紙片實驗與原子彈的威力

1945年7月16日早晨，在美國新墨西哥州南部一望無際的沙漠上，世界上第一顆原子彈試爆成功。

原子彈爆炸是一種劇烈的原子核裂變過程，在這個過程中釋放出來的巨大能量，理論上是可以精確計算的。但是，技術上能做到哪一步，一個原子彈實際爆炸時產生的威力到底有多大，需要依靠精密儀器來測定。為此，科學研究人員設計了幾十種測量方法。爆炸之后，人們在掩體里歡呼實驗成功的同時，又迫切地等待著測量的結果。

突然，有一個身穿笨重防護服的人，從掩體里沖出，迎著試爆的方向奔去。這個人去干什么呢?只見他一邊跑，一邊把事先準備好的許多小紙片舉在頭上，迎風撒去，紙片立即隨著氣流飄動起來。這時，他又轉過身子，注視著小紙片的飄落，并跟著小紙片的飄動跑起來，一邊跑，一邊數著自己的步子。等他拾起落在地上的紙片，氣喘吁吁地同到掩體時，大家才看清他是著名的物理學家費米。

只見他十分興奮地說：“大家聽著，第一顆原子彈爆炸的威力，大約相當于2萬噸普通軍朋炸藥爆炸時所釋放出來的能量。”

要不是他在物理學界非常有威望，大家都會認為他是在說胡話。即使由于他的威望，用小小幾張紙片竟能測出原子彈爆炸時釋放的能量，大家也感到疑惑不解、半信半疑。沒有想到，兩小時后，經過精密儀器測定的結果，與費米的紙片測定結果大致相同。從此，人們不由得對費米更加崇敬了。

物理學家費米是如何利用紙片推算出原子彈爆炸的威力的呢?原來，原子彈爆炸時巨大的能量以三種形式釋放出來：第一是爆炸中心產生極高的溫度，輻射大量的熱；第二是附近空氣受熱膨脹，產生強大的沖擊波；第三是產生相當多的放射性粒子。費米計算了三種形式的能量之間的關系，據此，只要測出一種能量，就可算出全部能量。費米選擇了測量沖擊波的能量。這種能量，即強大氣流的能量最容易測量。氣流的能量正比于氣流的速度，而氣流的速度可以看作紙片飄動的速度。那么又如何知道紙片飄動的速度呢?紙片的速度為紙片飄過的距離除以飄動的時間。只要事先練習好每一步的準確距離和計算出跨一步的精確時間，在跟隨小紙片奔跑時，記下小紙片落地時已跑了多少步，又記下跑到小紙片落地處一共是多少步，這樣就能求得小紙片飄過的距離和飄動的時間，紙片的速度就知道了。當然，用這種方法推算出的爆炸威力只能是近似的數值。

責任編輯／薛擁祥