قبل قدومي إلى هنا كنت مرتبكاً حول هذا الموضوع. بعد استماعي إلى محاضرتك أنا لا زلت مرتبكاً. لكن على مستوى أعلى.
Enrico Fermi كان فيزيائياً إيطالياً تم تجنيسه لاحقاً كأمريكي ومنشئ أول مفاعل نووي في العالم، Chicago Pile-1. تم تسميته بـ "معماري العصر النووي" و"معماري القنبلة الذرية". كان أحد عدد قليل جداً من الفيزيائيين الذين برعوا في كل من الفيزياء النظرية والفيزياء التجريبية. تم منح Fermi جائزة Nobel في الفيزياء عام 1938 لعمله على النشاط الإشعاعي المستحث بقصف النيوترون ولاكتشافه العناصر الفوق اليورانية. مع زملائه، قدم Fermi عدة براءات اختراع تتعلق باستخدام الطاقة النووية، وتم استيلاء الحكومة الأمريكية على جميعها. قدم مساهمات مهمة في تطوير الميكانيكا الإحصائية ونظرية الكم والفيزياء النووية والجزيئية.
تضمنت أولى مساهمات Fermi الرئيسية مجال الميكانيكا الإحصائية. بعد أن صاغ Wolfgang Pauli مبدأ الاستبعاد في عام 1925، تابع Fermi بورقة طبق فيها المبدأ على غاز مثالي، موظفاً صياغة إحصائية تُعرف الآن باسم إحصاء Fermi–Dirac. اليوم، تُسمى الجزيئات التي تخضع لمبدأ الاستبعاد "الفرميونات". افترض Pauli لاحقاً وجود جسيم غير مشحون غير مرئي ينبعث جنباً إلى جنب مع الإلكترون أثناء تحلل بيتا، لتلبية قانون حفظ الطاقة. تبنى Fermi هذه الفكرة، وطور نموذجاً يتضمن الجسيم المفترض، والذي أطلق عليه اسم "النيوترينو". نظريته، التي يُشار إليها لاحقاً باسم تفاعل Fermi والآن تُسمى التفاعل الضعيف، وصفت أحد التفاعلات الأساسية الأربعة في الطبيعة. من خلال تجارب استحثاث النشاط الإشعاعي باستخدام النيوترون المكتشف حديثاً، اكتشف Fermi أن النيوترونات البطيئة كانت تُمتص بسهولة أكبر من قبل النوى الذرية من تلك السريعة، وطور معادلة عمر Fermi لوصف ذلك. بعد قصف الثوريوم واليورانيوم بنيوترونات بطيئة، استنتج أنه خلق عناصر جديدة. على الرغم من تكريمه بجائزة Nobel لهذا الاكتشاف، تبين لاحقاً أن العناصر الجديدة كانت منتجات الانشطار النووي.
غادر Fermi إيطاليا في عام 1938 للهروب من قوانين عنصرية إيطالية جديدة أثرت على زوجته اليهودية، Laura Capon. هاجر إلى الولايات المتحدة، حيث عمل على مشروع Manhattan أثناء الحرب العالمية الثانية. قاد Fermi الفريق الذي صمم وبنى Chicago Pile-1، الذي أصبح حرجاً في 2 ديسمبر 1942، مما يدل على أول تفاعل نسلي نووي مستدام من صنع الإنسان. كان حاضراً عندما أصبح X-10 Graphite Reactor في Oak Ridge, Tennessee حرجاً في عام 1943، وعندما أصبح B Reactor في Hanford Site كذلك في العام التالي. في Los Alamos، ترأس Fermi قسم F Division، وكان جزء منه يعمل على قنبلة Edward Teller الحرارية النووية "Super". كان حاضراً في اختبار Trinity في 16 يوليو 1945، حيث استخدم طريقة Fermi لتقدير قوة القنبلة.
بعد الحرب، خدم Fermi تحت إشراف J. Robert Oppenheimer في اللجنة الاستشارية العامة، التي أسدت المشورة إلى لجنة الطاقة الذرية بشأن المسائل النووية. بعد تفجير أول قنبلة انشطار سوفييتية في أغسطس 1949، عارض بشدة تطوير قنبلة الهيدروجين على أسس أخلاقية وتقنية. كان من بين العلماء الذين شهدوا لصالح Oppenheimer في جلسة الاستماع عام 1954 التي أسفرت عن رفض الموافقة الأمنية لـ Oppenheimer. قام Fermi بعمل مهم في فيزياء الجزيئات، خاصة فيما يتعلق بالبايونات والميونات، وتكهن بأن الأشعات الكونية نشأت عندما تم تسريع المادة بواسطة المجالات المغناطيسية في الفضاء النجمي. تُسمى العديد من الجوائز والمفاهيم والمؤسسات على اسم Fermi، بما في ذلك جائزة Enrico Fermi، معهد Enrico Fermi، مختبر Fermi الوطني للمسرّعات Fermilab، تلسكوب Fermi للأشعة السينية، محطة Enrico Fermi النووية، والعنصر الاصطناعي fermium، مما يجعله واحداً من 16 عالماً أطلقت أسماؤهم على عناصر.
