В делении сила. Ферми. Ядерная энергия.
Шрифт:
Общее видение научной картины помогло Ферми понять, что для изучения мира атомов необходима статистическая физика — область, занимающаяся огромными совокупностями элементов и позволяющая делать макроскопические прогнозы. Благодаря своей знаменитой научной интуиции Ферми смог объяснить бета-распад и поведение радиоактивных элементов. Он прославился способностью находить решение задач на основании небольшого количества данных (так называемые задачи Ферми). Также ученый доказал, что частица, постулированная Паули в 1930 году, — не нейтрон, а что-то другое, с меньшей массой. Ферми назвал ее нейтрино (это слово имеет очевидное итальянское происхождение: нейтрино —
Последующее экспериментальное открытие нейтрино и его новых типов, часть которых имела космическое происхождение, произвело революцию в физике элементарных частиц и помогло связать ее с астрофизикой, как это и предвидел Ферми в последние годы своей научной деятельности. В этот период он сформулировал знаменитый парадокс Ферми, в котором выявлял противоречие между высокой вероятностью существования инопланетян и отсутствием каких-либо эмпирических доказательств этого. Однако настоящим парадоксом в жизни Ферми стала его работа в лаборатории Лос-Аламоса над использованием ядерной физики в военных целях, хотя публично ученый выступал против расширения видов вооружения.
Искусственная радиоактивность, наведенная нейтронами, или же бомбардировка нейтронами атомных ядер, привела Ферми и его «ребят с улицы Панисперна» к открытию множества радиоактивных изотопов. Ученый отшлифовал технику бомбардировки медленными нейтронами, которая позже сыграла важнейшую роль при создании ядерного реактора, первой ядерной самоподдерживающейся цепной реакции и смертоносной атомной бомбы в Лос-Аламосе. Любопытно, что еще в 1934 году в Риме, наблюдая в ходе эксперимента по бомбардировке урана нейтронами большую радиоактивность по сравнению с ожидаемой, Ферми не подумал, что речь идет о делении ядра — процессе, о котором в том же году говорила немецкий физик Ида Новак. Как признавал сам ученый, это была его «большая ошибка». После того как стал понятен механизм деления ядра, разработка атомной бомбы продолжилась в Лос-Аламосской лаборатории. Новое оружие должно было положить конец Второй мировой войне.
Таким образом, Ферми стал первым ядерным инженером в истории. Любовь ученого к исследовательской деятельности наряду с прагматизмом позволили ему использовать квантовую революцию и понимание атомной вселенной для создания первых ядерных реакторов и внести решающий вклад в появление ядерного оружия. Ядерный парадокс очевиден: с одной стороны, часть потребляемого нами электричества происходит от ядерной энергии, и атомные реакторы могут сыграть ключевую роль в будущем исследовании космоса. С другой стороны, современный ядерный арсенал таит огромную опасность и способен уничтожить все человечество; к тому же наши реакторы не могут противостоять природным катастрофам (как случилось в Фукусиме в Японии в 2011 году) и человеческому фактору (как это было в Чернобыле в 1986-м). Должны ли мы отказаться от ядерной энергии из-за тех рисков, которые она несет в себе? Сможем ли мы контролировать развитие ядерного оружия, избежав угрозы массового уничтожения? Ферми тоже задавался этими вопросами. Он считал, что разработав такую технологию, как ядерная, человечество
Интересно, что нейтрино, получивший свое название от Ферми, сейчас стал одним из главных объектов исследований, которые подводят нас к пределу понимания Вселенной. Мы знаем, что Солнце испускает нейтрино как продукт реакций деления, происходящих внутри него, те же процессы протекают и в звездах, например в сверхновых. Даже наше тело и вся материя испускают нейтрино. После того как было открыто, что нейтрино обладают массой, пусть и очень маленькой, удалось также доказать ошибочность эксперимент OPERA, в ходе которого якобы было установлено, что скорость нейтрино превышает скорость света.
Дух Ферми продолжает жить в Фермилабе — одном из крупнейших ускорителей частиц в мире, который расширяет наши знания о нейтрино и мире субатомных частиц.
1901 29 сентября в Риме рождается Энрико Ферми.
1914 Ферми знакомится с инженером Адольфо Амидеи, другом своего отца. Амидеи становится первым учителем и наставником мальчика. Год спустя умирает брат Ферми, Джулио.
1921 Еще до окончания учебы в Высшей нормальной школе Пизы публикует свою первую научную статью «О динамике системы жестко связанных электрических зарядов, движущейся поступательно».
1923 Во время учебы у Макса Борна в Геттингене знакомится с Вернером Гейзенбергом и Паскуалем Йорданом и их теориями.
1924 Стажируется в Лейдене у Пауля Эренфеста. По возвращении в Рим публикует работу «О вероятности квантовых состояний».
1926 Получает первую кафедру по физике в римском университете Ла Сапиенца. Публикует работу «О квантовании идеального одноатомного газа». В ней излагает теорию, лежащую в основе поведения большинства частиц Вселенной — фермионов.
1927 В статье 4 Статистический метод определения некоторых свойств атома» предлагает статистическую модель атома, или модель Томаса — Ферми.
1928 Женится на Лауре Капон. В этом браке родится двое детей.
1933 Благодаря открытию Паули нейтрино объясняет бета-распад.
1938 Муссолини публикует Итальянский расовый манифест. Ферми получает Нобелевскую премию по физике и пользуется поездкой в Стокгольм, чтобы эмигрировать в США.
1942 Переезжает в Чикаго и начинает работу, в результате которой возглавляет Манхэттенский проект, связанный с разработкой первого ядерного реактора в истории.
1945 Участвует в разработке первых атомных бомб в Лос-Аламосе.
1946 Возвращается в Чикаго и основывает Институт ядерных исследований. Начинается период блестящих открытий Ферми в области ядерной физики. Также ученый ведет преподавательскую деятельность в Чикагском университете.
1951 В Чикагском университете создает синхроциклотрон, открывающий новую эру в физике высоких энергий.
1953 Назначен президентом Американского физического общества.
1954 Ферми выступает как свидетель на процессе Оппенгеймера. Прочитав в Варение (город на берегу озера Комо) последние лекции, возвращается в Чикаго. Там ученому ставят диагноз «рак желудка», от которого он умирает 28 ноября.
ГЛАВА 1
Рождение фотона