點燃“原子之火”

在風光旖旎、充滿現代氣息的美國芝加哥大學的校園里，至今矗立著一座名叫“原子能”的青銅雕塑。春暖花開的日子，來自世界各地的人們都會不約而同地匯聚在這里，或拍照留念，或靜觀遐思。人們不會忘記，正是在這里，公元1942年12月2日的下午3點25分，人類第一次點燃了原子之火。代號CP-1號的核反應堆開始緩緩運轉。從此，人類開始步入了原子能的時代。點燃原子之火的首席功臣就是恩利科·費米。

立下青云之志

1901年9月29日，恩利科·費米出生在意大利的首都羅馬。父親阿爾貝托·費米是鐵路局的一位稽查長，母親愛達·德·加蒂絲是一位小學教師。費米是全家三個孩子當中最小的一個，由于孩子多，收入又少，費米一家的日子過得并不寬裕，冬天洗澡也只能用冷水。

家境雖窮，但費米從小就懷有青云之志。他酷愛科學，尤其對數學和物理情有獨鐘。他的夢想就是成為一名物理學家。然而，在當時的意大利，政府教育部門并不注重對下一代的科學素質的培養，學校教學方式走的還是重文輕理的傳統道路。因此，費米雖然也進了學堂，但他的科學知識大部分是靠他勤奮自學得來的?？磿撬钕矚g不過的事情了。書籍使他著了迷，也大開了他的眼界。書使他知道世界上原來還有那么多新奇的事物，有那么多神秘莫測的領域。讓費米感到苦惱的是，他沒有錢買書。怎么辦?他只好常常跑到市中心的一處露天書攤上去看書，而且一看就是老半天。書市的攤主挺憐惜這位小客人，不僅不煩他，而且還經常給他推薦一些好書，甚至當場看不完，就讓他借回家去看。后來，費米常常對不知貧寒為何物的年輕一代敘述他當年為了趕緊看完借來的書，冬天坐在冰冷的屋內，用雙手墊在屁股底下取暖，而用舌尖舔翻書頁來看書的景況。

雖然費米如此沉浸在課外書籍當中，但他在學校各科的成績卻一直保持優秀。隨著知識的日漸增加和成熟，費米也開始了“學以致用”的嘗試。據說。他和哥哥一起，曾經設計制造了一臺電動機，而且機器運轉效果非常理想。而他繪制的飛機發動機的草圖，令專家們看后都贊賞不已。費米從小顯現出的非凡科學才華，首先引起了他父親的一個同事——工程師阿米迪的注意。阿米迪具有相當豐富的技術知識。他首次遇到費米時，費米才14歲，阿米迪發現他的能力非同一般，便把自己的數學和工程學方面的一些書籍借給了這個孩子，并且指導他閱讀。年輕的費米通過鉆研代數學、分析學、幾何學，解答了大量的題目，迅速獲得了扎實的數學教育。恩里科中學畢業，阿米迪建議他報考免費的比薩大學高等師范學院。費米同意了這個主意，并且很輕易地取得了入學考試的第一名。至今，那里的檔案館還保存著他當年的入學試卷。

發現鈾核裂變

在大學里，費米喜歡獨自鉆研。他的老師是那些在圖書館里尋得到的書籍。他以別人用來讀本科學位的4年時間，一口氣讀完了博士生的所有課程。隨后，他前往德國哥廷根大學進修，在與著名物理學家馬克斯·玻恩短暫共事之后，開始獨立進行科學研究，而他一開始選擇的研究方向就是剛剛興起的微觀物理學。

微觀物理學在費米所處的時代還是一門非常年輕的學科，需要解決和理清的問題真可謂千頭萬緒。在這些問題中，元素的放射性問題尤其突出。1896年，德國物理學家倫琴第一個發現了元素的放射性現象。隨后，居里夫婦發現了天然具有放射性的元素釙和鐳。1934年，居里夫婦的女兒、物理學家伊琳娜·居里用X粒子轟擊鉛和硼元素，首次產生了人工放射性元素。

具有放射性的元素還有哪些?還有哪些元素可以成為人工放射性元素?可以用于產生人工放射性的基本粒子，除×粒子以外還有哪些?這些問題極大地吸引了費米的注意。他敏感地把握到這一問題的重要性，毅然地把自己所有工作的重點放到了對放射性的實驗研究上。工作一段時間后，他發現，以往被用于產生人工放射性的基本粒子全都是帶電粒子，而那些不帶電的粒子卻基本沒有被人試用過。經過思索，費米認為，用那些不帶電的粒子作為“炮彈”，來轟擊元素的原子核，由于不受到原子本身磁力場影響，準確性無疑會大大提高。因此，他決定試驗就從這里進行下去。

這項試驗遇到非常多的困難，首先是設備問題。費米的實驗要獲得中性電子并計算其產量，就要靠具有計算功能的蓋革計算器。這件儀器在20世紀30年代是非常罕見的，沒有成品可買。費米只好花費了一段時間，親手制造這種儀器。其次是不帶電粒子的來源問題。中子是一種最理想的不帶電粒子，但在當時的技術條件下，只能從氧元素中分離出中子，但氡天然就是與鐳共生的元素，于是，搞到足夠數量的鐳就成了當務之急。當時，鐳是一種非常稀有的重金屬元素，當年，居里夫婦花了整整4年的時間才從8噸瀝青鈾礦渣中提取出0.1克純氯化鐳，還不是純鐳。正當費米一籌莫展時，一名政府參議員建議他去政府公眾衛生局尋找，在那里的倉庫中，儲藏著1毫克的純鐳和一臺可以從鐳元素中提取氡元素的儀器!

