1 年轻的物理学教授
1924年冬天,费米由意大利的公众教导部出资,被派到德国的哥根廷去跟著名物理学家马克斯·玻恩一起从事研究工作。
这时,费米生平第一次尝到了富裕恬适生活的滋味。当时德国的通货膨胀加速,货币贬值,费米每周用研究费换取的德国货币越来越多。有时早上兑换了一笔,满以为很合算,可是到了晚上却又后悔兑换得太早。无论如何,他总算有钱了,也尝到了有钱的乐趣。在哥根廷住了7个月之后,他便买了一部崭新的脚踏车。
但有钱并未使费米觉得自在。由于他天性害羞、不善交际的毛病,在德国,他的社交关系一直未能打开。语言的隔阂并未使他感到为难。行前他已经懂得一些德语,到了哥根廷以后,他的德语说得很流利了。但他总不能摆脱是个外国人、不属于玻恩教授周围那一群人的感觉。
玻恩教授慈祥好客,有一大批年轻有为而又知识渊博的学者在他的周围。费米也受到应有的尊重。但是他不知道他的成就到底到了什么程度。他真正希望的是玻恩教授会拍拍他的肩膀,增强他的自信心。在哥根廷7个月中,收获并不很大。
研究期满,费米回到罗马。便在罗马大学教初级数学。随后,在佛罗伦萨教机械学和数学。地位是副教授,不是终身职业,也没有养老金。
费米曾经谋求过加格里亚里大学的数学物理教授之职,但没有成功。
依据意大利法律,一个大学可以经由“竞试”来选补某一科目的教授,用现代通用的语言说,就是需要经过“竞争上岗”。但这种选补教授并不举行正式的考试,而是由几所大学的教授联合组成的委员会,根据申请者的资历和著作来选定。由委员会遴选出来的前三名人选便都可以做那一学科的教授,第一名由那家举行“竞试”的大学延聘,后两名则待其他大学有缺位时补上。
其实,加格里亚里大学并不是名牌大学,那里的职位,只不过被人们当成跳向其他大学的一块跳板而已。
加格里亚里大学举行“竞试”时,费米就决定申请。他满有信心地寄出了他的履历和著作。他虽然年轻,已在各类报刊上发表了近30篇论文,其中一部分是实验报告,大部分是关于相对论的理论研究。他在国内外学术界已小有名气了。
可惜的是,这时意大利的数学家分成两派,一派接受爱因斯坦的相对论,而另一派却不肯信服。
组成加格里亚里大学“竞试委员会”的五位教授也分为两派,拥护爱因斯坦学说的只有两位,是来自罗马大学的,他们对新的科学进展很感兴趣。他们对费米敏捷的思维,极强的接受力,以及准确把握问题要点的能力等,都极为欣赏。他们选中了费米。
但是,其他三位教授却选的是另一位资格更老的工程师。费米未得第一名,其他大学又无空缺,只得仍留在佛罗伦萨。
当时,罗马大学物理学系主任就是身材矮小、精力充沛的参议员科尔比诺教授。他雄心勃勃要把他的系建成一个名牌物理学系。科尔比诺觉察到意大利的物理学已陷入后继乏人的停顿状态。沉醉在伽利略和伏尔达旧日光辉里的那一大堆物理学家已不再努力去继承先贤的传统了。除了一些数学物理学家——事实上他们只是数学家之外,在本世纪最初的20多年里,在物理学上稍有地位和成就的就只有他自己一个人了。现在,他年纪大了,却把大部分的时间花费在政治和工业的指导工作上了。
科尔比诺的思想感情仍对物理学念念不忘。他梦想在罗马建立一个卓越超群的物理学系,使意大利在物理学上的成就为世界所公认。
梦想对于科尔比诺是一种挑战。他立志要实现他的梦想,第一步就要网罗人才。
他想到了费米。
这时,费米的那篇著名的论文《论单原子气体的量子化作用》已经发表,这是一篇在理论物理学的进展上颇有分量的文章。
理学院非常赞成科尔比诺聘请费米为教授的建议,教育部也因科尔比诺的关系批准了竞试方案。
罗马大学的“竞试”在1926年夏天举行。费米名列第一。当年10月,费米正式受聘于罗马大学。
