費米(2)〈原子能之父〉
五、就讀比薩高等師範學院
1918年7月,費米在高級中學畢業。在佩西科及阿米得的建議下,就讀比薩高等師範學院,為了減輕家庭經濟負擔,也申請獎學金。比薩高等師範學院。是義大利唯一免費的高等師範學校,考入這所學校的學生同時又是比薩大學的學生,畢業時可得到兩張文憑,競爭非常激烈。
在 1918 年 11 月 14 日的入學考試,題目是聲音的特徵(Characteristics of sound),他用偏微分方程式寫出弦的振盪,並用傅立葉分析(Fourier analysis)方法,將這方程式解出。這是一篇博士論文的水準,而不是學校考生的考試程度。一個剛離開中學的17歲學生,居然能寫出驚人水準,從羅馬薩皮恩紮大學(Sapienza University)來的朱塞佩‧批塔雷利 (Giuseppe Pittarelli)教授,讀了費米答案的時候很是很驚訝,他約談了費米,並得出結論,他的入學會是應該的,甚至可以得到博士學位。因此費米在物理類入學考試中得到第一名。
這篇文章至今還保存著,它是在費米逝世後,從學校檔案中找到的。
六、在高等師範學院及比薩大學
費米在高等師範學校年間,他與一位名叫佛朗哥‧拉斯蒂(Franco Rasetti)同學成為要好同伴,他們喜歡做輕鬆的玩笑,像在屋頂上互相潑水、選出最不好看的女孩子當「五月皇后」,拉斯蒂以後會成為費米的親密朋友和合作者。他們共同做X射線的實驗,成為費米博士論文的基礎。
在比薩,費米由物理實驗室主任路易吉‧布西恩蒂 (Luigi Puccianti)指導,布西恩蒂說他沒有什麼可以教費米,反而經常向費米求教。
費米量子物理學的知識,達到如此高的水準,布西恩蒂要求他舉辦專題講研討會的。在此期間,費米學會張量微積分(tensor calculus),以便進一步研讀廣義相對論。最初數學是費米的主修科目,但很快的就轉換到物理,他一直自學研讀廣義相對論、量子力學、原子物理。
七、最年輕的博士
在1920年9月,費米到物理系就讀。因為系裡只有三個學生,即:費米,拉斯蒂(Rasetti)和尼洛卡拉拉(Nello Carrara),實驗室主任布西恩蒂(Puccianti)讓他們依自己的目的自由使用的實驗室。費米於是決定,他們要研究X射線晶體學,三個人合作拍出一張勞厄照片(Laue photograph) ,這是X射線晶體的照片。在1921年,費米在大學的第三年,他在意大利雜誌諾沃‧西門託 (Nuovo Cimento)發表他的第一個科學論文題目是 “在剛性系統的動態下,關於電荷的平移運動。”
它是用張量數學來形容物體在在三維空間的變化。在古典力學中,質量是一個純量(即不是向量),但是在愛因斯坦的相對它會隨速度產生變化。第二篇論文是“電磁荷在電磁荷的重量的統一場論”他使用廣義相對論,費米發現它重量等於U / C2,其中U是系統的靜電能量,並且c是光的速度。
第三篇是1922年7月7日呈給高等師範學院的博士論文題目是:“概率和一些它的應用程式理論”("A theorem on probability and some of its applications"),論文是關於X射線衍射(繞射)圖像。當時在意大利理論物理尚未考慮到的一門學科,唯一可能被實驗物理接受。出於這個原因,因為意大利物理學家在接受新的速度很慢,如相對論的創意來自德國。由於費米是相當內行的實驗室工作家,這個問題不難解決。
口試時,費米的知識顯然高過11位考官,費米獲得了博士學位優等生,但沒有一個考官與他握手或祝賀他。但是他的論文卻未由大學依照常例出版。
1922年7月,費爾米以21歲的年齡獲得了物理學博士的學位,打破了比薩大學最年輕的博士紀錄。
八、 遇見科比諾教授
獲得博士學位後,費米回到羅馬,遇到了專長磁光學和電工學的實驗物理學家科比諾(Orso Mario Corbino:圖2)教授。科比諾是一位極有聲望的人,是科學院院士、羅馬大學物理研究所所長、參議員、部長、意大利電氣工業領導人。他與費米見了幾次面後,敏銳地看出這位年輕物理學家的才能。從此,他成為費米的終身朋友和保護人,把復興意大利物理學的希望寄托在費米身上。
圖2:科比諾(摘自維基百科)
費米本想進入羅馬大學任教。但不巧,當時義大利政局己發生了變化,墨索里尼的獨裁政府即將上臺,整個國家動亂了。費米的美夢打破了。於是在熱心的柯比諾教授的推薦下,費米只得出國到德國哥廷根大學繼續進修物理學。