紙片實(shí)驗(yàn)與原子彈的威力

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(gè)過程中釋放出來的巨大能量，理論上是可以精確計(jì)算的。但是，技術(shù)上能做到哪一步，一個(gè)原子彈實(shí)際爆炸時(shí)產(chǎn)生的威力到底有多大，需要依靠精密儀器來測(cè)定。為此，科學(xué)研究人員設(shè)計(jì)了幾十種測(cè)量方法。爆炸之后，人們?cè)谘隗w里歡呼實(shí)驗(yàn)成功的同時(shí)，又迫切地等待著測(cè)量的結(jié)果。

突然，有一個(gè)身穿笨重防護(hù)服的人，從掩體里沖出，迎著試爆的方向奔去。這個(gè)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(dòng)起來。這時(shí)，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(dòng)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(shí)，大家才看清他是著名的物理學(xué)家費(fèi)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(shí)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(huì)認(rèn)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(cè)出原子彈爆炸時(shí)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(shí)后，經(jīng)過精密儀器測(cè)定的結(jié)果，與費(fèi)米的紙片測(cè)定結(jié)果大致相同。從此，人們不由得對(duì)費(fèi)米更加崇敬了。

物理學(xué)家費(fèi)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(shí)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(qiáng)大的沖擊波；第三是產(chǎn)生相當(dāng)多的放射性粒子。費(fèi)米計(jì)算了三種形式的能量之間的關(guān)系，據(jù)此，只要測(cè)出一種能量，就可算出全部能量。費(fèi)米選擇了測(cè)量沖擊波的能量。這種能量，即強(qiáng)大氣流的能量最容易測(cè)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(dòng)的速度。那么又如何知道紙片飄動(dòng)的速度呢?紙片的速度為紙片飄過的距離除以飄動(dòng)的時(shí)間。只要事先練習(xí)好每一步的準(zhǔn)確距離和計(jì)算出跨一步的精確時(shí)間，在跟隨小紙片奔跑時(shí)，記下小紙片落地時(shí)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(dòng)的時(shí)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。

責(zé)任編輯／薛擁祥