纸片实验与原子弹的威力

林　楚

1945年7月16日早晨。在美国新墨西哥州南部一望无际的沙漠中，一项神秘而又危险的试验就要开始了。参加试验的科学家、工程师、军官和其他有关人员全都面朝下平趴在离试验中心近10000m远的掩体里，等待着这个激动人心的时刻的到来。终于，5时29分，随着强烈的闪光，震耳欲聋的巨响，一个比太阳还要明亮10多倍的火球迅速膨胀、上升。火球先是金色，后又转为紫色、深紫、灰色和蓝色，同时地面上掀起一个粗大的深褐色尘柱，当尘柱追上直径达500m的大火球时，便形成高达10km的蘑菇状烟云。世界上第一颗原子弹试验成功啦!

原子弹爆炸是一种剧烈的原子核裂变过程，在这个过程中释放出来的巨大能量，理论上是可以精确计算的。但是，技术上能做到哪一步?一个原子弹实际爆炸时产生的威力到底有多大?需要依靠精密仪器的测定。为此，科学研究人员设计了几十种核测量方法。人们在掩体里欢呼试验成功的同时，又迫切等待着测量的结果。

突然，有一个身穿笨重防护服的人，从掩体里冲出，迎着试验方向奔去。这个勇敢的人去干什么呢?只见他一边跑，一边把事先准备好的许多小纸片举在头上，迎风撒去，纸片立即随着气流飘动起来。这时，他又转过身子，注视着小纸片的飘落，跟着小纸片的飘动跑起来，一边跑，一边数着自己的步子。等他拾起落在地上的纸片、气喘吁吁地回到掩体时，大家才看清他是著名的物理学家费米。

只见他十分兴奋地说：“大家听着，第一颗原子弹爆炸的威力，大约相当于20000t普通军用炸药爆炸时所释放出来的能量。”

要不是他在物理学界非常有威望，大家都会认为他是在招摇撞骗，即使由于他的威望，用小小几张纸片竟能测出原子弹爆炸时的威力，大家也感到疑惑不解、半信半疑。没有想到，2h后，经过精密仪器测定的结果，与费米的纸片测定结果相同。从此，人们对费米更加崇敬了。

物理学家费米如何利用纸片推算出原子弹爆炸的威力呢?原来，原子弹爆炸时巨大的能量以三种形式释放出来：第一是爆炸中心产生极高的温度，辐射大量的热；第二是附近空气受热膨胀，产生强大的冲击波：第三是产生相当多的放射性粒子。费米计算了三种形式能量之间的关系，只要测出一种能量，就可算出全部能量，即原子弹爆炸的威力。费米选择了测量冲击波的能量。这种能量。即强大气流的能量最容易测量。气流的能量正比于气流的速度。而气流的速度可以看做纸片飘动的速度。那么又如何知道纸片飘动的速度呢?纸片的速度为纸片飘过的距离除以其飘动的时间。只要事先计算好每一步的准确距离和跨一步的精确时间，在跟随小纸片奔跑时，记下小纸片落地时已跑了多少步，又记下跑到小纸片落地处一共是多少时间。就能求得小纸片飘过的距离和飘动的时间，纸片的速度就知道了。当然，用这种方法推算出的爆炸威力的结果只能是近似的数值。

责任编辑蔡华杰