二
一个很流行的说法，核能的利用盖源自爱因斯坦的质能关系式。这话大道理上也没错。1911年的第一届索尔维会议，初出茅庐的爱因斯坦第一次见到大名鼎鼎的居里夫人时，很不礼貌地盯住了后者被放射线灼伤的手背，居里夫人很体谅这个青涩的年轻人，雍容地笑道：“这就是你的——”，说话间用手指在空中写出了质能关系式——“E＝mc2”。爱因斯坦1905年的天才发明，确实解决了当时大量发现的放射线的来源之迷。
然而，相对论的质能关系式，差不多像哲学一样只解决了“为什么”（Why）的问题，而要达到核能利用所必须了解的“怎样”（How）的问题，还得靠量子力学——比如灼伤居里夫人手背的α射线、β射线和γ射线是怎样形成的？这个问题我在上一章已经有了简略地介绍。How的问题之所以烦人，它是一个俄罗斯套盒，是层层递进的，你还不能胡说八道，得量化喽。比如说α射线之迷，我们由此已经发现了中子，但还没完呢，问题多了去了。比如衰变为什么发射的是由四个核子组成的α粒子呢，而不是单个核子呢？这里实际上已经包含了氢弹的秘密，不过这还是以后很远的事，这里暂且不论。再说α粒子怎么能逃离原子核的强力？经典力学解释不了，相对论不负责解释，只能量子力学的干活。
按经典力学，根本就不可能有衰变。我们前面说了，核子（质子和中子）之间会有一种叫强相互作用力（简称“强力”）的引力，以对抗质子正电之间的斥力。这种强力就是束缚着α粒子逃离原子核的力量，就像一道又高又陡的围墙，量子力学叫“势垒”或“势阱”。科学家发现，这个势垒的高度大约是30兆（百万）电子伏，而α粒子的能耐呢，大概也就几兆电子伏，一个只能爬几米高的逃犯，怎么能翻越30米高的围墙呢？朋友们大概已经知道答案了，就是我前面说过的“势垒贯穿”，这个逃犯会有一个或大或小的概率穿越这道高墙的。这就说明了，元素为什么会衰变，又不是一下子就衰变完——概率呗！至于半衰期的长短，无非就是势垒贯穿概率的大小。这也是1928年伽莫夫的研究成果。
钱钟书说婚姻有如围城，里面的人想往外突，外面的人想往里冲。势垒就像那道城墙，它不仅拦着里面的往外突的粒子，还挡住外面往里冲的粒子。咋回事涅？我们说过强力是一种短程力，出了原子核就不管用了，但质子所带的正电是长程的电磁力，而且是叠加的。因此带正电的粒子接近原子核时，它首先遇到的就是这种正电的斥力，这个势垒，卢瑟福的实验发现9兆伏的α粒子都会遭到强烈的排斥，应该也是很高的。但粒子一旦突破这个城墙，进入到强力作用范围，它就会被原子核“吸收”，再想出来又难了，这时“势垒”又成了“势阱”。
1931年，英国物理学家考克罗夫特（Cockcroft）和爱尔兰物理学家沃尔顿（Walton）在卡文迪许实验室用一个很原始的粒子加速器把质子（氢核）加速到还不到1兆伏，用这种质子轰击锂原子，结果锂原子嬗变成了两个氦原子。这个嬗变公式简单如1＋1＝2：
氢（1个质子）＋锂（3个质子、4个中子）→氦（2个质子、2个中子）×2
然而这是第一次人工引起的核反应！像当年发现了浮力定律的阿基米德一样，考克罗夫特疯狂地冲上剑桥的大街，不管认不认识，见人就嚷嚷：“我们粉碎了原子！我们粉碎了原子！”很奇怪，考克罗夫特和沃尔顿直到1951年才为这项发明获得诺贝尔物理奖。
考克罗夫特在街上狂呼的时候，回旋加速器的发明者劳伦斯正在蜜月旅行呢。在轮船上看到这条消息，他把大腿都拍青了！他的加速器已经达到了几兆伏，比考克罗夫特他们的先进多了。这个轰击锂的实验也想到过，只是觉得能量还不够。料不到“进城”也有“隧道效应”，不一定非得傻乎乎地爬几十米高的城墙。经典脑袋真是害死人呐！马上给加州的同事发了个电报：“考克罗夫特和沃尔顿把锂原子裂解了。马上从化学系弄一些锂来，准备用回旋加速器重复。我很快就回来。”接电报的同事正在花前月下的热恋中，为让未婚妻对未来的生活有个清醒的认识，就把电报给她看，说：“这就是物理学家蜜月里考虑的事情。”
