Энрико Ферми

Энрико Ферми После открытия искусственной радиоактивности работы по е е исследованию и получению новых изотопов развернулись широким фронто м. Наиболее плодотворными в этом направлении оказались опыты Энрико Фер ми (1901-1954) . "Великий итальянский физик Э. Ферми, писал Бруно Понтекорво, занима ет особое место среди современных ученых: в наше время, когда узкая специ ализация в научных исследованиях стала типичной, трудно указать столь ж е универсального физика, каким был Ферми. Можно даже сказать, что появлен ие на научной арене XX в. человека, который внес такой громадный вклад в раз витие теоретической и экспериментальной физики, астрономии и техничес кой физики, - явление скорее уникальное, чем редкое. " Ферми родился 29 сентяб ря 1901 года в Риме, в семье служащего. У Энрико очень рано проявились большие способности к точным наукам, в частности к физике и математике. Осенью 1919 г. Ферми поступил одноврем енно в Высшую Нормальную школу и на физико-математический факультет Пиз анского университета. Для поступления в Высшую школу нужно было выдержа ть очень трудный вступительный экзамен. Ученик Нормальной школы автома тически становился и студентом университета, причем обучение таких сту дентов в университете было бесплатным. Будучи студентом, Ферми стремится познать новые отрасли физики, касающи еся строения материи и квантовой теории. Но эти разделы не культивировал ись в Италии, по ним не читались университетские курсы. Что касается клас сической физики и теории относительности, то их, как вспоминал позднее у же 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 экспериментальну ю дипломную работу по оптике рентгеновских лучей, успешно защищает ее и получает диплом об окончании университета с высшей оценкой. В этом же - 2 г оду и с такой же оценкой он получает диплом об окончании Высшей Нормальн ой школы. В январе 1923 г. Ферми по направлению М инистерства образования уезжает для совершенствования в Геттинген к М. Борну. В Геттингене Ферми выполнил самостоятельно ряд работ. Одна из них, по теоретической физике, понравилась П. Эренфесту, и он написал об этом Фе рми. Это привело к тому, что с сентября по декабрь 1924 г. Э. Ферми обучается в Лейдене у Эренфеста известного физика-теоретика. Им енно под влиянием Эренфеста Ферми приобретает уверенность в своих сила х; у него появляются характерные черты серьезного исследователя: стремл ение к конкретности во всем, умение выделять главное, исключительный здр авый смысл. И в дальнейшем почти все теории Ферми создает для того, чтобы о бъяснить поведение определенной экспериментальной кривой, "странность " какого-то экспериментального факта. С января 1925 до осени 1926 г. Ферми работа ет временным профессором во Флоренции, читая лекции по теоретической ме ханике и математической физике. Здесь он получает свою первую ученую сте пень "свободного доцента", создает знаменитую работу по квантовой статис тике и пишет блестящую книгу "Введение в атомную физику", которая позднее стала основным учебником по теоретической физике для студентов универ ситетов. В 1926 г. в Римском университете, собст венно, специально для Ферми создается кафедра теоретической физики. Осе нью 1926 г. 25-летний Э. Ферми успешно выдерживает конкурс и занимает должность профе ссора столичного университета, проработав в нем до 1938 г. Одним из главных итогов деятельности Ферми в этот период было созданием им итальянской школы физики. Когда Ферми в 1926 г. начал работать в Римском университете, там не было никакого исследовате льского коллектива. Ферми сразу же начал создавать такой коллектив из со трудников университета и своих наиболее способных учеников. Вскоре вок руг него сформировалось ядро этой школы: Разетти, Сегре, Амальди, Понтеко рво, Майорана и др. Лекции Ферми в университете по квантовой механике, атомной физике, матем атической физике, термодинамике и его любимой геофизике отличались бол ьшой ясностью и стройностью изложения. В физике, по мнению Ферми, нет мест а для путаных мыслей, а физическая сущность любого, действительно понима емого вопроса может быть объяснена без помощи сложных формул. И это Ферм и прекрасно иллюстрировал своими собственными работами и своим стилем. Вот как об этом вспоминал Г. Бете: "Метод работы Ферми над теоретическими п роблемами больше всего поражал меня своей простотой. Он мог проникнуть в существо любой задачи, какой бы сложной она не казалась. Он срывал с нее п окров математических усложнений и ненужного формализма. С помощью тако го метода он мог, часто не более чем за полчаса, решить весьма сложную физи ческую задачу. Он был мастером получения важных результатов минимальны ми усилиями и простейшим математическим аппаратом". Кипучая теоретическая деятельность Ферми в период с 1926 по 1933 г. шла по трем главным направлениям. Во-первых, в этот период, освоив квантовую механику, он успешно развивал ее, объяснял и пропагандировал в научных кругах. Но, как вспоминает Сегре, эти пропове ди имели большой успех у молодежи и ничтожный у ученых старшего поколени я. Второе направление деятельности Ферми было связано со статической ме ханикой. В-третьих, своими теоретически - 4 ми работами Ферми внес большой вклад в учение о структуре атомов и молекул. Совокупность работ в этой об ласти составила книгу "Молекулы и кристаллы". После 1933 