银河系中大概有2500亿颗类似太阳的恒星
这样的恒星周围的行星总数更是不计其数
即使一颗行星能发展到人类文明的概率低到几乎为零
但是基于如此庞大的星系基数，很多人都会板上钉钉地说
“宇宙那么大，外星人肯定存在”
然后讨论外星人的假说一个接着一个，兴高采烈、众说纷纭
中间黄点为太阳在银河系中的位置
然而此时一位科学家只用了一句话
就给这些对外星文明满怀期待的人们当头一盆冷水
他问：“Where are they?（他们在哪儿？）”
这就是著名的费米悖论的全部内容
它隐含的意思是，假设人类只要用100万年的时间能飞到银河中各个星系
那么外星人只需要比人类早进化100万年，现在就应该来到地球了
然而，迄今为止人类并未发现有任何外星人的蛛丝马迹
在人类还没发现外星文明之前，费米悖论都无法被打破
It is no good to try to stop knowledge from going forward
Ignorance is never better than knowledge——Enrico Fermi
然而提出这个问题的费米却不是天文学家，更没涉足过外星文明研究领域
他是一名物理学家，名叫恩利克·费米
但凡提起费米二字，很多人脑海中第一个想的都不是费米这个人
反而是类似费米悖论、费米黄金定则、费米子、费米面、费米液体、费米伽马射线探测器、费米实验室、费米常数、费米—狄拉克方程，托马斯—费米模型等用他名字命名的事物
费米的眼神已经锁定了你
那究竟费米是哪位？
恩利克·费米是被称为能与爱因斯坦比肩的20世纪最后的全才物理学家
一生中共发表过250篇涵盖多个领域的高质量论文
他不但因为发现慢中子效应获得了1938年的诺贝尔物理学奖
还建成了世界上第一座核反应堆，使人类正式踏入原子能的时代
此外他还是曼哈顿原子弹计划中重要的领导人物
第一位华人诺贝尔得主杨振宁和李政道，还曾为“谁才是费米的学生”这个问题大动干戈
在《李政道传》中多次暗示李政道才是费米的博士生，而杨振宁不是
而杨振宁之后对此回应说，我确实不是费米的博士研究生，但我才是费米的得意学生，因为在费米教过的学生中，只有我和他联名发表过理论物理论文
恩利克·费米
1901年，恩利克·费米出生于意大利的一个铁路工人家中
他是家中最小的孩子，童年的他沉默寡言，看上去总是一副无精打采的样子
在上小学时，老师问费米：“铁能制造什么？”
因为在费米上学路上有一所“铁床工厂”，于是他就直接回答“铁能制造床”
费米（中间）与姐姐和哥哥合照
费米觉得这个答案没毛病啊
但是他却不知道这并不是老师心中满意的答案
再加上平时的“木讷”，这位老师跟他的母亲说：“费米可能是个智力低下的孩子，你应该多花点时间来培育他”
费米在前排左起第二
然而根本不需要母亲的多加培养，费米年纪稍大点就一反这种智商低下的偏见，表现其天才的的一面
从10岁起他就喜欢物理和科学，在没有老师教的情况下他就能理解类似x^2+y^2=r^2这种圆的方程式
此外，他还经常自己设计各种发动机模型和绘制飞机引擎草图
在比萨求学时期的费米（左三）
他上完中学进入比萨高等师范学校就读
当时为了申请奖学金，他向学校提交了一篇题为《声音的特殊性能》的论文
论文第一页就写了关于振动弹簧的偏微分方程
之后更是用洋洋洒洒的20页篇幅来阐明了用本征函数所求出的解和特征频率等问题
一个刚离开中学的学生，竟然能研究得如此深入
这使当时的教授都大吃一惊，还特地找到他对他说：“你前途无量啊”
在比萨求学时的费米
在进入高年级后，他积累的物理知识就比当时很多的教师要多，甚至对那时爱因斯坦的相对论也有独特的见解