كان Fermi معلماً عظيماً محبوباً، لقد درب أو أثر بشكل مباشر على ما لا يقل عن 8 باحثين شباب الذين استمروا في الفوز بجوائز Nobel.
الحياة المبكرة
وُلد Enrico Fermi في Rome، إيطاليا، في 29 سبتمبر 1901. كان الطفل الثالث لـ Alberto Fermi، رئيس قسم في وزارة السكك الحديدية، و Ida de Gattis، معلمة مدرسة ابتدائية. كانت أخته Maria أكبر منه بسنتين، وأخوه Giulio أكبر منه بسنة. بعد أن تم إرسال الصبيين إلى مجتمع ريفي ليتم إرضاعهما، أعاد Enrico الالتحاق بعائلته في Rome عندما كان في سن سنتين ونصف. على الرغم من تعميده كروماني كاثوليكي بما يتوافق مع رغبات أجداده، إلا أن عائلته لم تكن دينية بشكل خاص؛ كان Enrico ملحداً طوال حياته البالغة. عندما كان صبياً صغيراً، شارك نفس الاهتمامات مع أخيه Giulio، بناء محركات كهربائية واللعب بالألعاب الكهربائية والميكانيكية. توفي Giulio أثناء عملية جراحية لخراج في الحلق في عام 1915 وتوفيت Maria في حادثة طائرة بالقرب من Milan في عام 1959.
في سوق محلية وجد Fermi كتاب فيزياء، وهو Elementorum physicae mathematicae ذو 900 صفحة. كتبه الأب Jesuit Andrea Caraffa باللاتينية، أستاذ في Collegio Romano، وقدّم الرياضيات والميكانيكا الكلاسيكية وعلم الفلك والبصريات والصوتيات كما كانت مفهومة في وقت نشره في 1840. مع صديق موجه نحو العلوم، Enrico Persico، تابع Fermi مشاريع مثل بناء الجيروسكوبات وقياس تسارع جاذبية الأرض. أعطاه أحد زملاء والد Fermi كتباً عن الفيزياء والرياضيات استوعبها بسرعة.
Scuola Normale Superiore في Pisa
تخرج Fermi من المدرسة الثانوية في يوليو 1918، وبإلحاح من Amidei تقدم بطلب إلى Scuola Normale Superiore في Pisa. بعد فقدان ابن واحد، سمح والداه له بالعيش في سكن المدرسة لمدة أربع سنوات فقط بتردد. حصل Fermi على المركز الأول في اختبار الالتحاق الصعب، والذي تضمن مقالة حول موضوع "الخصائص المحددة للأصوات"؛ اختار Fermi البالغ من العمر 17 سنة استخدام تحليل Fourier لاشتقاق وحل معادلة تفاضلية جزئية لقضيب مهتز، وبعد إجراء مقابلة مع Fermi أعلن الممتحن أنه سيصبح فيزيائياً متميزاً.
في Scuola Normale Superiore لعب Fermi حيل عملية مع زميل الطالب Franco Rasetti؛ أصبح الاثنان أصدقاء مقربين ومتعاونين. تم نصح Fermi من قبل Luigi Puccianti، مدير مختبر الفيزياء، الذي قال أن هناك القليل الذي يمكنه تعليمه لـ Fermi وكان غالباً ما يطلب من Fermi تعليمه شيئاً بدلاً من ذلك. كانت معرفة Fermi بفيزياء الكم بحيث طلب منه Puccianti تنظيم ندوات حول الموضوع. خلال هذا الوقت تعلم Fermi حساب التوترات، وهي تقنية مفتاحية للنسبية العامة. اختار Fermi في البداية الرياضيات كتخصص رئيسي، لكنه سرعان ما انتقل إلى الفيزياء. ظل يعتمد على نفسه بشكل كبير، يدرس النسبية العامة وميكانيكا الكم والفيزياء الذرية.
في سبتمبر 1920، تم قبول Fermi في قسم الفيزياء. بما أن هناك ثلاث طلاب فقط في القسم—Fermi و Rasetti و Nello Carrara—سمح لهم Puccianti باستخدام المختبر بحرية لأي أغراض يختارونها. قرر Fermi أنه يجب عليهم البحث في تحليل انحراف الأشعة السينية، وعمل الثلاثة على إنتاج صورة Laue—وهي صورة بالأشعة السينية لبلورة. خلال عام 1921، السنة الثالثة له في الجامعة، نشر Fermi أولى أعماله العلمية في المجلة الإيطالية Nuovo Cimento. كان الأول بعنوان "On the dynamics of a rigid system of electrical charges in translational motion" Sulla dinamica di un sistema rigido di cariche elettriche in moto traslatorio. كانت علامة على ما سيأتي أن الكتلة تم التعبير عنها كموتر—وهو بناء رياضي يُستخدم عادة لوصف شيء ما يتحرك ويتغير في الفضاء ثلاثي الأبعاد. في الميكانيكا الكلاسيكية، الكتلة كمية قياسية، لكنها تتغير مع السرعة في النسبية. كانت الورقة الثانية بعنوان "On the electrostatics of a uniform gravitational field of electromagnetic charges and on the weight of electromagnetic charges" Sull'elettrostatica di un campo gravitazionale uniforme e sul peso delle masse elettromagnetiche. باستخدام النسبية العامة، أظهر Fermi أن الشحنة لها وزن يساوي U/c2، حيث U هي الطاقة الكهروستاتيكية للنظام، و c هي سرعة الضوء.
