Enrico Fermi. Ostatni człowiek, który wiedział wszystko. Życie i czasy ojca ery atomowej ebook

Dla Susan z miłością, uczuciem i wdzięcznością

Przedmowa

Mój ojciec był fizykiem cząstek elementarnych. W 1962 roku, wraz z dwoma współpracownikami, przeprowadził eksperyment, który wykazał istnienie dwóch różnych rodzajów „neutrin”, nieuchwytnych cząstek subatomowych, mogących przejść przez setki milionów kilometrów ołowiu bez zderzenia się z nawet jednym atomem. Koncepcja ich istnienia zrodziła się w genialnej wyobraźni zgryźliwego wiedeńskiego fizyka Wolfganga Pauliego, podczas gdy wytwarzanie neutrina w procesach promieniotwórczych zostało po raz pierwszy wyjaśnione przez Enrica Fermiego, który jednocześnie nadał tej cząstce włosko brzmiącą nazwę oznaczającą „obojętne maleństwo”. Eksperyment z 1962 roku – będący bezpośrednią spuścizną jednego z najsłynniejszych osiągnięć naukowych Fermiego – trafił na pierwsze strony „New York Timesa” i stał się powodem przyznania mojemu ojcu i jego współpracownikom Nagrody Nobla z fizyki w 1988 roku.

Mój związek z Fermim mógł być bardziej bezpośredni, gdyby nie upór ojca za czasów studenckich. Po uzyskaniu stopnia magistra Uniwersytetu Columbia w 1953 roku mój ojciec podszedł do swojego ulubionego wykładowcy Jacka Steinbergera i zakomunikował mu, że chciałby pisać doktorat na tym uniwersytecie[1]. Spytał, czy Jack może zostać jego opiekunem naukowym. Jack bardzo rozsądnie wyjaśnił mojemu ojcu, że postąpiłby niemądrze, gdyby został na Uniwersytecie Columbia, i zaproponował mu pracę nad doktoratem na Uniwersytecie Chicagowskim u Fermiego. Jack był jednym z pierwszych powojennych studentów Fermiego i to doświadczenie odmieniło całe jego życie. Z całą swoją młodzieńczą naiwnością mój ojciec zaprotestował, twierdząc, że gdyby udał się do Chicago, straciłby wszystkie punkty absolwenckie, które zdobył podczas studiów licencjackich na Columbii. Jack w końcu ustąpił i został opiekunem pracy doktorskiej mojego ojca, a następnie był jego współpracownikiem podczas eksperymentu z neutrinami w 1962 roku.

Tak więc od zawsze wiedziałem, że Enrico Fermi był ważnym fizykiem, przynajmniej jeśli chodziło o moją rodzinę.

Ojciec zmarł w 2006 roku w stosunkowo młodym wieku siedemdziesięciu trzech lat. Jakieś siedem lat później moja matka zadzwoniła do mnie z wiadomością, że wreszcie zrobiła porządek w szafce, którą ojciec trzymał w rodzinnym garażu. Znalazła tam setki schowanych papierów i dokumentów i nie miała pojęcia, co z nimi zrobić. Poradziłem jej, żeby mi je przesłała. Kiedy dotarły do mnie, przejrzałem je dokładnie i znalazłem serię zabawnych listów i prac napisanych przez fizyka o nazwisku Valentine Telegdi. Telegdi był młodym współpracownikiem Fermiego we wczesnych latach pięćdziesiątych i bliskim przyjacielem mojego ojca. Jedną z przesyłek wysłanych ojcu był artykuł autorstwa Telegdiego o powojennych latach spędzonych przez Fermiego na Uniwersytecie Chicagowskim. Praca Telegdiego na temat Fermiego, opublikowana następnie w zbiorze esejów o wielkich profesorach z Chicago pod redakcją Edwarda Shilsa, otworzyła mi oczy[2]. Wspaniale się czyta tę opowieść o fizyku mającym zadziwiająco szerokie horyzonty, o tak znakomitym eksperymentatorze oraz teoretyku, a do tego jeszcze światowej klasie nauczycielu. Kiedy dotarłem do końca tego artykułu, postanowiłem znaleźć dobrą współczesną biografię tego wybitnego człowieka.

Ku mojemu zdziwieniu ostatnia biografia w języku angielskim (stan na lato 2013 roku) została napisana przez jego pierwszego doktoranta, a następnie bliskiego współpracownika i przyjaciela, Emilia Segrègo. Opublikowano ją w 1970 roku. W ciągu czterdziestu paru lat, jakie upłynęły od tamtego czasu, ogromna ilość badań zasługujących na Nagrodę Nobla rozpropagowała spuściznę Fermiego w świecie fizyki. Poza tym wydano wiele materiałów w formie wspomnień i badań historycznych, które mogły pogłębić naszą wiedzę na temat Fermiego i jego miejsca w obrębie nauk ścisłych. Wydało mi się niesprawiedliwe, że Fermi – jedna z najbardziej dominujących i najciekawszych postaci dwudziestowiecznej fizyki – nie jest tak dobrze znany ogółowi społeczeństwa jak Einstein, Feynman czy Oppenheimer, w stosunku do których opinia publiczna wydaje się wykazywać niegasnące zainteresowanie.

Późną jesienią 2013 roku zdecydowałem się napisać obszerną biografię tego człowieka przeznaczoną dla zwykłego czytelnika, obejmującą osiągnięcia naukowe Fermiego, jego życie osobiste i spuściznę w taki sposób, aby powołać tę postać do życia dla nowego pokolenia czytelników. Wydawnictwo Basic Book postanowiło dać mi szansę wykonać to zadanie. Była to bardzo ciekawa przygoda.

