1945年7月16日早晨,在美國新墨西哥州南部一望無際的沙漠上,世界上第一顆原子彈試爆成功。
原子彈爆炸是一種劇烈的原子核裂變過程,在這個過程中釋放出來的巨大能量,理論上是可以精確計算的。但是,技術(shù)上能做到哪一步,一個原子彈實際爆炸時產(chǎn)生的威力到底有多大,需要依靠精密儀器來測定。為此,科學(xué)研究人員設(shè)計了幾十種測量方法。爆炸之后,人們在掩體里歡呼實驗成功的同時,又迫切地等待著測量的結(jié)果。
突然,有一個身穿笨重防護服的人,從掩體里沖出,迎著試爆的方向奔去。這個人去干什么呢?只見他一邊跑,一邊把事先準(zhǔn)備好的許多小紙片舉在頭上,迎風(fēng)撒去,紙片立即隨著氣流飄動起來。這時,他又轉(zhuǎn)過身子,注視著小紙片的飄落,并跟著小紙片的飄動跑起來,一邊跑,一邊數(shù)著自己的步子。等他拾起落在地上的紙片,氣喘吁吁地同到掩體時,大家才看清他是著名的物理學(xué)家費米。
只見他十分興奮地說:“大家聽著,第一顆原子彈爆炸的威力,大約相當(dāng)于2萬噸普通軍朋炸藥爆炸時所釋放出來的能量?!?/p>
要不是他在物理學(xué)界非常有威望,大家都會認為他是在說胡話。即使由于他的威望,用小小幾張紙片竟能測出原子彈爆炸時釋放的能量,大家也感到疑惑不解、半信半疑。沒有想到,兩小時后,經(jīng)過精密儀器測定的結(jié)果,與費米的紙片測定結(jié)果大致相同。從此,人們不由得對費米更加崇敬了。
物理學(xué)家費米是如何利用紙片推算出原子彈爆炸的威力的呢?原來,原子彈爆炸時巨大的能量以三種形式釋放出來:第一是爆炸中心產(chǎn)生極高的溫度,輻射大量的熱;第二是附近空氣受熱膨脹,產(chǎn)生強大的沖擊波;第三是產(chǎn)生相當(dāng)多的放射性粒子。費米計算了三種形式的能量之間的關(guān)系,據(jù)此,只要測出一種能量,就可算出全部能量。費米選擇了測量沖擊波的能量。這種能量,即強大氣流的能量最容易測量。氣流的能量正比于氣流的速度,而氣流的速度可以看作紙片飄動的速度。那么又如何知道紙片飄動的速度呢?紙片的速度為紙片飄過的距離除以飄動的時間。只要事先練習(xí)好每一步的準(zhǔn)確距離和計算出跨一步的精確時間,在跟隨小紙片奔跑時,記下小紙片落地時已跑了多少步,又記下跑到小紙片落地處一共是多少步,這樣就能求得小紙片飄過的距離和飄動的時間,紙片的速度就知道了。當(dāng)然,用這種方法推算出的爆炸威力只能是近似的數(shù)值。
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