恩里科·费米

早年

恩里科·费米在1901年9月29日诞生于罗马。他的父亲阿尔贝托·费米是意大利铁道部的部门负责人（[Capo Divisione] ），母亲伊达·德伽提丝是一名小学教员。他是家里第三个孩子，姐姐玛丽亚比他年长两岁，哥哥朱利奥比他年长一岁。兄弟二人出生后被送到乡下的乳母抚养，两岁半时恩里科回到家里。由于祖父母笃信天主教，恩里科在出生后依天主教教义接受了洗礼，但他和他的双亲一样并没有宗教信仰，并且一生信奉不可知论。恩里科年幼时与他的哥哥兴趣相投，他们一起制作电动机，并玩一些电动和机械玩具。1915年，朱利奥在进行咽喉脓肿手术的麻醉期间意外离世。
在罗马的鲜花广场附近的市集里，费米买到了一本《数学物理要旨》（拉丁语：Elementorum physicae mathematicae），这是他在物理学方面的启蒙教材之一。这本900余页的书是由耶稣会士安德烈亚·卡拉法神甫于1840年以拉丁语写成的。卡拉法神甫是罗马学院的教授，他在这本书里叙述了当时已知的数学、经典力学、天文学、光学以及声学等方面的知识。费米与同样对科学非常感兴趣的恩里科·珀西科非常要好，常常一起钻研科学。他们曾一起搭起了一架陀螺仪，还尝试准确测量地球引力所产生的加速度。费米父亲的同事阿道弗·阿米代伊积极鼓励费米学习物理，曾送给他几本有关物理学及数学的书，这些书让费米爱不释手。

