Recenzja: Enrico Fermi. Ostatni człowiek, Który wiedział wszystko

Krzysztof Rzymkowski

Postępy Techniki Jądrowej

David N. Schwartz  
ENRICO FERMI. Ostatni człowiek, Który wiedział wszystko
Życie i czasy ojca ery atomowej
Wydawnictwo Copernicus Center 2019

Jest to kolejna niezwykle obszerna publikacja wydawnictwa Copernicus (716 stron), przedstawiającą osiągnięcia naukowe, życie prywatne i towarzyskie oraz zainteresowania wybitnych uczonych  tworzących podstawy atomistyki i nowoczesnych badań naukowych. Książka jest poświęcona Enrico Fermiemu.

Fascynacja autora tego opracowania osobowością Fermiego, wynikła z rozmów z ojcem Melvinem Schwartzem, fizykiem cząstek elementarnych, laureatem nagrody Nobla wraz z J Steinbergerem i L. Ledermanem w 1988 roku. Pozwoliło to również, mimo, że sam autor nie jest fizykiem, przedstawić opis dokonań Fermiego w sposób przejrzysty i zrozumiały nawet dla czytelników nie związanych z problemami atomistyki. Jest to równocześnie atrakcyjny opis historii jej rozwoju.

Enrico Fermi urodził się 29 września w Rzymie, zmarł 28 listopada 1954 w Chicago (Ilinois). Ojciec Enrico, Alberto był urzędnikiem we włoskim Ministerstwie Kolei. Rodzina Fermich „ od wieków uprawiała ziemię” w okolicach Piancenzy. Dziadek Enrico  Stefano był zarządcą jednego z majątków Księcia Parmy. Jego syn Alberto mimo bardzo dobrych wyników w liceum nie mógł podjąć studiów uniwersyteckich ze wzglądów finansowych i rozpoczął pracę w kolejnictwie. Około roku 1888 przeniesiono go Rzymu gdzie podjął pracę w Ministerstwie Kolejnictwa na stanowisku księgowego, następnie inspektora a ostatecznie został  naczelnikiem wydziału (capo divisione) co w strukturze organizacyjnej odpowiadałoby w armii stanowisku generała brygady. W 1901 roku nadano mu tytuł szlachecki cavaliere. W roku 1898 poślubił Idę de Gattis. Miel troje dzieci Marią , Giuli i Enrica. Obaj bracia bardzo wcześnie zainteresowali się nauką głównie przedmiotami ścisłymi, które stały się ich pasją. Giulio zmarł w 1915 roku co wstrząsnęło całą rodziną i miało ogromny wpływ na charakter Enrica ukrywającego od tego czasu swoje emocje. Jak silne musiało być zainteresowanie Enrica fizyką i matematyką świadczy fakt, że z kolegą z klasy brata, Persico, zakupili podręcznik fizyki i po jego opanowaniu prowadzili śmiałe eksperymenty np. sprawdzali gęstość wody w wodociągach rzymskich, obliczali natężenie pól grawitacyjnych i magnetycznych. Na  niezwykłe zainteresowania 13 letniego Enrico zwrócił uwagę przyjaciel z pracy ojca  inżynier Adolfo Amidei i stał się jego opiekunem naukowym. Mimo sprzeciwu rodzin, Enrico i poradą Amidei, postanowił studiować w najbardziej prestiżowej uczeni w tym czasie we Włoszech Scuola NormaleSuperiore w Pizie. Temat egzaminacyjny „analiza drgań pręta zamocowanego na jednym końcu” była tak opracowana przez Fermiego, że poproszono go na specjalną rozmową mającą wyjaśnić oryginalność pracy po której egzaminator powiedział Fermiemu, że jest ona napisana na poziomie pracy doktorskiej i przepowiedział mu wielką karierę naukową. Doktorat, dotyczący dyfrakcji promieniowania X na kryształach uzyskał w 1922 roku. W latach 1923 -1924 przebywał na uniwersytetach w Getyndze i Lejdzie gdzie poznał wybitnych atomistów. Jego kolejnym opiekunem  naukowym i pełniącym rolę ojca Pana Młodego był wybitny włoski fizyk O.M. Cobrino.

