恩利克·費米簡介

恩利克·費米簡介

公元1901~公元1954

第一台核反應堆的設計師恩利克·費米於1901年出生在義大利羅馬。讀書時他是一個非常出類拔萃的學生,不滿二十一歲就在比薩大學獲得理學博士學位。二十六歲時他就在羅馬大學當上了正教授。當時他已經發表了他的第一篇主要論文,論述了物理學中的一個深奧的分支,人稱量子統計學。在這篇論文中,費米發展了量子統計學,用它來描述某類粒子大量聚集的行為,這類粒子人稱費米子。由於電子、質子和中子──構成普通物質的三種“建築材料”都是費米子,所以費米學說具有重要的科學意義。費米方程可以使我們更好地了解原子核、退化物質(諸如出現在某些種類星體內部的退化物質)的行為,以及金屬的特性和行為── 一個有明顯實際用途的課題。

1933年費米提出了β衰變(一种放射)學說,對當今物理學中的兩個重要課題──中微子和弱相互作用首次作了定量分析。這類研究外行人不會真正懂得,費米成了世界上主要的物理學家之一。但是費米取得他最重大的成就的時機尚未到來。

1932年英國物理學家詹姆斯·查德威克發現了一種新的亞原子粒子──中子。從1954年起,費米就開始用中子轟擊大多數已知的化學元素。他的實驗表明許多種原子能夠吸收中子,這樣在原子核變化中產生的原子在很多情況下具有放射性。人們可能會猜想,如果中子的運動速度很快,它就能比較容易穿入原子核。但是費米的實驗證明實際情形與此相反,如果首先讓中子穿過石臘或水使之減速,那么就較容易被原子吸收。費米的這項發現在建造核反應堆中有著非常重要的套用。在核反應堆中用來使中子減速的物質叫做減速劑。

費米由於對中子吸收做了重要的研究,於1938年獲得諾貝爾物理獎。但是就在這時他卻在義大利遇到了麻煩。一是因為他的妻子是猶太人,義大利法西斯政府頒布出一套粗暴的反對猶太人的法律;二是因為費米強烈反對法西斯主義──墨索里尼獨裁統治下的一種危險的態度。1938年12月他前往斯德哥爾摩接受諾貝爾獎,此後就沒有返回義大利,而是去了紐約。哥倫比亞大學主動為他提供職位,並為自己的師資隊伍中增添了一位世界上最偉大的科學家而感到自豪和驕傲。1944年費米加入美國籍。

在1939年初,據李澤·梅特納、奧特·哈爾姆和弗里茨·斯特拉斯曼報導,中子被吸收後有時會引起鈾原子裂變。這項報導發表後,和其他幾位主要的物理學家一樣,費米立即認識到一個裂變的鈾原子可以釋放出足夠的中子來引起一項鍊式反應,而且還和另外幾位物理學家一樣,費米馬上就預見到這樣的鏈式反應可用於軍事目的潛在性。1939年3月,費米與美國海軍界接觸,希望引起他們對發展原子武器的興趣。但是直到幾個月後阿爾伯特·愛因斯坦就此課題給羅斯福總統寫了一封信以後,美國政府才對原子能給予重視。

美國政府一有了興趣,建立一個模式原子反應堆就成了科學家的首要任務,以探明自保持的鏈式反應是否確實可行。由於恩利克·費米是世界上主要的中子權威,且集理論與實驗天才於一身,所以被選為世界第一台核反應堆攻關小組組長。他最初在哥倫比亞大學工作,隨後又到芝加哥大學工作。1942年12月2日,在芝加哥,費米指導下設計和製造出來的核反應堆首次運轉成功。這是原子時代的真正開端,因為這是人類第一次成功地進行了一次核鏈式反應。試驗成功的訊息以意味深長的預言形式一下子就傳到了東方:義大利航海家進入了新世界。……隨著這項實驗的成功,即刻做出了全速開展哈曼頓工程計畫。費米在這項工程中作為一位主要的科學顧問,繼續發揮著重要的作用。

戰後,費米在芝加哥大學任教授。他於1954年去逝。費米結過婚,有兩個孩子。100號化學元素鉘就是為紀念他而命名的。

費米是一位重要的人物,其理由有以下幾點。首先無容爭辯他是二十世紀最偉大的科學家之一,又是在理論和實驗雙方面都出類拔萃的幾位科學家之一。本文只記敘了費米最重要的科學成果中的幾項,實際上他在一生中寫出過250多篇科學論文。

第二,費米是核子彈發明中的一位很重要的人物,雖然其他幾位科學家對其發展也起了同樣重要的作用。

費米的主要貢獻在於他在發明核反應堆中所起的重要作用。十分顯然,這項發明的主要功勞應歸於費米。他最先對有關方面的基礎理論做出了重大的貢獻,隨後又親自指揮第一座核反應堆的設計和建造。

自從1945年以來,原子武器並沒有用於戰爭,而是建造了許多核反應堆,為和平事業提供能源。在將來反應堆可能會是更重要的能源。此外,有些反應堆用來生產所需的放射性同位素,用於醫學和科研;反應堆還是凶多吉少的鈽源,鈽是一種可用來製造原子武器的物質。人們會擔心核反應堆可能會給人類造成大災難,但是無人認為它是一項舉無輕重的發明。不管是凶是吉,費米的發現在未來的年代可能會對世界產生巨大的影響。