научная статья по теме ЭНРИКО ФЕРМИ Космические исследования

Текст научной статьи на тему «ЭНРИКО ФЕРМИ»

Люди науки

Энрико Ферми

"Среди современных нам ученых великий итальянский физик Э. Ферми занимает особое место. В наше время, когда узкая специализация в научных исследованиях стала обычным явлением, трудно указать столь универсального физика, каким был Э. Ферми. Он внес большой вклад в развитие теоретической, экспериментальной и даже технической физики" - так писал академик Б.М. Понтекорво, ученик Э. Ферми.

Энрико Ферми (Enrico Fermi) родился 29 сентября 1901 г. в Риме. Он был

Э. Ферми. 1940-е гг.

младшим из трех детей железнодорожного служащего Альберто Ферми и Иды де Гаттис, учительницы. Несмотря на то что в семье и среди окружающих никто не побуждал его к занятиям наукой, Энрико еще мальчиком проявляет исключительный интерес к математике и физике. Выдающиеся познания в точных науках Э. Ферми приобрел в основном самообразованием. В 1918 г. Энрико поступает одновременно в Высшую нормальную школу и на физико-математический факультет Пизан-ского университета. Для поступления в Высшую школу нужно было выдержать очень трудный вступительный экзамен. Ученик Нормальной школы автоматически становился студентом университета, обучение таких студентов в университете было бесплатным.

Будучи студентом, Энрико стремился познать новые отрасли физики, касающиеся строения материи, теории относительности и квантовой теории. Но эти разделы не были известны в Италии, по ним не читались университетские курсы. Он вспоминал позднее: "Когда я поступил в университет, классическую физику и теорию относительности я знал так же, как и теперь". В университете профессора не смогли дать ему ничего нового, уже в то время Ферми разбирался в проблемах физики лучше своих учителей. Ферми много работает в лаборатории университета, пишет несколько теоретических статей по классической и статистической механике, теории относительности. В 1922 г. он с отличием защищает диплом по оптике рентгеновских лучей.

48

© Герасютин С.А.

В том же году и с такой же оценкой Ферми получил диплом об окончании Высшей нормальной школы.

После окончания университета Ферми на короткое время едет в Германию и Голландию, поскольку в Италии он не нашел специалистов по физике высокого уровня. Нидерландский физик-теоретик П. Эренфест высоко оценил дар Ферми как крупного физика. Моральная поддержка П. Эренфеста имела в жизни Ферми большее значение, чем его встречи за границей с блестящими молодыми физиками-теоретиками В. Паули и В. Гейзенбергом.

Вернувшись в Рим, итальянское правительство назначает Ферми стипендию, и по направлению Министерства образования он отправляется для дальнейшего изучения современной физики в Германию, к Максу Борну, возглавлявшему в то время отделение теоретической физики Гёттингенско-го университета им. Георга-Августа. В Гёттингене он самостоятельно выполнил ряд исследований по теоретической физике. В конце 1924 г. Ферми обучается в Лейдене (Голландия) у П. Эренфеста, под его влиянием у Ферми появляются черты серьезного исследователя. С января 1925 г. до осени 1926 г. Ферми работает временным профессором университета во Флоренции, читает лекции по теоретической механике и математической физике. В эти годы в своих исследованиях он затрагивает проблемы общей теории относительности, квантовой теории и теории электронов в твердом теле. В 1926 г. он создал новую разновидность статистической механики, которая успешно описывала поведение электронов, а позднее была применена к протонам и нейтронам. Статистика Ферми позволила лучше понять электропроводность металлов и привела к построению более эффективной модели атома. Атомная физика тесно связана с другими областями физики, что подтверждают многие термины, вошедшие в научную литературу, напри-

Профессор Университета Флоренции Э. Ферми. 1926 г.

мер газ Ферми, фермион, модель ядра по Ферми, модель атома Томаса - Ферми, фермиевские моменты нуклонов в ядре. В университете Флоренции его назначают на должность свободного доцента, он пишет блестящую книгу "Введение в атомную физику", которая позднее стала основным учебником по теоретической физике для студентов университетов.

Когда в Римском университете в 1927 г. была учреждена первая кафедра теоретической физики, Ферми, успевший обрести международный авторитет, был избран ее главой и в должности профессора преподавал в столичном университете до 1938 г. В 1928 г., когда ему было всего 27 лет, он был избран членом Королевской академии Италии. В 1929 г. Ферми избрали членом-корреспондентом Академии наук СССР, впоследствии он стал членом многих академий мира. Ферми основал первую в Италии школу современной физики. В исследовательский коллектив вошли сотрудники университета и его наиболее способные

/ ч

■ж

Э. Ферми. Рим. Начало 1930-х гг.

