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科学网费米对物理学的重要贡献

时间:2021-07-06 来源:eisar.com.cn 作者:月夜星空文库网

我们会经常为一些国内一些先驱没有获得诺贝尔科学奖而遗憾,鸣不平。事实上,国外也有很多这样的例子。比如埃德温哈勃,他发现了宇宙膨胀,是现代观测宇宙学的奠基人,被评为最遗憾的没有获得诺贝尔物理学奖的科学家;再比如把量子力学用于研究α衰变,大爆炸宇宙学的奠基人,遗传密码的破解者乔治·伽莫夫,多次与诺奖擦肩而过。


在本篇博文中,我们总结一下费米的主要贡献,大家可以看看他有多少能够获得诺奖的工作。

首先,他把量子力学规则引入统计力学领域,创立了以他的名字命名的费米-狄拉克统计,这是对量子力学的重要发展。费米–狄拉克统计的适用对象是热平衡的费米子(自旋量子数为半奇数的粒子)。可用来描述粒子在不同定态的分布状况来描述大量微观粒子组成的宏观系统。不同的粒子分处不同能态,这点对系统许多性质会产生影响。1926年,拉尔夫·福勒在描述恒星白矮星的转变过程中,首次应用了费米–狄拉克统计的原理,导致了他的博士生钱德拉塞卡得到白矮星的质量极限。1927年,阿诺·索末菲将费米–狄拉克统计应用到他对于金属电子的研究中。1928年,福勒和L·W·诺德汉(Lothar Wolfgang Nordheim)在场致电子发射的研究中,也采用了这一统计规律。直至今日,费米–狄拉克统计仍然是物理学的一个重要部分,在超导,超流等研究领域有重要应用,导致了多项诺贝尔物理学奖的产生。


其次, 基于中微子假说和实验事实建立了弱相互作用(四大基本力之一)相关的β衰变理论。他的理论定量地描述了β射线能谱连续和β衰变半衰期的规律β能谱连续之谜终于解开了。


中子俘获反应研究。20世纪30年代初,中子被发现以后,科学家就利用它去轰击各种元素,研究核反应。以费米为首的一批青年人,干得最起劲。他们按照元素周期表的顺序,从头到尾地轰击已知的各种元素,看看都会发生什么情况。1934年,人们认为元素周期表上最后一个元素是92号元素铀。但是当用中子轰击时,他们发现铀被强烈地激活了,并产生出好多种元素。他们认为,在这些铀的衰变产物中,有一种是原子序数为93的新元素。这是由于中子打进铀原子核里,使铀的原子量增加而转变成的新元素。费米就是靠这项工作获得诺贝尔奖金的。


第一个反应堆的建造。核裂变发现后,爱因斯坦的信件引起了美国政府的重视。由于费米是世界上主要的中子权威且集理论与实验天才于一身所以被选为世界第一台核反应堆攻关小组组长他最初在哥伦比亚大学工作随后又到芝加哥大学工作并从此一直担任芝加哥大学教授和之后美国政府第一个国家实验室阿贡国家实验室主任1942年12月2日在芝加哥大学费米指导下设计和制造出来的人类第一台可控核反应堆首次运转成功命名为芝加哥一号堆(Chicago Pile-1)这是原子时代的真正开端因为这是人类第一次成功地进行了一次核链式反应。费米的工作为第一颗原子弹的成功爆炸奠定基础,人类从此迈入原子能时代,而费米也被誉为“原子能之父”。

核力研究。在强相互作用的研究方面,费米的工作也是开创性的。为了验证汤川秀树的预言,费米开始了介子实验研究,研究了π介子、μ子和核子的相互作用,推理出了 π 介子质量的值,该值与在实验室中被观察到的值是一致的。


高能物理研究。费米揭示宇宙线中原粒子的加速机制,并提出宇宙线起源理论。 1949年,费米还与杨振宁合作,提出基本粒子的第一个复合模型。 1952年,发现了第一个强子共振──同位旋四重态。


费米比较重视发表研究论文,还提醒马约拉纳应该把研究工作发表出去。费米一生发表了250余篇研究论文,其中包括十余篇Nature。恩利克·费米先后获得德国普朗克奖章、美国哲学会刘易斯奖学金和美国费米奖。1953年被选为美国物理学会主席。还被德国海森堡大学、荷兰乌特勒支大学、美国华盛顿大学、哥伦比亚大学、耶鲁大学、哈佛大学、罗切斯特大学和拉克福德大学授予荣誉博士。


费米对力学的贡献足以能使其与牛顿、麦克斯韦齐名。为纪念费米对核物理学的贡献,第100个化学元素镄和原子核物理学使用的“费米单位”(长度单位)就是以费米的名字命名的。1954年,美国原子能委员会建立了“费米奖”,以表彰为和平利用核能作出贡献的各国科学家。

相关文库:费米对物理学的重要贡献(1)

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