費米的物理“教皇”之路

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1、費米的物理“教皇”之路費米的物理“教皇”之路如果讓你隨便說出一個國際著名實驗室，你會想到哪一個？很多人都會脫口而出：費米實驗室。位于美國伊利諾伊州的費米實驗室全稱為費米國立加速器實驗室，擁有目前全世界能量輸出最高的粒子加速器，由于其經(jīng)常取得世界矚目的科研成果而全球聞名。這么重要的實驗室，以費米命名，那么費米是何許人物呢？費米被公認為20世紀首席物理大師之一，他首創(chuàng)了B衰變理論,是弱相互作用理論的前導，負責設計建造了世界首座自持續(xù)鏈式裂變核反應堆。費米還是曼哈頓計劃的主耍領導者，與羅伯特?奧本海默共同被尊稱為“原子彈之父”。以

2、他的名字命名的科學名詞有費米黃金定則、費米統(tǒng)計、費米子、費米面、費米液體及費米常數(shù)等等。這位對于理論物理學和實驗物理學均做出了重大貢獻的跨界物理大師,有一個外號叫“教皇”。從愛讀書的小孩到科學巔峰，從惡作劇少年到最年輕院士，科學之路上這位物理“教皇”留下了怎樣的故事呢？通過閱讀走出童年陰影恩里科?費米出生在意大利羅馬一個小康之家。父親阿爾伯托是一位鐵路段長，費米的母親生育了3個孩子:1899年瑪利亞出生，1900年朱利奧出生，1901年我們的主角一一恩里科?費米出生。3個僅相差一歲的孩子讓費米太太力不從心，于是將老二朱利奧和

3、老三費米送往鄉(xiāng)下。鄉(xiāng)下相依為命的生活，讓小費米和哥哥朱利奧建立起了深深的感情依賴。他們年齡相仿，都天賦異稟，都有著非同一般的聰慧。童年時，他們一起制作出自己設計的電動機，并使電動機運轉(zhuǎn)；他們繪制出讓周圍所有兒童著迷的飛機引擎草圖，讓專家們都驚嘆不已；費米和哥哥還一同設計制作了很多機械玩具和電動玩具。1915年冬天的一個突發(fā)事件改變了費米的一生。朱利奧突然不幸病逝了，費米從此失去了最好的朋友和玩伴。哥哥去世后，學習成了費米排解憂傷的唯一方式。他深深地沉醉在數(shù)學和物理學中，在輕輕松松完成了學校的功課后，還如饑似渴地到處尋找書籍，

4、他閱讀了《物理數(shù)學初步》這木專業(yè)書籍，并認為這是一本非常好的書。這種閱讀和學習培養(yǎng)了費米清晰的思維、數(shù)學方面的才能和對科學的興趣,也為費米后來的科學Z路奠定了基礎。比薩大學的“傳奇”學生1918年，中學畢業(yè)的費米參加了比薩大學高等師范學院的入學考試。費米被要求寫一篇關(guān)于弦振動的論文，費米交的論文題為《聲音的性質(zhì)》，文中他列出了一根振動棒的偏微分方程，并用傅立葉分析解出了這個方程。這篇出自高中生Z手的論文讓主考官驚嘆，甚至決定面見這個才華橫溢的年輕人，并告訴費米他是一個“出類拔萃”的人。這個出眾的年輕人到大學后，幾乎沒有老師可

5、以教他知識，因為他懂得太多。費米只有靠自學獲取知識。費米認真地研讀了法國科學家龐加萊的《渦流理論》、徳國物理學家普朗克的《熱力學》、英國物理學家理查森的《物質(zhì)的電子理論》和盧瑟福的《放射性物質(zhì)和它們的放射性》等諸多名家名作，甚至還包括丹麥物理學家玻爾論氫原子的第-篇論文。從他選擇的書目就可以看出他超出同齡人的學術(shù)鑒別能力。費米大學吋期的物理學老師甚至要求費米教他理論物理學，而費米毫不客套，很快給他的老師開設了-門關(guān)于愛因斯坦相對論的課程。1920年，費米通過了預備性課程，進入比薩大學物理系準備他的博上論文。物理實驗室的主任給

6、了他很大的自由，他和同學弗朗科?拉塞蒂等人擁有實驗室、圖書館、儀器室的鑰匙，可以隨時查閱資料，做實驗。費米和他的好朋友們在這里盡情發(fā)揮著自己的才能。盡管費米后來以理論物理學家著稱，但這段經(jīng)歷卻鍛煉了他的動手能力,而且他一直認為理論與實驗工作同等重要。1922年，21歲的費米獲得了物理學博士學位，論文內(nèi)容是彎曲晶體的X射線衍射以及由此方法獲得的圖像。按照慣例，費米要做…場學位論文公開演講o很多人都期待聽到這位在比薩大學儼然已經(jīng)成為物理學權(quán)威人士的學生的演講，但是這個演講卻讓很多人“失望”To并不是費米的演講內(nèi)容不夠精彩，而是他

7、的物理學造詣超出了很多人的理解能力，除了少數(shù)幾個人驚訝地揚起眉毛Z外，其他人均是一頭霧水，觀眾席中甚至有人打起哈欠。羅馬學派的物理“教皇”1923年，費米獲得意大利教育部一個自然科學博士后獎學金，赴徳國哥廷根，跟隨著名理論物理學家馬克斯?玻恩學習量了論。玻恩在量子力學方面做出的貢獻為費米以后的工作提供了必要的知識基礎。1924年，費米回到意大利，并在佛羅倫薩大學教授數(shù)學。兩年之后，費米的一篇關(guān)于理想氣體行為的論文獲得了意大利著名物理學家、羅馬大學物理系主任柯比諾教授的青睞，被邀請擔任理論物理學教授的職務，并開設了當時意大利國

8、內(nèi)第?個理論物理學講座。26歲的費米獲得了人生第一個終身席位，對大多數(shù)教授來說，他們可能要到50歲才能得到這個席位。在羅馬大學，費米與自己大學時的同學、青年物理學家拉塞蒂一起成為了新成立的羅馬大學物理研究所的核心人物。他們經(jīng)常與幾位有才華的年輕學者一起進行物理學探討和研究，后來他們的研究小