- 恩里科·費米傳:原子時代的誕生
- (美)吉諾·塞格雷 貝蒂娜·赫爾林
- 2569字
- 2020-01-21 17:37:17
4.大學生活
在比薩的大學必修課上到第二個月的時候,費米發現自己身邊坐了一個又高又瘦的工程學一年級生。他倆開始聊大學生活是什么樣子,他們想從這兒學到什么,以及他們已經知道些什么。很多年以后,這位名叫佛朗哥·拉塞蒂(Franco Rasetti)的學生仍然記得,在這次巧遇之后他告訴自己的母親:“我遇到了另一個同學,也是個天才,我以前從來沒遇到過這樣的人。他肯定是某種奇才。在物理學方面他比所有教授加起來懂的還要多,他什么都懂。”接下來二十多年,拉塞蒂成了費米形影不離的搭檔。
這位獨生子在很多方面都跟費米一樣杰出。拉塞蒂在自己家里受的小學教育,父親是如醉如癡的博物學家,母親則是頗具天分的畫家,拉塞蒂從父母雙方的天賦中都獲益良多。小時候他就收集了大量的昆蟲和動植物標本,知道所有藏品的拉丁名,而且纖毫畢現地畫出了這些標本的樣子,甚至還在《意大利昆蟲學會通報》上發表過文章。不僅如此,他對知識的興趣如饑似渴,來者不拒,記憶力也非比尋常,廣泛閱讀了好幾種語言的讀物,還自學過化學。
進大學的時候,拉塞蒂選了工程學作為專業方向,斷定這會讓他的職業生涯舒適而穩定。別的令他時不時沉迷其中的狂熱與愛好,他都放棄了。遇見費米改變了他的生活。很快,這位新朋友讓這個年輕的比薩人相信,物理學是非常有意思的專業,在這里他超乎尋常的實驗技巧會大派用場。兩人變得形影不離,拉塞蒂與父母同住,費米經常到他家吃晚飯,家庭聚餐帶來的愉悅享受讓他從學校食堂倒人胃口的飯菜中解脫了出來。
反過來,拉塞蒂對費米也有很大的影響。除了在學校的陪伴,拉塞蒂還帶著這位城里來的伙伴遍覽亞平寧—阿爾卑斯山區的勝景。就在比薩北邊三十多千米,一道山脈沿海岸線隆起,有一系列海拔1800米以上的山峰。這些秀色可餐的山峰既因海景而著稱,也因位于卡拉拉鎮中心附近的諸多采石場而知名。這些采石場開采出來的大理石,會用于建造世界上某些最引人注目的建筑,尤其是意大利那些美輪美奐的教堂。
在這些山上也可以進行技術型攀登。拉塞蒂十來歲時學過一些技術型攀登并熱衷于此,還進行過幾次舉足輕重的阿爾卑斯式攀登。費米并沒有感染到拉塞蒂對專走崎嶇路線登頂險峻山峰的熱望,但徒步是他所鐘愛的。要跟拉塞蒂齊頭并進,對他來說毫無困難。和他們家族所有男性成員一樣,恩里科個子有點偏矮,肩膀很寬,軀干與兩腿相比有點過長。但他結實的雙腿像是永遠都不會累,就是背上大包走個五十里地,他也會毫不猶豫,立馬上路。
拉塞蒂也讓費米從他羅馬家里悲傷的氣氛中解脫了出來。雖說姍姍來遲,恩里科也能沉迷于驚險刺激和年輕人無傷大雅的惡作劇了。他和拉塞蒂組成了雙人俱樂部,將一些玩笑付諸行動,并自稱“反鄰居協會”。他們最簡單的把戲之一是,路過當時在意大利很常見的露天小便池,趁人不備在正使用小便池對此毫不知情的人兩腿之間丟下一小塊鈉。不出所料,涌起的泡沫、濺起的熱水會把小便的人嚇一大跳,這對搞惡作劇的人來說是極好的笑料。
有時候費米和拉塞蒂也會在課堂上惡意搗亂。有一回安排了一個講座,要闡述貓怎樣在落地過程中做些空中轉體以四腳著地。“反鄰居協會”決定偷偷帶一只貓到講堂里去,把它扔到空中作為例證。這樣活生生的演示及其造成的喧嘩并沒有得到賞識。
