今年是恩里科·费米（Enrico Fermi，1901年9月29日—1954年11月28日）去世70周年。费米是美籍意大利裔物理学家，1938年诺贝尔奖得主，二十世纪最伟大的物理学家之一，理论和实验均臻大师境界。他也是原子弹的设计师和缔造者之一，被誉为“原子能之父”。
导读：
在费米领导建造第一个核反应堆的地方，有一座名为《核能》的雕塑。有人说像蘑菇云，有人说像骷髅。雕塑的作者、英国雕塑家亨利·斯宾赛·摩尔说，这是教堂的形象。
用教堂纪念物理教皇，太合适不过了。
俄国物理学家奥列斯特·赫沃尔松（Orest Khvolson，1852年12月4日——1934年5月11日），沙俄和苏联著名物理学家，他的五卷本《物理教程》（Physics Course）是俄国大学的主要教科书，被翻译成德语、法语和西班牙语。费米自学了此书。
费米非常了解这个系统，也急切地想尽快进入并达到这个系统的顶部——罗马大学。
费米毕业之后，回到罗马家中，拜会罗马大学的一些教授，其中包括意大利当时的物理泰斗科尔比诺，他当时是罗马大学教授、参议员、教育部长。
科尔比诺几乎是意大利当时老一辈物理学家中唯一理解物理学最新发展的人，他尤其非常关注量子物理的重大进展，然而看到意大利没有人投身于此，十分苦恼。这时，费米出现在他的办公室。一番交谈之后，科尔比诺认定了费米就是意大利现代物理的希望。
科尔比诺在意大利官学两界很有面子，但也不是一言九鼎，他给费米安排教授职位颇为不顺。到了1926年，费米已经跻身于最顶尖的物理学家行列，在意大利依然没有竞争到一个物理学教授头衔，而只能委身于低薪讲师职位。
科尔比诺动用自己的地位，没有职位就创造职位。在他一番运作之下，罗马大学设立了意大利第一个理论物理教授席位，费米顺利获得了这一职位。
费米成为教授之后，迅速组建了一个年轻的团队。他终于有机会大显身手了。
费米邀请他在比萨的同学、好友拉塞蒂来到罗马。费米团队还有三个学生，埃米利奥·塞格雷（Emilio Gino Segrè，1905年1月30日—1989年4月22日）、爱德华多·阿马尔迪（Edoardo Amaldi，1908年9月5日——1989年12月5日）和埃托雷·马约拉纳（Ettore Majorana，1906年8月5日——？），后来还有一位化学家斯卡·达戈斯蒂诺（Oscar D’Agostino，1901年8月29日——1975年3月16日）加入。费米团队的成员都很年轻，都不超过30岁，被合称为“帕尼斯佩尔纳大道少年团（Via Panisperna boys）”。帕尼斯佩尔纳大道是罗马大学物理系所在地。
帕尼斯佩尔纳大道上的少年团部分成员，从左至右依次为：达戈斯蒂诺、塞格雷、阿马尔迪、拉塞蒂、费米。
这个团队成员亲密无间，互相起外号，费米被称为“教皇”，因为他金口玉言，永不出错。拉塞蒂是费米的助手，因此得外号“红衣主教”。关怀他们的长者科尔比诺被他们亲切地称为“圣父”。
1928年7月19日，费米结婚，妻子劳拉是一位犹太姑娘，来自意大利上层社会，父亲是海军上将。
意大利在法西斯党一党专政和墨索里尼一人独裁下，专政气氛越来越浓厚，学术界活动也受到干扰，但费米的团队两耳不闻窗外事，专心致志搞研究，不断有重要工作发表。到1930年，费米和罗马大学物理系有了相当的国际声誉。费米要更进一步，进军当时最激动人心的领域——原子核物理。
当时，原子核物理主要问题有哪些？
氢原子核就是质子，元素周期表上氢之后氦的原子核里应有两个质子，但氦原子核的质量却大约是质子的4倍，所以原子核里肯定还有别的东西存在，那是什么？
