恩里科·费米

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恩里科·费米1901年9月29日－1954年11月28日），美籍意大利裔物理学家。他对量子力学、核物理、粒子物理以及统计力学都做出了杰出贡献，并参与创建了世界首个核反应堆，芝加哥1号堆。他还是原子弹的设计师和缔造者之一[1]。 费米拥有数项核能相关专利，并在1938年因研究由中子轰击产生的感生放射以及发现超铀元素而获得了诺贝尔物理学奖。他是物理学日渐专门化后少数几位在理论方面和实验方面皆能称作佼佼者的物理学家之一[2]。
费米在统计力学领域做出了他第一个重大理论贡献。物理学家沃尔夫冈·泡利1925年提出了泡利不相容原理。费米依据这一原理对于理想气体系统进行了分析，所得到的统计形式现在通常称作费米–狄拉克统计。现在，人们将遵守不相容原理的粒子称为“费米子”。之后，泡利又对β衰变进行了分析。为使这一衰变过程能量守恒，泡利假设在产生电子时同时会产生一种电中性的粒子。这种粒子当时尚未观测到。费米对于这一粒子的性质进行了分析，得出了它的理论模型，并将其称为“中微子”。他对β衰变进行理论分析而得到的理论模型后来被物理学家称作“费米相互作用（：Fermi's interaction）”。这一理论后来发展为弱相互作用理论。弱相互作用是四种基本相互作用之一。费米还对由中子诱发的感生放射进行了实验研究。他发现慢中子要比快中子易于俘获，并推导出费米寿命方程（：Fermi age equation）来描述这一放射过程。在用慢中子对钍核以及铀核进行轰击后，他认为他得到了新的元素。尽管他因为这一发现而获得了诺贝尔物理学奖，但这些元素后来被发现只是核裂变产物。
费米1938年逃离意大利，以避免他的夫人劳拉因为犹太裔出身而受到新通过的意大利种族法（：Italian Racial Laws）波及。他移民至美国，并在第二次世界大战期间参与曼哈顿计划。费米领导了他的团队设计并建造了芝加哥1号堆。这个反应堆1942年12月2日进行了临界试验（：Nuclear reactor physics#Criticality），完成了首次人工自持续链式反应。他之后着手建造位于田纳西州橡树岭的X-10石墨反应堆（：X-10 Graphite Reactor）和汉福德区的汉福德B反应堆（：B Reactor）。这两个反应堆先后于1943年和1944年进行了临界试验。他还领导了洛斯阿拉莫斯国家实验室的F部，致力于实现爱德华·泰勒设计的利用热核反应的“超级核弹（：History of the Teller–Ulam design）”。1945年7月16日，费米参与了三位一体核试，并利用自己的方法估算了爆炸当量。
战后，费米参与了由罗伯特·奥本海默领导的一般顾问委员会，向美国原子能委员会提供核技术以及政策方面的建议。在得知苏联1949年8月完成了首次原子弹爆炸试验后，费米从道德以及技术层面都极力反对发展氢弹。他1954年在奥本海默安全听证会（：Oppenheimer security hearing）上为奥本海默作证。但奥本海默最终仍是被剥夺了安全许可（：Security clearance）。费米对于粒子物理，特别是π介子以及μ子的相关理论，做出了重要贡献。他推测宇宙射线产生于星际空间中受磁场作用加速的物质。在他身后，有许许多多以他的名字命名的奖项、事物以及研究机构，其中包括：恩里科·费米奖、恩里科·费米研究所、费米国立加速器实验室、费米伽玛射线空间望远镜、恩里科·费米核电站（：Enrico Fermi Nuclear Generating Station）以及元素镄。
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• 1 战后
• 2 影响与荣誉
  • 2.1 对于后世的影响
  • 2.2 后世对他的纪念
    
