2007年11月15日 星期四

不是童話:長腿叔叔費米(Enrico Fermi)

1938 年諾貝爾物理獎得主:恩里科·費米(Enrico Fermi)




這是什麼?這是校園一角,Henry Moore 的雕塑作品「Atomic Energy」(原子能)。放大來看,就是一場可以毀滅千萬人類的核爆。

芝加哥大學的 Metallurgical Laboratory(冶金實驗室,今 Argonne 國家實驗室前身)曾是二戰「曼哈頓計畫」之一;曼哈頓計畫宗旨,就是培育核武。美國核武研究契機,萌自 1939 年八月愛因斯坦簽名的一封給羅斯福總統的警告信,指出德國納粹研發核武的可能性與危機;到了 1942 年,費米於芝加哥首度(以鈾與石墨)製造出得以自續(self-sustaining)的連鎖核反應──一個當時連費米夫人也無法得知的軍事機密。

* * *

1953 年,年輕的戴森教授(Freeman Dyson)教導手下學生以準純量介子理論去計算介子─質子強作用力下的散射。理論計算與費米的實驗成果完美吻合,於是他興致勃勃帶著一大包計算成果,搭灰狗巴士遠從康乃爾大學到芝加哥去看費米。

費米接過那一大疊計算過程,開口卻只問他太太近況、新生寶寶可好;之後,才給他冷靜簡要的答覆:

「理論物理中只有兩種計算方式。第一種是對整個過程有清楚的物理圖像──這種我比較喜歡。第二種是有精確而互不矛盾的數學計算。而你的兩種都沒有。」

戴森錯愕,反問這計算哪裡矛盾。費米說明了他所認為的準純量介子理論的缺失。

「你為何從未對這理論計算與實驗的吻合感到驚喜?」戴森沮喪地問。

費米問他計算中共用了多少參數。

戴森想了一下:「四個。」

費米說:「我記得我朋友紐曼(Johnny von Neumann)告訴過我:『四個參數就夠我配出一隻大象,五個參數還可以讓我命令牠甩鼻子』。」(註:意指參數越多的理論越可能站不住腳。)

談話就此結束。戴森傷心的搭了下一班車回康乃爾 ,告訴他的學生這個壞消息。但為了讓學生擁有論文,他們還是發表了這串理論計算。之後便立刻解散。戴森轉入柏克萊大學,離開高能領域,往凝態發展。

「回頭看這五十年,」戴森說,「我們清楚發現費米是正確的。能正確描述強作用力的是夸克。但費米完全不知道夸克,早在夸克被發現之前便已過世。費米的直覺讓他察知當年介子理論的缺失,而且,正是費米的直覺──而不是什麼『理論與實驗相符與否』──把我和我的一群學生從漫漫盲巷裡解救出來。」

(Freeman Dyson, A Meeting with Enrico Fermi, Nature 427, 297 (2004))

* * *

這位二十世紀唯一一位理論與實驗皆精的物理學家──費米,在二戰結束後,明確以人類道義與科技的理由表示反對氫彈研發;即使他之前以「法西斯才是超越核武的罪惡淵藪」的想法為美國研究核武。他比其他受雇的科學家更果斷的解除內心的掙扎,卻也在戰後比其他人更憂心未來核武難以控制。1945 年,他在給友人的信中寫道:「這個實驗室(指今日費米實驗室前身)未來將研究高能物理,而不是核物理。切勿繼續從事與原子彈有關的研究。」那年,也是他親眼在新墨西哥州見到第一顆原子彈試爆。之後還有許許多多的通信,都顯示他對核武的擔憂。

驚破天地的轟然,沙漠上核彈的爆破風壓迅速飆掠他身周。手中幾張紙飄落。感受那場風壓,費米瞬間便準確估算出眼前遠方那顆核爆的能量,讓其他所有測量人員愕然。不必憑藉儀器,不只有紙上談兵,他用他的肌膚直接感受這個世界。他,天生的物理人。

戰後,許多核武學家被反戰人士抨擊。身為核武研究核心之一的費米常被請來為他的同僚說話,但他本人卻從未成為眾矢之的,因為他為美國的付出、他的正直、和他不參與任何政治造勢的清心。

費米後來受聘成為芝加哥大學物理系的教授。認真而謙遜,他盡忠職守從事這分教學研究工作,用心設計每個課堂筆記講稿,非常受學生喜愛。而,最讓他珍惜的,也應該是這脫離戰爭、脫離核武、來自孩子們的單純與溫暖。

費米回信給物理學家 Fred Reines 討論「中子」的發現。


53 歲,在一個許多科學家最成熟、最質精的年紀,費米病逝於胃癌,就在上面那封信兩年後,在戴森拜訪他一年後。他對於這個物理世界仍如此興致盎然。人們禁不住想:如果費米能夠擁有更長的壽命,這個世界將會有多大的變化?

兩位曾助他研究核反應的人員,亦逝於癌症。他的研究團隊一直都知道:這些實驗將對操作者健康帶來危害,但他們無法顧及自身;因為當時眼前,是一場危害全人類的戰爭。

過世前幾周,費米曾對朋友說:「我把能夠做的都盡力完成了。」如此忙碌的等待死亡。這整個世界的重擔,對於費米。

面對不同的時期,費米應對以不同的決策。但安靜如他內心守護的,一直都是同一個更廣、更深遠的東西。




參考資料:Wikipedia 與芝加哥大學網頁 12

5 則留言:

  1. 費米瞬間便「準確」「估」算出眼前遠方那顆核爆的能量。 :p

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  2. 可以查教育部國語辭典。「準確」與「估」並不矛盾喔。

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  3. 我可以準確的估算出門口那隻小黃的體重大概介於打火機與噴射客機之間

    哼哼~利害吧!!=~=+

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  4. 題外話,三隻小豬部的線上國語辭典
    最近好像因為,
    定義模糊的辭彙過多拿掉了= =a

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  5. 教育部國語辭典重新上線了。這真是好棒的生日禮物。

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