原子核中的质子之间会有静电斥力，如何抱成一团？不可能是万有引力，它太弱了。
当时发现，放射性元素会发生两种衰变，α衰变和β衰变。α衰变会释放一个带正电的粒子，称为α粒子，后来确认，它就是氦原子核。β衰变中，会有一个电子释放出来。原子核中为什么会有电子跑出来？
有人提出，原子核中原本就有电子，比如，氦原子核中，有4个质子两个电子，所以对外显示两个单位的正电荷。这种猜想会带来更多问题，电子-质子对如何形成？因何解离？电子如何跑出来？
β衰变还有一个更严重的问题：貌似能量不守恒？
费米对这些问题都有兴趣。
1932年，原子核物理迎来一个重大突破：原子核中存在另一种粒子——中子。
这一发现本应是居里夫人的女儿和女婿，即约里奥-居里夫妇的成果，可惜他们错误解释了实验结果，英国物理学家查德威克重复并正确解释了小居里夫妇的实验，发现了中子。
其实，认识到约里奥-居里夫妇文章漏洞的人不止查德威克一人。费米团队中的马约拉纳也意识到了。费米敦促马约拉纳将想法写成论文发表，但马约拉纳太完美主义，认为他的理论还不完善，便没有发表他的洞见。否则的话，他有可能与查德威克分享1935年的诺贝尔奖。
费米开始构建他的β衰变理论。
1933年圣诞节假期，新婚的阿马尔迪夫妇、塞格雷、费米夫妇一起滑雪。爽滑一天之后，刚到酒店，费米就叫阿马尔迪和塞格雷到他的酒店房间里来。二人知道，肯定是谈物理，而塞格雷被摔得骨肉酸疼，就想痛快泡个澡。
进入房间落座之后，费米一开口，他们的酸痛就烟消云散了。费米说，他准备跟他们分享的，很可能是他迄今最好的工作成果。
费米说，引力和电磁力并不是仅有的作用力，还有第三种力在起作用，它能在原子核里将一个中子转化为一个质子、一个电子和一个小中子，新产生的质子留在原子核里，而电子和小中子会跑出来。这就是β衰变的机制。
费米所说的小中子是三年前泡利提出来的，只不过他认为，这种小中子是原子核的一种成分。这种小中子即“中微子”，这个术语来自费米。
1934年，费米的β衰变理论发表。这篇论文不仅解决了物理学中的一个重要问题，而且行文风格被认为是学术论文的典范：将问题阐述得清清楚楚，提出一个解答，没有花言巧语，没有矫揉造作，只有事实！
这项工作是费米对理论物理学最重大的贡献，但他最大的志向是建设一个实验物理高地。但他苦于没有经费，实验设备是在罗马各五金店采购材料搭建而成的，太简陋了，实在难以做出重大的工作。1934年，意大利政府拨给他们充足的经费。费米终于可以领导他的团队做最尖端的实验了。
费米决定接着约里奥-居里夫妇错失中子发现的实验做。
约里奥-居里夫妇用α射线轰击铍、锂、硼等元素，得到一种新的辐射，他们再用这种新辐射轰击石蜡，打出很多质子。夫妇二人认为新辐射是伽马射线，对实验结果做了错误解释。新辐射其实是中子。
费米想，既然所得中子辐射如此强悍，轰击一下其他元素的会怎么样？
这个想法其实不太吸引人，因为差不多每一万个α粒子才能产生1个中子，这么低的产率有进一步做实验的价值吗？
费米认识到，中子虽少，但它不带电，能直抵原子核，而带正电的α粒子会被同样带正电的原子核推开。中子的这个优点也许会弥补数量少的缺点。
1934年3月，费米的实验开始了，克服了初始阶段的一点挫折之后，改进了中子源后，成功接踵而至。费米找到了一座科学富矿，他们沿着元素周期表，从氢开始，用中子挨个轰击，在15个月内发表了10篇相关论文。
卢瑟福看到费米的第一篇实验论文后，给费米写信“祝贺你从理论物理学圈子里成功脱身”，并请费米把后续要发表的论文寄给自己一份。
想看新文章的也不止卢瑟福一人。费米将每一篇文章的副本随后都定期发给了核物理领域最顶尖的科学家们。有人开玩笑说：“我们都得学意大利语啦！”
