Dobromila Lebrová: Enrico Fermi, italsko-americký jaderný fyzik

Rubrika: Publicistika – Co je psáno...

Minulost posuzuje jaderné fyziky příznivě - jakožto velké objevitele nové energie. V současné době se stále častěji vyskytuje názor, že objevy v oblasti radioaktivity se jednalo o otevření Pandořiny skříňky, čímž podle starověkého mýtu bylo na Zemi vypuštěno zlo. Radioaktivita byla sice objevena už v r. 1896 francouzským fyzikem Henrim Becquerelem (1852 - 1908) ještě před Fermiho narozením, ale během dvacátého století ovládla celkovou fyziku a Enrico Fermi byl jedním z těch, kteří onu pověstnou Pandořinu skřínku otevírali nejvíce.
Všeobecně vědce hnala touha po vědění, aniž by si uvědomovali další možné následky, jak to sám Fermi vyjádřil: „Není dobré se snažit zastavit vědomosti před jejich postupem vpřed. Nevědomost není nikdy lepší než znalosti.“ ( „L’ignoranza non e mai migliore della conoscenza”.)

Enrico Fermi se narodil 29. září 1901 v Římě jakožto nejmladší ze tří dětí Alberta Fermiho, vrchního inspektora Ministerstva spojů. Tatínek pocházel ze severní Itálie, která byla pod rakouskou správou. Jeho maminka - byla o čtrnáct let mladší než tatínek - se jmenovala Ida de Gattis a pocházela z Bari v jižní Itálii. Rodiče se z důvodů práce otce přestěhovali do Říma, kde se nedaleko nádraží Enrico narodil. Nejdříve Enrico chodil do místní základní školy. Po základním vzdělání navštěvoval od deseti let lyceum Umberta I.
Ve věku čtrnácti let si na stánku koupil latinsky psanou knihu o fyzice “Elementorum physicae et mathematicae“ (Základ fyziky a matematiky) od jezuity Andrey Caraffa (1789 - 1845), někdejšího učitele školy Colegio Romano, a snažil se přijít tomu, co v ní bylo popisováno, na kloub. Jeho nadšení pro fyziku podporovali otcovi přátelé a kolegové, nejvíce nějaký Adolfo Amidei. V r. 1916 mu při operaci srdce zemřel starší bratr Giulio a od té doby začal kamarádit s Giuliovým přítelem a vrstevníkem Enricem Persicem (1900 - 1960), pozdějším význačným italským kvantovým fyzikem.
V r. 1918 získal stipendium od prestižní Scuola Normale Superiore of Pisa. Studoval pak na univerzitě v Pise, kde se spřátelil s dalším budoucím význačným fyzikem Francem Dinem Rasettim (1901 - 2001), se kterým pak v budoucnosti řešil otázky štěpení jádra. - Ale cesty obou přátel se rozešly ve zlém. Když se Fermi zapojil později ve Spojených státech do projektů, řešících atomovou bombu, Rasetti odmítl spolupráci s tím, že to je monstrózní projekt. Po svržení bomb na na Hirošimu a Nagasaki obvinil všechny vědce, kteří na projektu vývoje atomové bomby spolupracovali, že mají ruce umazané od krve, a zcela své dřívější přátele ignoroval. Aby se jaksi zbavil minulosti, stal se pak význačným botanikem a paleontologem.
Na univerzitě v Pise obhájil Enrico Fermi v r. 1922 doktorát pod vedením profesora Luigiho Pucciantiho (1875 - 1952), který byl odborníkem na spektroskopii. Dizertační práce se týkala ohybu paprsků X.
Krátce poté získal od italské vlády stipendium ke studiu v Německu. Několik měsíců strávil s profesorem fyziky Maxem Bornem (1882 - 1970), též pozdějším nositelem Nobelovy ceny, v Göttingenu.
V lednu 1924 publikoval pojednání „Sopra la riflessione e la diffusione della risonanza“ (přibližně O odrazu a šíření ozvěny). Článek se týkal spíše optické rezonance, v oblasti fyzikálních částic.