那时很多教授不但不用给费米讲课，他们还特地邀请费米来给他们讲爱因斯坦的相对论
1926年，25岁的费米被任命为罗马大学的物理系教授，并开始了他研究的黄金时代
那时的他已经成为了公认的意大利物理学领袖
罗马大学还为他专门设立了意大利第一个理论物理学讲座
围绕在他身边的更是一群年轻的物理学家
物理学中的“罗马学派”就是在那时建立起来的
有人说，费米不是理论物理学家中最天才的一个，也不是实验物理学家最厉害的一个
但是，在理论物理学和实验物理学都精通的全才上
他认第二，绝对没有人敢认第一
无论在理论还是实验方面都如此踏实的费米，用杨振宁的话来形容就是“He has both feet on the ground”
沃尔夫冈·泡利（点击图片，回顾泡利对实验室造成的成吨伤害）
1925年著名理论物理学家泡利（他就是一位只会理论物理学的物理学家，对实验室的破坏技能完全点满）提出“不相容原理”，即原子中不能容纳运动状态完全相同的电子
在1926年，费米与狄拉克同时提出了服从泡利不相容原理的粒子所遵循的量子统计方程
后来人们把这种粒子服从的规律叫做费米—狄拉克统计，而服从这个规律的粒子也被称为费米子
小居里夫妇获得1935年的诺贝尔化学奖
1934年，物理学界发生了一件大事件，小居里夫妇用α粒子轰击铝时发现了人工放射现象
然而这种人工放射现象的“产率”却非常低，平均要用上百万个α粒子轰击铝才得到理想的人工放射现象
对此，费米有一个绝妙的设想
他想铝原子核与α粒子均带电性，可能就是带电性使其产生了排斥作用，使α粒子对原子核的命中率大大降低
于是他决定试着用不带电性的中子进行轰击实验，看看会不会使“产率”大大提高
费米与妻子劳拉
然而那时候罗马大学的实验条件非常有限，根本无法给费米提供实验所需的仪器和设备
这时，费米在实验物理学这方面的才能就派上用场了
他自己制造了盖革计数器等好几种实验仪器，还到各个大学去搜集实验所需的元素材料
他用镭在衰变时发射出的α粒子源来轰击铍元素，获得了轰击原子核的理想“炮弹”中子
得到中子源之后，费米便开始用中子把已知的92种元素从头到尾轰击了个遍
恩利克·费米
在这个过程中，他不但发现了许多新的同位素，还发现了著名的慢中子效应
当中子通过大量含氢物质时，与氢原子核碰撞之后，速度会变慢
用越慢的中子轰击原子核，所激发的放射性也就越强
这无疑就是给之后用中子轰击原子核的实验提供了一颗完美的“炮弹”——慢中子
费米在实验室
对此，费米不但运用了薛定谔波动力学方程对此作出了理论解释，他还给出了一种非常形象生动的形容
他说，中子进入原子核的情形就像高尔夫球进洞一样，速度慢的高尔夫球会滚进洞内，而速度快的高尔夫球会直接从洞顶飞过
因为在中子轰击原子核和发现了慢中子效应的成就
他在1938年被授予了诺贝尔物理奖，同时被誉为“中子物理之父”
而这次的诺贝尔奖给他带来的不单是荣耀和奖金，还给他带来了逃离纳粹掌心的机会
费米一家在轮船上
在费米接到诺贝尔委员会的电话之前，纳粹就在全国范围内发起“水晶之夜”事件
而意大利的统治者，法西斯头目墨索里尼也开始到处逮捕犹太人
为了保护身份为犹太人的妻子劳拉
费米在借着到斯德哥尔摩领奖的机会，举家逃亡到了美国纽约
“水晶之夜”又称“碎玻璃之夜”，是指1938年11月9日至10日凌晨纳粹首次对犹太人进行大规模的袭击，许多犹太商店窗户被打碎，破碎的玻璃在月光的照射下像水晶般发光，“水晶之夜”事件也标志着纳粹对犹太人有组织的屠杀开始
水晶之夜后的犹太人商店
初到美国，科学界就传来“中子被吸收后有时会引起铀原子裂变”的消息