费米知道，其他实验室会快速跟进的，他立即着手升级装备，增强队伍，化学家斯卡·达戈斯蒂诺这时候加入了进来。
费米团队一路轰击到当时的元素周期表的尾端——92号元素铀，做出了石破天惊的发现——超铀元素。他们延长了元素周期表。
费米团队对这个发现比较谨慎，准备做进一步核查之后再发表，但帕尼斯佩尔纳大道上少年团的“圣父”科尔比诺迫不及待地要将这一发现昭告天下。
1934年6月4日，科尔比诺在意大利科学院院士大会上，当着国王的面，宣布了费米发现了新元素。他说：“费米在宣布这一发现之前，小心谨慎地有所保留，并继续进行实验，这种做法是正确的。我每天都在跟进这项研究，我个人相信，这一新发现是确定无疑的。”
意大利报纸争相报道，并将此成就归功于法西斯党和伟大领袖墨索里尼的英明领导，建议此新元素用领袖的名字命名。
费米并没有科尔比诺那样有把握。他知道，做出科学论断有多容易出错，一次错误对声誉的影响有多大。费米为此事开始失眠。
几天后，费米找到科尔比诺，谈了自己的忧虑，认为有必要给狂热的报纸降温。二人发表了一篇联合声明：大众传媒误解了科尔比诺的演讲……此研究不是为发现新元素，只是研究一般性现象。
费米致书Nature，详细说明实验结果仍然存在的不确定性。
1934年秋，一个新学生，布鲁诺·庞蒂科夫（Bruno Maksimovic Pontecorvo，1913年8月22日—1993年9月24日）加入进来，成为少年团最年轻的成员。
庞蒂科夫进来之后不久就做出一个令所有人困惑的实验。他发现，和在大理石台面上做实验相比，在木头桌面上实验的产物放射性更显著。这让大家百思不得其解。
费米有一次安排了这样一个实验，研究铅对入射中子的影响。临实验开始的时候，费米临时起意，把铅换成了石蜡，结果发现，结果显示，标靶放射性提高了一百多倍。所有人都目瞪口呆，惊呼声把实验室所有人都吸引了过来。大家一开始以为是仪器出了问题，但大家很快排除了这个可能性。大家看到的是真实的实验现象。
此时正是下午一点钟，费米让大家去吃午饭。下午三点，大家又来上班的时候，费米已经想好了一种解释：石蜡中的氢原子核减慢了中子，慢中子被目标原子核捕获的可能性更高，因此能得到更多的放射性产物。这同样也解释了他们在木头桌面和大理石台面上做实验时观测到的差异。从木头桌面上弹回来抵达标靶物的中子，速度已经降低了，而被大理石桌面反射回来的中子并没有减速。
水也应该能起到石蜡一样的效果。马上安排实验，果然如此。
大家连夜在阿马尔迪家里完成论文。大家都很兴奋，因为这必将成为里程碑级发现。大家叽叽喳喳地讨论论文每一个字，阿马尔迪家人还误以为大家喝高了。以前的论文书名都是按字母表顺序排列，这一次大家把费米的名字放在了第一位，因为这是他的发现。
1935年2月，少年团将这一年的研究写成一篇40页的长文，发表在《伦敦皇家学会会刊》（Proceedings of the Royal Society of London）上，而没有发表在德国期刊上。德国迫害犹太科学家，德国科学不再令人敬仰，德国刊物也影响力式微。
这篇论文重点谈到，中子轰击铀会产生93号或以上的元素，即超铀元素。其实，在1934年，德国化学家、物理学家伊达·诺达克（Ida Noddack，1896年2月25日—1978年10月29日）质疑了费米他们的超铀元素的解释，提出了其他可能的解释，即费米所称的超铀元素的原子核可能是元素周期表中位置很靠前、跟铀相距甚远的元素，是铀原子核分裂产生的碎片。少年团的这篇论文完全无视了诺达克的质疑。
