Ферми. Ядерная энергия

«Найти способ освобождения таких чудовищных количеств энергии вряд ли удастся, по крайней мере в ближайшем будущем. Кстати, можно только надеяться, что этого не произойдет, так как мгновенное выделение такого ужасного количества энергии привело бы в качестве первого результата к разрыву на мелкие кусочки того несчастного физика, который нашел бы этот способ».

Возможно, уже в то время он думал о том, как держать этот взрыв под контролем.

ГЛОТОК СВЕЖЕГО ВОЗДУХА

Ферми должен был увидеть мир, чтобы взглянуть на науку новым взглядом. Директор физического отделения Римского университета Орсо Марио Корбино посоветовал Энрико принять стипендию Гёттингенского университета и немного пожить в Германии, работая с немецким физиком и математиком Максом Борном (1882-1970). Зимой 1923 года Ферми приехал в Гёттинген. В Германии Энрико познакомился со многими выдающимися молодыми учеными, такими как Вернер Гейзенберг и Паскуаль Йордан, но почти не общался с ними. Ферми приехал из Италии, где господствовала экспериментальная физика и его теории легко приобретали известность; в Германии же, напротив, занимались в основном теоретической физикой, которая превратилась в настоящую философию, и он был всего лишь одним из многих в этом обществе выдающихся умов. Ферми опубликовал серию превосходных работ по аналитической механике, которые привлекли внимание австрийского физика Пауля Эренфеста (1880-1933), поскольку в них эта дисциплина связывалась с квантовой механикой. После издания «Некоторых теорем аналитической механики, важных для теории квантов» Ферми удалось применить принципы Эренфеста к квантизации задачи трех тел. Эренфест проявил к этой теме такой интерес, что осенью 1923 года между учеными завязалась переписка, и когда чуть позже, в 1924 году, Ферми получил стипендию фонда Рокфеллера, то ни секунды не сомневаясь решил поехать в Лейден к Эренфесту. Вернувшись в Рим, он опубликовал работу «О вероятности квантовых состояний», которую можно считать одним из самых крупных вкладов в квантовую механику.

Летом 1924 года ученый вернулся в Рим на каникулы и познакомился с 16-летней красавицей Лаурой Капон. В это время самому Энрико не было еще и 23 лет. Между молодыми людьми проскочила искра. Два года спустя они встретились опять, и огонь разгорелся с новой силой.

СТАТИСТИКА ФЕРМИ

Ферми прожил в Лейдене с сентября по декабрь 1924 года. Эренфест познакомил его с Хендриком Антоном Лоренцем и Альбертом Эйнштейном. В том же году, после публикации «К теории столкновений атомов с электрически заряженными частицами»,обнаружились расхождения Ферми с Бором. Ферми защищал полуклассическую модель атома, объясняя с ее помощью отклонения от правил квантизации атомной модели Бора — Зоммерфельда и результаты экспериментов. Он довольно близко подошел к принципу исключения Паули, который впоследствии позволил позициям Ферми и Бора сойтись.

РИС. 1

В 1925 году Вольфганг Эрнст Паули (1900-1958) сформулировал принцип исключения, согласно которому два электрона не могут одновременно находиться в одинаковом квантовом состоянии, то есть иметь одинаковые квантовые числа. В октябре того же года ученые Крониг, Уленбек и Гаудсмит получили эмпирическое доказательство существования спина электрона, которому приписывается свое квантовое число, или, что одно и то же, открыли свойство электрона, связанное с его собственным моментом импульса. Новая модель, в числе прочего, объясняла эксперимент Штерна — Герлаха. В 1922 году Отто Штерн (1888-1969) и Вальтер Герлах (1889-1979), еще не знавшие о существовании спина, в ходе эксперимента спровоцировали отклонение частиц из пучка атомов серебра, заставив их пройти через область с сильным магнитным полем (рисунок 1). Согласно классической физике, частицы пучка обладали магнитным импульсом, направленным случайно, поэтому под действием магнитного поля они должны были бы отклоняться в соответствии с углом между магнитным импульсом и созданным магнитным полем. Частицы отклонялись бы постепенно, покрывая весь спектр интенсивности. Однако в ходе эксперимента Штерна — Герлаха магнитное поле отклоняло атомы серебра в зависимости от их спина: частицы с положительным спином +1/2 отклонялись вверх, а с отрицательным, -1/2, — вниз, образуя две одинаковые по интенсивности группы. Этот опыт показал, что и электроны, и ионы имеют квантовые и магнитные свойства, соответствующие их квантовым числам.