Nie jestem fizykiem i nie jest to opracowanie dotyczące fizyki. Niniejsza książka opisuje człowieka, który był niezwykłym fizykiem i który jednocześnie wiódł spektakularne życie obfitujące w różnego rodzaju wydarzenia. Oczywiście fizyka ma istotne znaczenie, choć w tej książce nie natkniecie się na równania, diagramy Feynmana i tym podobne obiekty. Znajdziecie natomiast to, co mam nadzieję będzie prostym opisem dokonań naukowych Fermiego, napisanym w języku dostępnym laikowi. Dla każdego, kto jest zainteresowany głębszym poziomem zrozumienia osiągnięć Fermiego, zdecydowanie najlepszym źródłem informacji będą jego własne publikacje, starannie zebrane przez jego kolegów w dwóch tomach opublikowanych na początku lat sześćdziesiątych przez University of Chicago Press pod tytułem Enrico Fermi: The Collected Papers. Ta praca stanowi jego biografię naukową i jest przystępna dla każdego, kto miał okazję studiować fizykę. Przejrzystość i prostota naukowego stylu pisarskiego Fermiego to cechy charakterystyczne dla jego wyjątkowego podejścia.

Mam nadzieję, że książkę tę potraktujecie jako opowieść, która skupia w sobie całą osobowość Fermiego. Chciałoby się powiedzieć, naśladując wielu jego kolegów, że był „nieustającą pełnią fizyki”, i nie można zaprzeczyć, że jest w tym stwierdzeniu ziarno prawdy. Ale był również mężem, ojcem, kolegą i przyjacielem. Odegrał główną rolę w kilku najważniejszych wydarzeniach XX wieku. Koleje jego życia można docenić jedynie poprzez wzięcie pod uwagę wszystkich tych aspektów.

Niestety historia ta nie może być opowiedziana na tyle bezpośrednio, na ile biograf by sobie tego życzył. Fermi był płodnym autorem w zakresie publikacji naukowych, ale ujawniał bardzo niewiele informacji o sobie czy też o swoim życiu wewnętrznym. Nie pozostawił żadnych pamiętników, a kilka napisanych przez niego osobistych listów zapewnia niewielki, o ile w ogóle jakikolwiek, wgląd w prywatne życie ich autora. Wiele jego notatników kieszonkowych jest wypełnionych bazgraniną ilustrującą zagadnienia fizyczne i krótkimi podsumowaniami wydatków, jakie ponosił na rozliczne wyjazdy. Próżno szukać w nich czegoś osobistego. Biografowi nie pozostaje nic innego, jak odpowiednio poruszać się wśród dostępnych materiałów źródłowych: wspomnień napisanych przez żonę Fermiego dotyczących ich wspólnego życia, opublikowanych w 1954 roku, czyli w roku jego śmierci; wspomnianej wyżej biografii Segrègo z 1970 roku; wspomnień i reminiscencji tych, którzy razem z nim studiowali, oraz osób, które z nim pracowały, zarówno w rodzinnym Rzymie, jak i w przybranej ojczyźnie, czyli w Stanach Zjednoczonych[3]. Na szczęście w wyniku takiego manewrowania powstaje dość spójny portret. Mimo to niektóre tajemnice dotyczące powodów i sposobu jego postępowania prawdopodobnie nigdy nie zostaną wyjaśnione. Starałem się w miarę swych możliwości rzucić nieco światła na pewne kwestie i jednocześnie wyraźnie oznaczać miejsca, których rozjaśnienie nie jest obecnie możliwe.

O dziwo, chociaż wspólnie z moim ojcem na przestrzeni wielu lat dyskutowaliśmy na temat wkładu poszczególnych fizyków w rozwój nauki, nie przypominam sobie, abym kiedykolwiek omawiał z nim postać Enrica Fermiego. Niestety nie dożył chwili, w której stałby się świadkiem wyniku mojego zaangażowania w ten projekt. Patrząc z perspektywy czasu, on także mógł zostać zainspirowany przez osobowość Fermiego. Mój ojciec również był świetnym doświadczalnikiem i wybitnym nauczycielem, potrafiącym przekazywać skomplikowane koncepcje w prosty, fascynujący sposób. Ilekroć prosiłem go o wyjaśnienie jakiegoś zagadnienia, jego pierwsze słowa były niezmiennie takie same: „Davidzie, przecież to jest banalne!”. I dzięki niemu rzeczywiście takim się dla mnie stawało. Jestem pewien, że byłby zaskoczony, iż postanowiłem wcielić w życie ten projekt. Mam też nadzieję, że byłby zadowolony z jego wyników.

Wstęp

Urodził się w Rzymie, we Włoszech, 29 września 1901 roku, a zmarł w Chicago, w stanie Illinois, 28 listopada 1954 roku. Jego życie obejmowało dwie wojny światowe i chociaż był zbyt młody, by uczestniczyć w pierwszej, zaangażowanie w wynik drugiej z nich było decydujące i sprawiło, że stał się sławny na całym świecie. Jego życie rozciągało się również na dwie wielkie rewolucje intelektualne XX wieku – teorię względności oraz teorię kwantową – i chociaż wkład w pierwszą był zauważalny, to jednak dopiero zaangażowanie w drugą z nich sprawiło, że stał się jednym z największych naukowców swoich czasów i w rzeczy samej jednym z największych naukowców wszech czasów.

Nikogo to nie zaskoczyło, kiedy w 1938 roku przyznano mu Nagrodę Nobla.

Łatwo nawiązywał przyjaźnie i wzbudzał żarliwą lojalność. Ci, którzy go znali, szczerze płakali, gdy dowiedzieli się o jego przedwczesnej śmierci w wieku pięćdziesięciu trzech lat. Gazety na całym świecie na pierwszych stronach podawały informację o jego odejściu, umacniając tym samym jego status jednego z najbardziej znanych naukowców swoich czasów.

Człowiek ten nazywał się Enrico Fermi.

