Jak powstała bomba atomowa

Tekst
0
Recenzje
Przeczytaj fragment
Oznacz jako przeczytane
Jak czytać książkę po zakupie
Czcionka:Mniejsze АаWiększe Aa

Leopold Infeld podczas jazdy pociągiem z Nowego Jorku przez New Jersey do Princeton „zdziwił się, że jest tak dużo drewnianych domów; w Europie patrzy się na nie z lekceważeniem, uważając drewno za tani materiał zastępczy, który, w odróżnieniu od cegły, nie opiera się upływowi czasu”. Nieuchronnie w trakcie tej właśnie podróży zauważył także „stare samochody na złomowisku, sterty metalowego szmelcu”. Kampus w Princeton był zupełnie opustoszały. Odnalazł hotel i zapytał, gdzie się podziali studenci. Może oglądają Notre Dame, powiedział recepcjonista. „Czy ja nie zwariowałem? – pomyślał Infeld. – Notre Dame jest w Paryżu. A to jest Princeton z wymarłymi ulicami. Co to wszystko znaczy?” Wkrótce się dowiedział. „Nagle wszystko się zmieniło. Zdarzyło się to od razu, w ułamku sekundy. Samochody zaczęły jeździć, tłumy ludzi przewalały się ulicami, hałaśliwi studenci krzyczeli i śpiewali”[125]. Infeld przybył w sobotę, a w tych czasach Princeton grywało z Notre Dame w amerykańską piłkę nożną[9*].

Pierwszej nocy po przyjeździe do Nowego Świata Hans Bethe przemierzył pieszo cały Nowy Jork[126].

Chemik Kurt Mendelssohn dobrze zapamiętał ranek po ucieczce: „Gdy się obudziłem, słońce świeciło mi w twarz. Spałem głębokim snem, dobrze i długo – po raz pierwszy od wielu tygodni. [Poprzedniego wieczoru] przyjechałem do Londynu i poszedłem spać bez obawy, że o trzeciej rano przyjedzie po mnie samochód z kilkoma szturmowcami z SA”[127].

Wolność oznacza wiele – naukę i karierę, możliwość zdobycia środków do życia, posiadanie rodziny i miłość – ale przede wszystkim oznacza spokojny sen i uczucie bezpieczeństwa, z jakim wita się poranne słońce świecące w twarz.

8

Wzruszanie i kopanie[1]

Siódma konferencja Solvaya, która odbyła się w Brukseli w październiku 1933 roku, była dla George’a Gamowa okazją do ucieczki ze Związku Radzieckiego, w którym coraz niechętniej patrzono na fizyków teoretyków uporczywie obstających przy nowych poglądach[2]. Poprzedniego lata wysoki, jasnowłosy, potężnie zbudowany, pochodzący z Odessy Gamow wraz z żoną Ro, fizyczką, chcieli uciec przez Morze Czarne: zamierzali pokonać 275 kilometrów dzielących Krym od Turcji w składanym, wywrotnym, gumowym kajaku, nie znając nawet prognozy pogody. Wzięli kieszonkowy kompas, z trudem zdobyte jajka ugotowane na twardo, czekoladę, dwie butelki koniaku oraz torbę świeżych truskawek i wyruszyli rano, rzekomo na wycieczkę. Wiosłowali w pocie czoła do późna w nocy. Jedynym dokumentem, jaki mieli przy sobie, było jego duńskie prawo jazdy na motorze, pamiątka z zimy 1930 roku, spędzonej w Kopenhadze po zakończeniu pracy u Rutherforda w Laboratorium Cavendisha. Gamow zamierzał pokazać Turkom ten dokument, oświadczyć, że jest Duńczykiem, skierować się do najbliższego konsulatu duńskiego i oddać się na odległość pod opiekę Bohra. Morze Czarne jednak nie bez powodu dostało swą nazwę. Wiatr uniemożliwił ucieczkę. Gamow i Ro, przemoczeni i wyczerpani po spędzeniu chłodnej nocy na niespokojnym morzu, zostali zepchnięci z powrotem na rosyjski brzeg.

Wrócili do Leningradu. Rok później Gamow został oficjalnie zawiadomiony, że rząd wydelegował go na konferencję Solvaya. „Nie mogłem oczom uwierzyć” – pisze w autobiografii[3]. Był to łatwy sposób opuszczenia kraju, tyle tylko że Ro nie wydelegowano. Gamow postanowił, że albo dostanie drugi paszport, albo demonstracyjnie nie pojedzie na konferencję. Znajomy działacz bolszewicki Nikołaj Bucharin wyjednał mu przyjęcie u premiera Wiaczesława Mołotowa na Kremlu. Mołotow dziwił się, że fizyk nie może dwa tygodnie żyć bez żony. Gamow zwierzał się niby po koleżeńsku:

Widzicie – powiedziałem, chcąc uwiarygodnić moją prośbę – mógłbym wam powiedzieć, że moja żona, fizyczka, jest moją naukową sekretarką, zajmuje się dokumentami, notatkami i tak dalej, że nie mogę wziąć udziału w tak dużym kongresie bez jej pomocy. Ale to nieprawda. Rzecz w tym, że ona nigdy nie była za granicą i po Brukseli chcę ją zabrać do Paryża, by zobaczyła Luwr, Folies Bergère i tak dalej i zrobiła trochę zakupów.

