紙片實(shí)驗(yàn)與原子彈的威力

林　楚

1945年7月16日早晨。在美國(guó)新墨西哥州南部一望無際的沙漠中，一項(xiàng)神秘而又危險(xiǎn)的試驗(yàn)就要開始了。參加試驗(yàn)的科學(xué)家、工程師、軍官和其他有關(guān)人員全都面朝下平趴在離試驗(yàn)中心近10000m遠(yuǎn)的掩體里，等待著這個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻的到來。終于，5時(shí)29分，隨著強(qiáng)烈的閃光，震耳欲聾的巨響，一個(gè)比太陽(yáng)還要明亮10多倍的火球迅速膨脹、上升。火球先是金色，后又轉(zhuǎn)為紫色、深紫、灰色和藍(lán)色，同時(shí)地面上掀起一個(gè)粗大的深褐色塵柱，當(dāng)塵柱追上直徑達(dá)500m的大火球時(shí)，便形成高達(dá)10km的蘑菇狀煙云。世界上第一顆原子彈試驗(yàn)成功啦!

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?需要依靠精密儀器的測(cè)定。為此，科學(xué)研究人員設(shè)計(jì)了幾十種核測(cè)量方法。人們?cè)谘隗w里歡呼試驗(yàn)成功的同時(shí)，又迫切等待著測(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，迎著試驗(yàn)方向奔去。這個(gè)勇敢的人去干什么呢?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，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、氣喘吁吁地回到掩體時(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20000t普通軍用炸藥爆炸時(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)為他是在招搖撞騙，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)的威力，大家也感到疑惑不解、半信半疑。沒有想到，2h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)果相同。從此，人們對(duì)費(fèi)米更加崇敬了。

物理學(xué)家費(fèi)米如何利用紙片推算出原子彈爆炸的威力呢?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)算了三種形式能量之間的關(guān)系，只要測(cè)出一種能量，就可算出全部能量，即原子彈爆炸的威力。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做紙片飄動(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其飄動(dòng)的時(shí)間。只要事先計(jì)算好每一步的準(zhǔn)確距離和跨一步的精確時(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時(shí)間。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的結(jié)果只能是近似的數(shù)值。

責(zé)任編輯蔡華杰