Całokształt jego życia można krótko podsumować. Urodził się w Rzymie na przełomie wieków, był cudownym dzieckiem, a gdy zaczął pobierać naukę na uniwersytecie, opanował całą klasyczną fizykę. Ponieważ nikt we Włoszech nie wykładał teorii względności ani teorii kwantów, Fermi podczas swej edukacji uniwersyteckiej samodzielnie nauczył się tych przedmiotów. Już przed ukończeniem studiów publikował prace w specjalistycznych czasopismach. Po zdobyciu dyplomu wyjechał na krótki staż naukowy do Niemiec i Holandii, po czym wrócił na Uniwersytet Rzymski, pracując przez pewien czas w charakterze wykładowcy, a następnie uzyskał stanowisko na Uniwersytecie Florenckim, gdzie poczynił swoje pierwsze, a niektórzy twierdzą, że najważniejsze, odkrycie naukowe – stworzył metodę zastosowania zasad mechaniki kwantowej do mechaniki statystycznej. Dwa lata później wygrał konkurs na stanowisko profesora fizyki teoretycznej Uniwersytetu Rzymskiego, gdzie pracował pod okiem swojego potężnego mentora, Orsa Marii Corbino. Powołał do życia jedną z głównych międzynarodowych szkół współczesnej fizyki i dokonał kilku niezwykłych odkryć naukowych: był autorem teorii wyjaśniającej zagadkowy rodzaj procesu radioaktywnego zwanego „rozpadem beta”; wykrył, że niektóre pierwiastki po bombardowaniu neutronami stają się radioaktywne; wykazał również, że natężenie indukowanej w ten sposób promieniotwórczości wzrasta, gdy neutrony są spowalniane przed zderzeniem z tymi pierwiastkami.

Wykorzystał możliwość, jaką dało mu otrzymanie Nagrody Nobla w 1938 roku, by opuścić faszystowskie Włochy okrężną drogą przez Sztokholm i objąć stanowisko akademickie na Uniwersytecie Columbia. Wkrótce potem, ku swemu zdziwieniu i zakłopotaniu, Fermi dowiedział się, że podczas odtwarzania jego eksperymentów z 1934 roku, polegających na bombardowaniu uranu neutronami, niemieccy naukowcy wykazali, iż nie będąc nawet tego świadomym, dokonał rozszczepienia atomów uranu. Opierając się na tej wiedzy, razem z węgierskim emigrantem Leó Szilárdem zaczął badać możliwość wywołania samopodtrzymującej się jądrowej reakcji łańcuchowej w uranie. Po przeniesieniu tego projektu na Uniwersytet Chicagowski na wniosek rządu amerykańskiego, Fermi wraz z liczną grupą fizyków i innych naukowców odniósł sukces, inicjując tę reakcję 2 grudnia 1942 roku i tym samym oficjalnie zapoczątkowując erę atomu. Był kluczową postacią w procesie konstruowania reaktorów do produkcji plutonu dla Projektu Manhattan, a latem 1944 roku przeniósł się do Los Alamos, gdzie zaprojektowano i zbudowano pierwsze bomby atomowe. Odegrał główną rolę w rozwiązywaniu wielu teoretycznych i praktycznych problemów związanych z tą ostatnią fazą Projektu Manhattan. Był świadkiem pierwszej detonacji bomby atomowej, znanej jako test Trinity, która odbyła się w Alamogordo w Nowym Meksyku 16 lipca 1945 roku.

Po zakończeniu wojny Fermi powrócił na Uniwersytet Chicagowski, gdzie kontynuował badania w dziedzinie fizyki jądrowej i stał się pionierem eksperymentów fizyki wysokich energii na nowym akceleratorze cząstek w Chicago. Letnie miesiące spędzał w Los Alamos, pracując nad projektem bomby wodorowej, znanym pod kryptonimem „Super”, oraz pionierskim wykorzystaniem komputerów do symulowania złożonych problemów fizycznych. Zajmował się również promieniowaniem kosmicznym i astrofizyką, a także wykonywał pełen zakres obowiązków dydaktycznych na Uniwersytecie Chicagowskim. Spośród jego uczniów wywodzi się wielu przyszłych laureatów Nagrody Nobla oraz cała masa innych naukowców, którzy zrobili błyskotliwe, głośne kariery. W tym okresie doradzał rządowi Stanów Zjednoczonych w zakresie wszystkich aspektów polityki związanych z technologią jądrową i stanął w obronie swojego kolegi z Projektu Manhattan, J. Roberta Oppenheimera, podczas przesłuchań w 1954 roku dotyczących dostępu tego ostatniego do informacji niejawnych. Fermi zmarł na raka żołądka w listopadzie 1954 roku w wieku pięćdziesięciu trzech lat, pozostawiając niezatarty ślad zasadniczo we wszystkich dziedzinach fizyki.

Są to fakty, co do których wszyscy się zgadzają. Natomiast w trakcie poszukiwań bogatszego portretu jego osobowości, w nieunikniony sposób natrafiamy na elementy nieprzystające do tego uproszczonego obrazu. Jeden z autorów przedstawia go jako „infantylnego” żartownisia trawionego zazdrością, którą miał żywić wobec swojego wybitniejszego ucznia, Ettore Majorany[1]. Z kolei inny biograf widzi w nim największego naukowca w historii Zachodu[2]. Nie jest niespodzianką, że konsensusu należy szukać gdzieś pośrodku.

W młodości lubił od czasu do czasu płatać ludziom figle, ale wyrósł z tego rodzaju rozrywek na długo przed wyjazdem z Rzymu do Stanów Zjednoczonych. W całkowitej opozycji do pogłosek o utrudnianiu kariery Majorany, Fermi zdecydowanie promował przełomowe prace swojego introwertycznego, lecz zarazem genialnego ucznia.

Był z pewnością nieprzeciętnym fizykiem, jednym z najwspanialszych w całym swym pokoleniu, ale twierdzenie, że jest on najwybitniejszym naukowcem w historii, w większym stopniu odzwierciedla silne uczucia, jakie wzbudzał wśród swoich współpracowników, niż jego rzeczywiste miejsce w naukowym panteonie.

