Πρόσωπα - Γεγονότα

Ενρίκο Φέρμι: Ο Πάπας της φυσικής

Written by Δ.Μ.

Πολλοί πιστεύουν ότι αν ο 19ος αιώνας ήταν ο αιώνας της χημείας, ο 20ός ήταν ο αιώνας της φυσικής. Η επιστήμη της φυσικής υποστήριξε την ανάπτυξη εφαρμογών τεράστιας σημασίας, όπως η ιατρική απεικόνιση, οι πυρηνικοί αντιδραστήρες, η βόμβα σχάσης και οι βόμβες υδρογόνου, το ραδιόφωνο και η τηλεόραση, τα τρανζίστορ, οι υπολογιστές και τα λέιζερ. Η φυσική γνώση αυξήθηκε τόσο γρήγορα μετά από το 1900 ώστε η θεωρία και το πείραμα διαιρέθηκαν σύντομα σε ξεχωριστές ειδικότητες.

Share

Πολλοί πιστεύουν ότι αν ο 19ος αιώνας ήταν ο αιώνας της χημείας, ο 20ός ήταν ο αιώνας της φυσικής. Η επιστήμη της φυσικής υποστήριξε την ανάπτυξη εφαρμογών τεράστιας σημασίας, όπως η ιατρική απεικόνιση, οι πυρηνικοί αντιδραστήρες, η βόμβα σχάσης και οι βόμβες υδρογόνου, το ραδιόφωνο και η τηλεόραση, τα τρανζίστορ, οι υπολογιστές και τα λέιζερ. Η φυσική γνώση αυξήθηκε τόσο γρήγορα μετά από το 1900 ώστε η θεωρία και το πείραμα διαιρέθηκαν σύντομα σε ξεχωριστές ειδικότητες.

Enrico Fermi chalkboard_0Ένας εκ των τελευταίων μεγάλων φυσικών του αιώνα του, μια μεγαλοφυΐα στην δημιουργία θεωριών και απαράμιλλος στη δημιουργία κομψών πειραμάτων

Ο Enrico Fermi, γεννημένος στη Ρώμη στις 29 Σεπτεμβρίου του 1901, ήταν ο τελευταίος μεγάλος φυσικός που μπορούσε να γεφυρώσει το χάσμα μεταξύ θεωρητικών και πειραματιστών.

Το 1924 επινόησε την κβαντική στατιστική σωματιδίων με αντισυμμετρικές κυματοσυναρτήσεις, χρησιμοποιώντας την απαγορευτική αρχή του Pauli.

Το 1933 ερμήνευσε τη διάσπαση βήτα με τη μετατροπή ενός νετρονίου σε πρωτόνιο και ταυτόχρονα την εκπομπή ενός ηλεκτρονίου και ενός νετρίνου. Η θεωρία του για τη β-διάσπαση, εισήγαγε την τελευταία από τις  τέσσερις βασικές γνωστές δυνάμεις στη φύση (βαρύτητα, ηλεκτρομαγνητισμός και, αυτές που λειτουργούν μέσα στον πυρήνα του ατόμου, δηλαδή την ισχυρή πυρηνική δύναμη και την «ασθενή πυρηνική δύναμη» του Fermi).

Ήταν επίσης συνεφευρέτης και σχεδιαστής του πρώτου πυρηνικού αντιδραστήρα που δημιουργήθηκε από τον άνθρωπο, θέτοντάς τον σε λειτουργία με ένα ιστορικό μυστικό πείραμα στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου στις 2 Δεκεμβρίου του 1942. Στον διάσημο κώδικα, που χρησιμοποίησε ένας διοικητής για να εκθέσει την επιτυχία του πειράματος, με ανοικτό τηλέφωνο στην Ουάσιγκτον, ο Fermi ήταν  «ο Ιταλός θαλασσοπόρος» που «είχε αποβιβαστεί στο Νέο Κόσμο.»

