恩里科·費米傳：原子時代的誕生

小時候在科普雜誌中聽說過費米悖論，中學時在時間簡史中讀到過費米子，到大學，費米分佈，費米速度，費米麪，費米液體，費米黃金規則等概念接踵而至。但是始終沒有真正讀過費米的著作或者故事，在教科書中經常見到這位科學家的名字。 費米少年時代就精通理論方法，13歲掌握微積分，18歲可以寫出相當於博士論文的本科入學論文，後來投身實驗研究，費米的成就有提出了費米狄拉克統計，提出的費米理論描述了弱相互作用的行爲，預測了中微子的存在，參與並領導了原子彈的建造，建造了第一個核反應堆的原型，成功實現了第一次鏈式反應。費米在理論和實驗上都取得了巨大的成就。 費米是真正的天才，在年輕時就自學學會了物理學最新的知識，並且投入實驗研究以探索物理學真正的前沿。雖然天分之高大多是人難以企及，但是他的學習習慣還是值得我借鑑參考。 1.費米一旦掌握了他讀過的內容，就會把複雜主題中他認爲最本質的部分工工整整地抄錄到小本子上，通常就是一些加了註釋的方程式。這個終生的習慣讓他能以奇蹟般的方式檢索關鍵概念。費米自己承認他從來不讀傳統的教科書，他把這些筆記稱作人工記憶，就靠它們來查閱信息或是哪個公式。 2.費米卡片：費米會把物理學知識簡單記錄成卡片，上課時隨機取出一張就可以講一節課。 3.費米堅持任何大膽假設都必須小心求證，沒有哪個公式是理所當然的。最出色的理論物理學學生當中有一位就說，他們都從費米那裏學到了這句格言：“物理學是從打地基開始，一磚一瓦、層層累積建起來的。”費米在物理學上循序漸進的方式令他比自己青少年時代景仰過的任何理論物理學大師都更加重要。 4.費米所有理論工作的特徵，選取一個明晰的物理學概念，以旁人未曾有過的方式弄懂它，然後將其應用到一個或多個重要的物理問題中。 5.在理論物理學領域搞計算有兩種方式。其中我最喜歡的一種就是，對你要計算的這個事兒有個清晰的物理圖景。另一種方法是有個精確而自洽的數學形式。 另外，費米會提出很多思維訓練的問題。他透過量化和理性的特殊視角來看待這個世界。在物理學界，人們將他這種看待世界的方法跟他自身看成是一回事，稱之爲“費米方法”。他提出的這類能夠用數量級仔細估算給出答案的問題，也就被人們叫作“費米問題”。爲鼓勵學生提高估算數量級的技能（在費米看來這是一種智力體操），費米會提出一些貌似荒誕不經的問題。有一次他指着學校餐廳的窗戶，要學生估算“窗戶上面的污泥在掉下來之前能積到多厚”，別的時候他會問“內華達州羊的數量會是多少？”他最常被引述的問題是：“在芝加哥有多少位鋼琴調音師？”這些問題或易或難，在回答問題的過程中，學生們獲得了信心，正如其中一位所說，開始感覺到“我們能解決任何問題”。費米似乎有一種離奇的能力，可以迅速抓住問題的本質特徵。他的研究生會開玩笑說，他傳奇般的直覺之所以成爲可能，只能是因爲“他在跟上帝暗通款曲”。費米悖論似乎也是源於費米提出的這類問題。 除了學習方法，費米的人格也頗有魅力。 1.關於如何與他人更好地打交道、如何預計變化、如何忍受周圍世界的輕蔑和羞辱、如何應對重擔和死亡帶來的無法避免的精神壓力，等等，他都樹立了最好的榜樣。 2.費米對他的實驗人員有完完全全的控制，就像緊急行動中的船長一樣。就在大功告成的這一刻，他的臉上並沒有顯出興高采烈的表情。實驗結果跟預期一模一樣。費米的頭腦保持着冷靜、鎮定，沒有停留在剛剛達到的重大成就上，而是又在爲工作的下一個緊要階段運籌帷幄了。 3.物理學自成一統，決不允許來自政治的或別的什麼事情擾亂心神。他堅定不移地獻身於科學，探究其複雜性也是不可避免。正如費米所觀察到的：“無論自然界將有什麼事情發生在人類身上，也無論這樣的事情會有多令人不快，我們都必須接受。這是因爲，無知永遠不會好過有知。” 4.在向前邁進的過程中，費米相信自己是在繼續自然進程，而非試圖踏上革命之路。 5.儘管已在走向生命的終點，費米的性格還是沒有什麼變化：友好而不過於熱情， 能理性做出判斷，常常帶點諷刺，不必刻意就能將自己的情緒控制得很好。 6.費米是楊振寧的偶像。楊振寧還記得：蓋爾曼和我被他純粹的決心和他對物理學的摯愛徹底征服了。