To Mołotow rozumiał. „Nie przypuszczam, by nie dało się tego załatwić” – powiedział Gamowowi[4].

Gdy nadszedł czas odbioru paszportów, okazało się, że Mołotow zmienił zdanie, wolał bowiem nie stwarzać precedensów. Gamow stanowczo nie zgadzał się na wyjazd. Urząd paszportowy trzy razy wzywał go po odbiór paszportu i trzy razy Gamow odpowiadał, że poczeka, aż będą dwa. Za czwartym razem „głos w telefonie poinformował mnie, że oba paszporty są gotowe. I rzeczywiście były!”[5] (Po konferencji młodzi zdrajcy wyjechali do Ameryki. Gamow wykładał w letniej szkole Uniwersytetu Michigan w ładnej miejscowości Ann Arbor i stamtąd przeniósł się na Uniwersytet Jerzego Waszyngtona w stolicy, gdzie otrzymał stanowisko profesora).

Konferencja Solvaya, po raz pierwszy poświęcona fizyce jądrowej, ściągnęła najwyższej klasy uczonych dwóch pokoleń; ze starszych fizyków przyjechali: Maria Curie, Rutherford, Bohr, Lise Meitner, a z młodszych – Heisenberg, Pauli, Fermi, Chadwick (osiem osób z Cambridge i ani jednej z rozbitej Getyngi), Gamow, Irène i Frédéric Joliot-Curie, Patrick Blackett i Rudolf Peierls. Ernest Lawrence, który już uruchomił swój cyklotron, reprezentował fizyków amerykańskich.

Omawiano budowę protonu. Choć inne tematy mogły się wówczas wydawać ważniejsze, rzeczywistość tego nie potwierdziła. 2 sierpnia 1932 roku Carl Anderson, amerykański fizyk doświadczalny z Caltechu, za pomocą starannie przygotowanej komory mgłowej odkrył w strumieniu promieni kosmicznych nową cząstkę – elektron z ładunkiem dodatnim, czyli pozyton. Był to pierwszy znak, że we wszechświecie występuje nie tylko materia, ale także antymateria. (W 1936 roku Anderson otrzymał za to odkrycie Nagrodę Nobla). Natychmiast wszyscy fizycy zaczęli przeglądać swoje archiwalne zdjęcia z komory mgłowej. Wielu dostrzegło teraz ślady pozytonu, których wcześniej nie zidentyfikowali (małżonkowie Joliot-Curie, którzy przeoczyli neutron, stwierdzili teraz, że przeoczyli również pozyton). Nasuwało się przypuszczenie, że dodatnio naładowany proton nie jest cząstką elementarną, ale składa się z neutronu połączonego z pozytonem. (Okazało się, że tak nie jest: wkrótce dowiedziono, że w jądrze brak miejsca na elektrony, bez względu na to, czy są dodatnio czy ujemnie naładowane).

Po zidentyfikowaniu przeoczonego wcześniej pozytonu małżonkowie Joliot-Curie ponownie uruchomili swoją komorę mgłową i zaczęli szukać nowej cząstki w innych układach eksperymentalnych. Ustalili, że bombardowanie pierwiastków ze środka układu okresowego cząstkami alfa z polonu powoduje emisję protonów. Zauważyli następnie, że lżejsze pierwiastki, zwłaszcza glin i bor, czasami nie emitują protonu, ale najpierw neutron, a potem pozyton. To sugerowało, że proton składa się z neutronu i pozytonu. Joliot-Curie, pełni entuzjazmu, wygłosili na konferencji sprawozdanie, w którym przedstawili swoje obserwacje.

Lise Meitner skrytykowała ich referat. Sama przeprowadziła podobne doświadczenie w Instytucie Cesarza Wilhelma, a jej wyjątkowo dokładne prace były wysoko cenione. A jednak w swoim doświadczeniu „nie zdołała wykryć ani jednego neutronu”[6]. Sympatie uczestników konferencji były po stronie Meitner. „Większość obecnych fizyków nie miała przekonania do dokładności naszych doświadczeń – wspominał Joliot. – Po posiedzeniu byliśmy bardzo przygnębieni”. Na szczęście wtrącili się teoretycy. „W tym momencie profesor Niels Bohr odprowadził nas na bok [...] i powiedział, że jego zdaniem nasze wyniki są bardzo ważne. Chwilę później również Pauli dodał nam otuchy”[7]. Małżonkowie wrócili do Paryża zdecydowani wyświetlić tę sprawę raz na zawsze.