任教罗马

意大利的教授席位归属是通过一个由教授组成的委员会依据各位申请者发表的著作评定产生的。费米曾申请过卡利亚里大学的数学物理学教授席位，并依靠乔瓦尼·乔治的支持以微弱优势当选。1926年，费米申请罗马大学的理论物理学教授席位。这是一个新设的教授席位，也是意大利国内首批理论物理学教授席位。它是在实验物理学教授奥尔索·马里奥·科尔比诺的呼吁下由意大利教育部设立的。科尔比诺是罗马大学物理研究所的主任，曾在墨索里尼内阁任要职。他担任了这个教授席位的遴选委员会的主席。他希望这个新席位可以提升意大利物理学的研究水准及声誉。这个席位共有三个候选人，费米、恩里科·珀西科以及阿尔多·蓬特雷莫利。委员会最终选中了费米。科尔比诺协助费米招募研究团队。佛朗哥·拉塞蒂立即加入了费米的团队，并被费米任命为助理。几位日后声名卓著的学生也加入了这个团队。这些学生包括爱德华多·阿马尔迪、布鲁诺·庞蒂科夫、埃托雷·马约拉纳以及埃米利奥·塞格雷。这些学生后来被叫作帕尼斯贝尔纳路上的少年。这个绰号来源于物理研究所所在的街道。
1928年7月19日，费米与劳拉·卡彭结婚。劳拉曾在罗马大学学习自然科学。他们育有两个孩子。女儿内拉生于1931年1月，儿子朱利奥生于1936年2月。1929年3月18日，费米被墨索里尼任命为意大利皇家科学院院士。同年4月27日，他加入法西斯党。当墨索里尼为使意大利国内的意识形态更为接近纳粹主义而在1938年颁布意大利种族法时，费米转而反对法西斯主义。这项法案令身为犹太人的劳拉受到威胁，并且会让费米的几位学术上的合作伙伴失业。
在罗马任职期间，费米与他的团队一道为物理学的理论及实际应用做出多项贡献。1928年，费米编写的教材《原子物理学引论》（[Introduzione alla fisica atomica] ）出版，为当时的意大利的大学生提供了当时最新的相关知识。他还举办公共讲座并编写科普文章，向大众传播了新的物理学知识。他会在一天工作结束后将他的同事及学生聚在一起探讨一些问题。这些问题不少是他自己正在研究的课题。他的教学工作是通过这种方式完成的。科尔比诺的努力获得一定的成效。一些外国留学生开始到意大利学习物理。诺贝尔物理学奖获得者，德国物理学家汉斯·贝特也曾是这些留学生中的一员。他受到洛克菲勒基金会资助来到罗马学习，并于1932年与费米合写论文《论两个电子间的相互作用》（德语：Über die Wechselwirkung von Zwei Elektronen）。
物理学界此时正为β衰变前后能量是否守恒困扰。为令能量守恒，泡利构想了一种新的粒子。这种粒子不带电荷且质量极小。它会伴随电子一起放射出来。费米对这一假说非常感兴趣。他在1933年至1934年间先后发表了两篇文章论述了这种粒子的性质，并将这种粒子称作“中微子”。他对β衰变的理论解释后来被物理学家称作费米相互作用。这一理论后来发展为弱相互作用理论。这种相互作用是自然界四种基本相互作用之一。中微子直到费米去世后才被探测到。而他所提出的相互作用理论正好能说明为什么这种粒子非常难探测到。当费米向《自然》杂志投递相关论文时，杂志的编辑拒绝刊载这些论文。他给出的理由是在这些论文中的相关理论假设“与现实物理图像相去甚远，不能引起读者的兴趣”。因而费米不得不先将这些理论发表在意大利语及德语的文献中。
在1968年发表的这些文献的英译本的引论中，这些文献的译者这样评价费米所提出的β衰变相关理论：
费米的理论除了对泡利的中微子假说提供支持外，还对现代物理学产生了重大影响。我们必须注意到在费米提出这些理论的时候，人们只能接触到自然的β衰变放射源。之后人们发现正电子衰变也能在费米原先提出的理论框架中得到解释。在他的理论基础上，物理学家预测原子外层上的电子也能被原子核俘获。这一预测后来被实验证实。尽管随着实验数据的累积人们在实验中曾发现特例，费米的理论仍是难以撼动。
费米的理论对于后世的影响非常巨大。例如，（基于这一理论得到的）β衰变能谱是研究核结构的重要工具。而费米的这一有关β衰变的理论最重要的影响也许在于它可以适用于其它类似过程。它是首个能成功描述物质粒子的产生与湮灭过程的理论。在此之前，人们只知道光子能够发生这些过程。
伊雷娜·约里奥-居里与弗雷德里克·约里奥-居里于1934年1月宣布，利用α粒子轰击原子核的方式可以诱导这些原子核产生放射性。同年3月，费米的助理吉安·卡罗·威克利用费米的β衰变理论给出了理论解释。费米决定采用实验方法利用查德威克在1932年发现的中子来进行验证。他想知道利用拉塞蒂发明的钋—铍中子源是否也能诱导放射性。中子不带电，所以不会被带正电的原子核散射。这意味着它们深入原子核时所需能量要比带电粒子少，因而相关实验并不需要他们当时还没有的粒子加速器。
费米后来打算用由他发明的氡—铍中子源替代钋—铍中子源。这种中子源是通过向抽空空气的玻璃灯泡中加入铍粉然后充入50毫居里的氡气制成的。由于氡的半衰期较短，因而这种中子源较钋—铍中子源来说强度更大。虽然费米知道这种放射源在产生中子同时还会产生γ射线，但他依据自己的理论相信这不会影响到实验的结果。他开始时是用中子轰击铂核。这种元素是当时能获取的原子序数较高的元素，但实验并没有成功。他还尝试轰击铅原子，也没有获得成功。于是他转向轰击铝原子核，并成功将其转化为钠的一种同位素以及一个α粒子。这个钠原子后来发生β衰变转化为镁原子。他还轰击了氟化钙中的氟原子。并成功将其转化为氮的一种同位素以及一个α粒子。这个氮原子后来发生β衰变，转化为氧原子。最终，他利用中子轰击的方法成功诱导了22种元素产生放射。1934年3月25日，费米将这一发现发表在期刊《科学研究》（[La Ricerca Scientifica] ）上。
钍元素与铀元素具有天然放射性，很难判断利用中子轰击这两种元素原子的结果。费米认为反应产物中包含当时尚未发现的第93号及第94号元素。化学家伊达·诺达克对这一实验结果表示质疑，表示反应产物可能并不是新的元素而是原子序数较铅小的元素。由于诺达克的研究团队之前没有进行过与铀有关的研究，并且她此前犯过类似错误，因而她的质疑并没有受到重视。当时的物理学家即使在理论层面也认为核裂变是不存在的。因而他们认为对于一个原子进行中子轰击只会产生原子序数比它大的原子。并没有人相信中子会像诺达克预测的那样具有足够令较重的原子发生分裂的能量。
费米的学生们注意到实验中存在他们之前没有发现的现象。在木质工作台上进行实验似乎要比在大理石工作台上更为顺利。这似乎是因为这样做可以减小中子速度。所以费米决定采用约里奥－居里以及查德威克此前用过的石蜡来减小中子运动速度以验证慢中子轰击的效果是不是更好。他分别用一般中子与经石蜡层减速的中子轰击了银原子。他发现后者诱发放射性的效果是前者的一百余倍。费米认为石蜡之所以能减小中子运动速动是因为其中含有氢原子。这可以解释使用木质工作台时的实验效果为什么会比使用大理石工作台时的更好。将介质换为水时，中子的运动也明显减慢了。费米由此总结中子与氢原子碰撞可以使其减速。与中子发生碰撞的原子的原子序数越低，中子每次碰撞损耗的能量就越多，因而总体上在损耗能量一样时，氢原子的“减速效率”最大。慢中子较快中子更容易被俘获。费米推导出了一个可以描述这一情形的扩散方程。这个方程后来被物理学家叫作费米寿命方程。
因“证明存在由中微子辐射诱导产生的新的放射性元素，并发现由慢中子引发的核反应”，费米获得1938年诺贝尔物理学奖。那年12月颁奖后，费米并没有回到意大利，而是与家人直接去了纽约。他们一家申请了美国的永久居留权。他们的这一决定是源于意大利当时推行的种族法。

