恩利克·費米（美籍意大利著名物理學家，揭示宇宙線中原粒子的加速機制）

恩利克·費米（意大利文：Enrico Fermi，1901年9月29日—1954年11月28日），美籍意大利著名物理學家、美國芝加哥大學物理學教授，1938年諾貝爾物理學獎得主。

1942年，費米領導小組在芝加哥大學建立了人類第一臺可控核反應堆（芝加哥一號堆，Chicago Pile-1）、為第一顆原子彈的成功爆炸奠定基礎，人類從此邁入原子能時代，而費米也被譽為“原子能之父”。

費米在理論和實驗方面都有第一流建樹，這在近現(xiàn)代物理學家中是屈指可數(shù)的，而費米子、100號化學元素鐨、美國著名的費米實驗室（Fermilab）、芝加哥大學的費米研究院（The Enrico Fermi Institute） 都是為紀念他而命名的。費米一生的最后幾年主要從事高能物理的研究，1949年他揭示宇宙線中原粒子的加速機制，研究了π介子、μ子和核子的相互作用，并提出宇宙線起源理論。1949年，費米還與楊振寧合作，提出基本粒子的第一個復合模型。1952年，發(fā)現(xiàn)了第一個強子共振──同位旋四重態(tài)。

個人成就

學業(yè)

恩里克·費米1922年獲比薩大學博士學位。1923年前往德國。在量子力學大師馬克斯·玻恩（Max Born）的指導下從事研究工作。1924年到荷蘭萊頓研究所工作。1926年任羅馬大學理論物理學教授。1929年任意大利皇家科學院院士。

文章

當時他已經(jīng)發(fā)表了他的第一篇主要論文，論述了物理學中的一個深奧的分支，人稱量子統(tǒng)計學。在這篇論文中，費米發(fā)展了量子統(tǒng)計學，用它來描述某類粒子大量聚集的行為，這類粒子人稱費米子。由于電子、質(zhì)子和中子——構(gòu)成普通物質(zhì)的三種“建筑材料”都是費米子，所以費米學說具有重要的科學意義。

費米方程可以使我們更好地了解原子核、簡并物質(zhì)（諸如出現(xiàn)在某些種類星體內(nèi)部的簡并物質(zhì)）的行為，以及金屬的特性和行為——一個有明顯實際用途的課題。1934年用中子轟擊原子核產(chǎn)生人工放射現(xiàn)象。

研究

開始中子物理學研究。被譽為“中子物理學之父”。1936年出版的熱力學講義。成為后人教學用書的著名藍本。由于他在中子轟擊方面。尤其是熱中子轟擊方面的成績，于1938年獲得諾貝爾物理獎?。但是就在這時他卻在意大利遇到了麻煩。一是因為他的妻子是猶太人，意大利法西斯政府頒布出一套粗暴的反對猶太人的法律；二是因為費米強烈反對法西斯主義——墨索里尼獨裁統(tǒng)治下的一種危險的態(tài)度。1938年12月他前往斯德哥爾摩接受諾貝爾獎，此后就沒有返回意大利，而是去了紐約。哥倫比亞大學主動為他提供職位，并為自己的師資隊伍中增添了一位世界上偉大的科學家而感到自豪和驕傲。1944年費米加入美國籍。

原子彈：曼哈頓計劃

在1939年初，據(jù)李澤·梅特納、奧特·哈爾姆和弗里茨·斯特拉斯曼報導，中子被吸收后有時會引起鈾原子裂變。這項報導發(fā)表后，和其他幾位主要的物理學家一樣，費米立即認識到一個裂變的鈾原子可以釋放出足夠的中子來引起一項鏈式反應，而且還和另外幾位物理學家一樣，費米馬上就預見到這樣的鏈式反應可用于軍事目的潛在性。1939年3月，費米與美國海軍界接觸，希望引起他們對發(fā)展原子武器的興趣。但是直到幾個月后阿爾伯特·愛因斯坦就此課題給羅斯福總統(tǒng)寫了一封信以后，美國政府才對原子能給予重視。

那時候，同盟國的科學家雖然已經(jīng)在討論原子彈的可能，但是還沒有正式開始進行制造的工作。后來由于同盟國在戰(zhàn)事中一再失利，德國又開始禁止由他們占領捷克鈾礦區(qū)的鈾礦出口，使得同盟國意識到，德國可能已經(jīng)在認真進行原子彈計劃。