Ο Fermi πράγματι είχε προσγειωθεί στον Νέο Κόσμο τέσσερα χρόνια νωρίτερα, με το πρόσφατο χρυσό μετάλλιο, του βραβείου Νόμπελ Φυσικής στην τσέπη του, διαπρεπής επιστήμονας μεταξύ μιας σειράς σημαντικών επιστημόνων, που μετανάστευσαν στις ΗΠΑ τη δεκαετία του ’30, για να δραπετεύσουν από την αντισημιτική δίωξη του Ηitler στη Γερμανία και του Μussolini στην Ιταλία — στην περίπτωση του Fermi έφταιγε η εβραϊκής καταγωγής σύζυγος του, Laura.

Η φυγή του έγινε κατορθωτή χάρις στην προσωπική άδεια που του έδωσε ο Benito Mussolini, για την παραλαβή του βραβείου Nobel. Αυτός όμως μετά την παραλαβή του βραβείου, έφυγε μαζί με την οικογένεια του στις Ηνωμένες Πολιτείες. 

Ο Fermi, ένα μελαχρινό αγόρι με γκρίζα-μπλε μάτια, ήταν γιος ενός δημόσιου υπαλλήλου, που ανακάλυψε τη φυσική σε ηλικία 14 χρονών.   Τριγυρίζοντας στα κιόσκια των βιβλιοπωλείων στην περιοχή Campo dei Fiori της Ρώμης, αυτό το αγόρι βρήκε δύο παλαιούς τόμους της στοιχειώδους φυσικής, τους έφερε σπίτι και τους διάβασε κατευθείαν, διορθώνοντας μερικές φορές ακόμη και τα μαθηματικά τους.

Προχώρησε τόσο γρήγορα, καθοδηγημένος από έναν μηχανικό που ήταν ένας οικογενειακός φίλος, ώστε η συνθετική του εργασία για την εισδοχή του στο Πανεπιστήμιο, κρίθηκε αντάξια μιας διδακτορικής διατριβής, στην ηλικία των 17 ετών. Μέχρι το 1920 δίδασκε τους δασκάλους του στο Πανεπιστήμιο της Πίζας. 

Η μόνη οπισθοδρόμησή στην πρόοδο του, ήταν μια περίοδος μεταδιδακτορικής μελέτης υπό την καθοδήγηση του Max Born στο Gottingen της Γερμανίας το 1923, μεταξύ μεγάλων ταλέντων όπως ήταν οι Wolfgang Pauli και Werner Heisenberg, όπου τα πνευματικά του δώρα, παραγνωρίστηκαν και δεν έτυχαν της ανάλογης προσοχής.

Το 1926, ένα άρθρο του Fermi, σχετικά με την συμπεριφορά ενός υποθετικού ιδανικού αερίου εντυπωσίασε το τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου της Ρώμης, που τον κάλεσε να γίνει τακτικός Καθηγητής της Θεωρητικής Φυσικής.

Αντιπάθησε την προβολή, προτιμώντας την απλότητα και το συγκεκριμένο, και μάλλον το φιλοσοφικό γερμανικό ύφος μπορεί να τον είχε απωθήσει. «Δεν ήταν ένας φιλόσοφος,» είπε για αυτόν αργότερα ο Αμερικανός θεωρητικός Robert Oppenheimer. «Είχε πάθος για τη σαφήνεια. Ήταν απλά ανίκανος να αφήσει τα πράγματα να είναι ομιχλώδη. Δεδομένου ότι έτσι ήταν πάντα, αυτό τον κράτησε αρκετά ενεργό στη ζωή του.»

Κέρδισε το διορισμό ως καθηγητή της Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Ρώμης σε ηλικία μόλις 25 ετών και συγκέντρωσε γρήγορα γύρω του, μια μικρή ομάδα πρώτης τάξεως νέων ταλέντων για να αναδείξει την ιταλική φυσική. Κρίνοντας τον οι Ιταλοί, τον επονόμασαν «Ο Πάπας.»

