点燃“原子之火”

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　　在风光旖旎、充满现代气息的美国芝加哥大学的校园里，至今矗立着一座名叫“原子能”的青铜雕塑。春暖花开的日子，来自世界各地的人们都会不约而同地汇聚在这里，或拍照留念，或静观遐思。人们不会忘记，正是在这里，公元1942年12月2日的下午3点25分，人类第一次点燃了原子之火。代号CP-1号的核反应堆开始缓缓运转。从此，人类开始步入了原子能的时代。点燃原子之火的首席功臣就是恩利科・费米。
　　
　　立下青云之志
　　
　　1901年9月29日，恩利科・费米出生在意大利的首都罗马。父亲阿尔贝托・费米是铁路局的一位稽查长，母亲爱达・德・加蒂丝是一位小学教师。费米是全家三个孩子当中最小的一个，由于孩子多，收入又少，费米一家的日子过得并不宽裕，冬天洗澡也只能用冷水。
　　家境虽穷，但费米从小就怀有青云之志。他酷爱科学，尤其对数学和物理情有独钟。他的梦想就是成为一名物理学家。然而，在当时的意大利，政府教育部门并不注重对下一代的科学素质的培养，学校教学方式走的还是重文轻理的传统道路。因此，费米虽然也进了学堂，但他的科学知识大部分是靠他勤奋自学得来的。看书是他最喜欢不过的事情了。书籍使他着了迷，也大开了他的眼界。书使他知道世界上原来还有那么多新奇的事物，有那么多神秘莫测的领域。让费米感到苦恼的是，他没有钱买书。怎么办?他只好常常跑到市中心的一处露天书摊上去看书，而且一看就是老半天。书市的摊主挺怜惜这位小客人，不仅不烦他，而且还经常给他推荐一些好书，甚至当场看不完，就让他借回家去看。后来，费米常常对不知贫寒为何物的年轻一代叙述他当年为了赶紧看完借来的书，冬天坐在冰冷的屋内，用双手垫在屁股底下取暖，而用舌尖舔翻书页来看书的景况。
　　虽然费米如此沉浸在课外书籍当中，但他在学校各科的成绩却一直保持优秀。随着知识的日渐增加和成熟，费米也开始了“学以致用”的尝试。据说。他和哥哥一起，曾经设计制造了一台电动机，而且机器运转效果非常理想。而他绘制的飞机发动机的草图，令专家们看后都赞赏不已。费米从小显现出的非凡科学才华，首先引起了他父亲的一个同事――工程师阿米迪的注意。阿米迪具有相当丰富的技术知识。他首次遇到费米时，费米才14岁，阿米迪发现他的能力非同一般，便把自己的数学和工程学方面的一些书籍借给了这个孩子，并且指导他阅读。年轻的费米通过钻研代数学、分析学、几何学，解答了大量的题目，迅速获得了扎实的数学教育。恩里科中学毕业，阿米迪建议他报考免费的比萨大学高等师范学院。费米同意了这个主意，并且很轻易地取得了入学考试的第一名。至今，那里的档案馆还保存着他当年的入学试卷。
　　
　　发现铀核裂变
　　
　　在大学里，费米喜欢独自钻研。他的老师是那些在图书馆里寻得到的书籍。他以别人用来读本科学位的4年时间，一口气读完了博士生的所有课程。随后，他前往德国哥廷根大学进修，在与著名物理学家马克斯・玻恩短暂共事之后，开始独立进行科学研究，而他一开始选择的研究方向就是刚刚兴起的微观物理学。
　　微观物理学在费米所处的时代还是一门非常年轻的学科，需要解决和理清的问题真可谓千头万绪。在这些问题中，元素的放射性问题尤其突出。1896年，德国物理学家伦琴第一个发现了元素的放射性现象。随后，居里夫妇发现了天然具有放射性的元素钋和镭。1934年，居里夫妇的女儿、物理学家伊琳娜・居里用X粒子轰击铅和硼元素，首次产生了人工放射性元素。
　　具有放射性的元素还有哪些?还有哪些元素可以成为人工放射性元素?可以用于产生人工放射性的基本粒子，除×粒子以外还有哪些?这些问题极大地吸引了费米的注意。他敏感地把握到这一问题的重要性，毅然地把自己所有工作的重点放到了对放射性的实验研究上。工作一段时间后，他发现，以往被用于产生人工放射性的基本粒子全都是带电粒子，而那些不带电的粒子却基本没有被人试用过。经过思索，费米认为，用那些不带电的粒子作为“炮弹”，来轰击元素的原子核，由于不受到原子本身磁力场影响，准确性无疑会大大提高。因此，他决定试验就从这里进行下去。
　　这项试验遇到非常多的困难，首先是设备问题。费米的实验要获得中性电子并计算其产量，就要靠具有计算功能的盖革计算器。这件仪器在20世纪30年代是非常罕见的，没有成品可买。费米只好花费了一段时间，亲手制造这种仪器。其次是不带电粒子的来源问题。中子是一种最理想的不带电粒子，但在当时的技术条件下，只能从氧元素中分离出中子，但氡天然就是与镭共生的元素，于是，搞到足够数量的镭就成了当务之急。当时，镭是一种非常稀有的重金属元素，当年，居里夫妇花了整整4年的时间才从8吨沥青铀矿渣中提取出0.1克纯氯化镭，还不是纯镭。正当费米一筹莫展时，一名政府参议员建议他去政府公众卫生局寻找，在那里的仓库中，储藏着1毫克的纯镭和一台可以从镭元素中提取氡元素的仪器!