不久，一位德國科學家傅吉（Siegfried Flugge）出人意料地在德文科學期刊上，公開發(fā)表了一些德國核分裂研究的新近成果。這位科學家本來是故意突破當時德國尚未完全開始的信息封鎖，讓同盟國得知德國研究近況，但是同盟國科學家反倒因而誤認為，如果德國能夠發(fā)布這么多資料，那么他們真正的發(fā)展情況，恐怕還要更加先進，這就更加促使美國原子彈計劃開始醞釀產(chǎn)生。

匈裔科學家齊拉于是決定采取一些行動。首先他認為要能控制比屬剛果的鈾礦，于是請求和比利時皇家熟識的愛因斯坦幫忙，愛因斯坦欣然同意。接著他和銀行家沙克斯（A．Sachs）共同具名擬就一信，準備敦促羅斯福總統(tǒng)在美國進行原子彈計劃，為了增加這封信的分量，他們也要求愛因斯坦共同具名，愛因斯坦同意了。這一封有愛因斯坦共同具名的信函，確實是促成原子彈計劃的一個關鍵因素，而這件事到戰(zhàn)后曾引起愛因斯坦相當?shù)暮蠡凇?/p>

美國政府一有了興趣，建立一個模式原子反應堆就成了科學家的首要任務，以探明自保持的鏈式反應是否確實可行。由于費米是世界上主要的中子權(quán)威，且集理論與實驗天才于一身，所以被選為世界第一臺核反應堆攻關小組組長。他最初在哥倫比亞大學工作，隨后又到芝加哥大學工作，并從此一直擔任芝加哥大學教授和之后美國政府第一個國家實驗室阿貢國家實驗室主任。1942年12月2日，在芝加哥大學，費米指導下設計和制造出來的人類第一臺可控核反應堆首次運轉(zhuǎn)成功，命名為“芝加哥一號堆”(Chicago Pile-1)?。這是原子時代的真正開端，因為這是人類第一次成功地進行了一次核鏈式反應。

隨著這項實驗的成功，曼哈頓計劃得以順利推進。費米在這項工程中作為一位主要的科學顧問，繼續(xù)發(fā)揮著重要的作用。費米的主要貢獻在于他在發(fā)明核反應堆中所起的重要作用。十分顯然，這項發(fā)明的主要功勞應歸于費米。他最先對有關方面的基礎理論做出了重大的貢獻，隨后又親自指揮第一座核反應堆的設計和建造。戰(zhàn)后，費米在芝加哥大學任教授。他于1954年在芝加哥去世。100號化學元素鐨就是為紀念他而命名的。

輝煌人生

恩利克·費米先后獲得德國普朗克獎章、美國哲學會劉易斯獎學金和美國費米獎。1953年被選為美國物理學會主席。還被德國海森堡大學、荷蘭烏特勒支大學、美國華盛頓大學、哥倫比亞大學、耶魯大學、哈佛大學、羅切斯特大學和拉克福德大學授予榮譽博士。

費米之所以成為重要人物，有以下幾個原因。一是他是無可爭議的20世紀最偉大的科學家之一，而且是為數(shù)不多的兼具杰出的理論家和杰出的試驗家天才的人。他在其生涯中寫了250多篇科學論文。二是費米在發(fā)明原子爆破方面是一個非常重要的人物，盡管別人在推動這項事業(yè)的發(fā)展上也起了同樣重要的作用。

從1945年以來，原子武器從未用于戰(zhàn)爭。出于和平目的，大量的核反應堆建成用來產(chǎn)生能源。在未來，反應堆將成為更重要的能源來源。此外，一些反應堆被用來生產(chǎn)有用的放射性同位素，用在醫(yī)學和科學研究上。反應堆還是钚的一個來源，這是制造原子武器的一種材料。人們對核反應堆可能對人類產(chǎn)生危害存有害怕心理，但沒人抱怨它是個無意義的發(fā)明。不管是好還是壞，費米的工作對未來世界產(chǎn)生了巨大的影響。