不錯的傳記。很多技術細節都提到了過程來歷。以下來自豆包。 曼哈頓計劃詳細過程+核心技術突破 一、背景立項 1938年科學家發現鈾核裂變，釋放巨大能量；英美擔憂德國搶先造出核武器，1942年美國正式啓動曼哈頓絕密計劃，統籌研發原子彈，軍方統籌、頂尖物理學家牽頭攻關。 二、關鍵前置技術突破（奠基階段） 1. 可控鏈式反應驗證 1942年12月，費米團隊建成人類第一座核反應堆。 突破難點：精準控制中子數量、減緩中子速度，讓鈾原子持續裂變、能量平穩釋放。 意義：證實核裂變原理可實用，從理論走向工程，爲造原子彈打下核心基礎。 2. 核燃料提純難題 天然鈾裏只有鈾-235能裂變爆炸，佔比極低，絕大多數是無法爆炸的鈾-238。 兩大提純技術攻關成功： - 氣體擴散法：利用分子重量差異分離同位素 - 電磁分離法：磁場偏轉篩選鈾原子 大規模量產高純度武器級鈾原料。 三、核彈構型與引爆核心技術突破 1. 槍式原子彈技術 把兩塊次臨界鈾塊高速撞擊合攏，瞬間達到臨界質量，觸發劇烈鏈式爆炸。 結構簡單，優先研製成功，後續用於廣島核彈。 2. 內爆式原子彈重大突破 技術難度極高，核心難點同步起爆。 外圍包裹多層烈性炸藥，爆炸瞬間向內均勻擠壓鈈核，極速壓縮達到臨界狀態。 解決炸藥同步起爆、衝擊波均勻聚攏難題，威力更強，用於長崎核彈。 3. 鈈元素量產技術 反應堆人工製取放射性鈈-239，作爲第二種核爆炸材料，拓寬核彈原料來源。 四、試驗定型 1945年7月16日，美國荒漠開展人類首次核爆炸試驗。 試驗成功，確認核彈威力、爆炸參數、殺傷效應，標誌原子彈正式研製完成。 五、實戰運用與計劃落幕 1945年8月，兩枚原子彈先後投向日本，極大加速二戰結束。 戰後計劃逐步縮減解散，相關核技術分流到核能發電、核軍事領域，人類邁入核時代。