是不是有热血往脑门涌的感觉？又是一个英雄时代！
这就是哥本哈根诠释以后物理学的新势态，以核外电子为主要研究对象的原子物理学已到尾声，原子核又是一个新大陆，一轮新的科学探险热潮再次掀起，所不同的是，这一次有了意大利人矫健的身影和响亮的声音。作为世界科学地理争夺战的晚到者，费米、拉塞蒂和柯比诺敏锐地盯上了原子核这个富矿。1929年9月，柯比诺在意大利科学促进会上作了题为《科学的新目的》的演讲，明确指出：“物理学新发现唯一的可能性，只能在原子核领域里，这儿有许多东西等待我们去修正。机会在这儿。这是未来物理学真正值得追求的目的。”一种时不我待的紧迫感显然焦灼着柯比诺，他说：“我不应该因为损害我国物理研究的进步而受到谴责。”
雄心勃勃，意大利的优势在哪里？理论不如德国系（德国加上周边国家丹麦、奥地利和荷兰等），实验比不上英、美、法。罗马团队唯有积极地走出去，参加各类学术交流，到英国和德国先进的实验室工作。庆幸的是，意大利物理还有一个秘密武器——费米。这可是个科学史上罕有在理论和实验两方面都一流的双栖科学家。朗道把自己与费米并称为“全能物理学家”，只是在理论物理意义的，实验物理是朗道的短腿。回想一下，在量子力学建构的革命时期，卓有建树的主要是理论物理学家，实验往往是误打误撞地为新思想提供注脚。当基本理论和方法已经确立以后，科学家们就要靠实验去拷问对象而获得新发现，而德国系的理论物理学家普遍是实验的低能儿，以“实验室破坏大王”泡利为典型代表，普遍有轻视实验的倾向。而英、美、法的实验物理学家又缺乏理论深度，与新发现失之交臂的故事我们已经听得太多。作为一个意大利科学家，费米之所以能最终率领他的军团杀出重围，还有一个优势，就是能熟练地使用科学的主流语言——德语和英语，不至于在科学共同体中当聋子和哑巴。
1930年代又开始了一个爆炸式发展的新时代，科学成果的涌现令人猝不及防、目不暇接。激动人心的“发现年”1932，阿里巴巴的宝洞吱吱呀呀地打开着大门，深远处散射出宝石的幽光，罗马军团似乎还在作壁上观。墨索里尼的法西斯党鼓吹的狭隘的爱国主义在科学界就是一条束缚手脚的绳索，科学家们的论文似乎只有在意大利发表才是爱国的。费米则鼓励一条折中的路线——双语发表。因为很显然，意大利语的论文在科学共同体中的关注度是十分低的。本来罗马大学的马约拉纳教授提出了一个原子核的质子—中子模型，作为科学共同体新成员的青涩却使他过于审慎，费米多次催促他楞是不愿发表。1932年7月巴黎的一个世界核物理会议，按捺不住的费米要求代他发布，他还提出了一个令人啼笑皆非的先决条件——必须要有一位电气工程的老教授先提及才能那么做。结果这项优先权由海森堡等科学家获得。直到1933年的最后一个月，费米拿出了他关于中微子和弱相互作用力假说的理论，罗马军团的实力才得到一次淋漓尽致的表现，应该说这是物理共同体自1930年代以来最重要的一个理论建树，1934年发表以后一下子成了物理界关注和讨论的焦点。
可是形势发展就是如此的迅速，很快英国《自然》杂志公布了小居里夫妇关于人工放射性的新发现，又开辟了核物理研究的一个全新领域，科学追新族又把他们的闪光灯和麦克风齐刷刷地转向了法国。
看来在这千帆竞发的科学比赛中，罗马军团要想脱颖而出还得有绝招啊。
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