Był obdarzony potężną siłą intuicji fizycznej oraz posługiwał się metodycznym i spójnym warsztatem analitycznym. Cechy te pozwalały mu rozwiązywać problemy fizyki w sposób, który zadziwiał i zachwycał większość jego kolegów. Posiadał charyzmę, która nie poddaje się prostej analizie – skromny, ale w pełni świadomy swojej wyższości nad większością fizyków, z którymi pracował; powściągliwy w osobistych kontaktach, a jednocześnie bardzo towarzyski; zdolny do wyznaczenia sobie celu i nieustannie popychający innych w tym kierunku; dosadny, ale nigdy nieprzyjemny; a także zdolny do żartów z samego siebie, którymi natychmiast rozluźniał atmosferę wśród otaczających go osób. Żaden inny fizyk nigdy nie otrzymał tak serdecznych słów uznania po swojej śmierci. Próżno szukać wyrazów szacunku dla innych fizyków, które mogłyby się równać z dziełem To Fermi with Love, składającym się z dwóch tomów wspomnień osób pracujących z nim w Laboratorium Argonne, mieszczącym się na obrzeżach Chicago, lub też z doskonałą produkcją dokumentalną kanadyjskiego koncernu CBC The World of Enrico Fermi o jego życiu i współczesnych mu czasach. Ci, którzy z nim pracowali, często rywalizowali ze sobą o to, aby zagarnąć dla siebie spuściznę Fermiego.

Potrafił pracować zespołowo, ale zmuszał również do ostrej rywalizacji. Wspomnienia jego studentów układają się tutaj w niespójny obraz. Ci, którzy poznali go na wczesnym etapie jego kariery w Rzymie, mówią o człowieku, który był niewrażliwy na trudności zawodowe swych współpracowników i zupełnie pozbawiony zainteresowania ich osobistymi problemami. Z kolei jego uczniowie z Chicago zazwyczaj zwracają uwagę na właściwą mu wielkoduszność i wyrozumiałość w stosunku do otaczających go osób oraz przypisują swe późniejsze sukcesy jego fortunnym ingerencjom.

Innymi słowy, ukazujący się nam obraz jest dość złożony, czemu trudno się dziwić, biorąc pod uwagę, że był on niebanalną osobowością żyjącą w bardzo niebanalnym świecie.

Niektórzy, jak na przykład jego długoletni przyjaciel i współpracownik Isidor Isaac (I.I.) Rabi podczas wywiadu na potrzeby filmu dokumentalnego CBC, twierdzą, że jedyną interesującą rzeczą u Fermiego były jego badania naukowe, że poza nauką szczegóły jego życia są banalne i niewarte zgłębiania[3]. Chociaż jest to powszechny pogląd wśród naukowców mających tendencję do postrzegania osiągnięć naukowych w oderwaniu od osoby, która ich dokonała, pomija on istotę całego zagadnienia. Okoliczności życia Fermiego zdecydowały o tym, co udało mu się osiągnąć, i gdyby koło fortuny potoczyło się w jakimś innym kierunku, jego kariera – podobnie jak nasz świat – wyglądałaby zupełnie inaczej. Gdyby Laura zgodziła się na przeprowadzkę do Stanów Zjednoczonych, kiedy Fermi po raz pierwszy wspomniał o tym w 1930 roku, jak bardzo odmiennie rozwinęłaby się jego kariera naukowa? Możemy sobie wyobrazić, że doszedłby do tych samych wniosków dotyczących rozpadu beta, ale czy jego praca nad powolnymi neutronami przebiegałaby tak samo z innym, amerykańskim zespołem? Czy ów zespół odkryłby rozszczepienie jądra atomowego w 1934 roku z pomocą lepszych (lub mających większe szczęście) radiochemików? Można domniemywać, że całokształt badań Fermiego zmieniłby się w znaczący sposób wraz z wcześniejszą imigracją do Stanów Zjednoczonych, przynosząc nieprzewidywalne wyniki. Być może wcześniej zagłębiłby się w fizykę cząstek wysokich energii, mimo że akceleratory dostępne w latach trzydziestych nie posiadały wystarczającej mocy do badania subatomowego świata, który stał się centralnym przedmiotem powojennych badań Fermiego prowadzonych w Chicago. Nawet jeszcze w 1939 roku większość jego planów badawczych wydaje się przypadkowa, w szczególności niecodzienny zbieg okoliczności, który zapoczątkował historyczną współpracę Fermiego i Szilárda u progu 1939 roku. Gdyby w styczniu 1939 roku Fermi pojawił się w Ann Arbor zamiast na Manhattanie, czy Szilárd by go odnalazł? Czy Fermi odegrałby główną rolę w eksperymentach prowadzących do pierwszej reakcji łańcuchowej?

Wszystkie te pytania są zasadniczo jedną wielką zagadką. Jednak już sam fakt, że trudno jest udzielić na nie definitywnych odpowiedzi, prowadzi do wniosku, że, podobnie jak u wszystkich naukowców wielkiego formatu, szczególne okoliczności życia Fermiego miały ogromny wpływ na jego karierę badacza. Tak więc, choć nie trzeba wiele wiedzieć o życiu osobistym Fermiego, aby studiować jego poszczególne osiągnięcia naukowe – można na przykład przeczytać pracę dotyczącą rozpadu beta bez wglądu w okoliczności jej powstania – błędem jest jednak wysnuwanie wniosku, że zgłębienie kolei życia Fermiego pozostaje nieistotne dla naszego zrozumienia przebiegu jego kariery. W istocie ważne jest, aby uchwycić związek zewnętrznych okoliczności z kreatywnością i osiągnięciami naukowymi, aby pojąć, w jaki sposób historia, osobowość i okoliczności łączą się, by nadać kształt rozwojowi konkretnego dorobku. W innym kontekście brytyjski historyk nauki Charles Percy (C.P.) Snow wyraził to zwięźle[4], pisząc: „Jeśli Fermi urodziłby się kilka lat wcześniej, można by sobie wyobrazić, że odkryłby jądro atomowe przed Rutherfordem, a następnie rozwinął teorię atomu wodoru Bohra. Jeśli brzmi to jak hiperbola, wszystko, co się tyczy Fermiego, należy traktować jako hiperbolę”. Snow nawiązywał do wybitnych zdolności Fermiego, lecz ta ocena uwypukla wagę okoliczności w rozwoju kariery naukowej. Prawdą jest, że Fermi mógłby odkryć jądro atomowe, mógłby rozmyślać o modelu atomu Bohra, ale nigdy nie miał ku temu okazji, ponieważ przyszedł na świat dwadzieścia lat za późno. Wszyscy jesteśmy więźniami epoki, w której się rodzimy, i naukowcy nie są tu wyjątkami.