恩里科·費米是繼伽利略之後最偉大的意大利物理學家，他出身一般家庭，靠着從小自學《數學物理基礎》等幾千頁物理學百科全書打下堅實基礎，本科畢業就直接拿到博士學位。他是核武器之父，他對中子的研究證明了鏈式反應的可能。 他對政治不感興趣，只關注科學技術本身。在他看來，戰爭更多是由意志決定，而非武器；是由領導層決定，而非技術進步。他是一位好老師，培養的六位學生獲得了諾貝爾物理學獎，至今無人出其右。 他透過量化和理性的特殊視角來看待這個世界。他總是“以最低限度的困難和複雜”得出一個近似的答案。費米的方法融合了知識上的廣度、數學上的精準、強烈的直覺以及智力上的機敏。有一次他指着學校餐廳的窗戶，要學生估算“窗戶上面的污泥在掉下來之前能積到多厚”，別的時候他會問“內華達州羊的數量會是多少？”他最常被引述的問題是：“在芝加哥有多少位鋼琴調音師？”這些問題或易或難，在回答問題的過程中，學生們獲得了信心，正如其中一位所說，開始感覺到“我們能解決任何問題”。 他也很幽默。有一個教授跟他爭辯自己的計算結果和實驗相吻合，費米笑道：“我記得我的老朋友約翰·馮·諾伊曼經常說，有4個參數就能造出一頭大象，有5個參數還能讓這頭大象把鼻子甩起來。” 可惜的是天妒英才，他五十幾歲就去世了，這算不上長壽。在他臨終前，他年輕的同事默裏·蓋爾曼和楊振寧前來探望時，費米平靜地告訴了他們他的狀況，並指給他們看放在病牀邊的一本關於核物理的筆記。他希望在他走後，這本筆記能編輯出版。楊振寧還記得，“蓋爾曼和我被他純粹的決心和他對物理學的摯愛徹底征服了。有那麼些時候，我們甚至不敢看他的臉”。他對自己身體情形都心知肚明，帶着蘇格拉底式的沉靜，跟他們談笑風生。一直到生命的最後時光，費米都在忙着計算。

我覺得這本書是我理解的旁人寫名人傳記的寫法，多方考證，以相對客觀的角度敘事，描述社會大背景，對主人翁的評價也出自主人翁有干係的人之口。 我是看完《楊振寧》傳來的，之前在《奧本海默傳》中也有對費米的描述，在這三本書中對費米的物理學成就描繪都很一致，一位身兼理論和實驗物理集大成的物理學家，能夠講普通的概念解釋的很清楚，隨身攜帶的計算尺。 費米身上的純粹，對科學，對認知世界的純粹，讓周圍人深受影響。這是我認知最深的一點。

當年一上大學就讀了勞拉·費米的《原子在我家中》，那是恩里科·費米還在世時就出版並熱銷的物理學家傳記。一個甲子後居然還有人能以如此流暢的筆觸再寫一本費米傳。物理教皇預言之準，租牀只差兩天。他無心政治，與奧本海默、泰德·特勒泛泛之交。謂之純粹。

費米是自學成才的理論、實驗物理的天才，從不被教科書所束縛，動手解決實驗設備能力來自母親的身教，學識的增長離不開志同道合同行、學生、朋友的對話、思想碰撞。費米的起步、事業的發展得到了了意大利科學領航者的賞識和栽培。二戰歐洲的法西斯政權對科學精神、自由的踐踏、對猶太人的迫害，導致了頂尖人才向美國的外流。曼哈頓計劃中，費米的引領和判斷的決定性，造詣無愧於“物理沙皇”的稱號。他的家庭生活在這本書裏有精彩的細節描述。全書生動、沒有科學術語的苦澀難懂，作者是一對夫婦，丈夫本身就是位物理學家。

2020年我讀的第一本量子力學書，“原子能之父”，以及凝固在芝加哥大學體育場看臺下的往事，對費米一句輕描淡寫帶過。甚至因爲名字和費曼相近，我對費米的印象僅僅停留在名字。 2023年初，這本《恩里科·費米傳》是我最喜歡的一本人物傳記，它從費米的視角還原了核能研究的黃金時代，不僅僅介紹了主角費米的一生，還通俗地解釋了整個研究進度中的科學原理。這本書讀完，對核能研究的基本原理能夠達成最基礎的瞭解。 更打動人的是“教皇”費米一生堅持的剋制、專注、冷靜的研究品質，無論是原子彈爆炸後撕碎紙片丈量計算爆炸效果的畫面，還是在他生命的最後一刻計算自己尚存人間的天數：“告訴勞拉，租到11月底就行啦，因爲在那之後他就不需要病牀了”。這位物理學巨人用生命刻寫了人類衆多美好品質：謙虛、謹慎、一汪春水一般的衷情與善良。 很難說是時勢造就了英雄費米，還是費米造就了世界，不可否認的是，他在科學領域中延續的生命力，即使在他離世的多年後，依舊影響着我們這代人。

讀大佬的傳記，某種意義上就跟讀爽文一樣。從普通的中產階級家庭以異稟的天賦橫空出世，自此就像一顆璀璨的明珠，任何事物都無法遮擋他的光芒。費米究其一生，在理論物理和實驗物理中，都留下了濃墨重彩的印記。在生命的最後，保持着對物理學純粹的摯愛，迴歸到星辰大海。 在學習理論物理時，接觸到的跟費米有關的物理概念層出不窮：統計力學中的費米子、費米麪，量子力學中的費米躍遷定則，數量級估算的費米方法；鼎鼎大名的美國費米實驗室，費米物理學獎章，費米講座整理出來的系列物理學講義，紀念費米命名的超鈾元素鐨，等等；β衰變中釋放出來的鬼魅粒子現在有着一個頗具意大利風情的名字，利用慢中子進行人工誘導核裂變這個研究方向，甚至是早期弱相互作用研究中的一些量子場論方法，背後都有費米的重要的貢獻。這些工作令人高山仰止。 而在這部傳記中，讀到了很大篇幅關於費米作爲一個實驗物理學家在曼哈頓計劃中扮演的重要角色。從建成第一個可控的反應堆 Chicago Pile 1 開啓原子能時代，到幫領導曼哈頓計劃的研製出快速終結戰爭的核武器。作爲項目的首席科學家之一，費米心無旁騖的客觀理性態度，也是讓人瞭解到了更多費米獨特的人格魅力。

有些遺憾，我的第一次閱讀傳記感言不是爲費曼先生寫的。當然，纔不要去管那虛無縹緲的儀式感。 這本書內容寫得感覺有點倉促（可能是錯覺)，但對恩里科費米這位實驗兼理論物理學家的整體人生故事描述還是很完善的。 "教皇"的童年和許許多多著名的科學家一樣，都有異於常人的領悟力和智慧，無需贅言。但是性格上的差異又造就了他們豐富而具特色的一生。 我很佩服他心無旁騖地盡其一生貢獻在物理學上。他的對政治毫無興趣的態度，對待生命行爲的矛盾，讓我略感理解但又疑惑。我對政治生涯也毫無興趣，但我卻爲其中運行的機制着迷，就像按一定物理法則運行的宇宙，人類社會也被某種複雜的東西所制約、調控着。我認爲生命不過是粒子組成的精妙複雜的整體，取之宇宙，歸之宇宙，它確實特殊但在我的拙知看來也僅是如此罷了。但我也還是會爲這生命的消失而惋惜，我得承認我的愛沒有愛衆生，愛萬物這樣廣闊。"教皇"愛惜的是人才，是他所在的祖國，不過這是他所力所能及的愛，相比我自己，他的着實更加有力。特勒是對武器的狂熱，"教皇"是對科學前景的憧憬，爲此他們都捨棄了一些東西。 縱觀"教皇"的一生，猶如一顆璀璨的星辰來到人間食了煙火，飲了起落，創下輝煌，又回到了羣星之中。

期末考前在圖書館閒逛時遇到這本灰色硬皮書，對Fermi理論實驗並重早有耳聞，遂借回宿舍碼住。本書爲Fermi第一位研究生，也是“帕尼斯佩爾納大道上的少年”五人組的一員Segrè侄子與妻子所書，描述Fermi的精彩往事。1900-1902出生的他們：Dirac、Fermi、Heisenberg、Pauli是20年代物理學之星。圍繞在年輕的Fermi身邊的是Wick、Majorana、Peierls、Bloch、Teller、Racah、Fano這些在量子力學和量子場論教科書裏我們一遍遍推導的公式的名字。 Fermi理論工作的品味是：“選取一個明晰的物理學概念，以旁人未曾有過的方式弄懂他，然後將其應用到一個或多個重要的物理問題中。” 書中在P63提到Fermi在RMP發表的綜述，Bethe和Feynman師生高度評價，遂下載拜讀。Fermi, Rev. Mod. Phys. 4, 87(1932)，題目是Quantum Theory of Radiation，講授了QED早期的很多基礎，讀完後再回來補評…