Frédéric miał wówczas trzydzieści trzy lata, a jego żona trzydzieści sześć. Mieli małą córeczkę, latem żeglowali i pływali, zimą jeździli na nartach i razem ciężko pracowali w laboratorium w Dzielnicy Łacińskiej, przy ulicy Pierre’a Curie. W 1932 roku Irène została po matce dyrektorem Instytutu Radowego; dawno owdowiała uczona była śmiertelnie chora na białaczkę wywołaną napromieniowaniem.

Wyglądało na to, że pojawienie się neutronu i pozytonu zamiast protonu zależy od energii cząstek alfa uderzających w daną tarczę. Małżonkowie Joliot-Curie mogli sprawdzić tę możliwość, zwiększając odległość między źródłem cząstek alfa (próbki polonu) a tarczą. Cząstki alfa musiały wtedy pokonać większy dystans w powietrzu i w związku z tym traciły prędkość. Joliot przystąpił do pracy. Nie miał wątpliwości, że widzi neutrony. Gdy odsuwał polon od tarczy, to znaczy aluminiowej folii, „emisja neutronów całkowicie [ustawała] po dojściu do minimalnej prędkości”. Zdarzyło się jednak coś, co go zaskoczyło: nawet gdy emisja neutronów już ustała, nadal trwała emisja pozytonów – nie ustawała gwałtownie, ale zmniejszała się „z biegiem czasu, tak jak promieniowanie [...] naturalnego pierwiastka promieniotwórczego”[8]. Co to znaczyło? Wcześniej Joliot obserwował cząstki w komorze mgłowej, śledząc ich tory w przesyconej mgle. Teraz włączył licznik Geigera i zawołał Irène. Jak wyjaśniał następnego dnia koledze: „Gdy napromieniowuję tarczę cząstkami alfa z mojego źródła, słychać trzaskanie licznika Geigera. Usuwam źródło – trzaski powinny się skończyć, ale w rzeczywistości słychać je nadal”[9]. Mniej więcej po trzech minutach natężenie nieznanej emisji zmniejszało się o połowę. Frédéric i Irène nie odważyli się jeszcze wysunąć przypuszczenia, że jest to czas połowicznego rozpadu. Efekt mógł być spowodowany złym działaniem licznika Geigera.

W tym czasie pracował w instytucie młody niemiecki fizyk Wolfgang Gentner, specjalizujący się w licznikach Geigera. Joliot poprosił go, by sprawdził jego aparat. Małżonkowie wyszli na spotkanie towarzyskie, od którego nie mogli się wymówić. „Następnego rana – wspominał ów kolega, z którym Joliot rozmawiał – Joliotowie znaleźli na biurku odręczną notatkę, w której Gentner stwierdzał, że liczniki są w idealnym stanie”[10].

 

Irène i Frédéric byli prawie pewni, że znaleźli sposób otrzymywania sztucznych pierwiastków promieniotwórczych.

Przeprowadzili analizę prawdopodobnego przebiegu reakcji. Jądro glinu złożone z 13 protonów i 14 neutronów wychwytuje cząstkę alfa składającą się z 2 protonów i 2 neutronów i natychmiast emituje 1 neutron, a zatem musi przekształcać się w nietrwały izotop fosforu z 15 protonami i 15 neutronami (13 + 2 = 15 protonów, 14 + 2 − 1 = 15 neutronów). Fosfor następnie rozpada się prawdopodobnie na krzem (14 protonów, 16 neutronów); 3 minuty to czas połowicznego rozpadu fosforu.

Joliot-Curie nie mogli wykryć niezwykle małej ilości krzemu metodami chemicznymi. Wyjaśnił to Frédéric w 1935 roku, gdy wraz z żoną odbierał Nagrodę Nobla za to odkrycie: „Wydajność przemiany jest bardzo mała, ilości wagowe powstałych pierwiastków [...] wynoszą mniej niż 10–15 [grama], jest to najwyżej kilka milionów atomów”[11] – zbyt mało, by wykryć ich udział w reakcji chemicznej. Mogli jednak śledzić promieniowanie fosforu za pomocą licznika Geigera. Jeśli istotnie następowała sztuczna przemiana pewnej ilości glinu w fosfor, to powinno dać się rozdzielić te dwa różne pierwiastki metodą chemiczną. Źródłem promieniowania powinien być tylko wydzielony fosfor, nie zaś glin, który pozostaje w niezmienionej postaci. Do tego celu potrzebowali metody rozdziału pierwiastków w czasie krótszym od trzech minut, zanim i tak słabe promieniowanie nie zaniknie poniżej progu detekcji licznika Geigera.

