物理教材上的科学家-恩利克•费米
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(美国,公元1901-公元1945)
恩利克·费米是世界上第一台核反应堆的设计师,他将人类领进了和平的核时代。1901年费米出生在意大利罗马,读书时他就才华绽露,在同龄人中出类拔萃。不满21岁他就 在比萨大学获得物理学博士学位。26岁在罗马大学担任正教授,这期间他发表了他的第一篇 主要论文,论述物理学中一个深奥分支——量子统计学。在文章中,费米用量子力学来描述 某 种粒子大量聚集的行为——人称这类粒子为“费米粒子”——从而发展量子统计学。由于电 子、 质子和中子——构成普通物质的3种基本原料都属于费米粒子,所以费米学说具有相当重要 的 科学意义。费米方程可以帮助我们更好地了解原子核、退化物质(可能出现在某此)的行为 ,以及一个有明显有实际用途的课题——金属的特性和行为。
1933年费米提出一种新放射说——β衰变学说,并对当今物理学中两个重要课题——中微子 和弱 相互作用——首次作了定量分析。这个研究对外行人来说是难以理解的,但费米确实因此而 成为现代主要物理学家之一。事实上,费米取得最重大成就的电动机尚未真实来临。
由于英国物理学家詹姆斯·查德威克在1932年发现了一种新亚原子粒子——中子,费米就从 19 34年开始,用口子轰击大多数已知的化学元素。他们实验结果表明,许多种原子能够吸收中 子,而且在原子核变化中产生的原子往往具有放射性,按照常规,人们理所当然地认为中了 运动速度越快,也就越容易穿入原子核,但事实却恰恰相反。在费米实验中,如果首先让中 了通过水或石蜡使之减速,那么就比较容易为原子年吸收了。费米这项发现在建造核反应堆 中有着原理性应用。(在核反应堆中,用来使中子减速的物质称“减速剂”。)
费米由于对中子吸收的重大发现,于1938年获得诺贝尔物理奖,谁知就在他事业发展接近顶 峰的时候,祸从天降,使他无法再在意大利呆下去。因为他的妻子是犹太人,而意大利法西 斯政府颁布了一套粗暴地反对犹太人的法律;同时,在墨索里尼的独裁统治下,费米且人一 种强烈反对法西斯主义的危险态度。1938年12月他前往斯德哥尔摩接受诺贝尔奖后,就直接 取道纽约。再没有返回意大利。
哥伦比亚大学主动为费米提供职位,他们深为与这位世界上最伟大的科学家在同一所大学校 中共事而感骄傲和自豪。1944年费米主动加入美国国籍。
1939年初,根据李泽·梅特纳、费里茨2斯特拉斯和奥特·哈尔姆的联合报导,中子被原子 核吸收后有可能引起铀原子裂变。这项报导的发表仿佛为核研究打开了一扇天窗。与其它几 位主要的物理学家一样,费米几乎马上就意识到一个裂变的铀原子可以释放出足够多的中子 来引发一种链式反应。与此同时,他也清醒地与另几位物理学家不谋而合——这种链式反应 用 于军事武器将具有不可佰的潜在力量。1939年3月,费米与美国海军界接触,希望能够引起 他们对发展原子武器的兴趣,但却没能激起什么强烈反应。直到几个月后,阿尔伯特·爱因 斯坦就此课题上书罗斯福总统之后,美国政府才真正开始关注原子能的利用。
一旦原子能被政府提出来,建立一个模式原子核反应堆以探明自动控制的链式反应是否真正 切实可行,也就成为科学家闪的首要任务了。恩利克·费米作为世界上最主要的中子权威之 一,又集理论与实验天才于一身,所以理所当然是这一项目的最佳人选。他被推选为世界上 第一台核反应堆研制的攻关小组组长。他的工作地点也从哥伦比亚大学转移到芝加哥大学。 1942年12月2日,在芝加哥,费米直接领导设计和制造的核反应堆首次运转成功,标志着人 类成功地控制了核链式反应,从而揭开原子时代的新篇章。
实验成功的消息以一条意味深长的预言形式很快传到东方——“意大利航海家进入新世界” 。 同时,随着实验成功,美国政府的曼哈顿工程计划即刻全速展开,费米仍作为主要的科学顾 问,在这项划时代的工程中继续发挥重要作用。
二战结束后,费米留在芝加哥大学任教授,于1954年去世。他曾结过婚,并有两个孩子,第 100号化学元素——镄——就是为纪念他而命名的。
恩利克·费米毫无疑义的历史上的一位重要人物原因综合起来可以从两方面说。第一,他是 20世纪最伟大的科学家之一,也是在理论和实验方面很出类拔萃的为数不多的几位科学家之 一。这是无可争辩的。本文不过记述了他一生中最重要的几项科学成果,而实际上他曾发表 过250篇科学论文。第二,费米是原子弹发明最重要人物之一。当然其它几位科学家,像爱 因斯坦,对其发展也发挥了同样重要的作用。
费米其人最重要成就应当是他在核反应堆中所起的作用,毋庸置疑,这项发明的主要成绩应 归于费米。无论是对有关方面的基础理论的论证,还是具体指挥设计和建造第一座核反应堆 ,费米都是主要领导者。
自从第二次世界大战结束以来,原子核反应并没有用于战争,而是建造了许多核反应堆,为 和平事业提供能源。未来的核反应堆可能会成为更重要也更常见的能源。此外,一些反应堆 还用来生产所需要的放射素同位素,并用于科研和医学研究和治疗。但是让人们担心是反应 堆的安全性,由于 是一种可以用来制造原子武器的物质,对于它的链式快速反应,人类并 没有足够的技术力量加以控制,所以 反应堆是否给人类带来毁灭性灾难,还是一个未知数 。但是无论吉凶如何,都不会有人斥责其发表是一件无足轻重的事,而且在不远的将来,费 米的种种发现可能会给整个世界产生巨大的影响。又有谁能够预测将来发生的事呢?
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