这篇论文是少年团研究工作的巅峰之作，也是他们在一起工作的绝唱。
当年秋天，罗马大学只剩下费米和阿马尔迪了，其他人都离开了，有人找到了更高的职位，有人是犹太人，担心意大利会像德国一样反犹，因而逃离了意大利。怪异天才马约拉纳神秘失踪。
1938年7月，墨索里尼正式宣布反犹。费米夫妇决心移民美国。
费米夫妇还在考虑以何种名义离开意大利的时候，在11月10日接到了瑞典来的电话，费米获得了诺贝尔奖。次日，费米朋友们开了一个盛大的庆祝party，晚宴进行中，收音机里却发布了新的反犹法律，扫了所有人的兴致。
12月10日，费米一家人到瑞典参加完诺贝尔奖典礼。与当年超铀元素的热闹相比，意大利媒体对本国获得诺贝尔奖进行了冷处理，因为纳粹德国不喜欢诺贝尔奖。
费米领完奖之后，便带着一家人去了美国。
费米到达美国不久，丹麦物理学家玻尔也来到美国访问。他给美国的物理学家带来了一个相当“炸裂”的消息。
1938年12月，德国放射化学家和物理学家奥托·哈恩（Otto Hahn，1879年3月8日—1968年7月28日）和弗里德里希·威廉·施特拉斯曼（Friedrich Wilhelm Straßmann，1902年2月22日—1980年4月22日）以确凿的实验证明，费米团队宣称的超铀元素不存在，慢中子轰击铀得到的产物是钡的放射性同位素。这个实验结果令人难以置信，一个中子怎么会让92号元素铀减少36个质子而变成了56号元素钡？
哈恩请流亡至瑞典的奥地利犹太女物理学家莉泽·迈特纳（Lise Meitner，1878年11月7日—1968年10月27日）给出一个机制解释。迈特纳与她的外甥奥托·弗里施（Otto Frisch，1904年10月1日—1979年9月22日）根据玻尔的原子核液滴模型，提出铀原子核被慢中子轰击之后，可以分裂成两个更小的原子核。他们管这种现象叫做“核裂变”。
核裂变成为原子核物理领域最热门的研究方向。
物理学家们很快就意识到，裂变发生时，会释放中子和能量，要是用中子束瞄准大量紧密堆积的铀原子核，若最初的裂变可以产生两个中子，这两个中子就可能跟别的铀原子核碰撞从而再产生四个中子。这样从2到4到8到16到32到64到……持续下去，就会形成链式反应，并释放出巨量能量。这可以做一个新型的炸弹！
然而，核链式反应的可能性早在1933年就被匈牙利犹太物理学家利奥·西拉德（Leo Szilard，1898年2月11日—1964年5月30日）想到了，当然，他不是通过中子与铀的核反应想到的。
1938年，西拉德来到了美国。1939年，他了解到核裂变的新发现之后，便挨个说服美国物理学家们，将所有核裂变的科学研究都不要公开发表，以免被纳粹德国利用来开发新炸弹。
西拉德没有说服科学家们。
核链式反应的研究仍在推进，并证明用大量铀来实现链式核反应是可能的，进而有可能制成一种极具威力的新型炸弹。
西拉德更加忧心如焚。
西拉德找到了当时最大的科学明星爱因斯坦。西拉德说服了爱因斯坦，共同署名给罗斯福总统写了一封信，警告德国可能发展核武器，并建议美国与德国抢时间，在其之前开发出这种新武器。
罗斯福成立了“铀咨询委员会”，开展相关工作，储备相关资源，但预算只有区区6000美元。
同一时间，纳粹德国成立了研制核武器的机构，对外名称为“铀俱乐部”，预算按需支出。
美国科学家们在有限资金支持下，逐步开展着工作。西拉德负责采购实验所需物料，费米负责实验工作。由于预算有限，请不起工人，包括费米在内的物理学家们还要参与装卸、建安等体力劳动。
