費米誕辰│ 科學史上的今天:9/29

1945 年 7 月 16 日,軸心國猶頑強抵抗。清晨五點多的內華達州沙漠寂靜無風,曼哈頓計畫的相關人員無不緊張地屏息準備目睹原子彈首次試爆。就在倒數計時之際,費米博士突然將一張紙撕成碎片,舉高讓紙片自然掉落;當原子彈爆炸,衝擊波襲來之際,他又如法泡製;結束後,他再做一次。

大家不明所以,原來他藉此比較落在地面的紙片位移量,就能迅速估算出核爆的威力。結果與實際值雖不中亦不遠矣,落在同一個數量級。熟識費米的人對此並不訝異,就像他被選為曼哈頓計畫領導人之一那樣理所當然。

是的,還有誰像他那樣同時對基本粒子的理論面與核反應的實務面都如此專精?是他率先注意到:電中性的中子比起帶正電的 α 粒子更容易打進原子核,產生核分裂;是他發明用石墨讓中子減速的方法,成功產生連鎖效應;是他於 1942 年在芝加哥大學做出第一個核反應堆。他甚至自己動手做實驗,找出產生中子源的方法。費米就是因為中子的研究,而於 1938 年榮獲諾貝爾物理獎。

費米是天才型的學者。他 21 歲就取得物理博士學位;24 歲時用包立剛提出的「不相容原理」分析理想氣體,而略早於狄拉克幾個月提出後來稱為「費米─狄拉克統計」的理論,如今我們就把遵守這個統計的基本粒子,例如夸克、電子、微中子、……等等,稱為費米子。微中子還是他在提出解釋 β 衰變的理論時所命名的。

費米是因妻子為猶太裔,擔心與納粹結盟的墨索里尼政府也會迫害猶太人,才於 1938 年自義大利移居美國。他在美國任教期間教出許多傑出的學生,其中拿到諾貝爾獎的有七人之多(包括李政道與楊振寧)。他自己也在不同領域提出多項創見,所以以他的姓氏冠名的專有名詞將近三十種,例如費米能量、費米能階、費米氣體、費米黃金定律、……等等物理或數學的專有名詞。

對了,還有著名的「為什麼到現在還見不到外星文明?」的費米悖論;而前幾年流行的求職面試問題,像「芝加哥有多少名鋼琴調音師?」這種要你在資訊不足的情況下估算答案的題目,就叫費米問題(還記得他如何估算核爆能量嗎?)。

科學家中有不少天才型的人物,但像費米這樣在理論物理與實驗物理兩方面都有卓越貢獻,又能作育英才的還真是屈指可數。

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。


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關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。

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