為紀念費米對核物理學的貢獻，美國原子能委員會建立了“費米獎”，以表彰為和平利用核能作出貢獻的各國科學家。

第100個化學元素鐨和原子核物理學使用的“費米單位”（長度單位）就是以費米的名字命名的。

諾貝爾獎

本世紀30年代初，中子被發(fā)現(xiàn)以后，科學家就利用它去轟擊各種元素，研究核反應。以意大利皇家科學院院士費米為首的一批青年人，干得最起勁。他們按照元素周期表的順序，從頭到尾地轟擊已知的各種元素，看看都會發(fā)生什么情況。

1934年，人們認為元素周期表上最后一個元素是92號元素鈾。但是當用中子轟擊時，他們發(fā)現(xiàn)鈾被強烈地激活了，并產(chǎn)生出好多種元素。他們認為，在這些鈾的衰變產(chǎn)物中，有一種是原子序數(shù)為93的新元素。這是由于中子打進鈾原子核里，使鈾的原子量增加而轉(zhuǎn)變成的新元素。

費米等人關于93號新元素的實驗報告發(fā)表后，世界各國的報紙立即進行了轟動性的報道。關于93號元素問題，在各國科學家中引起一場激烈而持續(xù)的爭論。有不少人肯定，也有不少人持懷疑態(tài)度。這場爭論遲遲沒有定論的原因是當時缺乏一種有效的手段，可以對鈾元素受到中子轟擊后的產(chǎn)物進行精確的分離和分析。

1934年10月，費米研究小組未解決這個謎團，卻意外地取得另一項重大發(fā)現(xiàn)：中子在到達被輻射物質(zhì)之前，和含氫物質(zhì)中的氫原子核碰撞，速度大大降低；這種降低了速度的“慢中子”，更容易引起被輻射物質(zhì)的核反應。這正如速度太快的籃球容易從框上彈出去，速度慢的較容易進籃一樣，使用慢中子轟擊原子核很快被各國科學家采用。

1938年11月10日，也就是“93號元素”發(fā)現(xiàn)4年多以后，費米接到來自斯德哥爾摩的電話，瑞典科學院宣布費米獲得諾貝爾物理學獎的獎狀：“獎金授予羅馬大學恩利克·費米教授，以表彰他認證了由中子轟擊所產(chǎn)生的新的放射性元素，以及他在這一研究中發(fā)現(xiàn)由慢中子引起的反應。”費米帶著全家去斯德哥爾摩領獎后，沒有返回意大利，而是乘上了去美國的輪船。

就在這一年，德國威廉皇家化學研究所的兩位化學家哈恩和斯特拉斯曼，與女物理學家梅特涅合作，試驗用慢中子轟擊鈾元素，而且用化學方法分離和檢驗核反應的產(chǎn)物，獲得了令人難以置信的結(jié)果：鈾核在中子的轟擊下，分裂成大致相等的兩半，它們不是93號新元素，而是56號元素鋇！原子核的這一種變化現(xiàn)象過去還從未發(fā)現(xiàn)過。

1938年11月22日，也就是在諾貝爾獎頒發(fā)后的12天，哈恩把分裂原子的報告寄往柏林《自然科學》雜志，該雜志1939年1月便登出了哈恩的論文，推翻了費米的實驗結(jié)果。顯而易見，諾貝爾獎搞錯了！

聽到這驚人的消息，費米的第一個反應是來到哥倫比亞大學實驗室，利用那里較好的設備，重復了哈恩的試驗，結(jié)果和哈恩的試驗一樣。這一事實，對費米來說無疑是難堪的。然而和人們的想象相反，費米坦率地檢討和總結(jié)了自己的錯誤判斷，表現(xiàn)了一個科學家服從真理的高尚品質(zhì)。此時此刻，費米考慮的不是個人的名譽得失，他在別人成就的基礎上繼續(xù)向前邁進。在裂變理論的基礎上，費米很快提出一種假說：當鈾核裂變時，會放射出中子。這些中子又會擊中其它鈾核，于是就會發(fā)生一連串的反應，直到全部原子被分裂。這就是著名的鏈式反應理論。根據(jù)這一理論，當裂變一直進行下去時，巨大的能量就將爆發(fā)。如果制成炸彈，它理論上的爆炸力是TNT炸藥的2000萬倍！