1941年，美国珍珠港被日本偷袭，同时，德国在研发核弹的消息也在流传。美国政府惊醒了，全力推进核弹研究工作，于1942年上马曼哈顿计划，统筹全部工作。钱不再是问题，只有时间才是问题。
第一步工作是，建设一个核反应堆，让链式反应启动之后能一直进行下去，即实现自持链式反应。美国在芝加哥大学建立冶金实验室，负责这项工作，负责人为美国物理学家阿瑟·康普顿（Arthur Compton，1892年9月10日—1962年3月15日）。这个实验室有各学科的科学家，就是没有冶金科学家。
康普顿打算把核反应堆建在芝加哥郊外的阿贡，那里与城市不远不近，安全又便于保密。没想到，美国的建筑工人觉悟太低，闹起了罢工。
科学家们开会怎么办？费米提出了一个不寻常的建议：反应堆就建在芝加哥大学校园里，橄榄球场看台下方的壁球场就是一个绝佳的场所。
康普顿大惊：要是出了意外，放射性物质泄露，校园和附近人口稠密，当地岂不是世纪末日了吗？费米保证不会发生这种情况。
康普顿纠结万分：真地没有那么一丝一毫的可能性发生灾难？要不要给校长说一下？
康普顿最终下定决心，就按费米说地办，对校长保密，万一他不同意，事情就难办了。康普顿也决定，真要是出了事故，自己站出来承担责任。
1942年11月16日，反应堆开工建设，所有人员两班倒开始工作，用了15天，搬运了450吨石墨，45吨铀，完成了整个工程。
12月1日晚上，费米饱饱睡了个觉。第二天一早，他冒着寒风，穿过雪地，步行来到了反应堆所在的壁球场。费米细致检查了所有仪器。
上午10点作用，史上第一次自持链式反应实验正式开始。现场近40人冒着生命危险围观了实验，见证了历史。
下午3时53分，下午取得完满成功。所有人都长出了一口气。反应堆所产生的能量还不够点亮一支手电。然而，不控制的话，反应堆会让壁球场里的每一个人尸骨无存，甚至芝加哥都会灰飞烟灭。
康普顿这样描述那天的费米：“他对实验人员有完完全全的控制，就像紧急行动中的船长一样。就在大功告成的这一刻，他的脸上并没有显出兴高采烈的表情，因为一切都尽在预期。费米的头脑保持着冷静、镇定，没有停留在刚刚达到的重大成就上，而是又在为工作的下一个紧要阶段运筹帷幄了。”
康普顿向首都华盛顿报捷，为防监听，他用了暗语：意大利航海家刚刚在新大陆登陆啦！
1943年和1944年，费米领导设计和建造了钚反应堆。
1944年10月，费米抵达制造原子弹的基地洛斯阿拉莫斯。他成了所有部门的顾问，准备样品、理论分析、电子、计算机、光学、化学、流体力学，样样他都能一语中的。费米是了解洛斯阿拉莫斯所有技术分支的极少数人之一（也许是唯一的人）。
1944年年底，科学家们决定进行一次完整的爆炸试验。
1945年5月，希特勒自杀，纳粹德国灭亡，再也没有机会发明原子弹威胁全世界了。德国没能发明原子弹的原因很多，一个原因是，德国科学家不知道需要高纯石墨减慢中子。西拉德要求核裂变研究保密的建议立功了。
曼哈顿计划并没有因为德国投降而停滞。
1945年7月16日清晨5:30，试验核弹被引爆。霎时，整个天空被不可思议的亮光照亮，爆炸发出的光线，从最初的紫色转为绿色，再转为白色，爆炸产生的蘑菇云高达十余公里。
试爆取得圆满成功。
费米当时位于距离爆炸点9公里远处一处设施里。试爆倒计时之际，费米将一张纸撕成碎片，丢下，通过爆炸产生的冲击波将纸片吹出的距离，估算了试验核弹的当量。他的估算结果为1万吨TNT。几天后，根据仪器记录数据计算的准确结果出炉：1.86万吨，与费米的简单估算非常接近。
见证世界首颗原子弹爆炸的人，有的欣慰，有的喜悦，有的良心不安。奥本海默说：“我成为了死神，世界毁灭者”。而费米冷静以对，将原子弹爆炸当成又一次物理实验而已，甚至因为注意力过于集中，以至于都没注意到爆炸的声响。
