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,一項神秘而又危險的試驗就要開始。參加試驗的科學家、工程師、軍官和其他有關人員全都麵朝下趴在離試驗中心近1萬米遠的掩體裏,等待著這個激動人心的時刻的到來。他們緊張得一句話也不敢說。終於,5時29分,隨著強烈的閃光,震耳欲聾的巨響,一個比太陽還要明亮10多倍的火球迅速膨脹、上升。火球先是金色後又轉為紫色、深紫、灰色和藍色,同時地麵上掀起一個粗大的深褐色的塵柱,當塵柱追上直徑達500米的大火球時,便形成高達10多公裏的蘑菇狀煙雲。
世界上第一顆原子彈試驗成功啦!
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,技術上能做到哪一步?一個原子彈實際爆炸時產生的威力到底有多大?
需要依靠精密儀器的測定。為此,科學研究人員設計了幾十種的核測量方法。人們在掩體裏歡呼實驗成功的同時,又迫切等待著測量的結果。
突然,有一個身穿笨重防護服的人,從掩體裏衝出,迎著試驗方向奔去。這個勇敢的人去幹什麼呢?隻見他一邊跑,一邊把事先準備好的許多小紙片舉在頭上,迎風撒去,紙片立即隨著氣流飄動起來。這時,他又轉過身子,注視著小紙片的飄落,跟著小紙片的飄動跑起來,一邊跑,一邊數著自己的步子。等他拾起落在地上的紙片,氣喘籲籲地回到掩體時,大家才看清他是著名的物理學家費米。
隻見他十分興奮地說:“大家聽著,第一顆原子彈爆炸的威力,大約相當於2萬噸普通軍用炸藥爆炸時所釋放出來的能量。”
要不是他在物理學界非常有威望,大家都會認為他是在招搖撞騙,即使由於他的威望,對小小幾張紙片竟能測出原子彈爆炸時的威力,大家也感到疑惑不解、半信半疑。沒有想到,兩小時後,經過精密儀器測定的結果,與費米的紙片測定結果相同。從此,人們不由得對費米更加崇敬了。
物理學家費米如何利用紙片推算出原子彈爆炸的威力呢?原來,原子彈爆炸時巨大的能量以三種形式釋放出來:第一是爆炸中心產生極高的溫度,輻射大量的熱;第二是附近空氣受熱膨脹,產生強大的衝擊波;第三是產生相當多的放射性粒子。費米計算了三種形式能量之間的關係,因此,隻要測出一種能量,就可算出全部能量,即原子彈爆炸的威力。費米選擇了測量衝擊波的能量。這種能量,即強大氣流的能量最容易測量。氣流的能量正比於氣流的速度,而氣流的速度可以看作紙片飄動的速度。那麼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。隻要事先練習好每一步的準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。當然,用這種方法推算出的爆炸威力的結果隻能是近似的數值。