• 3 参考文献
  

战后二战末期，芝加哥大学开始转移核子研究焦点，从战争转为和平用途。1945年7月1日，费米被聘为芝加哥大学的教授。之后不久，“核子学术研究所”成立。[3]同年12月31日，费米一家从洛斯阿拉莫斯回到了芝加哥[4]。1946年7月1日，冶金实验室被升格为阿贡国家实验室。这也是自曼哈顿计划中衍生出来的第一个美国国家实验室。[5]由于芝加哥和阿贡距离很近，因而费米可以在两地间轻松周转。在阿贡，他与利昂娜·马歇尔一起研究中子散射（：Neutron scattering）[6]。他还帮助玛丽亚·梅耶深入理解自旋-轨道耦合。梅耶后来获得诺贝尔物理学奖的研究也是受这一点的启发。[7]
1947年1月1日，曼哈顿计划正式被美国原子能委员会取代[8]。费米在由奥本海默领导的原子能委员会一般顾问委员会中担任顾问[9]。他每年还会在洛斯阿拉莫斯度过数周[10]。在那里，他与尼古拉斯·梅特罗波利斯联合进行一些研究[11]，并与约翰·冯·诺伊曼一起研究瑞利－泰勒不稳定性。
1949年8月，苏联首颗原子弹试爆成功。费米与拉比向原子能委员会提交了一篇措辞较为激烈的报告，从道德层面以及技术层面上强烈反对发展氢弹。[12]但费米还是成为了洛斯阿拉莫斯氢弹研究团队的顾问。他与斯塔尼斯拉夫·乌拉姆合作计算得出泰勒模型中所需的氚的数量尽管大到惊人，但仍不能保证核聚变能够持续传递。[13]1954年，费米出席了奥本海默安全听证会（：Oppenheimer security hearing）为奥本海默作证。但奥本海默的安全许可最终仍被剥夺了。[14]
费米晚年还培养了一批优秀的物理学家。他战后的博士生包括欧文·张伯伦、杰弗里·丘、杰尔姆·弗里德曼、马尔温·戈尔德贝格尔（：Marvin Goldberger）、李政道、阿瑟·罗森菲尔德（：Arthur Rosenfeld）以及萨姆·特雷曼（：Sam Treiman）等人[15][16]。他还是杰克·施泰因贝格尔硕士研究生阶段的导师[17]。
费米还为粒子物理学做出一些重要贡献，其中包括他对于π介子以及μ子的研究。他首次预测了π介子-核子共振[11]。他在这些研究中主要采用统计方法，因为他知道在理论不甚精确时不必求得精确解[18]。在一篇与杨振宁联合署名的论文中，费米推测π介子可能是一种复合粒子[19]。这个猜想后来被坂田昌一发展为坂田模型。最终坂田模型又被夸克模型取代。在这一模型中，π介子是由夸克组成的。这一模型最终完善了费米模型，并验证了他的方法的正确性。[20]
费米还曾做过宇宙射线的相关研究。他认为宇宙射线是由在星际空间中受磁场作用加速的物质粒子产生的。但这与泰勒的看法相左。[18]费米还曾研究过旋涡星系的旋臂中的磁场[21]。他还曾提出有关地外文明的“费米悖论”[22]。
在行将去世时，费米对于社会大众能否在核技术相关问题做出明智选择表示质疑。他说：

“

你们也许会问，（科学家）辛苦求索那些事实到底有什么好处？这除了会使那些衣褛褴衫并乐于去收集这些事实的教授高兴外，对于其他人貌似并没有用处，因为只有那些顶尖的专家才能理解它们。为了回答这样的问题，我斗胆做一个较为有把握的假设。 科学和技术的发展史不断地告诉我们，基础科学的进步成果或早或晚都会在技术及工业领域获得应用，而这已经引起我们生活方式上的革新。我并不认为物质结构相关的研究会是个例外。但我并不那么确定，人类会在如何合理获取自然的能源这一问题上迅速能有成熟的看法。尽管我们都热切地期望着这一点。[23]

”

1954年，费米因胃癌在芝加哥的家中去世，享年53岁[1]。他被葬在橡树林公墓（：Oak Woods Cemetery）[24]。
影响与荣誉

“简单”二字可以总结费米的个人生活。他极富活力，喜爱运动。而他好胜的天性也在这些方面有所体现。他的网球打法非常凶狠。在登山时，他也常常担当向导。同行者有时会把他叫作“仁慈的独裁者”。我记得有一次在山顶上，费米起身对我们说：“现在是一点五十八分，我们两点时下山。”没有人敢说不。这样的领导能力与自信让他成为物理学界无谬误的“教皇”。他曾说：“我只用一个系数2就可以将一个物理问题推导数页。有时那些物理学家要花整整一年才能把方程的一个系数求出来，而我对（求系数）这件事并不是那么感兴趣。”他的领导才能甚至可能会让与他共事的人失去独立工作的能力。我记得有一次在他家举行的聚会上，我太太刚要切面包，费米走过来说他有新的切面包的方法，然后顺手从我太太的手中拿过来刀，切起面包来。他总是相信他的方法更为优越。但没有人因此感觉受到冒犯。人们反而对费米这个人非常着迷。他很少对物理学之外的东西能感兴趣。有一次在听我弹泰勒的钢琴时，他坦承地说只对那些简单的歌曲感兴趣。