Powszechnie zaakceptowana historia jego życia brzmi rozsądnie, tymczasem w jednakowym stopniu zarówno rozjaśnia, jak i zaciemnia ogólny obraz. Dlaczego mamy do czynienia z taką różnicą między wspomnieniami jego włoskich i amerykańskich studentów, szczególnie jeśli chodzi o gotowość Fermiego do zachęcania ich do działania i wspierania ich kariery? Dlaczego tak długo pozostawał we Włoszech, pracując dla bandyckiego reżimu, stanowiącego ucieleśnienie zła? Czy jakaś jego część niechętnie, ale jednak popierała faszystowską dyktaturę? Czy naprawdę zdecydował się wyjechać do Stanów Zjednoczonych dopiero wówczas, gdy Mussolini wprowadził ustawy antysemickie, które mogły być skierowane przeciwko jego żonie? Czy rzeczywiście był entuzjastycznym uczestnikiem Projektu Manhattan, jak sugeruje to wiele historii z tamtego okresu? A może nieco niechętnie poddał się biegowi wydarzeń, które pozostawały poza jego kontrolą? W październiku 1949 roku był zdecydowanym przeciwnikiem stworzenia bomby wodorowej, ale już latem 1950 roku intensywnie pracował nad tym projektem. Dlaczego tak się stało? Każdy biograf musi zmagać się z tymi pytaniami, nawet jeśli ostatecznie nie uzyska jednoznacznych odpowiedzi.

Jego sława stopniowo zanika pomimo nieustannego powiększania się obszarów jego spuścizny.

Najprawdopodobniej w oczach ogółu społeczeństwa najtrwalszymi z jego odkryć są te związane z pracą nad bombą atomową, za które zyskał sobie przydomek „ojca ery atomu”. Jednak nawet te działania rodzą pewne istotne pytania. Historia Projektu Manhattan to historia wielotysięcznej rzeszy naukowców, inżynierów, żołnierzy i innych osób, które wniosły swój wkład w powstanie broni jądrowej. W szczególny sposób epitet ten najlepiej pasuje do jego roli w skonstruowaniu pierwszych reaktorów jądrowych, urządzeń, które umożliwiły wywołanie reakcji łańcuchowych rozszczepienia jąder atomowych, będących źródłem eksplozji jądrowych, i które posłużyły jako maszyny do produkcji plutonu, pierwiastka tworzącego rdzeń jednej z dwóch bomb atomowych, które zakończyły II wojnę światową. Reaktory te zostały zbudowane w wielkim pośpiechu, pod ogromną presją, w dużej mierze bez starannie opracowanych planów technicznych. W istocie pierwszy z nich, skonstruowany na Uniwersytecie Chicagowskim, wyłonił się zasadniczo w pełni ukształtowany bezpośrednio z umysłu Fermiego. Z perspektywy czasu zdumiewające jest to, że pracowały one tak, jak tego od nich oczekiwano, i że wysiłek był adekwatny do skali przedsięwzięcia do tego stopnia, iż nawet dzisiaj zadziwia to inżynierów.

Jego rola w opracowywaniu samej bomby atomowej jest trudniejsza do oszacowania, ponieważ w tym projekcie pełnił funkcję bardzo cenionego doradcy, a nie architekta bądź projektanta. W tradycyjnych opisach jest przedstawiany jako postać stojąca w cieniu dyrektora naukowego projektu, J. Roberta Oppenheimera, fizyka biegunowo różniącego się od Fermiego. Ale gdy latem 1944 roku prace w Los Alamos zostały przerwane z powodu nieprzewidzianych problemów technicznych, Oppenheimer zwrócił się właśnie do Fermiego, prosząc go, aby przybył do tajnego miasta na płaskowyżu w Nowym Meksyku i pomógł mu zainspirować oraz poprowadzić zespół. Fermi dokonał tego bardzo skutecznie i bez słowa skargi.

Dla fizyków kilka jego innych osiągnięć jest znacznie istotniejszych niż te, których dokonał w ramach Projektu Manhattan, nawet jeśli nie z egzystencjalnego, to na pewno z naukowego punktu widzenia. Odniesiony przez niego sukces w zakresie wprowadzenia zasad kwantowych do mechaniki statystycznej, co obecnie nazywamy statystyką Fermiego-Diraca, stanowi podstawę praktycznie każdej gałęzi fizyki materii skondensowanej i wielu innych dziedzin. Co najważniejsze, statystyka Fermiego-Diraca jest dziś jeszcze bardziej użytecznym narzędziem niż w momencie, kiedy została zaproponowana w 1926 roku. Jego teoria promieniowania beta z 1933 roku, choć nie jest współcześnie uważana za absolutnie ścisłą, dała początek ogromnej ilości fascynujących badań w dziedzinie fizyki cząstek elementarnych, czego rezultatem było kilkanaście przyznanych do tej pory Nagród Nobla. Po II wojnie światowej jego eksperymentalne prace nad fizyką cząstek wysokich energii pomogły stworzyć fundamenty kwarkowej teorii materii i modelu standardowego w fizyce cząstek, zapoczątkowując tym samym kolejny wysyp Nagród Nobla. Jego kompetencje obejmowały zarówno fizykę teoretyczną, jak i doświadczalną, co było znaczącą anomalią wśród światowej klasy fizyków. Stanowił pod tym względem samotną wyspę pośród morza swych rówieśników. I chociaż mógł należeć do garstki równych sobie ekspertów w zakresie teorii (Paul Dirac, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli), jak i w fizyce doświadczalnej (Arthur Compton, James Franck, I.I. Rabi), nikt jednak nie był w stanie się z nim równać pod względem umiejętności dydaktycznych. Jak do tej pory pięciu jego doktorantów zdobyło Nagrody Nobla, a kolejnych kilku laureatów tej nagrody uważało go za głównego patrona naukowego swoich prac. Jeśli chodzi o zasługi w roli nauczyciela i mentora, zajmował prawdziwie wyjątkowe miejsce[5].

