Физик-теоретик, один из выдающихся ученых 20 века, внесший фундаментальный вклад в квантовую теорию, ядерную физику и статистическую механику. Его работы заложили базу для развития атомной энергетики и современной физики частиц. Далее на ichicago.net.
Биография
Энрико Ферми родился 29 сентября 1901 года в Риме в семье служащего железной дороги Альберто Ферми и учительницы Иды де Гаттис. Отец работал в Министерстве связи Италии, а мать преподавала в начальной школе. Семья принадлежала среднему классу и уделяла большое внимание образованию, что впоследствии сыграло ключевую роль в формировании научного интереса юного Энрико. С раннего детства Ферми демонстрировал недюжинные способности к математике, механике и логике. Его сообразительность заметили учителя уже в начальной школе.
Настоящим потрясением для юного Энрико стала внезапная смерть его старшего брата Джулио в 1915 году из-за осложнений после операции. Именно в этот период 14-летний Ферми, глубоко расстроенный утратой, еще больше погрузился в научную деятельность. Он нашел утешение в книгах, самостоятельно начал изучать работы Ньютона, “Трактат об электричестве и магнетизме” Максвелла и труды Эйнштейна о специальной теории относительности. Он конспектировал прочитанное, решал сложные задачи, иногда самостоятельно выводил уравнения, не имея еще даже формальной подготовки по высшей математике.
В 1918 году Ферми сдал чрезвычайно сложный вступительный экзамен в Scuola Normale Superiore в Пизе — один из самых элитных учебных заведений Италии, известный своим фокусом на естественные науки. В университете он получил знания по классической физике, математике и термодинамике, но его настоящей страстью стали новейшие теории — квантовая механика и статистическая физика, которые формировались в те годы. Ферми получил докторскую степень по физике в 1922 году. Его научный стиль уже тогда отличался исключительной ясностью, математической строгостью и способностью сочетать теорию с экспериментом. После окончания учебы Ферми получил возможность стажироваться в Геттингенском университете в Германии.
Научная карьера
После стажировки в Германии и Нидерландах в период 1923-1925 годов Энрико Ферми вернулся в Италию, где быстро стал одной из центральных фигур в научной среде. В 1926 году он был назначен первым профессором теоретической физики в Римском университете La Sapienza. Энрико собрал вокруг себя команду блестящих молодых ученых, которую впоследствии в научном мире назовут “Школой Ферми”. Ферми опубликовал свою работу по статистике квантовых частиц с полуцелым спином, в которой сформулировал принцип, согласно которому никакие два фермиона не могут находиться в одинаковом квантовом состоянии. Независимо, но параллельно с ним, к такому же выводу пришел британский физик Поль Дирак. С тех пор эта модель вошла в историю как статистика Ферми – Дирака. Этот прорыв заложил основы теории электронного газа, которая впоследствии объяснила многие свойства металлов, а также легла в основу создания микроэлектроники.
В 1930-х годах Ферми переключился из теоретических исследований на ядерную физику. В 1934 году он провел серию экспериментов, в которых бомбил разные химические элементы нейтронами. В ходе этих опытов Ферми открыл, что медленные нейтроны имеют гораздо большую вероятность вступать в ядерные реакции, чем быстрые. Это наблюдение стало фундаментальным принципом для всех ядерных реакторов, которые до сих пор используют замедленные нейтроны для эффективного управления цепными реакциями. На основе этих работ Ферми и его команда создали ряд новых радиоактивных изотопов — явление, которое впоследствии получило название искусственной радиоактивности. В 1938 году за эту революционную работу Энрико Ферми была присуждена Нобелевская премия по физике за идентификацию новых радиоактивных элементов, созданных путем бомбардировки нейтронами, и за открытие, связанное с медленными нейтронами.
Во время одного из экспериментов по бомбардировке урана Ферми почти случайно осуществил первое расщепление атомного ядра — то есть процесс, лежащий в основе ядерной энергии и атомной бомбы. Однако в то время физик еще не имел точного представления о том, что произошло. Несмотря на это недоразумение, вклад Ферми в приближение атомной эры был огромным. Его методика работы стала образцом для современной физики.
Эмиграция в США
Его решение покинуть родину было предопределено не только научными перспективами, но и политической ситуацией в Европе. Ферми не раз высказывался против фашизма, но публично не конфликтовал с властью. Научное сообщество Соединенных Штатов с радостью приняло одного из самых выдающихся физиков мира. Ферми получил приглашение от Колумбийского университета в Нью-Йорке, где он присоединился к исследованиям в области ядерной физики. Вместе с коллегами он провел серию опытов, подтвердивших возможность ядерной цепной реакции. В 1939 году Силард и Эйнштейн направили президенту Рузвельту знаменитое письмо, предупреждающее об опасности создания нацистами атомной бомбы, и в США было запущено исследование в этом направлении. Ферми стал одним из ведущих экспертов, вовлеченных в этот сверхсекретный проект.
В декабре 1942 года под руководством Ферми команда физиков построила первый в мире ядерный реактор — Chicago Pile-1 (CP-1), расположенный под трибунами стадиона Чикагского университета. 2 декабря 1942 года это устройство дало первую в истории контролируемую цепную ядерную реакцию, что стало точкой отсчета атомной эры. Ферми самостоятельно вел расчеты для размещения графитовых блоков и урана, которые обеспечивали стабильное течение реакции. И хотя устройство было примитивным по современным меркам, именно эта установка доказала, что ядерную энергию можно контролировать, а значит, потенциально использовать как для энергетики, так и для создания оружия. После успеха CP-1 Ферми стал ключевой фигурой Манхэттенского проекта – сверхсекретной правительственной программы США по созданию атомной бомбы.
В 1944 году он переехал в Лос-Аламос, где под руководством Роберта Оппенгеймера ученые со всего мира работали над оружием, которое должно было изменить ход Второй мировой войны. Ферми возглавлял теоретические и экспериментальные группы, рассчитывал параметры взрыва, занимался физикой нейтронов и энергетическим балансом ядерного деления. Он играл центральную роль в обеспечении того, чтобы расчеты были не только точными, но и инженерно реализуемыми. После войны Ферми выступал за открытость ядерной науки и поддерживал мирное использование атомной энергии. Он стал одним из самых влиятельных научных советников правительства США в послевоенные годы, в частности, в комиссии по атомной энергии (AEC).
Послевоенная деятельность
После Второй мировой войны Энрико Ферми сосредоточился на развитии мирного использования ядерной энергии и вернулся в академическую деятельность. В 1945 году он принял приглашение стать профессором физики в Чикагском университете, где работал до конца жизни. Его кабинет и лаборатория в Институте ядерных исследований стали средоточием современной науки, где формировалось новое поколение физиков, а сам Ферми — одним из самых влиятельных наставников в послевоенном научном мире. Педагогическое мастерство Ферми поражало. Он умел объяснять сложные понятия просто и логично, подходил к преподаванию с той же строгостью и эффективностью, что и к экспериментам. Его лекции, особенно по квантовой механике, теории поля и ядерной физике, стали основой многих учебников. Он внимательно относился к студентам, поощряя не только знание, но и критическое мышление.
Ферми также продолжал играть немаловажную роль в научной политике. Он являлся советником Комиссии по атомной энергии США, где выступал за открытость ядерных исследований и международный контроль над ядерным оружием. Энрико Ферми скончался 28 ноября 1954 года от рака желудка. Благодаря многогранной деятельности Ферми стал уникальной фигурой, объединяющей талант теоретика, экспериментатора, педагога и государственного советника.
