Энрико Ферми
После открытия
искусственной радиоактивности
работы по ее
исследованию
и получению новых изотопов
развернулись широким
фронтом.
Наиболее плодотворными в этом направлении оказались опы-
ты
Энрико Ферми (1901-1954). "Великий итальянский физик Э.Ферми,-
писал
Бруно Понтекорво,- занимает особое место среди современных
ученых:
в наше время, когда узкая
специализация в научных иссле-
дованиях
стала типичной, трудно указать
столь же универсального
физика,
каким был Ферми. Можно даже сказать, что появление на на-
учной
арене XX в. человека, который внес
такой громадный вклад в
развитие
теоретической и экспериментальной
физики, астрономии и
технической
физики,- явление скорее уникальное, чем редкое." Ферми родился 29
сентября 1901 года в Риме, в семье служаще-
го. У
Энрико очень рано проявились большие способности к точным
наукам,
в частности к физике и математике. Осенью 1919 г. Ферми
поступил одновременно в Высшую Нормаль-
ную
школу и на физико-математический факультет Пизанского универ-
ситета.
Для поступления в Высшую школу нужно было выдержать очень
трудный
вступительный экзамен. Ученик
Нормальной школы автомати-
чески
становился и студентом университета,
причем обучение таких
студентов
в университете было бесплатным. Будучи
студентом, Ферми стремится познать
новые отрасли фи-
зики,
касающиеся строения материи и квантовой теории. Но эти раз-
делы не
культивировались в Италии, по ним
не читались универси-
тетские
курсы. Что касается классической
физики и теории относи-
тельности,
то их, как вспоминал позднее уже
знаменитый Ферми, в
те годы
он знал так же, как и в 1934 г. Еще будучи
студентом, Ферми много работает в лаборатории
университета.
В 1922 г. он выполняет
экспериментальную дипломную
работу
по оптике рентгеновских лучей, успешно защищает ее и полу-
чает
диплом об окончании университета с высшей оценкой. В этом же
- 2 -
году и
с такой же оценкой он получает диплом об окончании Высшей
Нормальной
школы. В январе 1923 г.
Ферми по направлению Министерства образова-
ния
уезжает для совершенствования в
Геттинген к М.Борну. В Гет-
тингене
Ферми выполнил самостоятельно ряд работ.
Одна из них, по
теоретической
физике, понравилась П.Эренфесту, и он написал об
этом
Ферми. Это привело к тому, что с сентября по декабрь 1924 г.
Э.Ферми
обучается в Лейдене у Эренфеста -
известного физика-тео-
ретика.
Именно под влиянием Эренфеста Ферми
приобретает уверен-
ность в
своих силах; у него появляются
характерные черты серьез-
ного
исследователя: стремление к конкретности во всем, умение вы-
делять
главное, исключительный здравый смысл. И в дальнейшем поч-
ти все
теории Ферми создает для того,
чтобы объяснить поведение
определенной
экспериментальной
кривой,
"странность"
какого-то
экспериментального
факта. С января 1925 до
осени 1926 г. Ферми работает временным про-
фессором
во Флоренции, читая лекции по
теоретической механике и
математической
физике. Здесь он получает свою первую
ученую сте-
пень
"свободного доцента", создает знаменитую работу по квантовой
статистике
и пишет блестящую книгу "Введение в атомную физику",
которая
позднее стала основным учебником по теоретической физике
для
студентов университетов. В 1926 г. в Римском
университете, собственно, специально для
Ферми
создается кафедра теоретической физики. Осенью 1926 г.
25-летний
Э.Ферми успешно выдерживает конкурс
и занимает долж-
ность
профессора столичного университета, проработав в нем
до
1938 г. Одним из главных
итогов деятельности Ферми в этот период бы-
- 3 -
ло
созданием им итальянской школы физики.
Когда Ферми в 1926 г.
начал
работать в Римском университете,
там не было никакого исс-
ледовательского
коллектива. Ферми сразу же начал
создавать такой
коллектив
из сотрудников университета и
своих наиболее способных
учеников.