г. Ферми целиком погружаетс я в проблемы ядерной физики. В 1934 г. он создает теорию распада. Суть ее состояла в том, что при распаде кроме элек трона испускается еще нейтрино маленький нейтрон. Эта теория Ферми явил ась прототипом современной теории взаимодействия элементарных частиц . "Построенная им теория оказалась способной выдержать почти без изменен ия два с половиной десятилетия революционного развития ядерной физики. Можно было бы заметить, что физическая теория редко рождается в столь ок ончательной форме", - писал о теории распада Ф. Разетти. В 1934 г. Э. Ферми выполняет первые круп ные экспериментальные работы в области ядерной физики, связанные с облу чением элементов нейтронами. Сразу же после открытия И. и Ф. Жолио-Кюри иск усственной радиоактивности Ферми пришел к выводу, что нейтроны, посколь ку они не имеют заряда и не будут отталкиваться ядрами, должны быть наибо лее эффективным орудием для получения радиоактивных элементов. И если в се физики после открытия И. и Ф. Жолио-Кюри заторопились повторить их опыт ы, то "только у Ферми, по словам О. Фриша, хватило ума выбрать оригинальное н аправление, оказавшееся на редкость плодотворным". Ферми со свойственно й ему кипучей энергией начал облучать нейтронами почти все элементы. В р езультате этих экспериментов было получено более 60 новых радиоактивных изотопов и открыто замедление нейтронов. Работа группы Ферми получила очень высокую оценку в научном мире. Если к оротко оценить итоги этих исследований. то следует сказать, что они явил ись началом новой области физики - нейтронной. Открытие эффекта замедлен ия нейтронов (эффект Ферми) , по словам Понтекорво, открыло "новую главу яд ерной физики, а также новую область техники, как мы говорим сегодня, - атом ную технику". За серию работ по получению радиоактивных элементов путем нейтронной б омбардировки и за открытие ядерных реакций под действием медленных ней тронов в 1938 г. Э. Ферми была присужден а Нобелевская премия. Выехав за ее получением в Стокгольм вместе с семье й, Ферми не вернулся в Италию, где фашистская диктатура Муссолини по суще ству ликвидировала условия для нормальной научной работы. В январе 1939 г. Э. Ферми высказывает мы сль, что при делении урана следует ожидать испускания быстрых нейтронов и что, если число вылетевших нейтронов будет больше, чем число поглощенн ых, путь к цепной реакции будет открыт. Поставленный эксперимент подтвер дил наличие быстрых нейтронов, хотя их число на один акт деления осталос ь не очень определенным. В это время Ферми начинает работать над теорией цепной реакции в уран-графитовой системе. К весне 1941 г. эта теория была разрабо тана, и началась серия экспериментов, главной задачей которых явля лось измерение нейтронного потока. Было сделано около тридцати опытов, и в июне 1942 г. был получен коэффициент размножения нейтронов больше единицы. Это означало возможность получе ния цепной реакции в достаточно большой решетке из урана и графита и пос лужило началом разработки конструкции реактора. Ферми, как всегда сдела л поправку к полученному значению коэффициента размножения и учел это в размерах планируемого котла. Кроме того, боясь, что атмосферный азот буд ет хорошо поглощать нейтроны, Ферми настоял на том, чтобы все огромное ус тройство было помещено в гигантскую палатку из материи для оболочек аэр остатов. Так появилась возможность поддерживать соответствующий соста в атмосферы, окружающей реактор. Постройка реактора началась в Чикаго в октябре, а закончилась 2 декабря 1942 г. После запуска реактора Ферми работает над проблемами мирного и военног о использования атомной энергии. В науке Ферми всегда оставался молодым, энергичным и одержимым. В возрас те около 50 лет, имея богатейший запас знаний в области ядерной энергетики и прекрасную базу для исследований, Ферми изменяет направление своей на учной деятельности и начинает заниматься областью частиц высоких энер гий и астрофизикой. И здесь он достиг замечательных результатов. Одной из особенностей физических идей Ферми является их долголетие. Ряд последних работ великого ученого был оценен лишь после его смерти. Одной из них является совместная работа Ферми и Ч. Янга по составным моделям эл ементарных частиц. Когда она появилась, то многие, даже маститые физики-т еоретики были удивлены ее "бессодержательностью". Но прошло время, и на ос нове работы Ферми - Янга появились новые модельные схемы, сыгравшие боль шую роль в развитии физики элементарных частиц. Одной из последних таких моделей является модель кварков. На склоне лет Ферми, по словам Сегре, собирался написать книгу, посвященн ую тем трудным вопросам физики, о которых часто говорят "как хорошо извес тно", "как нетрудно показать" и т.п. Он начал даже собирать вопросы, лишь кажу щиеся элементарными. Но, к сожалению, у него не осталось на это времени. Ко гда в 1946 г. Ферми оценивал, что им уже сделано, он сказал Сегре: "Одна треть". Две трети о н собирался еще сделать, до предела уплотняя свой рабочий день. Ферми с ол импийским спокойствием работал до самого конца своей жизни. Ферми умер 28 ноября 1954 г., в возрасте в сего лишь 53 лет. Трудно представить, что мог бы сделать великий физик, если бы он прожил ещ е 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, нав сегда сохранит в науке имя этого исключительного одаренного ученого.