To żądanie zaskoczyło chemika z sąsiedniego laboratorium, który – jak wspominał Joliot – „nigdy w ten sposób nie podchodził do chemii”[12], ale jednak wymyślił odpowiednią metodę. Napromieniowany kawałek folii aluminiowej wrzucano do zamykanego pojemnika z kwasem solnym. Kwas rozpuszczał folię, w wyniku reakcji powstawał gazowy wodór. Wodór reagował z fosforem, tworząc lotny związek, który wydzielał się z roztworu. Gaz odprowadzano do odwróconej do góry dnem probówki. Rozpuszczony glin nie powodował już trzasków w liczniku Geigera, natomiast gaz tak, a zatem jakiś czynnik promieniotwórczy został odprowadzony wraz z nim. Różne próby chemiczne dowiodły, że substancją promieniotwórczą jest fosfor – Joliot podskakiwał z radości jak mały chłopiec.

Odkrycie to stanowiło rodzaj hołdu dla cierpiącej matki Irène, która szkoliła córkę i pomagała finansowo zięciowi:

Maria Curie śledziła nasze badania i nigdy nie zapomnę tej ogromnej radości, jaka ją ogarnęła, gdy razem z Irène pokazaliśmy jej w małej szklanej probówce pierwszy sztuczny pierwiastek promieniotwórczy. Nadal widzę, jak bierze palcami (już i tak poparzonymi radem) tę małą probówkę zawierającą związek promieniotwórczy – wprawdzie mało aktywny. Chcąc sprawdzić naszą relację, zbliżyła probówkę do licznika Geigera-Müllera i usłyszała liczne trzaski. Niewątpliwie była to ostatnia wielka satysfakcja w jej życiu.[13]

Małżonkowie Joliot-Curie opisali swoje badania – „jedno z najważniejszych odkryć stulecia”, jak mówi Emilio Segrè w swojej historii nowoczesnej fizyki – w „Comptes rendus” 15 stycznia 1934 roku, a cztery dni później w „Nature” w postaci listu do redakcji[14]. „Doświadczenia te są pierwszym chemicznym dowodem sztucznej przemiany” – stwierdzali z dumą[15]. Po dwóch tygodniach napisał do nich Rutherford: „Gratuluję wam obojgu świetnej pracy i jestem pewien, że z czasem okaże się, jak wielkie ma znaczenie” – jak na mistrza eksperymentu była to ogromna pochwała. Kilkakrotnie przeprowadzał sam podobne doświadczenia, ale, jak powiedział, „bez powodzenia”[16].

Małżonkowie udowodnili, że możliwe jest nie tylko odłupanie kawałeczka jądra, czego dokonał Rutherford, ale również zmuszenie go do oddania pewnej energii w procesie rozpadu promieniotwórczego. W swojej części przemówienia z okazji wręczenia Nagrody Nobla Joliot przewidywał możliwe następstwa tego odkrycia. Biorąc pod uwagę postępy nauki, powiedział, „mamy podstawy do przypuszczenia, że naukowcy, obojętne, czy budując, czy rozbijając pierwiastki, zdołają doprowadzić do przemiany o charakterze wybuchowym. [...] Jeśli proces przemiany może rozprzestrzeniać się w materii, to wolno nam oczekiwać wyzwolenia olbrzymiej ilości użytecznej energii”. Dostrzegał także możliwość kataklizmu, „gdyby taka zaraza objęła wszystkie pierwiastki na naszej planecie”.

Astronomowie obserwują czasem nagły wzrost jasności gwiazdy średniej wielkości; gwiazda niewidoczna gołym okiem wspaniale się rozjaśnia i staje się widoczna bez teleskopu – to tak zwane nowe. Taki gwałtowny wzrost jasności gwiazdy może być wynikiem przemian o wybuchowym charakterze, podobnym do pobudzonych fantazją wyobrażeń, które nam się nasuwają – proces ten badacze niewątpliwie będą usiłowali przeprowadzić, ale mam nadzieję, że zachowają nieodzowną ostrożność.[17]

Leo Szilard nie otrzymał zaproszenia na konferencję Solvaya. Do października 1933 roku, oprócz osiągnięć w doskonale wyposażonym laboratorium – mieszczącym się w jego głowie – nie dokonał w fizyce jądrowej niczego godnego uwagi. W sierpniu napisał do przyjaciela, że „wydaje mnóstwo pieniędzy na podróże, oczywiście nic nie zarabia i w ten sposób długo nie pociągnie”[18]. Pomysł łańcuchowej reakcji jądrowej „stał się dla niego czymś w rodzaju obsesji”. Gdy w styczniu usłyszał o odkryciu Joliot-Curie, jego obsesja wręcz rozkwitła: „Nagle zobaczyłem, że mamy w ręku narzędzia do zbadania, czy możliwa jest taka reakcja łańcuchowa”[19].