三周后，8月6日和9日，美军分别向日本广岛和长崎投掷了原子弹，瞬间杀死了两个城市四分之一的人口。15日，日本宣布投降。
费米为加速战争结束感到满足和骄傲。
1945年最后一天，费米一家回到了芝加哥。
费米很高兴能回到大学校园，继续教书。众多优秀的学生受费米吸引而入读芝加哥大学。
费米如何教学呢？
任何一个专题，总是从头讲起，从最典型例子中的简单现象讲起，而不是从基本理论开始推演。
费米准备讲义，很少参考其他教科书，而是参考自己的笔记库。前文提到过，他记笔记的习惯开始于少年时代，持续了一生。费米还为自己的笔记库做了细致的索引。费米的笔记内容无所不包，从基础理论到前沿进展，从基本实验技术到高深数学概念。
费米重新营造了帕尼斯佩尔纳大道的那种氛围，定期邀请学生到他办公室面对面讨论。费米的办公室没有舒适的沙发，也没有摆满书的书架，只有一块黑板，一张普普通通的桌子，几把椅子，还有盛放他的笔记本的文件柜。
费米有一次在办公室与李政道交谈，问李政道，太阳中心处温度有多少。李政道回答：约1千万度。费米追问如何知道的。李政道说，文献就这么说的，解一个非常复杂的方程组可以得到。费米说，未经亲身验证的结论不能信。费米亲自动手，忙活了两天，与李政道一起做了个计算尺，计算了太阳中心的温度。
这个问题与李政道的研究生课题没有任何关系，也不在费米的研究兴趣内，如此大费周章，只为给学生言传身教做学术的正确态度。
费米极为擅长数量级估计，他通过一些具体的问题，传授自己在这方面的心法。他会问学生：窗户玻璃上的污物积累多厚才开始掉落？内华达州有多少只羊？芝加哥有多少钢琴调音师？在回答问题的过程中，学生们获得了信心，甚至感觉自己“能解决任何问题”。现在，这类问题被称为“费米问题”。
费米在芝加哥大学培养了6位诺贝尔奖得主，其中包括杨振宁和李政道。他在罗马大学的学生中出现了1位诺贝尔奖得主，即塞格雷。在培养诺贝尔奖学生方面，仅次于卢瑟福。
只是令人想不到，这么美好的教学时光太短暂了。1954年11月28日，费米因癌症去世。
12月3日，费米的追思会在芝加哥大学的教堂举行，那里距离建造第一个核反应堆的壁球场不远。恰在12年前，在那里费米成功释放了原子核中的能量，宣告了原子时代的诞生。
1967年，在费米领导建造第一个核反应堆的地方，一座名为《核能》的雕塑矗立起来。
这座雕塑，有人说像蘑菇云，有人说像骷髅。有人问雕塑的作者、英国雕塑家亨利·斯宾赛·摩尔（Henry Spencer Moore，1898年7月30日—1986年8月31日），摩尔说，这是教堂的形象。
用教堂纪念物理教皇，太合适不过了。
1. 吉诺·塞格雷、贝蒂娜·赫尔林夫妇，《恩里科·费米传：原子时代的诞生》， 湖南科学技术出版社
2. 埃米里奥·赛格雷，《原子舞者——费米传》，上海科学技术出版社
3. 费米培养的诺贝尔奖学生：https://fermieffect.com/enrico-fermi/influence-in-science/
4. 费米与李政道计算太阳中心温度：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2012/1/258768.shtm
5. 杨振宁回忆费米的教学风采：https://worldscience.cn/c/1982-09-28/645761.shtml
本文转载自《赛先生》微信公众号
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