Вскоре вокруг него сформировалось ядро этой школы: Ра-
зетти,
Сегре, Амальди, Понтекорво, Майорана и др. Лекции Ферми в университете по квантовой механике, атомной
физике,
математической физике, термодинамике и его любимой геофи-
зике
отличались большой ясностью и стройностью изложения. В физи-
ке, по
мнению Ферми, нет места для
путаных мыслей, а физическая
сущность
любого, действительно
понимаемого вопроса может быть
объяснена
без помощи сложных формул. И это Ферми прекрасно ил-
люстрировал
своими собственными работами и своим стилем. Вот как
об этом
вспоминал Г.Бете: "Метод
работы Ферми над теоретическими
проблемами
больше всего поражал меня своей простотой. Он мог про-
никнуть
в существо любой задачи, какой бы сложной она не каза-
лась.
Он срывал с нее покров математических усложнений и ненужно-
го
формализма. С помощью такого метода он мог, часто не более чем
за
полчаса, решить весьма сложную
физическую задачу. Он был мас-
тером
получения важных результатов
минимальными усилиями и прос-
тейшим
математическим аппаратом". Кипучая
теоретическая деятельность Ферми в
период с 1926 по
1933 г.
шла по трем главным направлениям. Во-первых, в этот пери-
од,
освоив квантовую механику, он успешно развивал ее, объяснял и
пропагандировал
в научных кругах. Но, как вспоминает Сегре, эти
проповеди
имели большой успех у молодежи и
ничтожный у ученых
старшего
поколения. Второе направление
деятельности Ферми было
связано
со статической механикой. В-третьих, своими теоретически-
- 4 -
ми
работами Ферми внес большой вклад в учение о структуре атомов
и
молекул. Совокупность работ в этой области составила книгу "Мо-
лекулы
и кристаллы". После 1933 г. Ферми целиком погружается в проблемы ядерной
физики.
В 1934 г. он создает теорию7 b0-распада. Суть ее состояла в
том,
что при 7b0-распаде кроме электрона испускается еще нейтрино -
маленький
нейтрон. Эта теория Ферми явилась
прототипом современ-
ной
теории взаимодействия элементарных частиц. "Построенная им
теория
оказалась способной выдержать почти без
изменения два с
половиной
десятилетия революционного развития ядерной физики.
Можно
было бы заметить, что физическая
теория редко рождается в
столь
окончательной форме",- писал о теории 7b0-распада Ф.Разетти. В 1934 г. Э.Ферми
выполняет первые крупные экспериментальные
работы
в области ядерной физики, связанные с облучением элементов
нейтронами.
Сразу же после открытия И. и
Ф. Жолио-Кюри искусс-
твенной
радиоактивности Ферми пришел к выводу, что нейтроны, пос-
кольку
они не имеют заряда и не будут отталкиваться ядрами, долж-
ны
быть наиболее эффективным орудием
для получения радиоактивных
элементов.
И если все физики после открытия И.
и Ф. Жолио-Кюри
заторопились
повторить их опыты, то "только у Ферми, по словам
О.Фриша,
хватило ума выбрать оригинальное направление, оказавшее-
ся
на редкость
плодотворным". Ферми со
свойственной ему кипучей
энергией
начал облучать нейтронами почти все элементы. В резуль-
тате
этих экспериментов было получено
более 60 новых радиоактив-
ных
изотопов и открыто замедление нейтронов. Работа группы Ферми получила очень высокую оценку в
научном
мире.
Если коротко оценить итоги этих исследований. то следует
сказать,
что они явились началом новой области физики - нейтрон-
- 5 -
ной.