Szilard przeniósł się do tańszego hotelu, do Strand Palace, w pobliżu Trafalgar Square. „Miałem ostatecznie trochę zaoszczędzonych pieniędzy [...] prawdopodobnie dość, by żyć przez rok na poziomie, do którego byłem przyzwyczajony, a zatem nie było szczególnego powodu do pospiesznego szukania pracy” – wspominał później[20]. Podniecenie wywołane nowymi pomysłami zmniejszyło sierpniowy niepokój. „Pamiętam, że wchodziłem do wanny [...] około dziewiątej rano. Nie ma lepszego miejsca do myślenia niż wanna. Moczyłem się i myślałem, około dwunastej służąca stukała i pytała: «Czy wszystko w porządku, proszę pana?». Wtedy zwykle wychodziłem i robiłem kilka notatek, dyktowałem kilka memoriałów”[21].

Jednym z „memoriałów” był wniosek patentowy[22], złożony 12 marca 1934 roku, dotyczący energii atomowej[23]. Był to pierwszy z kilku wniosków Szilarda, złożonych w tym i następnym roku, które ostatecznie zebrał w jeden: Improvement in or Relating to the Transmutation of Chemical Elements [Udoskonalenia w przemianie pierwiastków chemicznych albo z nią związane]. (Tego samego dnia złożył wniosek patentowy, nigdy nieprzyznany, w którym proponował przechowywanie książek w postaci mikrofilmów)[24]. We wrześniu, rozmyślając o reakcji łańcuchowej, Szilard doszedł do wniosku, że do bombardowania jąder lepsze są neutrony niż cząstki alfa. Wykorzystał to spostrzeżenie w propozycji alternatywnej metody wywoływania sztucznej promieniotwórczości:

Zgodnie z koncepcją opisywanego wynalazku ciała promieniotwórcze są wytwarzane przez bombardowanie odpowiednich pierwiastków neutronami. [...] Takie pozbawione ładunków jądra przenikają nawet do substancji zawierających cięższe pierwiastki bez strat spowodowanych jonizacją i powodują powstanie substancji promieniotwórczych.[25]

Był to pierwszy krok, a także zuchwała fanfaronada. Przypuszczenie Szilarda, że neutrony mogą wzbudzać sztuczną promieniotwórczość, opierało się jedynie na przesłankach teoretycznych. Nie przeprowadził niezbędnych doświadczeń. Jak na razie takie doświadczenia przeprowadzili tylko Irène i Frédéric Joliot-Curie, ale zastosowali w nich cząstki alfa. Szilard poszukiwał czegoś więcej niż sztucznej promieniotwórczości. Dążył do wywołania reakcji łańcuchowych, do wytwarzania energii, do bomb atomowych. Nie wpadł jeszcze na pomysł, który nadawałby się do opatentowania. Zastanawiał się, jaki pierwiastek, lub pierwiastki, wychwytując jeden neutron, mógłby emitować dwa neutrony lub więcej. Jak później powiedział, w pewnym momencie postanowił, że „najrozsądniej byłoby systematycznie zbadać wszystkie pierwiastki. Było ich dziewięćdziesiąt dwa. Oczywiście, jest to dość nudne zajęcie, pomyślałem więc, że gdybym zdobył trochę pieniędzy, kazałbym zbudować odpowiedni aparat i zatrudniłbym kogoś, kto usiadłby i przebadał wszystkie pierwiastki, jeden po drugim”[26].

To zajęcie z pewnością nie byłoby nudne. W rzeczywistości Szilard nie miał możliwości prowadzenia takich badań – nie miał dostępu do laboratorium, odpowiedniego personelu i wystarczających funduszy. „Żaden z fizyków nie przejawiał najmniejszego entuzjazmu dla reakcji łańcuchowej” – wspominał. Rutherford go wyrzucił. Blackett powiedział: „Niech pan posłucha, w Anglii nie powiedzie się panu z taką fantastyczną ideą. Może w Rosji. Jeśli jakiś rosyjski fizyk poszedłby do rządu i powiedział: «musimy zrobić reakcję łańcuchową», dostałby potrzebne pieniądze i urządzenia. Ale w Anglii ich pan nie dostanie”[27]. Chroniąc się w wannie przed londyńskim chłodem, Szilard powrócił do myśli o przyszłości. Stracił okazję przeprowadzenia systematycznych badań pierwiastków za pomocą bombardowania ich neutronami w poszukiwaniu niespodzianek.