ученики. Вскоре вокруг него сформировалось ядро школы физиков-ядерщиков - Э. Амальди, Дж. Бернардини, Дж. Вик, Э. Майорана, Дж. Оккиалини, Б. Понтекорво, Дж. Рака, Ф. Разетти, Б. Росси, Э. Сегре, и вскоре в международных научных кругах ее стали называть группой Ферми. Они принимали участие в семинарах Римского института физики. По утверждению Б.М. Понтекорво, «Ферми был прирожденным учителем, его лекции в университете по квантовой механике, атомной физике, математической физике, термодинамике и его любимый курс по геофизике отличались большой ясностью и строгостью изложения, что, однако, не было результатом особой подготовки к лекциям (Ферми почти никогда не готовился к ним), но объяснялось глубокими знаниями и исключительной ясностью ума учителя. В конечном счете, качество лекций являлось отражением его самостоятельной работы, проводимой еще школьником, когда он пытался осознать и понять различные

явления природы. Собственным примером он учил их страстно любить физику, равно как и понимать дух и этику науки. Ферми упорно подчеркивал исключительную моральную ответственность ученого при опубликовании научной работы... В физике, по мнению Ферми, нет места для путаных мыслей, а физическая сущность любого, действительно понимаемого вопроса может быть объяснена без помощи сложных формул. Правильность такого мнения иллюстрировалась замечательной способностью Ферми быть понятным слушателям самого различного уровня. Ферми всегда подчеркивал огромную важность для студентов хорошей подготовки по классической физике, и он сам любил читать лекции по элементарной физике. Общий курс математической физики, прочитанный Ферми в Риме, представлял собой нечто вроде энциклопедии, содержавшей элементы электродинамики, теорий потенциала, относительности, распространения тепла, диффузии и упругости... Пленительная ясность мыслей, характерная для лекций Ферми, выделяет также все его книги (Ферми написал их семь) и статьи... двухтомный "Курс элементарной физики" для средних школ и великолепное "Введение в атомную физику", служащее в качестве учебника теоретической физики в Римском университете».

Теоретическая деятельность Ферми в 1926-1933 гг. шла по трем главным направлениям. Первое - квантовая механика, он успешно объяснял и пропагандировал ее в научных кругах. Второе направление было связано со статической механикой. Третье - изучение структуры атомов и молекул. Свои исследования в данной области он изложил в книге "Молекулы и кристаллы". В 1929-1930 гг. Ферми внес принципиальный вклад в становление квантовой электродинамики, он подготовил канонические правила квантования электромагнитного поля, отличные от подхода Гейзенберга - Паули.

Вот как оценил научный подход Ферми американский астрофизик, Нобелевский лауреат X. Бете: "Метод работы Ферми над теоретическими проблемами больше всего поражал меня своей простотой. Он мог проникнуть в существо любой задачи, какой бы сложной она ни казалась. Он срывал с нее покров математических усложнений и ненужного формализма. С помощью такого метода он мог, часто не более чем за полчаса, решить весьма сложную физическую задачу. Он был мастером получения важных результатов минимальными усилиями и простейшим математическим аппаратом".

В начале 1930-х гг. Ферми перенес свое внимание с внешних электронов атома на атомное ядро. В 1933 г. он предложил теорию бета-распада, с ее помощью удалось объяснить, каким образом ядро спонтанно испускает электроны и роль частиц нейтрино, лишенных электрического заряда и не поддававшихся тогда экспериментальному обнаружению. Существование таких частиц было постулировано Паули, а название придумал Ферми (нейтрино экспериментально обнаружено в 1956 г.). Теория бета-распада Ферми затрагивала новый тип сил, названных слабым взаимодействием. Статья Ферми о бета-распаде была отвергнута из-за своей новизны английским журналом "Нэйчер" (Природа), но опубликована в итальянском и немецком журналах.

После 1933 г. Ферми перенес свое внимание на атомную физику. Это случилось после открытия И. и Ф. Жолио-Кюри искусственной радиоактивности. Ферми пришел к выводу, что нейтроны должны быть наиболее эффективным орудием для получения радиоактивных элементов. В 1934 г. Ферми опубликовал свою теорию сильных и слабых взаимодействий элементарных частиц. С этого времени он проводит эксперименты по бомбардировке нейтронами элементов периодической таблицы в надежде синтезировать но-

Э. Ферми читает лекцию. 1930-е гг.

вые радиоактивные изотопы. Первого успеха удалось достичь при бомбардировке фтора. 22 октября 1934 г., поместив между источником нейтронов и активируемым серебряным цилиндром парафиновый клин, Ферми заметил, что клин не уменьшает активность нейтронов, а несколько увеличивает ее. Проведя опыт сначала с парафином, потом с водой, Ферми констатировал увеличение активности медленных нейтронов в сотни раз. Результаты опытов Ферми опубликовал в статьях "О возможном нахождении элемента с атомным номером выше 92" и "Искусственная радиоактивность, создаваемая нейтронной бомбардировкой". В опытах, выполненных в Риме в 19341935 гг., Ферми и его группа получили сотни новых радиоактивных изотопов. В эксперименте с ураном образовалась смесь изотопов, вскоре ошибочно объявили о синтезе 93-го элемента. Как оказалось впоследствии, в действительности это были продукты деления урана. Деление

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком