- 恩里科·费米传:原子时代的诞生
- (美)吉诺·塞格雷 贝蒂娜·赫尔林
- 2569字
- 2024-11-03 05:23:37
4.大学生活
在比萨的大学必修课上到第二个月的时候,费米发现自己身边坐了一个又高又瘦的工程学一年级生。他俩开始聊大学生活是什么样子,他们想从这儿学到什么,以及他们已经知道些什么。很多年以后,这位名叫佛朗哥·拉塞蒂(Franco Rasetti)的学生仍然记得,在这次巧遇之后他告诉自己的母亲:“我遇到了另一个同学,也是个天才,我以前从来没遇到过这样的人。他肯定是某种奇才。在物理学方面他比所有教授加起来懂的还要多,他什么都懂。”接下来二十多年,拉塞蒂成了费米形影不离的搭档。
这位独生子在很多方面都跟费米一样杰出。拉塞蒂在自己家里受的小学教育,父亲是如醉如痴的博物学家,母亲则是颇具天分的画家,拉塞蒂从父母双方的天赋中都获益良多。小时候他就收集了大量的昆虫和动植物标本,知道所有藏品的拉丁名,而且纤毫毕现地画出了这些标本的样子,甚至还在《意大利昆虫学会通报》上发表过文章。不仅如此,他对知识的兴趣如饥似渴,来者不拒,记忆力也非比寻常,广泛阅读了好几种语言的读物,还自学过化学。
进大学的时候,拉塞蒂选了工程学作为专业方向,断定这会让他的职业生涯舒适而稳定。别的令他时不时沉迷其中的狂热与爱好,他都放弃了。遇见费米改变了他的生活。很快,这位新朋友让这个年轻的比萨人相信,物理学是非常有意思的专业,在这里他超乎寻常的实验技巧会大派用场。两人变得形影不离,拉塞蒂与父母同住,费米经常到他家吃晚饭,家庭聚餐带来的愉悦享受让他从学校食堂倒人胃口的饭菜中解脱了出来。
反过来,拉塞蒂对费米也有很大的影响。除了在学校的陪伴,拉塞蒂还带着这位城里来的伙伴遍览亚平宁—阿尔卑斯山区的胜景。就在比萨北边三十多千米,一道山脉沿海岸线隆起,有一系列海拔1800米以上的山峰。这些秀色可餐的山峰既因海景而著称,也因位于卡拉拉镇中心附近的诸多采石场而知名。这些采石场开采出来的大理石,会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轮美奂的教堂。
在这些山上也可以进行技术型攀登。拉塞蒂十来岁时学过一些技术型攀登并热衷于此,还进行过几次举足轻重的阿尔卑斯式攀登。费米并没有感染到拉塞蒂对专走崎岖路线登顶险峻山峰的热望,但徒步是他所钟爱的。要跟拉塞蒂齐头并进,对他来说毫无困难。和他们家族所有男性成员一样,恩里科个子有点偏矮,肩膀很宽,躯干与两腿相比有点过长。但他结实的双腿像是永远都不会累,就是背上大包走个五十里地,他也会毫不犹豫,立马上路。
拉塞蒂也让费米从他罗马家里悲伤的气氛中解脱了出来。虽说姗姗来迟,恩里科也能沉迷于惊险刺激和年轻人无伤大雅的恶作剧了。他和拉塞蒂组成了双人俱乐部,将一些玩笑付诸行动,并自称“反邻居协会”。他们最简单的把戏之一是,路过当时在意大利很常见的露天小便池,趁人不备在正使用小便池对此毫不知情的人两腿之间丢下一小块钠。不出所料,涌起的泡沫、溅起的热水会把小便的人吓一大跳,这对搞恶作剧的人来说是极好的笑料。
有时候费米和拉塞蒂也会在课堂上恶意捣乱。有一回安排了一个讲座,要阐述猫怎样在落地过程中做些空中转体以四脚着地。“反邻居协会”决定偷偷带一只猫到讲堂里去,把它扔到空中作为例证。这样活生生的演示及其造成的喧哗并没有得到赏识。
虽然有这样的恶作剧点缀他们的大学生活,费米和拉塞蒂还是深得老师的信任。他们显然天资聪颖,上到第三年时,他们和同届的内洛·卡拉拉(Nello Carrara)一起得到了大学物理实验室的钥匙。三人组可以自由摸索,看看用手头的设备能够做些什么。做研究的前景让人激动,他们开始把最先进的设备引进实验室,要是有实验需要又买不到的,他们就自己动手制造。
三人各自选定了不同的学位论文题目。论文需分为三部分:对主题的一般性介绍,对基本的概念性问题的描述,最后一部分是说明所进行实验的结果。对费米来说纯粹基于理论物理研究就能轻而易举地写篇论文出来,但学位论文就是得遵从上述原则。好在他也挺喜欢做实验,这种形式也没有给他带来难题。
费米为自己的学位论文选了个规模宏大的题目,要研究X射线,或者按照发现者的名字命名,叫作伦琴射线。很多年以后比萨大学为了找到他这篇论文的原件付出了极大努力,据推测它应该在大学的图书馆里。直到1990年,图书馆最终发现了这篇论文,才知道这些努力都徒劳无功:费米的论文阴差阳错地归档到了泰尔尼(Terni)名下。
费米对自己的论文不乏自我贬损。他和佩尔西科彼此都以坦率而亲密的风格写信,他曾写道:“对我的论文我有好多事情要做,但是我得补上一句,这篇文章最后变成了一本正经的污言秽语。”尽管如此,基于研究结果他确实在意大利物理学会的杂志《新试金石》(Il Nuovo Cimento)上发表了两篇文章。但这并不是他的首秀。
费米的第一篇原创文章是有关相对论的,这一话题在1919年的一次日食观测之后大出风头。在这次观测中,按照爱因斯坦的广义相对论,人们发现远处的星光在掠过太阳表面时发生了弯曲。传言说全球只有6个人能理解这一现象与爱因斯坦的理论如何相关。这个说法可能有点夸张,但费米恐怕是唯一一个能懂得这些细节的意大利物理学家。
相比之下,意大利倒是有很多数学家正致力于广义相对论的细节研究。其中最杰出的是罗马大学新晋教授图利奥·列维-齐维塔(Tullio Levi-Civita),他在黎曼几何领域做了很多早期研究工作,这门几何学为爱因斯坦提供了系统阐述其理论的工具。爱因斯坦因此不无戏谑地评价,意大利最好的两样东西,就是“意大利面和列维-齐维塔”。
在比萨大学第一学年结束后的夏天,费米开始将广义相对论运用到重力对带电粒子运动产生的影响中。要研究这些,他得有比普通的平面直角坐标系更新也更好用的坐标系。在球面比如说地球上的位置是由经度和纬度来具体描述的,但如果要描述在广义相对论的弯曲空间里的路径,什么样的坐标系才最为理想?费米的解决方案有重大意义,如今这个方案以他的名字命名为费米坐标系。
费米意识到,数学家对这项研究或许会有兴趣,但如果研究论文只是发表在意大利物理学会的《新试金石》上,他们就不太可能读到了。要是他的论文能发表在《意大利猞猁之眼国家科学院院刊》(也就是《意大利国家科学院学报》)上,就会好很多。这个学院只接收会员推荐的文章,好在有一位最新的比萨会员乐意为费米效劳。在1922年1月的会议上,这位会员使费米的文章得到了列维-齐维塔和同事们的关注。文章很快就发表了。年仅19岁的费米开始在意大利学术圈崭露头角,比萨的古老城墙已无法阻挡他声名远播。