費米的實驗全面啟動了。為了保證實驗的全面性，他并不輕易用中子來隨意撞擊元素，而是按照元素周期表的順序，依次實驗。從氫開始，他用中子依次撞擊了氦、鋰、鈹、硼、碳、氨，可是均一無所獲。日復一日，月復一月。一天，實驗進行到了氟元素，經中子撞擊后的氟出現了很激烈的放射性，而相同的現象相繼又出現在比氟更重的元素上。天道酬勤!機遇再次眷顧了有心人。

隨著試驗繼續深入，費米一步步地接近一項震撼世界的發現——鈾核裂變。1934年4月28日，費米用中子撞擊了鈾元素。令人意外的是，經過中子撞擊的鈾元素的人工放射性異常的激烈，而且產生出多種性質難以測定的新元素。這是一個劃時代的發現!事后證明，這些新元素就是鈾核裂變的生成物。原子核的裂變現象從來沒有被人們觀測到的。由此，一個新的理論誕生了，這就是原子裂變理論：當鈾原子發生裂變時，一定會釋放出極大的熱能，分裂的原子核碎片會以極高的速度散射出來。

這一理論極大地推動了當代物理學的發展，并最終導致了1 939年核反應堆的建造和后來人們對原子能的大量開發和利用。為此，1938年，瑞典皇家科學院將諾貝爾物理學獎授予了費米。

點燃“原子之火”

繼人工放射性實驗研究取得重大突破之后，費米進一步提出了鈾核裂變的“自動鏈式反應”學說。他認為，如果我們的假定是對的，1個鈾原子在分裂時會產生2個中子，而這2個中子又去撞擊另外2個鈾原子，使每個鈾原子再各產生2個中子，然后4個中子又去撞擊4個鈾原子，接下來，8個中子撞擊8個鈾原子……這就是說，我們開始用少數人造中子來撞擊一定數量的鈾，便可以引起一連串的反應，直到所有的鈾原子都分裂完為止。這種鏈式反應發生時，鈾原子所釋放出的能量將成兆倍擴增，其力量之大，是不可想象的。

1941年底，為逃避歐洲戰爭而來到美國的費米，受美國政府邀請，主持參與了對原子能應用開發的秘密計劃——制造原子彈，也就是后來永載史冊的“曼哈頓計劃”。一年后，即1942年12月2日上午，人類第一座由成千上萬塊石墨組成的鈾核反應堆在費米的指揮下緩緩啟動。這標志著對原子能的利用已經進入實質性的階段。1945年7月16日凌晨，在新墨西哥州的試驗場，人類第一顆原子彈在費米等人的見證下試爆成功。而在幾個星期之后，日本的廣島和長崎首先真正地感受到了原子彈的威力，第二次世界大戰也隨之全面結束。

美國政府為了表彰費米在原子彈開發中的卓越貢獻，于1946年3月授予他美國最高榮譽勛章——國會勛章。1954年11月，美國原子能委員會又授予他第一屆特殊成就獎章。

科學家的責任

當費米看到廣島、長崎被炸的圖片之后，兩個問題就始終在他心頭揮之不去。這就是，像廣島、長崎那樣的境況就是科學的目的嗎?科學家的責任又是什么?他對自己的解釋是“我對自己的科研成就的實用價值并不關心，我的畢生追求就是對科學的貢獻本身，政策并不是科學家的事?！睂茖W的貢獻，就是費米所認為的“科學家的責任”。

戰后，費米清楚地感到，核物理已經達到了成熟階段以致于對他失去了某些吸引力，他準備更新自己。他希望自己能從繁瑣的事務管理中解脫了出來，把全部時間用于教學和科研。于是。他建立了興旺的芝加哥學派，培養了一大批重要的物理學家，比如李振道和楊政寧。

費米希望在他的兩個主要感興趣的方面(高能物理和計算機應用)繼續進行實驗研究。在與馮·諾意曼的交往中，他理解到了電子計算機的潛在能力。并且，借助最原始的計算機，在一些新的方向，例如統計力學上，做了試驗。

做高能物理學實驗要有合適的加速器，當時，費米直接參與了芝加哥大學回旋加速器的建造。他是個“自己動手干”原則的忠實遵循者，從機械工作一直到最費時而繁復冗長的數字計算，他都親自動手。這臺芝加哥加速器正常運行后，費米就在同事和學生們的協作下，著手研究ππ介子一核子的碰撞，并完成了一項重要發現：質子-π介子碰撞的第一個共振。

1954年11月29日，費米因患癌癥在芝加哥逝世，享年53歲。他是為數不多的兼具杰出的理論家和實驗家的科學家。他最重要的作用是在研制核反應堆上，同時在現代物理學的許多方面都做出了重大的貢獻。許多重要的術語、概念和理論都是以他的名字來命名的，如費米子、費米氣體模型、費米統計法等等。后人為了紀念他，將元素周期表中第100號元素命名為鐨(Fm)。