“核反应堆”。1945年6月，在新墨西哥州的一个空军基地，第一颗原子弹爆炸试验成功。据说爆炸前费米在地面上洒下些纸片，通过测量原子弹爆炸后转化成气流的力量来测定原子弹的威力。几个星期后，原子弹被用于二战战场——日本的广岛和长崎。
原子弹给人类带来的伤害让他陷入深深的思考，他决心离开“战争科学”，回到基础研究。1946年，费米成为芝加哥大学原子核研究所的教授，并推动建造了芝加哥大学大型粒子加速器，1950年费米当选为英国皇家学会的外籍会员。
全能的物理学家
在理论物理学中，费米根据奥地利物理学家泡利提出的“中微子”概念，提出β衰变理论，这个理论开启了场论进入基本粒子物理学的先河，对物理学有重大的影响，费米认为这是他在理论上最伟大的贡献。
在实验物理学中，费米用中子产生放射性现象的实验导致了原子裂变的首次成功，而原子裂变是核动力和原子弹的基本原理，这是人类历史的一个里程碑——人类由此走进了原子能时代。
费米一生的最后几年，主要从事高能物理的研究。1949年，他揭示了宇宙线中原粒子的加速机制，研究了Л介子、μ子和核子的相互作用，提出宇宙线起源理论。他与杨振宁合作，提出基本粒子的第一个复合模型。1952年，费米发现了第一个强子共振──同位旋四重态。
费米还培养了一批年轻物理学家，他对这些年轻人倾注了极大的热情和心血，他们在费米的引导下都获得了巨大成就，其中包括来自中国的学生杨振宁和李政道。
1954年，费米不幸患上胃癌。当他的同事去医院看望他时，费米正在测量他静脉输液管里液体的流速，数着液体的滴数，用秒表为它们计时。1954年12月9日，费米逝世，年仅54岁。
为了纪念费米对物理学的贡献，原子序数为100的元素被命名为鐨。杨振宁曾这样评价费米：“他是20世纪一位大物理学家，他是最后一位既做理论，又做实验，而且在两个方面都有一流贡献的大物理学家。认识费米的人普遍认为，他之所以能取得这么大的成就，是因为他的物理学是建立在稳固的基础上的，他总是双脚落地的。”
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