Enrico Fermi 28 lipca 1928 roku poślubił Laurę Capon  absolwentkę Uniwersytetu Rzymskiego z zamożnej rodziny żydowskiej. Ojciec Laury, Augusto. był admirałem.. Wprowadzone we wrześniu 1938 ustawy rasowe, początkowo przewidywały możliwość wyłączenia spod ich działania osób wybitnie zasłużonych dla Włoch, jednakże po odsunięciu Musolliniego od władzy admirał został wywieziony do obozu koncentracyjnego gdzie zginął. Małżeństwo Fermi miało dwoje dzieci Nelly i Guilia.

Książka zawiera wiele i zabawnych faktów i anegdot z życia Enrico. Przykładem może być opóźnienie przyjścia Enrico na zebranie rodzin w domu Panny Młodej, oczekujących  na przyszłych małżonków, spowodowane przez niedoróbki krawieckie. Wysłana z usprawiedliwieniem siostra Maria stwierdziła, że Enrico ma za krótkie ręce i nogi dla zamówionego garnituru ślubnego i są konieczne pewne korekty.

W roku 1926 został profesorem fizyki teoretycznej na uniwersytecie w Rzymie, którym był do czasu emigracji do Stanów zjednoczonych w roku 1938.  W roku 1929 został członkiem Włoskiej Akademii Królewskiej.

Jednym z najważniejszych osiągnięć naukowych Fermiego jest opracowanie statystyki cząstek podlegających zakazowi Pauliego (statystyka Fermiego-Diraca). W artykule „O kwantyzacji jednoatomowego gazu doskonałego” Fermi przedstawił statystyczne podejście wymagane do obliczeń energii w tych gazach opublikowane w pełnej wersji w czasopiśmie „Zeit-schrift Für Physik” 26 marca 1926 roku. Podobny artykuł obejmujący szersze podejście przedstawił Paul Dirac na forum londyńskiego Royal Society w 26 sierpnia 1926. Fermi przesłał list, który spowodował, że Dirac przyznał się, że przeczytany wcześniej artykuł umknął jego uwadze i opracowanie to nosi obecnie nazwę statystyki cząstek podlegających zakazowi Pauliego (statystyka Fermiego-Diraca).

Uważa się, że do największych sukcesów Fermiego należy:

– metoda obliczania rozkładu elektronów w atomie (opracowaną wraz z Llewelynem. Thomasem  1927),

– teoria rozpadu beta (1934), proces zachodzący w nietrwałym jądrze atomowym, podczas którego dochodzi do przemiany neutronu w proton oraz emisji elektronu i antyneutrina  (n→p+e+ν). Fermi go wnikliwej analizie, wprowadził nowy rodzaj siły – oddziaływanie słabe..

W latach 1934 – 1938  Fermi ogłosił doniosłe prace teoretyczne z fizyki neutronów mające na celu „odkrycie nowych substancji promieniotwórczych… i odkrycie selektywnego działania spowolnionych neutronów” :” Nie było w tym przeczucia ani świadomego rozumowania… przypadkowo wziąłem kawałek parafiny” zaobserwowane wówczas zjawisko spowolnienia neutronów doprowadziły do budowy reaktora jądrowego.

Fermi otrzymał w 1938 Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1938 roku. Rok ten jest jednocześnie okresem początku nowego rozdziału w życiu uczonego i jego rodziny w nowym kraju, odwiedzanym wcześniej bardzo często i od dawna kuszącego ogromnymi możliwościami badań dla wybitnego naukowca. Fermi nie mógł się zdecydować na emigrację bez zgody żony, uzyskaną dopiero po spodziewanych restrykcjach faszyzmu włoskiego.  Sytuację komplikowała sprawa przynależności Fermiego do Włoskiej Partii Faszystowskiej, prowadząc do groteskowej sytuacji gdy jej członek budował broń atomową mającą się przyczynić do wygrania wojny.