Ο Πάπας και η ομάδα του, σχεδόν ανακάλυψαν την πυρηνική διάσπαση το 1934, κατά τη διάρκεια πειραμάτων στα οποία, έψαχναν ραδιενεργούς μετασχηματισμούς. Πειραματίζονταν βομβαρδίζοντας συστηματικά το ένα στοιχείο μετά από το άλλο, με το πρόσφατα ανακαλυφθέν  σωμάτιο νετρόνιο. Αυτοί όμως έχασαν την ευκαιρία να παρατηρήσουν μια πυρηνική διάσπαση του ουρανίου, εξαιτίας του πάχους του φύλλου του αλουμινίου, με το οποίο τύλιγαν το δείγμα του ουράνιού τους. Το φύλλο του αλουμινίου εμπόδισε τα διασπασμένα θραύσματα των πυρήνων να ξεφύγουν, ειδάλλως τα όργανά τους θα τα είχαν καταγράψει και η πρώτη πυρηνική αντίδραση θα ήταν γεγονός από το 1934.

Η αποτυχία να παρατηρηθεί μια πυρηνική διάσπαση το 1934 ίσως ήταν μια ευλογία. Εάν η διάσπαση είχε έρθει στο φως στα μέσα της δεκαετίας του ’30, ενώ δεν υπήρχαν τότε στην Ευρώπη δημοκρατίες, η ναζιστική Γερμανία θα είχε κερδίσει μια μεγάλη πρωτοπορία προς την οικοδόμηση της ατομικής βόμβας.

Σαν αποζημίωση όμως ο Fermi έκανε την σημαντικότερη ανακάλυψη της ζωής του, ότι τα νετρόνια όταν περνούν μέσα από ενώσεις με ελαφρά στοιχεία, «μεσολαβητή», όπως ήταν η παραφίνη, επιβραδύνονται κι έτσι αυξάνουν την αποτελεσματικότητά τους, μια ανακάλυψη που θα απέτρεπε την χωρίς έλεγχο πυρηνική αντίδραση σε έναν αντιδραστήρα.

Εκείνη τη περίοδο ανακάλυψε επίσης, πως ο βομβαρδισμός των πυρήνων με νετρόνια, δημιουργεί τεχνητά ραδιενεργά ισότοπα.

Εάν ο Ηitler δεν είχε κυνηγήσει τους Εβραίους επιστήμονες από την Ευρώπη, το Άγγλο-αμερικανικό πρόγραμμα των ατομικών βομβών που προήλθε από την ανακάλυψη της διάσπασης στο τέλος του 1938, θα είχε στερηθεί αρκετών επιστημόνων.

Οι περισσότεροι φυσικοί εκείνη την εποχή είχαν τεθεί ήδη σε προγράμματα, για να αναπτύξουν το ραντάρ και εφευρέσεις αμεσότερης αξίας. Ο Fermi όμως και οι σύντροφοι του εμιγκρέδες και αυτοί — οι Ούγγροι Leo Szilard, Eugene Wigner, John vον Neumann και Edward Teller καθώς και ο Γερμανός Hans Bethe — διαμόρφωσαν την καρδιά της ομάδας που θα ανέπτυσσε τις πυρηνικές βόμβες.

Το 1939, ενώ ακόμα ήταν επίσημα στους καταλόγους των αλλοδαπών που προέρχονταν από εχθρικές χώρες, ο Fermi και ο Szilard εφευρίσκουν από κοινού τον πυρηνικό αντιδραστήρα στο Πανεπιστήμιο της Κολούμπια, που τον σχεδίασαν κατά τρόπο ώστε να απορροφούνται τα νετρόνια  και να ρυθμίζεται η αλυσιδωτή αντίδραση. 

Η ανάπτυξη της εργασίας αυτής όμως μετακινήθηκε από το Κολούμπια προς το Πανεπιστήμιο του Σικάγου, όταν το πρόγραμμα   Μανχάταν άρχισε να αναπτύσσεται εκεί, και στο τέλος κατέληξε στη παραγωγή της πρώτης ατομικής βόμβας.

Η Ιστορία μας λέει πως ο Fermi προχώρησε ψύχραιμα, στις 2 Δεκεμβρίου του 1942, στην έναρξη της τελικής φάσης του πειράματος, βέβαιος για τις εκτιμήσεις που είχε. Στις 11:30 π.μ., όπως ήταν η συνήθειά του, σταμάτησε για το μεσημεριανό γεύμα. Ο αντιδραστήρας εισήλθε στην κρίσιμη φάση το απόγευμα, με την πλήρη απόσυρση των ράβδων ελέγχου, και ο Fermi έσκασε τότε ένα χαμόγελο.