Z tej okazji skorzystali natomiast Enrico Fermi i jego zespół młodych naukowców w Rzymie. Fermi był odpowiednio przygotowany[28]. Miał wszystko, czego brakowało Szilardowi. Równie szybko jak on dostrzegł, że do bombardowania jąder neutrony nadają się lepiej niż cząstki alfa. Nie było to oczywiste. Neutrony uzyskiwano za pomocą cząstek alfa (tak jak uzyskali je Joliot-Curie, gdy tropili pozytony). Skoro nie wszystkie cząstki alfa trafiały w cel, to neutronów powstawało odpowiednio mniej. Jak napisał Otto Frisch: „Pamiętam, że pomyślałem sobie, i prawdopodobnie wielu innych tak samo, że ten eksperyment Fermiego jest naprawdę głupi, przecież neutronów było znacznie mniej niż cząstek alfa. Oczywiście, ten prosty argument pomijał fakt, że są dużo bardziej skuteczne”[29].

Fermi przez ponad cztery lata przygotowywał laboratorium do dużej wyprawy w dziedzinę fizyki jądrowej. Gdyby Włochy były jednym z czynnych ośrodków badań fizycznych, byłby pewnie zbyt zajęty, by tak starannie opracować plany na przyszłość. Jednak w czasie, gdy Fermi został fizykiem, włoska fizyka była zrujnowana jak Pompeje. Nie miał innego wyboru, jak odsunąć na bok gruz i zacząć od nowa.

Biografowie Fermiego (jego żona Laura oraz uczeń i współpracownik, laureat Nagrody Nobla Emilio Segrè) przypisują jego zainteresowanie fizyką urazowi po śmierci starszego o rok brata. Giulio zmarł zimą 1915 roku, gdy Enrico miał czternaście lat[30]. Chłopcy byli nierozłączni, po śmierci Giulia (w czasie niezbyt poważnej operacji wrzodu gardła) Enrico nagle został sam.

Tej zimy, w pewien dzień targowy, Enrico przetrząsał książki w kramach na rzymskim Campo dei Fiori, na którym znajduje się pomnik filozofa Giordana Bruno, obrońcy Kopernika, spalonego na stosie w 1600 roku z wyroku inkwizycji. Znalazł tam dwa tomy Elementorum phisicae mathematicae, dzieła fizyka z zakonu jezuitów, wydanego w 1840 roku. Osamotniony chłopiec wydał na nie swą tygodniówkę. Podręczniki tak go zainteresowały, że przeczytał je od deski do deski. Gdy skończył, powiedział starszej siostrze Marii, że nawet nie zauważył, iż są pisane po łacinie. „Fermi musiał przestudiować to dzieło bardzo dokładnie – stwierdził Segrè, przeglądając wiele lat później stare księgi – gdyż na marginesach były uwagi, poprawki, a między stronami kilka skrawków papieru z odręcznymi notatkami”[31].

Był to początek rozwoju Fermiego jako fizyka, rozwoju szybkiego i łatwego, zakłóconego tylko raz, lecz poważnie. W latach 1914–1917 nad jego studiami matematyki i fizyki czuwał przyjaciel ojca, inżynier Adolfo Amidei; pożyczał mu podręczniki z algebry, trygonometrii, geometrii analitycznej, rachunku różniczkowego i mechaniki teoretycznej. Enrico przeskoczył trzecią klasę i wcześniej ukończył liceo. Amidei zapytał go wówczas, czy zdecyduje się na fizykę czy matematykę, i uznał za słuszne zapisać i podkreślić dokładną odpowiedź młodego człowieka: „Namiętnie studiowałem matematykę, ponieważ uważałem, że jest niezbędna w studiowaniu fizyki, której wyłącznie chcę się poświęcić. [...] Przeczytałem wszystkie najlepsze książki z fizyki”[32].

 

Amidei poradził Fermiemu, by nie zapisywał się na uniwersytet w Rzymie, ale w Pizie. Tam bowiem mógłby ubiegać się o przyjęcie do grona stypendystów związanej z uniwersytetem, cieszącej się międzynarodowym uznaniem Scuola Normale Superiore, która zapewniała studentom mieszkanie i utrzymanie. Amidei powiedział Segrèmu, że chciał również wyrwać Fermiego z domu, gdzie „po śmierci Giulia [...] panowała przytłaczająca atmosfera”[33].