Открытие эффекта замедления нейтронов (эффект Ферми), по
словам
Понтекорво, открыло "новую
главу ядерной физики, а также
новую
область техники, как мы говорим сегодня,- атомную технику". За серию работ по
получению радиоактивных элементов путем
нейтронной
бомбардировки и за открытие
ядерных реакций под дейс-
твием
медленных нейтронов в 1938 г. Э.Ферми была присуждена Нобе-
левская
премия. Выехав за ее получением в Стокгольм вместе с
семьей,
Ферми не вернулся в Италию, где фашистская диктатура Мус-
солини
по существу ликвидировала условия для
нормальной научной
работы. В январе 1939 г. Э.Ферми высказывает мысль, что при
делении
урана
следует ожидать испускания быстрых нейтронов и
что, если
число
вылетевших нейтронов будет больше,
чем число поглощенных,
путь
к цепной реакции
будет открыт. Поставленный эксперимент
подтвердил
наличие быстрых нейтронов, хотя их
число на один акт
деления
осталось не очень определенным. В это время Ферми начина-
ет
работать над теорией цепной реакции в уран-графитовой системе.
К весне
1941 г. эта теория была разработана, и летом началась се-
рия
экспериментов, главной
задачей которых являлось измерение
нейтронного
потока. Было сделано около тридцати
опытов, и в июне
1942 г.
был получен коэффициент размножения нейтронов больше еди-
ницы.
Это означало возможность получения
цепной реакции в доста-
точно
большой решетке из урана и графита и послужило началом раз-
работки
конструкции реактора. Ферми, как всегда сделал поправку к
полученному
значению коэффициента размножения и учел это в разме-
рах
планируемого котла. Кроме
того, боясь, что атмосферный азот
будет
хорошо поглощать нейтроны, Ферми
настоял на том, чтобы все
огромное
устройство было помещено в гигантскую палатку из материи
- 6 -
для
оболочек аэростатов. Так появилась
возможность поддерживать
соответствующий
состав атмосферы, окружающей
реактор. Постройка
реактора
началась в Чикаго в октябре,
а закончилась 2
декабря
1942 г.
После запуска реактора Ферми работает над проблемами мир-
ного и
военного использования атомной энергии. В науке науке Ферми всегда оставался
молодым, энергичным и
одержимым.
В возрасте около 50 лет, имея богатейший
запас знаний
в
области ядерной энергетики и
прекрасную базу для исследований,
Ферми
изменяет направление своей научной деятельности и начинает
заниматься
областью частиц высоких энергий и
астрофизикой. И
здесь
он достиг замечательных результатов. Одной из особенностей
физических идей Ферми является их дол-
голетие.
Ряд последних работ великого
ученого был оценен лишь
после
его смерти. Одной из них является совместная работа Ферми и
Ч.Янга
по составным моделям элементарных частиц. Когда она появи-
лась,
то многие, даже маститые
физики-теоретики были удивлены ее
"бессодержательностью".
Но прошло время, и на основе
работы Фер-
ми -
Янга появились новые модельные схемы, сыгравшие большую роль
в
развитии физики элементарных частиц.
Одной из последних таких
моделей
является модель кварков. На склоне лет Ферми, по
словам Сегре, собирался написать
книгу,
посвященную тем трудным вопросам физики,
о которых часто
говорят
"как хорошо известно",
"как нетрудно показать" и т.п. Он
начал
даже собирать вопросы, лишь
кажущиеся элементарными. Но, к
сожалению,
у него не осталось на
это времени. Когда в 1946 г.
Ферми
оценивал, что им уже сделано, он сказал Сегре:
"Одна
треть".
Две трети он собирался еще сделать, до предела уплотняя
свой
рабочий день. Ферми с олимпийским
спокойствием работал до
- 7 -
самого
конца своей жизни. Ферми умер 28 ноября
1954 г., в возрасте всего лишь 53
лет.
Трудно
представить, что мог бы сделать
великий физик, если бы он
прожил
еще лет 15-20. Но и та "одна треть", которую успел сделать
Ферми
из намеченного им плана и которая,
по словам Понтекорво,
достойна
6-8 Нобелевских премий, навсегда сохранит в науке имя
этого
исключительного одаренного ученого.
|