接着,科尔比诺又把另一位很有成就的物理学家、也是费米的好友拉赛谛请来当副教授,一种无须经过“竞试”的职位。随后,他们就在物色优秀学生上下功夫。逐渐地,罗马各大学的毕业生和外国的大学毕业生都被罗马大学物理系的名声所吸引。来来去去的人很多,但有两位老师和两位学生却留了下来,成为一群多年合作无间的学者的核心。这就是费米、拉赛谛和赛格勒、亚马尔第。他们年纪差距不很大,都还年轻,他们相互支持,紧密配合,工作起来严肃认真,生活中交情深厚,过得轻松愉快。
2 耀眼的新星
几年以来,费米对于分子、原子和电子的活动和统计问题,以及能量的释放等前沿科学都极感兴趣。对假想的完美气体活动的研究也从未间断。这种单原子气体的活动所遵循的精确定律使他百思不解,某些足以揭露真相的要素,是他所不知道的。
科学上的问题极少是孤立的,某一学科的答案常常和其他问题有着某些内在的联系。十多年来,科学家们对原子和原子活动定律都在作理论上的研究,并希望借此来理清由各种实验得来的纷繁杂乱的资料。这是原子物理学兴旺的时期,许多新的理论和见解也陆续发表出来了。
奥地利出身的物理学者荷尔费冈·泡利在研究绕着核子运行的电子能量时,发现了“排他”的原理,用平常的话来说就是:绕着核子旋转的电子,每圈只能有一个。费米立即将这个原理应用到完美气体研究上。
那时,费米闲暇时玄思冥想的机会颇多。佛罗伦萨大学物理实验室设在亚尔赛脱里这座有名的山上,伽利略晚年就是在这里度过的,直到在这里辞世。费米常常和拉赛谛一道去抓些壁虎和小蜥蜴等,拿来放在饭厅里。这些小动物本来是无害的,一般人却相信它们身上附有鬼怪。他们以此取乐的目的,是吓唬那些在饭厅服务的乡下姑娘。
他们两个人时常一连几个钟头俯卧在草地上,一动也不动,各人手里都拿着一根长长的玻璃棒,棒端系着丝套索。在这样静伏的时候,拉赛谛总是聚精会神地注视着他眼前的方寸之地,一片生长中的嫩草叶,一只衔着食物匆匆走过的蚂蚁,以及阳光在那玻璃棒上散射出来的缤纷色彩等等。不是博物学家的费米对于眼下的小世界却没有兴趣:他在守着小蜥蜴出现的同时,脑子所想的却是别的事情。他下意识地在把泡利的原理应用到完美气体理论的研究上,他由此而终于发现了他以前所不知道的要素:在气体里,没有两个原子能用同等的速度移动,用物理学家的话来说,就是在每一种相置状态中,只能有一个完美的单原子的气体。这个原理使费米能够将气体的运行轨迹完全准确地计算出来。这项研究后来被称为“费米统计”。
费米和其他的物理学家后来又用这个原理来解释其他一些现象,包括金属对热和电的传导力。
当科尔比诺建议在罗马大学设立理论物理学的讲座时,费米关于完美气体的理论刚好发表出来。理学院非常赞成科尔比诺聘请费米为教授的建议,教育部也因科尔比诺的关系批准了竞试方案。这才有了前面提到的费米竞试名列第一而受聘于罗马大学。这次的第二名是费米的老朋友柏西柯,他就受聘于佛罗伦萨大学。第三名为亚尔多·蓬特伦摩里,这人于两年后作为倒霉的意大利北极远征队队员时,在北极海上失踪。
接着而来的是生源问题。当时来进修物理的学生寥寥可数,素质也差。优秀者都被工程系吸引去了,只有那些因功课负担过重的学生才转到物理系来。科尔比诺决定改变这种情况。
一天上午,科尔比诺教授在课堂上向大家宣布说,他正在找两三个优秀的学生从工程系转到物理系来。他信誓旦旦地向他们保证说,这是个非常好的机会:现代物理学是一门最有前途的学问。大学里的物理学者最近有所增添,对少数非常优秀的学生将给予特别的培养。学成后谋职的机会也极好。科尔比诺目光炯炯的眼睛在教室里来回搜索,并再度声明,他要的只是很有发展前途的最好的学生,才值得在他们身上花费时间和精神。
结果,科尔比诺只接收了一个学生,就是厄杜亚多·亚马尔第,原是工程系二年级学生,父亲也是本校的数学教授。他才18岁,然而他的样子看上去却比他的实际年龄还轻。此人以后确实在物理学上有所成就。
费米在教学上要求学生很严格,又很有一套别出心裁的办法。