对于后世的影响

费米因为他的成就获得过许多荣誉，其中包括马泰乌奇奖章（1926年）、诺贝尔物理学奖（1938年）、休斯奖章（1942年）、富兰克林奖章（1947年）以及拉姆福德奖（1953年）。1946年，他还因对于曼哈顿计划做出的贡献而获得功绩勋章。1950年，费米被选为英国皇家学会的外籍会士。在被称为“意大利的先贤祠”的圣十字圣殿中也立有费米的纪念碑。1999年，费米又入选了《时代周刊》评选的“20世纪最具影响力的100个人”。费米被公认为20世纪少数几位在理论方面以及实验方面皆能称作佼佼者的物理学家之一。物理学史专家C·P·斯诺这样写道：“如果费米早生几年，也许发现原子核并发展出氢原子玻尔模型的人都将是费米。如果这听起来像是在夸张的话，那么费米所做过的一切就更不像是现实了。”
尤金·维格纳晚年时在自传中写道：“费米是我认识过的最伟大的人物之一... 费米的β衰变理论深深地启迪了我。在20世纪30年代中期，物理学上的大多数进展好像都或者来自在英国剑桥大学的查德威克（James Chadwick）的实验室，或者来自在罗马的费米实验室。 ... 费米期初是作为一名理论家工作的，但现在他却差不多总是呆在实验室里。 ... 是查德威克在1932年首次发现了中子。但费米的队伍做出了进一步的发现：可以把中子减慢，以引起一个原子发生人工嬗变。 ... 我们试图去帮助他，但费米凭着他的魄力和技艺指引着工作的进行，并不需要多少帮助。他不是一个优柔寡断的人。在物理学的那个国际小圈子里，费米的名字获得了最高的尊敬。因此，如果他需要大量的石墨，就会有人很快送给他。他不需要给他的助手们下命令。他们都自然而然地吸取他的建议。费米最惊人的品格，同时表现在他的科学工作和他的人际关系这两方面。 ... 他不花多少时间去揣摩他的同事和朋友们；但他很难得对他们判断失误。费米不仅能力很强，而且和蔼可亲。并且，尽管名望很高，他从不装腔作势。”
费米在教学方面也是成绩斐然。他以注重细节、讲求简洁、备课认真著称于世。他的讲义后来都被改编为教科书。他生前的论文以及笔记现在收藏在芝加哥大学。维克托·魏斯科普夫曾说：“（费米）总是能规避复杂、繁琐的过程并找到最为简洁、直接的方法。”费米解决物理问题的能力很大程度上是因为他的本性驱使他规避完美主义，而去追求实际结果。他厌恶烦杂的理论。尽管掌握高超的数学技巧，但在能用更为简单的方法处理问题时他都不会去使用这些技巧。他以能快速得到较为准确的答案著称。后来，这种快速得出近似解的方法被人们称作“费米方法”，受到广泛效法。
费米曾说亚历山德罗·伏打本人在实验室做研究时可能也并不知道电学将来会如何发展。他在核能以及核武器方面的贡献受到人们的铭记，特别是他设计制造了史上首个反应堆，并在首颗原子弹及氢弹的研制过程中做出了重要的贡献。他的一项项科学功绩经受住了时间的考验。这些工作包括对于β衰变的理论解释，对于非线性系统的研究，发现慢中子在诱导放射性时的作用，对于π介子－核子碰撞的研究以及费米－狄拉克统计。后世对于夸克与轻子的研究正是源于他假定π介子并非基本粒子。

后世对他的纪念

费米身后有许许多多的事物是以他的名字命名的。这包括位于伊利诺伊州的费米实验室以及2008年发射的费米伽马射线太空望远镜。此外，还有三座核反应堆设施是以他的名字命名的，分别是位于美国密歇根州的恩里科·费米核电站、位于意大利特里诺的恩里科·费米核电厂以及位于阿根廷的RA-1恩里科·费米反应堆。第100号元素镄也是以费米的姓氏命名的。这种元素是在1952年常春藤麦克核试的辐射落尘中发现的。与这种元素一起被发现的还有第99号元素锿。1956年，美国原子能委员会将其颁发的最高奖项命名为费米奖。奥托·哈恩、罗伯特·奥本海默、爱德华·泰勒以及汉斯·贝特等知名科学家都曾获授该奖。