بدت الورقة الأولى أنها تشير إلى تناقض بين نظرية الديناميكا الكهربائية والنسبية فيما يتعلق بحساب الكتل الكهرومغناطيسية، حيث توقعت الأولى قيمة 4/3 U/c2. تناول Fermi هذا في العام التالي في ورقة "Concerning a contradiction between electrodynamic and the relativistic theory of electromagnetic mass" وفيها أظهر أن التناقض الظاهري كان نتيجة للنسبية. تم الاعتراف بهذه الورقة بشكل كافٍ بحيث تمت ترجمتها إلى الألمانية ونُشرت في المجلة العلمية الألمانية Physikalische Zeitschrift في عام 1922. في ذلك العام، قدم Fermi مقالته "On the phenomena occurring near a world line" Sopra i fenomeni che avvengono in vicinanza di una linea oraria إلى المجلة الإيطالية I Rendiconti dell'Accademia dei Lincei. في هذه المقالة فحص مبدأ التكافؤ، وأدخل ما يسمى بـ "إحداثيات Fermi". أثبت أنه على خط عالمي قريب من خط الوقت، يتصرف الفضاء كما لو كان فضاء إقليدياً.
قدم Fermi رسالته، "A theorem on probability and some of its applications" Un teorema di calcolo delle probabilità ed alcune sue applicazioni، إلى Scuola Normale Superiore في يوليو 1922، وحصل على درجة الدكتوراه في سن غير معتاد 20 سنة. كانت الرسالة عن صور حيود الأشعة السينية. لم تكن الفيزياء النظرية تعتبر بعد انضباطاً في إيطاليا، والرسالة الوحيدة التي كان سيتم قبولها كانت على الفيزياء التجريبية. لهذا السبب، كان الفيزيائيون الإيطاليون بطيئين في تبني الأفكار الجديدة مثل النسبية القادمة من ألمانيا. بما أن Fermi كان مرتاحاً تماماً في المختبر يقوم بعمل تجريبي، فإن هذا لم يشكل مشاكل لا يمكن التغلب عليها بالنسبة له.
أثناء كتابة الملحق للطبعة الإيطالية من الكتاب Fundamentals of Einstein Relativity بقلم August Kopff في عام 1923، كان Fermi أول من أشار إلى أن المعادلة الشهيرة لـ Einstein E = mc2 تحتوي بداخلها على كمية ضخمة من طاقة الكم النووي المراد استغلالها. "يبدو أنه لا يمكن، على الأقل في المستقبل القريب"، كتب، "العثور على طريقة لتحرير هذه الكميات الرهيبة من الطاقة—وهذا كل الخير لأن التأثير الأول لانفجار مثل هذا الكم الرهيب من الطاقة سيكون تحطيم الفيزيائي الذي كان لديه سوء الحظ في العثور على طريقة للقيام بذلك إلى أشلاء."
في عام 1924 تمت بدء Fermi في Masonic Lodge "Adriano Lemmi" من Grand Orient من إيطاليا.
قضى Fermi فصلاً دراسياً يدرس تحت Max Born في University of Göttingen، حيث التقى بـ Werner Heisenberg و Pascual Jordan. درس Fermi بعد ذلك في Leiden مع Paul Ehrenfest من سبتمبر إلى ديسمبر 1924 بمنحة من Rockefeller Foundation تم الحصول عليها من خلال تدخل الرياضياتي Vito Volterra. هنا التقى Fermi بـ Hendrik Lorentz و Albert Einstein، وأصبح صديقاً لـ Samuel Goudsmit و Jan Tinbergen. من يناير 1925 إلى أواخر 1926، قام Fermi بتدريس الفيزياء الرياضية والميكانيكا النظرية في University of Florence، حيث تعاون مع Rasetti لإجراء سلسلة من التجارب على تأثيرات المجالات المغناطيسية على بخار الزئبق. كما شارك في الندوات في Sapienza University of Rome، مُلقياً محاضرات عن ميكانيكا الكم وفيزياء الحالة الصلبة. أثناء إلقاء محاضرات عن ميكانيكا الكم الجديدة بناءً على دقة ملحوظة لتنبؤات معادلة Schrödinger، كان Fermi غالباً ما يقول، "ليس لديها أي عمل لتناسب بشكل جيد جدا