　　费米的实验全面启动了。为了保证实验的全面性，他并不轻易用中子来随意撞击元素，而是按照元素周期表的顺序，依次实验。从氢开始，他用中子依次撞击了氦、锂、铍、硼、碳、氨，可是均一无所获。日复一日，月复一月。一天，实验进行到了氟元素，经中子撞击后的氟出现了很激烈的放射性，而相同的现象相继又出现在比氟更重的元素上。天道酬勤!机遇再次眷顾了有心人。
　　随着试验继续深入，费米一步步地接近一项震撼世界的发现――铀核裂变。1934年4月28日，费米用中子撞击了铀元素。令人意外的是，经过中子撞击的铀元素的人工放射性异常的激烈，而且产生出多种性质难以测定的新元素。这是一个划时代的发现!事后证明，这些新元素就是铀核裂变的生成物。原子核的裂变现象从来没有被人们观测到的。由此，一个新的理论诞生了，这就是原子裂变理论：当铀原子发生裂变时，一定会释放出极大的热能，分裂的原子核碎片会以极高的速度散射出来。
　　这一理论极大地推动了当代物理学的发展，并最终导致了1 939年核反应堆的建造和后来人们对原子能的大量开发和利用。为此，1938年，瑞典皇家科学院将诺贝尔物理学奖授予了费米。
　　
　　点燃“原子之火”
　　
　　继人工放射性实验研究取得重大突破之后，费米进一步提出了铀核裂变的“自动链式反应”学说。他认为，如果我们的假定是对的，1个铀原子在分裂时会产生2个中子，而这2个中子又去撞击另外2个铀原子，使每个铀原子再各产生2个中子，然后4个中子又去撞击4 个铀原子，接下来，8个中子撞击8个铀原子……这就是说，我们开始用少数人造中子来撞击一定数量的铀，便可以引起一连串的反应，直到所有的铀原子都分裂完为止。这种链式反应发生时，铀原子所释放出的能量将成兆倍扩增，其力量之大，是不可想象的。
　　1941年底，为逃避欧洲战争而来到美国的费米，受美国政府邀请，主持参与了对原子能应用开发的秘密计划――制造原子弹，也就是后来永载史册的“曼哈顿计划”。一年后，即1942年12月2日上午，人类第一座由成千上万块石墨组成的铀核反应堆在费米的指挥下缓缓启动。这标志着对原子能的利用已经进入实质性的阶段。1945年7月16日凌晨，在新墨西哥州的试验场，人类第一颗原子弹在费米等人的见证下试爆成功。而在几个星期之后，日本的广岛和长崎首先真正地感受到了原子弹的威力，第二次世界大战也随之全面结束。
　　美国政府为了表彰费米在原子弹开发中的卓越贡献，于1946年3月授予他美国最高荣誉勋章――国会勋章。1954年11月，美国原子能委员会又授予他第一届特殊成就奖章。
　　
　　科学家的责任
　　
　　当费米看到广岛、长崎被炸的图片之后，两个问题就始终在他心头挥之不去。这就是，像广岛、长崎那样的境况就是科学的目的吗?科学家的责任又是什么?他对自己的解释是“我对自己的科研成就的实用价值并不关心，我的毕生追求就是对科学的贡献本身，政策并不是科学家的事。”对科学的贡献，就是费米所认为的“科学家的责任”。
　　战后，费米清楚地感到，核物理已经达到了成熟阶段以致于对他失去了某些吸引力，他准备更新自己。他希望自己能从繁琐的事务管理中解脱了出来，把全部时间用于教学和科研。于是。他建立了兴旺的芝加哥学派，培养了一大批重要的物理学家，比如李振道和杨政宁。
　　费米希望在他的两个主要感兴趣的方面(高能物理和计算机应用)继续进行实验研究。在与冯・诺意曼的交往中，他理解到了电子计算机的潜在能力。并且，借助最原始的计算机，在一些新的方向，例如统计力学上，做了试验。
　　做高能物理学实验要有合适的加速器，当时，费米直接参与了芝加哥大学回旋加速器的建造。他是个“自己动手干”原则的忠实遵循者，从机械工作一直到最费时而繁复冗长的数字计算，他都亲自动手。这台芝加哥加速器正常运行后，费米就在同事和学生们的协作下，着手研究ππ介子一核子的碰撞，并完成了一项重要发现：质子-π介子碰撞的第一个共振。
　　1954年11月29日，费米因患癌症在芝加哥逝世，享年53岁。他是为数不多的兼具杰出的理论家和实验家的科学家。他最重要的作用是在研制核反应堆上，同时在现代物理学的许多方面都做出了重大的贡献。许多重要的术语、概念和理论都是以他的名字来命名的，如费米子、费米气体模型、费米统计法等等。后人为了纪念他，将元素周期表中第100号元素命名为镄(Fm)。
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