Konkursowa praca Fermiego na wyznaczony temat „Charakterystyka dźwięku” zaskoczyła egzaminatora Scuola Normale. Zawierała, podaje Segrè, „równanie różniczkowe cząstkowe drgającego pręta, które Fermi rozwiązał za pomocą analizy Fouriera, znajdując wartości i częstości własne, a [...] to byłaby dobra odpowiedź w czasie egzaminu doktorskiego”[34]. Egzaminator wezwał siedemnastoletniego absolwenta liceum i powiedział mu, że jest znakomity i że zostanie wielkim uczonym. W 1920 roku Fermi napisał przyjacielowi, że mógłby teraz uczyć swoich nauczycieli z Pizy: „Na wydziale fizyki powoli staję się największym autorytetem. W najbliższym czasie wygłoszę (w obecności kilku potentatów) wykład na temat teorii kwantów, którą stale i usilnie propaguję”[35]. Jeszcze na studiach w Pizie wniósł pierwszy trwały wkład do fizyki – otrzymał pewien istotny wynik w ogólnej teorii względności.

Wyjątkowym okresem w tej szybkiej karierze był pobyt zimą 1923 roku w Getyndze. Fermi zdobył stypendium na staż zagraniczny i postanowił studiować pod kierunkiem Maxa Borna. W Getyndze byli wówczas Wolfgang Pauli, Werner Heisenberg i świetny młody teoretyk Pascual Jordan, ale jakoś nie zwrócili uwagi na jego wybitne zdolności i Fermi poczuł, że jest ignorowany. Ponieważ jednak, jak to określił Segrè, był „nieśmiały, dumny i nawykły do samotności”[36], mógł sam przyczynić się do tego ostracyzmu. Niewykluczone również, że Niemcy byli do niego uprzedzeni ze względu na bardzo złą opinię o włoskiej fizyce. Możliwe także, że usta zamknęła mu zdecydowana awersja do filozofii: „nie mógł zgłębić pierwszych prac Heisenberga z mechaniki kwantowej nie dlatego, że miał jakieś trudności z matematyką, ale dlatego, że fizyczne koncepcje były mu obce i wydawały się nieco mgliste”[37]. W każdym razie w Getyndze napisał prace, które „równie dobrze mógł napisać w Rzymie”[38]. Segrè sądzi, że „Fermi zapamiętał Getyngę jako coś w rodzaju niepowodzenia. Przebywał tam kilka miesięcy. Siedział na boku, przy stole, zajęty tylko pracą. Wyjazd nie przyniósł mu żadnych korzyści. Nie poznali się na nim”[39]. Rok później Paul Ehrenfest przekazał mu wyrazy uznania za pośrednictwem dawnego studenta, który odwiedził Fermiego w Rzymie. Trzymiesięczne stypendium pozwoliło młodemu Włochowi pojechać do Lejdy na tradycyjne doszlifowanie u Ehrenfesta. Po tym Fermi mógł już być pewny swojej wartości.

Fermi zawsze czuł niechęć do filozoficznej fizyki; ścisła prostota, konkretność stały się znakiem szczególnym jego stylu. Segrè sądził, że Fermi skłaniał się „ku konkretnym zagadnieniom dającym się sprawdzić doświadczalnie”[40]. Wigner uważał, że „nie lubił skomplikowanych teorii i w miarę możliwości ich unikał”[41]. Bethe podkreślał „oświecającą prostotę” Fermiego[42]. Pauli, odznaczający się mniejszą wspaniałomyślnością i ostrym językiem, nazywał go „inżynierem kwantowym”[43]. Victor Weisskopf, choć podziwiał Fermiego, dostrzegał w złośliwym określeniu Pauliego nieco prawdy – styl włoskiego fizyka rzeczywiście różnił się od stylu teoretyków skłonnych do filozofowania, takich jak na przykład Bohr. „To nie filozof – stwierdził kiedyś Robert Oppenheimer, szkicując jego portret. – Zamiłowanie do klarowności. Po prostu nie umiał pogodzić się z jakimiś niejasnościami, a ponieważ niejasności zawsze pozostają, był bardzo zajęty”[44]. Amerykański fizyk, który pracował z Fermim, gdy ten już był w średnim wieku, sądził, że jest „zimny i przenikliwy. [...] Może trochę bezlitosny w tym sensie, że decydując o jakimś zagadnieniu, kierował się tylko faktami, na ogół gardząc lub ignorując niejasno określone prawa ludzkiej natury”[45].

Zamiłowanie do klarowności łączyło się z zamiłowaniem do oceny ilościowej. Wydawało się, że usiłuje policzyć wszystko, co się da, zupełnie jakby dobrze czuł się tylko wtedy, gdy zjawiska lub zależności można określić lub policzyć. „Kciuk służył mu jako zawsze dostępna miarka – pisze Laura Fermi. – Trzymając go blisko lewego oka i przymykając prawe, mierzył odległość do łańcucha gór, wysokość drzewa, a nawet szybkość lotu ptaka”[46]. „Miał wrodzone zamiłowanie do klasyfikacji – wspomina – słyszałam, jak «szeregował ludzi» zależnie od ich wzrostu, wyglądu, zamożności lub nawet seksapilu”[47].