Είχε δώσει στην επιστήμη μια αλυσιδωτή αντίδραση με το ουράνιο και μετά από αυτό, η οικοδόμηση μιας βόμβας ήταν μόνο ένα πρόγραμμα για την εφαρμοσμένη μηχανική. Έκλεισε τον αντιδραστήρα (που τον ονόμαζε σωρό) μετά από 28 λεπτά λειτουργίας. Ο συνεργάτης του Wigner είχε σκεφθεί να αγοράσει από πριν ένα εορταστικό κρασί Chianti, που συνοδευόταν από μια φρυγανιά.

«Για κάποιο χρονικό διάστημα ξέραμε ότι ήμαστε έτοιμοι να ξεκλειδώσουμε έναν γίγαντα,»  θα έγραφε αργότερα ο Wigner. «Ακόμα, δεν μπορεί να μας φύγει ένα μυστηριώδες συναίσθημα όταν καταλάβαμε τι είχαμε κάνει πραγματικά.»

Μετά από τον πόλεμο ο Fermi καινοτόμησε στην έρευνα για τα υψηλής ενέργειας σωματίδια, επιστρέφοντας στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου, μέχρι τον θάνατο του.

fermidead

Ο Fermi πέθανε πρόωρα από καρκίνου του στομάχου στο Σικάγο στις 28 Νοεμβρίου 1954. Είχε προλάβει να μιλήσει εναντίον της Αμερικανικής ανάπτυξης της βόμβας υδρογόνου, όταν συζητήθηκε αυτό το πρόγραμμα το 1949, apoκαλώντας το » ένα όπλο που στην πραγματικότητα είναι σχεδόν μια γενοκτονία.»

Η συμβουλή του όμως αυτή πέρασε απαρατήρητη, καθώς η Αμερικανική και η Σοβιετική ομάδα υπέρ της ανάπτυξης των όπλων, που υπερίσχυσε, έβαλε τον κόσμο σε ένα θανάσιμο κίνδυνο. Αλλά η ανακάλυψη για το πώς να ελευθερώνει την πυρηνική ενέργεια, στην οποία έπαιξε έναν τόσο κρίσιμο ρόλο, είχε μακροπρόθεσμα ευεργετικά αποτελέσματα: πρόσφερε την ανάπτυξη μιας ουσιαστικά απεριόριστης νέας πηγής ενέργειας και τη ματαίωση, ίσως μόνιμα, του παγκόσμιου πολέμου.  

Προς τιμή του, ένα τεχνητό στοιχείο με ατομικό αριθμό 100 ονομάστηκε Φέρμιο, ενώ το 1954 ήταν ο πρώτος αποδέκτης του βραβείου Fermi, μαζί με το ποσόν των 25.000 δολαρίων.

Επίσης προς τιμή του, ονόμασαν φερμιόνια, τα σωματίδια που υπακούουν στην απαγορευτική αρχή του Pauli, ενώ το σύνολο των νόμων που περιγράφουν την στατιστική συμπεριφορά ενός μεγάλου αριθμού μη διακριτών και ανεξάρτητων φερμιονίων (σωματίδια με ημιπεριττό σπιν), ονομάστηκε στατιστική Fermi-Dirac.

Η σταθερά Fermi, είναι η σταθερά σύζευξης των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των φερμιονίων, ίση περίπου με 10-39 erg/cm3 . Ενώ η στάθμη Fermi, αποτελεί τo μέτρο της ενέργειας της τελευταίας κατειλημμένης από ηλεκτρόνια στάθμης ενός στερεού σώματος. Στο απόλυτο μηδέν, η τιμή της ενέργειας της στάθμης Fermi, ονομάζεται ενέργεια Fermi.

Τα αμερικανικά ταχυδρομεία για να τιμήσουν τον μεγάλο επιστήμονα, αποφάσισαν να εκδώσουν γραμματόσημο για την επέτειο των εκατό χρόνων από τη γέννηση του. Η έκδοση θα γίνει σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο του Σικάγο.

About the author

Δ.Μ.

Share