雖然有這樣的惡作劇點綴他們的大學生活,費米和拉塞蒂還是深得老師的信任。他們顯然天資聰穎,上到第三年時,他們和同屆的內洛·卡拉拉(Nello Carrara)一起得到了大學物理實驗室的鑰匙。三人組可以自由摸索,看看用手頭的設備能夠做些什么。做研究的前景讓人激動,他們開始把最先進的設備引進實驗室,要是有實驗需要又買不到的,他們就自己動手制造。
三人各自選定了不同的學位論文題目。論文需分為三部分:對主題的一般性介紹,對基本的概念性問題的描述,最后一部分是說明所進行實驗的結果。對費米來說純粹基于理論物理研究就能輕而易舉地寫篇論文出來,但學位論文就是得遵從上述原則。好在他也挺喜歡做實驗,這種形式也沒有給他帶來難題。
費米為自己的學位論文選了個規模宏大的題目,要研究X射線,或者按照發現者的名字命名,叫作倫琴射線。很多年以后比薩大學為了找到他這篇論文的原件付出了極大努力,據推測它應該在大學的圖書館里。直到1990年,圖書館最終發現了這篇論文,才知道這些努力都徒勞無功:費米的論文陰差陽錯地歸檔到了泰爾尼(Terni)名下。
費米對自己的論文不乏自我貶損。他和佩爾西科彼此都以坦率而親密的風格寫信,他曾寫道:“對我的論文我有好多事情要做,但是我得補上一句,這篇文章最后變成了一本正經的污言穢語。”盡管如此,基于研究結果他確實在意大利物理學會的雜志《新試金石》(Il Nuovo Cimento)上發表了兩篇文章。但這并不是他的首秀。
費米的第一篇原創文章是有關相對論的,這一話題在1919年的一次日食觀測之后大出風頭。在這次觀測中,按照愛因斯坦的廣義相對論,人們發現遠處的星光在掠過太陽表面時發生了彎曲。傳言說全球只有6個人能理解這一現象與愛因斯坦的理論如何相關。這個說法可能有點夸張,但費米恐怕是唯一一個能懂得這些細節的意大利物理學家。
相比之下,意大利倒是有很多數學家正致力于廣義相對論的細節研究。其中最杰出的是羅馬大學新晉教授圖利奧·列維-齊維塔(Tullio Levi-Civita),他在黎曼幾何領域做了很多早期研究工作,這門幾何學為愛因斯坦提供了系統闡述其理論的工具。愛因斯坦因此不無戲謔地評價,意大利最好的兩樣東西,就是“意大利面和列維-齊維塔”。
在比薩大學第一學年結束后的夏天,費米開始將廣義相對論運用到重力對帶電粒子運動產生的影響中。要研究這些,他得有比普通的平面直角坐標系更新也更好用的坐標系。在球面比如說地球上的位置是由經度和緯度來具體描述的,但如果要描述在廣義相對論的彎曲空間里的路徑,什么樣的坐標系才最為理想?費米的解決方案有重大意義,如今這個方案以他的名字命名為費米坐標系。
費米意識到,數學家對這項研究或許會有興趣,但如果研究論文只是發表在意大利物理學會的《新試金石》上,他們就不太可能讀到了。要是他的論文能發表在《意大利猞猁之眼國家科學院院刊》(也就是《意大利國家科學院學報》)上,就會好很多。這個學院只接收會員推薦的文章,好在有一位最新的比薩會員樂意為費米效勞。在1922年1月的會議上,這位會員使費米的文章得到了列維-齊維塔和同事們的關注。文章很快就發表了。年僅19歲的費米開始在意大利學術圈嶄露頭角,比薩的古老城墻已無法阻擋他聲名遠播。