Fermi urodził się w Rzymie 29 września 1901 roku w rodzinie, której w XIX wieku udało się wyrwać ze wsi w dolinie Padu i rozpocząć karierę urzędniczą we włoskiej kolei państwowej. Jego ojciec był capo divisione w zarządzie kolei; ranga ta odpowiadała wojskowej randze generała brygady. Zgodnie z ówcześnie panującym we Włoszech zwyczajem nowo narodzonego Enrica wysłano na wieś do mamki (tak samo wychowywał się jego brat Giulio). Ponieważ jednak Enrico był dzieckiem chorowitym, rodzice zabrali go do domu, dopiero gdy miał dwa i pół roku. W pokoju pełnym obcych ludzi, którzy podobno stanowili jego rodzinę, zaczął płakać, „przypuszczalnie – pisze Laura Fermi – tęskniąc za szorstką wylewnością niani”.

Matka przemówiła doń stanowczym głosem, żądając, aby się natychmiast uspokoił; w tym domu nie tolerowano niegrzecznych chłopców. Chłopiec posłuchał od razu, zaniechał płaczu i kaprysów. Zrozumiał, i zostało mu to na całe dzieciństwo, że walka ze starszymi do niczego nie doprowadzi. Jeśli takie jest ich życzenie, dobrze, nie będzie się sprzeciwiał; łatwiej jest być z nimi niż przeciwko nim.[48]

W 1926 roku, w wieku dwudziestu pięciu lat, w wyniku obowiązującego we Włoszech systemu concorsos, czyli ogólnokrajowych konkursów, Fermi został profesorem fizyki teoretycznej na Uniwersytecie Rzymskim. Była to nowa katedra, a do jej powołania przyczynił się wpływowy Sycylijczyk Orso Mario Corbino, człowiek niski, smagły i wybuchowy. W 1921 roku, gdy Fermi go poznał, miał czterdzieści sześć lat, był dyrektorem instytutu fizyki na uniwersytecie i senatorem królestwa. Wobec oburzenia włoskich fizyków wywołanego jego szybkim awansem Fermi z zadowoleniem przyjął ochronę, jaką zapewniał mu patronat Corbina. Senator dla swych prób zreformowania włoskiej fizyki zdobył poparcie faszystowskiego rządu Benita Mussoliniego, dawnego dziennikarza, choć sam nie był członkiem jego partii.

Pod koniec lat dwudziestych Corbino i młody profesor doszli zgodnie do wniosku, że najwyższy czas, by grupka zebrana na uniwersytecie skolonizowała terytorium poza granicami znanej fizyki[49]. Postanowili, że terytorium tym będzie jądro atomowe, które wówczas usiłowano opisać w ramach mechaniki kwantowej, choć nie zbadano go jeszcze eksperymentalnie. W początkach 1927 roku zastępcą Corbina został Franco Rasetti, erudyta, kolega Fermiego z tego samego roku studiów w Pizie. Rasetti i Fermi zwerbowali Segrègo, który studiował na politechnice. Fermi zabrał go na konferencję w Como i opowiedział o osiągnięciach zebranych tam luminarzy nauki. Jak zauważył Segrè, w tym czasie Pauli i Heisenberg docenili już zdolności Fermiego i zaliczali go do swych przyjaciół. Segrè, syn zamożnego właściciela fabryki papieru, wniósł do tej grupy zarówno elegancję, jak i talent.

Corbino dokonał najazdu na politechnikę i porwał do swojej grupy Edoarda Amaldiego, syna profesora matematyki Uniwersytetu Padewskiego. Fermi zyskał szybko przydomek „papież”, z racji nieomylności w dziedzinie kwantów; Corbino, jak Rutherford, nazywał ich swoimi „chłopcami”. Dla zaprawy Rasetti wyjechał do Caltechu, a Segrè do Amsterdamu. Na początku lat trzydziestych, gdy postanowiono zająć się fizyką jądrową, Fermi znowu wysłał ich za granicę; Segrègo do pracy u Ottona Sterna w Hamburgu, Amaldiego do Lipska, do laboratorium fizykochemika Petera Debye’a, a Rasettiego do Lise Meitner w Instytucie Cesarza Wilhelma. W 1933 roku dysponowali budżetem w wysokości 2 tysiący dolarów rocznie (dziesięciokrotnie wyższym niż większość włoskich wydziałów fizyki), dobrą komorą mgłową oraz łatwo dostępnym źródłem radu; Instytut Cesarza Wilhelma dobrze ich przygotował do radzenia sobie z kaprysami liczników Geigera. Zespół był gotowy do rozpoczęcia pracy.

To koniec darmowego fragmentu. Czy chcesz czytać dalej?