Właśnie to połączenie trwałego dorobku naukowego i głębokiego wpływu na kilka pokoleń fizyków w Stanach Zjednoczonych oraz we Włoszech sprawia, że jego historia w bezpośredni sposób nas dotyczy. U podstaw tych osiągnięć leży fundament zbudowany na olbrzymim talencie, ale też, co równie ważne, na systematycznym, niemal przerażająco wszechstronnym wysiłku młodego człowieka, który samodzielnie nauczył się całej znanej fizyki. W okresie, w którym stworzył te budzące strach i podziw podwaliny, opracował także unikatowy sposób myślenia o problemach, który pozwolił mu dokonać wszystkich swych osiągnięć i zainspirować otaczających go ludzi. W młodym wieku nauczył się, jak rozłożyć problem na czynniki pierwsze i nadać rozwiązaniu prostą strukturę, niezmiennie zaczynając od właściwego miejsca i unikając komplikacji, które mogły prześladować innych. Używał tej techniki w wielu różnych sytuacjach, zwłaszcza podczas rozwiązywania problemów, które obecnie noszą jego imię. „Problemy Fermiego” da się uprościć do skończonego zbioru zmiennych, których wartości można oszacować w granicach jednego rzędu wielkości. Łączenie ze sobą tych zmiennych nie tylko zapewnia znalezienie szybkiego, prowizorycznego i gotowego rozwiązania, ale także zmusza do zastanowienia się, które elementy zagadnienia są niezbędne, a które z kolei można bezpiecznie odrzucić. Sedno problemów Fermiego nierzadko polega na oszacowaniu prawdopodobieństwa wystąpienia takiego lub innego zdarzenia. To właśnie w rozwiązywaniu tego rodzaju zagadnień wyspecjalizował się Fermi, po części dlatego, że w okresie swojego intelektualnego rozwoju opanował prawdopodobieństwo i statystykę jako główną część naukowego repertuaru. Obliczenia prawdopodobieństw przebiegają niczym świetlista nić w jego pracy, a w kilku kluczowych momentach kariery stanowiły punkt ciężkości dla najważniejszych osiągnięć – na przykład w przypadku statystyki Fermiego-Diraca lub jego późniejszej fascynacji symulacjami metodą Monte Carlo[6][1*]. Jednym z największych osiągnięć, jakie pozostawił po sobie, było przekazanie tego sposobu myślenia swym kolegom i studentom. Osoby zajmujące się rekrutowaniem pracowników w takich firmach, jak McKinsey i Goldman Sachs, zasypują potencjalnych pracowników problemami Fermiego, aby przetestować sposób rozumowania kandydatów, lecz prawdopodobnie nigdy nie zdali sobie sprawy z długu, jaki mają wobec tego giganta współczesnej fizyki.

Zdolność Fermiego do znajdowania rozwiązań trudnych problemów za pomocą dobrze opracowanego zestawu narzędzi była połączona z niezwykłym wyczuciem wagi problemów oraz upodobaniem do podawania przybliżonych rozwiązań, jeśli odpowiadało to jego potrzebom. Pierwsza umiejętność odróżniała go od większości współczesnych mu naukowców i zapewniła pozostawanie w czołówce swojej dziedziny przez całą karierę. Natomiast ta druga zdolność była czasem źle interpretowana jako lenistwo lub, co gorsza, lęk przed skomplikowaną matematyką[7]. Fermi nie był ani leniwy, ani zalękniony – posiadał ogromne pokłady energii, które popychały go do dłuższej i bardziej wytężonej pracy w porównaniu z wieloma jego młodszymi kolegami, jak również uchodził za znakomitego matematyka, zdolnego dotrzymywać kroku takim geniuszom jak John von Neumann – natomiast cenił swój czas i starał się pracować tylko na tyle ciężko, aby uzyskać praktyczne rozwiązanie. Pewnego razu powiedział żartem do swojej córki Nelli: „Nigdy nie rób czegoś bardziej dokładnie, niż jest to absolutnie konieczne”. Choć uwagę tę wygłosił w odniesieniu do niezbyt atrakcyjnego wizualnie, ale za to funkcjonalnego, samodzielnie wykonanego elementu umeblowania salonu w domu rodzinnym, była to filozofia, którą kierował się również w fizyce.

Będąc światowej sławy fizykiem, z pewnością nie stanowił przykładu światowej sławy głowy rodziny.

Jako mąż mógł być irytującą i niekiedy doprowadzającą do szału osobą, z którą trzeba było umieć żyć pod wspólnym dachem, co doskonale opisuje jego żona Laura w swym w dużej mierze pełnym czułości, choć niekiedy niepozbawionym złośliwości opisie ich małżeństwa wydanym pod tytułem Atomy w naszym domu w 1954 roku, tuż przed śmiercią Fermiego. Nieustanne docinki, długie okresy – czasami miesiące – spędzane z dala od niej, niechęć Enrica do zwierzania się żonie z różnych spraw podczas pracy nad Projektem Manhattan – to wszystko odcisnęło piętno na ich małżeństwie. Fizyka była najważniejszą rzeczą w jego życiu, a wszystko inne zajmowało w nim dalsze miejsce. Oczywiście Laura zdawała sobie z tego sprawę, kiedy wychodziła za niego za mąż, a jeśli miała jakiekolwiek złudzenia, że może być inaczej, to rozwiały się one pewnego popołudnia podczas ich miesiąca miodowego, kiedy bardzo się starał nauczyć ją równań Maxwella. Nie ulega jednak wątpliwości, że darzyli się wzajemną miłością i ostatecznie zaakceptowali swoje dziwactwa, tak jak to czynią najbardziej udane pary.

