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PART2〈我與費米的一段故事〉
我們做了一個大計算尺
光有完整的信息,並不就等於理解,理解有
它的過程,這個過程是怎樣培養的?培養創新 的科學人才,需要很好的導師,需要很密切的
老師和學生共同進行研究的過程。這裡學生是 指研究生,尤其是博士研究生。以下講一段我
自己的經歷。
費米是理論和實驗兩方面的大師,記得在40
年代我在芝加哥大學作研究生時,費米那時候
正在測量電子和中子的作用。他的學生是比較
少的,那時他的理論研究生就我一個,雖然他
忙著做實驗研究,但他還是每星期花上半天的
時間跟我討論理論物理,是一對一的在討論。
他訓練學生,首先讓學生對一切物理問題,不
管什麼問題都能自己獨立思考,找到答案。
我現在用一個實際例子來說明他的訓練方法
。那個時候,我自己最有興趣的是粒子的結構
問題,可是和費米老師每周半天所討論的問題
是極廣泛的,是多方面的。常常是他提出問題
,讓我回答。有一天他問起我太陽中心的溫度
,我說大概是一千萬度絕對溫度左右。他說你
怎麼知道的,我說從文獻上看來的。他說,你
自己有沒有演算過。我說沒有,因為這個計算
比較複雜。文獻上講,計算的結果是一千萬度
,我覺得也很合理。他說不行,你一定要通過
自己的思考和估計,才能接受別人的結論。
關於太陽內部的溫度和亮度的分布,這裡有
兩個公式;dL/drαT18;dT/drαL/T6.5;L
是亮度,T是溫度,r是半徑。太陽內部是在
「燒」氫核;氫核合成氦核,放出核能,化為
光能,光的亮度與半徑r的微分關係是溫度T
的18次方。熱量向外傳播,太陽是氣體,溫度
T跟r的微分關係反比於T的6.5次方。這些
關係不是很複雜。但是計算卻不簡單。費米說
,沒有關係,我們來想一個辦法。我問,想什
麼辦法?他說我們一塊兒來做一個大計算尺。
計算尺的結構是這樣的:有三行刻度,一行刻
的是標尺數字,另一行是數字的對數,另外一
行也是數字的對數。用算尺來做乘法,除法運
算。由於是對數運算就變成加法、減法。費米
說,你去做一個大計算尺,這計算尺的一行是
18對數,另一行是6.5對數。我說不會做。他
說他會木工,可以去做尺子。他問我能不能照
相,我說照相還可以。費米說,你去照相,把
普通計算尺的標尺照下來,然後放大,一個放
大18倍,一個放大6.5倍,做為貼在新尺子上
的標尺,這個大計算尺實際上是費米做的,上
面的標尺是我做的。
計算尺做成後,經過一個多小時的運算,很
簡單的就推算出了太陽中心的溫度大約是一千
萬度。我花了一天的時間,沿半徑算出一百多
個位置的數據。費米和我合作,做成全世界唯
一的專用的大計算尺。他就是要訓練我達到這
一個目的:你不能接受別人的計算結果,必須
依靠自己獨立思考,而且你必須想新的方法,
求出結論。
→費米的啟示
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