Bardzo interesującym fragmentem książki jest działalność naukowa Enrico Fermiego w Stanach Zjednoczonych, szczególnie w zakresie budowy pierwszego reaktora jądrowego – wywołania kontrolowanej reakcji łańcuchowej, którą przewidywano w rozważaniach teoretycznych. Odkrycie zjawiska spowalniania neutronów przy pracy nad „odkryciem nowych substancji promieniotwórczych” (Nobel) było fundamentem sukcesu. Mówi się często o genialnym zbudowaniu pierwszego reaktora przez Fermiego dla potrzeb produkcji plutonu potrzebnego do bomby. Składał się on z około 40 000 bloków grafitowych – wytwarzanych w specjalnie do tego celu przystosowanych niemal sterylnych zakładach, aby wykluczyć możliwość zanieczyszczeń – w których wydrążono około 22 000 otworów, w celu umieszczenia w nich umieścić kilku ton uranu. 2 grudnia 1942 wtedy uruchomiono stos Fermiego, w którym przez 28 minut dochodziło do samopodtrzymującej się  kontrolowanej reakcji łańcuchowej. Te genialne prace poprzedziły nadludzkie wysiłki (wynikające ze spodziewanych wyników wrogiej konkurencji) budowy 29 „stosów” ( żaden nie  był  bezładną  górą  bloków grafitowych) i zebraniu doświadczeń by ostatnia wersja była użyteczna. W tej dziedzinie bardzo inżynierskie podejście do rozwiązania problemu produkcji plutonu i rozwoju całej nowej dziedziny – energetyki jądrowej są niezaprzeczalnie dziedzictwem Fermiego. Okres powojennej niezwykle szerokiej działalności Enrico Fermiego jest bardzo dokładnie przedstawiony w książce. Prowadził on badania naukowe (z pionierskim wykorzystaniem pierwszych komputerów) nie tylko w atomistyce ale i astronomii, prowadził zajęcia dydaktyczne (wielokrotnie podkreślano jego wybitne zdolności w tej dziedzinie), działał społecznie.

Był człowiekiem całkowicie niezainteresowanym filozofią, religią i stronił od polityki  co przy statusie emigranta jest całkowicie zrozumiałe. Fascynowała go przyroda i wolne chwile  wykorzystywał na przebywanie w jej otoczeniu. Jednakże jego faktycznym i jedynym zainteresowaniem, jak wynika z opracowania była  fizyka i matematyka co pozwalało mu łączyć dwie specjalizacje  eksperymentatora i teoretyka. Ta fascynacja wiedzą  miała również wpływ na życie rodzinne co jest przedstawione w książce.

 Powszechna opinia  głosi, że był to „ostatni człowiek, który wiedział wszystko” o współczesnej mu fizyce, której był jednym z najważniejszych twórców.

Pewną wadą książka jest brak tablic chronologicznych i indeksu nazwisk, które przy tak obszernej treści ułatwiłby odtworzyć kolejność wydarzeń i wyszukiwanie powiązań z osobami mającymi wpływ na losy bohatera opracowania. Kompozycja całości tekstu jest jakby gawędziarskim opowiadaniem historii z licznymi dygresjami ułatwiającymi zrozumienie tła wydarzeń. Książka ma bardzo wnikliwe przygotowaną bibliografię.

Pamiątkami po Fermim są:

fermi – jednostka długości stosowana w fizyce jądrowej,

fermiony – cząstki, mające połówkowy spin (1/2, 3/2, itd.). Kwarki, leptony jak również większość cząstek złożonych (np. protony i neutrony) są fermionami.

Fermiego ciecz – silnie oddziałujący układ cząstek kwantowych, fermiony — elektrony, neutrina, nukleony, hiperony, jądra atomowe, o nieparzystej liczbie nukleonów,

Ferm – pierwiastek promieniotwórczy o liczbie atomowej 100, odkryty 1952.

Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) – Narodowe Laboratorium Przyśpieszania Cząstek Elementarnych im. Enrico Fermiego