Nie był też najlepszym z ojców. Służył Laurze niewielką pomocą w zajęciach domowych związanych z wychowaniem dzieci, a ona najwyraźniej nie oczekiwała niczego więcej. Córka Nella bardzo go kochała, chociaż nawet ona przyznaje, że potrafił niekiedy traktować ją dość chłodno. Syn Giulio był sfrustrowany życiem w cieniu ojca i ostatecznie postanowił utrzymać jak największy dystans oddzielający go od rodzinnej spuścizny. Otwarta pozostaje kwestia, czy Fermi był gorszym ojcem niż inni ciężko pracujący i odnoszący sukcesy mężczyźni tamtych dni. Rodzicielstwo w latach czterdziestych i pięćdziesiątych nie było sztuką, jaką jawi się dzisiaj, a dostępny dla nas obraz Fermiego jako ojca nie różni się zasadniczo od profilu wielu innych osób w owych czasach. W ostatnich latach życia nieco poważniej potraktował swoją rolę rodzica, ale wówczas wielu wcześniej wyrządzonych szkód nie dało się już naprawić. Najłagodniej rzecz ujmując, niełatwo było być dzieckiem Enrica Fermiego.

Fakt, że nie stał się bardziej sławny, że fizycy tacy jak Richard Feynman i Stephen Hawking są lepiej od niego znani szerokim kręgom społecznym, może po prostu wynikać stąd, iż rozstał się z życiem w 1954 roku w stosunkowo młodym wieku i przed narodzinami telewizji. Przetrwało jedynie kilka relacji filmowych z jego wykładów, a w środkach masowego przekazu pojawiał się bardzo rzadko. W późniejszych latach mógł czuć się urażony bezkrytycznym uwielbieniem Einsteina, ale w odpowiedzi nie zrobił praktycznie nic w kwestii autopromocji. Nie chodzi bynajmniej o to, że miał skłonność do fałszywej skromności. Jeden z kolegów Fermiego z Uniwersytetu Chicagowskiego relacjonował, że opowiedziano mu o następującej rozmowie między Fermim a jego genialnym, lecz borykającym się z osobistymi problemami doktorantem Majoraną:

Majorana: Są naukowcy, którzy „zdarzają się” tylko raz na pięćset lat, tacy jak Archimedes czy Newton. I są też naukowcy, którzy pojawiają się tylko raz lub dwa razy w ciągu stulecia, tacy jak Einstein czy Bohr.

Fermi: A gdzie jest moje miejsce, Majorana?

Majorana: Daj spokój, Enrico! Nie mówię ani o tobie, ani o mnie. Mówię o Einsteinie i Bohrze[8].

Miał ogromne zaufanie do własnych umiejętności, a owa pewność siebie była w dużej mierze uzasadniona. Być może czuł, że autopromocja jest nieco nieprzyzwoita. Mimo że czasami uwielbiał popisywać się przed swymi kolegami, wyprowadzając skomplikowane twierdzenia od podstaw, choć równie dobrze mógł je wyszukać w notatkach, nie odczuwał wewnętrznego przymusu, wyraźnie dającego się zauważyć u niektórych mniej pewnych siebie geniuszy, polegającego na nieustannym upewnianiu się w tym, czy aby wszyscy wiedzą, iż mają do czynienia z najmądrzejszym facetem w całym towarzystwie. Jego brak ciągot do autopromocji, szczególnie po II wojnie światowej, mógł również wynikać z przekonania, że powinien skupić się na badaniach i dydaktyce, a nie na budowaniu swojego publicznego wizerunku. Był osobą publiczną w tym znaczeniu, że piastował stanowisko niezależnego doradcy organów publicznych, takich jak amerykańska Komisja Energii Atomowej. Był jednym z pierwszych wielkich naukowców zajmujących się sprawami publicznymi, ale jego rekomendacje miały status ściśle tajnych i pozostały takimi przez wiele lat po śmierci Fermiego. Jego zaangażowanie w te sprawy było bardzo kontrowersyjne i spowodowało wciągnięcie go w spory, które nastawiały przyjaciela przeciwko przyjacielowi. Kiedy w 1951 roku Oppenheimer poprosił Fermiego, aby nadal doradzał Komisji Energii Atomowej, Enrico sprzeciwił się temu, gdyż był przekonany, że lepiej pasuje do świata, w którym prawda nie jest ukrywana i gdzie poglądy nie mają większego znaczenia.

Inną przyczyną względnego braku zainteresowania budowaniem własnego wizerunku mógł być opór przed wypowiedziami dotyczącymi szerszych kwestii politycznych lub filozoficznych. Po II wojnie światowej wielu fizyków publicznie wyrażało swoje zdanie na tematy związane z rozwojem broni jądrowej i nabierającym rozpędu wyścigiem zbrojeń między Stanami Zjednoczonymi a Związkiem Radzieckim. Fermi rzadko zajmował publicznie stanowisko w tych sprawach, zachowując większość swoich komentarzy dla celów niezależnych konsultacji udzielanych organom państwowym. Nie przejawiał też głębszego zainteresowania filozofią, nigdy nie zastanawiał się nad rzeczywistością stojącą za teorią kwantów, nigdy również nie angażował się w ów szczególny rodzaj metafizycznej dyskusji, która była charakterystyczna dla szkół teorii kwantowej powstałych w Kopenhadze i Getyndze. Ograniczał swoje intelektualne wysiłki do spraw fizycznej rzeczywistości oraz fizycznych problemów, które mógł rozwiązać za pomocą ukochanej fizyki. Być może z tego powodu teoretyk kwantowy Wolfgang Pauli pewnego razu zażartował w swoim typowym, złośliwym stylu, że Fermi był jedynie „inżynierem kwantowym”[9]. Ogół społeczeństwa jest zafascynowany filozoficznymi zagadkami teorii kwantowej, ale Fermi postanowił je zignorować, skupiając się na prawdziwych problemach fizycznych oferujących rozwiązania, które można zrozumiale opracować za pomocą teorii i eksperymentów. W głębi serca był empirystą, zmotywowanym empirycznymi obserwacjami otaczającego go świata. Jednak antyfilozoficzna orientacja Fermiego była podzielana przez niektórych naukowców, takich jak Feynman, którego sława nieustannie rosła z biegiem lat. Poczucie humoru Feynmana, barwny sposób opowiadania i zaangażowanie w śledztwo mające wyjaśnić przyczyny katastrofy wahadłowca „Challenger” przyczyniły się do otoczenia go nimbem mistyczności, który towarzyszy mu do dnia dzisiejszego. Biografowie nadal uważają go za fascynującą osobę, podobnie jak Einsteina i Oppenheimera. W przypadku Fermiego minęło około czterdziestu sześciu lat między pojawieniem się biografii wydanych w języku angielskim.