费米马上意识到一个裂变的铀原子可以释放出更多的中子来引起一系列的链式反应，从而产生无法估量的巨大能量
元首
那时，科学界都在讨论这种链式反应用于军事的潜在性，但美国政府似乎对此不太感兴趣
然而此时德国却开始禁止捷克铀矿区的出口
因为铀是原子弹最重要的原材料，这使反法西斯同盟国开始意识到，德国可能已经在密谋着原子弹计划了
为此费米曾多次向海军反应，希望他们能针对德国为原子武器制定计划
被轰炸后的珍珠港
1941年12月，直到日本法西斯偷袭美国珍珠港，美国政府才决定启动“曼哈顿计划”
目的是在德国之前制造出原子弹，尽早结束第二次世界大战
然而想要制成原子武器，首要的就是验证可控自持链式反应能否实现
因为费米是世界上研究中子的权威，又是集理论与实验于一身的全才
所以他被任命为世界上第一个核反应堆的攻关小组组长
1942年，费米来到芝加哥大学，主持对外称为“芝加哥冶金实验”的核反应堆工程
从此，费米就把全部精力都投入到这一工作当中，反应堆一天天朝着它的最终形态增长
1942年12月2日，在费米的指导设计下核反应堆“芝加哥Pile-1”首次运转成功
这标志着原子时代的到来，试验成功后大家都说：“意大利航海家进入了新世界”
因为在1492年意大利航海家哥伦布发现了美洲，从此这片新大陆向文明世界敞开
而今1942年意大利物理学家费米，用世界第一座核反应堆打开了原子能的神秘世界
芝加哥Pile-1（CP-1）
随着这项实验的成功，曼哈顿工程全面启动
而费米也继续在这项工程中担任主要的科学顾问，继续发挥着自己的重要作用
在曼哈顿计划中，也发生了一件有趣的事情，后来被称为“费米纸片”
原子弹“小男孩”和“胖子”
1945年7月16日，第一颗原子弹在美国新墨西哥南部沙漠引爆
这颗原子弹爆炸后大约30分钟，强烈的冲击波到达费米所在的掩蔽处
只见费米把事先准备好的纸片一撒，随着纸片落地费米就说：这颗原子的威力相当于两万吨TNT炸药的能量
之后根据各种复杂测量仪器的记录数据来看，计算结果和费米的几乎无差，这使大家都为之叹服
日本广岛上空的蘑菇云
试爆成功后，其余两颗原子弹便在日本的长崎和广岛两座城市投落
日本宣布无条件投降，第二次世界大战提早结束
在战后，他并没有继续研制核武器
而是极力反对继续研制比原子弹威力更大的氢弹
从1945年以来，核武器便没有再用在战争上
而大量的反应堆也用于生产能源，造福着人类
核电站
曼哈顿计划结束后，费米依然保持着在科学领域的不断输出
他当时被聘为芝加哥大学教授，继续他高能粒子物理的研究
1949年，揭示宇宙线中原粒子的加速机制，研究了Л介子、μ子和核子的相互作用，提出宇宙射线起源理论
1952年，发现了第一个强子共振──同位旋四重态
但是不幸的是，因长期接触放射性物质，正直事业巅峰期的费米得了食道癌和胃癌
1954年11月29日，费米与世长辞，享年53岁
为了纪念他，科学界将刚发现的100号元素命名为“镄Fm”
美国原子能委员会也建立了“费米奖”，用于奖励在核能开发方面的人才
因为费米研究的领域非常广阔，连他传记的作者赛格雷都说他的成就和地位都很难衡量
但无论在哪一个领域，费米都是一个极其出色的存在
而更难能可贵的是国别、战争、诺贝尔奖、核反应堆、原子弹都没有成为限制他的标签
可以毫无疑问地说，他是20世纪最后一个全才
在《美丽新世界》里有一种致幻剂叫苏摩（soma）
号称“一克苏摩，能解十忧”
而在费米眼中，物理学才是他在那乱世中的唯一“苏摩”
来源：SME
编辑：Alex Yuan
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