费米(2)〈原子能之父〉
五、就读比萨高等师范学院
1918年7月,费米在高级中学毕业。在佩西科及阿米得的建议下,就读比萨高等师范学院,为了减轻家庭经济负担,也申请奖学金。比萨高等师范学院。是意大利唯一免费的高等师范学校,考入这所学校的学生同时又是比萨大学的学生,毕业时可得到两张文凭,竞争非常激烈。
在 1918 年 11 月 14 日的入学考试,题目是声音的特征(Characteristics of sound),他用偏微分方程式写出弦的振荡,并用傅立叶分析(Fourier analysis)方法,将这方程式解出。这是一篇博士论文的水平,而不是学校考生的考试程度。一个刚离开中学的17岁学生,居然能写出惊人水平,从罗马萨皮恩扎大学(Sapienza University)来的朱塞佩‧批塔雷利 (Giuseppe Pittarelli)教授,读了费米答案的时候很是很惊讶,他约谈了费米,并得出结论,他的入学会是应该的,甚至可以得到博士学位。因此费米在物理类入学考试中得到第一名。
这篇文章至今还保存着,它是在费米逝世后,从学校档案中找到的。
六、在高等师范学院及比萨大学
费米在高等师范学校年间,他与一位名叫佛朗哥‧拉斯蒂(Franco Rasetti)同学成为要好同伴,他们喜欢做轻松的玩笑,像在屋顶上互相泼水、选出最不好看的女孩子当「五月皇后」,拉斯蒂以后会成为费米的亲密朋友和合作者。他们共同做X射线的实验,成为费米博士论文的基础。
在比萨,费米由物理实验室主任路易吉‧布西恩蒂 (Luigi Puccianti)指导,布西恩蒂说他没有什么可以教费米,反而经常向费米求教。
费米量子物理学的知识,达到如此高的水平,布西恩蒂要求他举办专题讲研讨会的。在此期间,费米学会张量微积分(tensor calculus),以便进一步研读广义相对论。最初数学是费米的主修科目,但很快的就转换到物理,他一直自学研读广义相对论、量子力学、原子物理。
七、最年轻的博士
在1920年9月,费米到物理系就读。因为系里只有三个学生,即:费米,拉斯蒂(Rasetti)和尼洛卡拉拉(Nello Carrara),实验室主任布西恩蒂(Puccianti)让他们依自己的目的自由使用的实验室。费米于是决定,他们要研究X射线晶体学,三个人合作拍出一张劳厄照片(Laue photograph) ,这是X射线晶体的照片。在1921年,费米在大学的第三年,他在意大利杂志诺沃‧西门托 (Nuovo Cimento)发表他的第一个科学论文题目是 “在刚性系统的动态下,关于电荷的平移运动。”
它是用张量数学来形容物体在在三维空间的变化。在古典力学中,质量是一个纯量(即不是向量),但是在爱因斯坦的相对它会随速度产生变化。第二篇论文是“电磁荷在电磁荷的重量的统一场论”他使用广义相对论,费米发现它重量等于U / C2,其中U是系统的静电能量,并且c是光的速度。
第三篇是1922年7月7日呈给高等师范学院的博士论文题目是:“概率和一些它的应用程序理论”("A theorem on probability and some of its applications"),论文是关于X射线衍射(绕射)图像。当时在意大利理论物理尚未考虑到的一门学科,唯一可能被实验物理接受。出于这个原因,因为意大利物理学家在接受新的速度很慢,如相对论的创意来自德国。由于费米是相当内行的实验室工作家,这个问题不难解决。
口试时,费米的知识显然高过11位考官,费米获得了博士学位优等生,但没有一个考官与他握手或祝贺他。但是他的论文却未由大学依照常例出版。
1922年7月,费尔米以21岁的年龄获得了物理学博士的学位,打破了比萨大学最年轻的博士纪录。
八、 遇见科比诺教授
获得博士学位后,费米回到罗马,遇到了专长磁光学和电工学的实验物理学家科比诺(Orso Mario Corbino:图2)教授。科比诺是一位极有声望的人,是科学院院士、罗马大学物理研究所所长、参议员、部长、意大利电气工业领导人。他与费米见了几次面后,敏锐地看出这位年轻物理学家的才能。从此,他成为费米的终身朋友和保护人,把复兴意大利物理学的希望寄托在费米身上。
图2:科比诺(摘自维基百科)
费米本想进入罗马大学任教。但不巧,当时意大利政局己发生了变化,墨索里尼的独裁政府即将上台,整个国家动乱了。费米的美梦打破了。于是在热心的柯比诺教授的推荐下,费米只得出国到德国哥廷根大学继续进修物理学。