Wszystkie wymienione wyżej, a być może także i inne powody zaowocowały tym, że sława Fermiego wśród opinii publicznej zanikła. Jak ostatnio zauważyły pewne osoby, już dawno należało zmienić tę sytuację.

Nikt tak naprawdę nie wie, na czym polega geniusz, dlaczego manifestuje się w niektórych przypadkach, a nie w innych. Jeszcze bardziej kłopotliwie brzmi pytanie, z jakiego powodu jedni naukowcy mają szansę poczynić wielkie odkrycia, natomiast innym nie jest to dane. Czemu niektóre osoby, takie jak Einstein, Wolfgang Pauli, Maria Curie, John Bardeen czy sam Fermi, dokonują kilku ważnych odkryć, podczas gdy inni uczeni o równie wielkim talencie, jak na przykład Oppenheimer, nie mają na swoim koncie takich osiągnięć? Fermi używał dobrze zdefiniowanego zestawu technik, aby zaatakować problemy fizyczne, a jeśli pojawił się problem, który nie pasował do żadnego z tych narzędzi, w taki sposób naginał ten problem, aby poddał się owym narzędziom. Oczywiście setki fizyków znały te metody, jednak prawie żaden z nich nie był w stanie zastosować ich tak efektywnie, jak czynił to Fermi. W pewnym momencie swojej kariery, pracując niemal wyłącznie na własną rękę, Fermi nauczył się uważnie przyglądać się problemowi, znajdować odpowiedni punkt wyjścia do próby jego rozwiązania i systematycznie zgłębiać go za pomocą niebywale potężnego intelektu, aby ostatecznie znaleźć rozwiązanie, unikając wszystkich falstartów i ślepych uliczek, w które mogą dać się zwieść mniej utalentowani uczeni. Kwestia tego, w jaki sposób udało mu się to osiągnąć, czyli jak Fermi stał się Fermim, jest być może w pewnym sensie niedającą się wyjaśnić tajemnicą. Niemniej jednak warto spróbować rozwiązać tę zagadkę, ponieważ zrozumienie tego, jak młody chłopak z Rzymu stał się, według słów jednego ze swych byłych studentów, „ostatnim człowiekiem, który wiedział wszystko”, może pomóc nam docenić pełnię potencjału ludzkiego umysłu i ducha[10].

Przypisy

Przedmowa

[1]Po uzyskaniu stopnia magistra Uniwersytetu Columbia: Były kolega mojego ojca nie zgadzał się z tą historią, przypominając, że w tym czasie Jack nie był formalnie zatrudniony na wydziale Uniwersytetu Columbia. Mogę jedynie powiedzieć, że tak zapamiętał to mój ojciec.

[2]Praca Telegdiego na temat Fermiego: Telegdi, Enrico Fermi, w: Shils, Remembering the University of Chicago, s. 110–129.

[3]Biografowi nie pozostaje nic innego: Od 2013 roku ukazały się dwie pełne biografie: The Pope of Physics, autorstwa bratanka Emilia Segrègo Gina i jego żony Bettiny Hoerlin (Holt, 2016); oraz Giuseppe Bruzzanitiego Enrico Fermi: Obedient Genius (Springer, 2016). Ostatnia pozycja jest tłumaczeniem książki pierwotnie opublikowanej w języku włoskim w 2007 roku.

Wstęp

[1]„infantylnego” żartownisia trawionego zazdrością: Magueijo, Brilliant Darkness, s. 53–56, 86–87.

[2]największego naukowca w historii Zachodu: Orear, Enrico Fermi, s. 64.

[3]podczas wywiadu na potrzeby filmu dokumentalnego CBC: TWOEF, Wywiad z I.I. Rabim, 1.

[4]Snow wyraził to zwięźle: Snow, Physicists, s. 79.

[5]Jeśli chodzi o zasługi w roli nauczyciela: Telegdi, Enrico Fermi, s. 125. Jak zauważa Valentine Telegdi, dwaj inni giganci dwudziestowiecznej fizyki, Ernest Rutherford i Arnold Sommerfeld, mieli osiągnięcia dydaktyczne równe Fermiemu, ale Rutherford wyszkolił tylko doświadczalników, a Sommerfeld tylko teoretyków. Studenci Fermiego zaliczają się w poczet zarówno światowej klasy eksperymentatorów, jak i teoretyków.

[6]Obliczenia prawdopodobieństw: O dziwo, uznał, że dziesięcioprocentowe prawdopodobieństwo wystąpienia takiego zdarzenia jest tak niskie, iż nie warto traktować go poważnie.

[7]Natomiast ta druga zdolność była czasem źle interpretowana: Peierls, Nuclear Physics in Rome, w: Stuewer, Nuclear Physics in Retrospect, s. 59.

[8]Majorana: Są naukowcy, którzy „zdarzają się”: Cytowane w Chandrasekhar, The Pursuit of Science, s. 410.

[9]teoretyk kwantowy Wolfgang Pauli pewnego razu zażartował: Wolfgang Pauli powiedział to do George’a Uhlenbecka. Zob. Weiner, Exploring the History of Nuclear Physics, s. 188.

[10]Niemniej jednak warto spróbować: Geoffrey Chew, wywiad z autorem, 5 maja 2014 roku. Ugo Amaldi, wywiad z autorem, 7 czerwca 2016 roku.

[1*] Metoda Monte Carlo wykorzystywana jest do matematycznego modelowania procesów, które są zbyt złożone, aby można było przewidzieć ich wyniki przy zastosowaniu narzędzi analitycznych (przyp. tłum.).