埃贡·布雷切尔[25]
对于后世的影响费米因为他的成就获得过许多荣誉，其中包括马泰乌奇奖章（1926年）、诺贝尔物理学奖（1938年）、休斯奖章（1942年）、富兰克林奖章（1947年）以及拉姆福德奖（：Rumford Prize）（1953年）。1946年，他还因对于曼哈顿计划做出的贡献而获得功绩勋章。[26]1950年，费米被选为英国皇家学会的外籍会士[25]。在被称为“意大利的先贤祠”的圣十字圣殿中也立有费米的纪念碑[27]。1999年，费米又入选了《时代周刊》评选的“20世纪最具影响力的100个人”[28]。费米被公认为20世纪少数几位在理论方面以及实验方面皆能称作佼佼者的物理学家之一。物理学史专家C·P·斯诺这样写道：“如果费米早生几年，也许发现原子核并发展出氢原子玻尔模型的人都将是费米。如果这听起来像是在夸张的话，那么费米所做过的一切就更不像是现实了。”[29]
尤金·维格纳晚年时在自传中写道：“费米是我认识过的最伟大的人物之一... 费米的β衰变理论深深地启迪了我。在20世纪30年代中期，物理学上的大多数进展好像都或者来自在英国剑桥大学的查德威克（James Chadwick）的实验室，或者来自在罗马的费米实验室。 ... 费米期初是作为一名理论家工作的，但现在他却差不多总是呆在实验室里。 ... 是查德威克在1932年首次发现了中子。但费米的队伍做出了进一步的发现：可以把中子减慢，以引起一个原子发生人工嬗变。 ... 我们试图去帮助他，但费米凭着他的魄力和技艺指引着工作的进行，并不需要多少帮助。他不是一个优柔寡断的人。在物理学的那个国际小圈子里，费米的名字获得了最高的尊敬。因此，如果他需要大量的石墨，就会有人很快送给他。他不需要给他的助手们下命令。他们都自然而然地吸取他的建议。费米最惊人的品格，同时表现在他的科学工作和他的人际关系这两方面。 ... 他不花多少时间去揣摩他的同事和朋友们；但他很难得对他们判断失误。费米不仅能力很强，而且和蔼可亲。并且，尽管名望很高，他从不装腔作势.
费米在教学方面也是成绩斐然。他以注重细节、讲求简洁、备课认真著称于世。[30]他的讲义后来都被改编为教科书[31]。他生前的论文以及笔记现在收藏在芝加哥大学[32]。维克托·魏斯科普夫曾说：“（费米）总是能规避复杂、繁琐的过程并找到最为简洁、直接的方法。”[33]费米解决物理问题的能力很大程度上是因为他的本性驱使他规避完美主义，而去追求实际结果。他厌恶烦杂的理论。尽管掌握高超的数学技巧，但在能用更为简单的方法处理问题时他都不会去使用这些技巧。他以能快速得到较为准确的答案著称。后来，这种快速得出近似解的方法被人们称作“费米方法”，受到广泛效法。[34]
费米曾说亚历山德罗·伏打本人在实验室做研究时可能也并不知道电学将来会如何发展[35]。他在核能以及核武器方面的贡献受到人们的铭记，特别是他设计制造了史上首个反应堆，并在首颗原子弹及氢弹的研制过程中做出了重要的贡献。他的一项项科学功绩经受住了时间的考验。这些工作包括对于β衰变的理论解释，对于非线性系统的研究，发现慢中子在诱导放射性时的作用，对于π介子－核子碰撞的研究以及费米－狄拉克统计。后世对于夸克与轻子的研究正是源于他假定π介子并非基本粒子。[36]
后世对他的纪念费米身后有许许多多的事物是以他的名字命名的。这包括位于伊利诺伊州的费米实验室此外，还有三座核反应堆设施是以他的名字命名的，分别是位于美国密歇根州的恩里科·费米核电站（：Enrico Fermi Nuclear Generating Station）、位于意大利特里诺的恩里科·费米核电厂（：Enrico Fermi Nuclear Power Plant (Italy)）[37]以及位于阿根廷的RA-1恩里科·费米反应堆（：RA-1 Enrico Fermi）[38]。第100号元素镄也是以费米的姓氏命名的。这种元素是在1952年常春藤麦克核试的辐射落尘中发现的。与这种元素一起被发现的还有第99号元素锿。[39][40]1956年，美国原子能委员会将其颁发的最高奖项命名为费米奖。奥托·哈恩、罗伯特·奥本海默、爱德华·泰勒以及汉斯·贝特等知名科学家都曾获授该奖。[41]