S pomocí dalšího stipendia od Rockefellerovy nadace se přestěhoval v r. 1924 do holandského Leidenu, kde pracoval s rakouským fyzikem Paulem Ehrenfestem (1880 - 1933). V Leidenu se seznámil s holandským, později americkým vědcem Samuelem Goudsmitem (1902 - 1978), se kterým pak během války spolupracoval ve Spojených státech. Rovněž se spřátelil s dalším budoucím nositelem Nobelovy ceny, ale tentokrát z oblasti zoologie - ornitologem Nikem Timbergenem (1907 - 1988)
Ještě téhož roku se vrátil do Itálie, kde byl jmenován docentem matematiky, fyziky a mechaniky na florentské univerzitě (Università degli Studi di Firenze). Zde se zase úzce stýkal s Francem Rasettim.
Během svého zahraničního pobytu napsal také článek „Considerazioni sulla quantizzazione di sistemi che contengono elementi identici“ (přibližně Úvahy o kvantifikaci systémů, které zahrnují identické prvky), což byl článek vedoucí k jeho prvnímu důležitému objevu, týkajícímu se statistiky atomových částic, pro které už neplatí Maxwellovo - Boltzmannovo rozdělení, které se užívalo pro molekuly, především plynů.
Fermi zjistil, že některé atomové částice, například volné elektrony, se nechovají podle výše uvedené Maxwellovy - Boltzmannovy statistiky.
V r. 1925 objevil rakouský fyzik Wolfgang Pauli (1900 - 1988), opět jeden z nositelů Nobelovy ceny, zákonitost, podle něj nazývanou Pauliho vylučovacím zákonem, totiž že většina částic, které jsou nejznámější - elektrony, protony a neutrony - se nemohou vyskytovat ve stejném kvantovém stavu.
Fermi se ještě v době působení ve Florencii problematikou zabýval a vypočítal, jaká bude statistika rozdělení těchto částic. Statistické určení se na základě jeho výpočtů počítá podle tzv. Fermi - Diracova rozdělení. - Nezávisle na Fermim totiž k podobným závěrům došel britský fyzik Paul Adrien Maurice Dirac (1902 - 1984), rovněž pozdější nositel Nobelovy ceny. - Jejich teorie je důležitá především při nejmodernějších výpočtech moderní fyziky, například supravodivosti. Částice, které lze určovat podle Fermi - Diracova rozdělení, se na Fermiho počest nazývají fermiony.
Podle vzpomínek Fermiho žáků Fermi sám tento statistický fyzikální zákon nazýval Pauliho statistikou a skromně se s ním nijak nespojoval.
Později - v r. 1934 napsal o tomto výzkumu, který se týkal Pauliho vylučovacího principu pojednání „Sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico" (přibližně O kvantování dokonalého monoatomického plynu), které vyšlo v Rozpravách Národní akademie Lincei (Rendiconti dell´Academia Nazionale dei Lincei).
Na konci r. 1926 získal Fermi místo na římské univerzitě. Zde navázal na svého konzultanta ze svých univerzitních studií Luigiho Pucciantiho a věnoval se spektroskopii. Ale brzy se opět vrátil k otázkám fyziky částic. Ale od studia elektronů se zaměřil více na studium atomového jádra.
Fyzikové v té době řešili problém, jak zjednodušit představu mnohačíslicového systému základních prvků hmoty a začaly se uvažovat různé varianty modelů atomu. V r. 1927 nezávisle na sobě Fermi a britský fyzik Leewellyn Holleth Thomas (1903 - 1992) navrhli atomový model, nazývaný nyní Fermi -Thomasův model, v němž se nepoužívá vlnové funkce, ale elektronové hustoty.
Na univerzitě v Římě se Fermi spřátelil s dalšími několika mladými vědci; podle místa působení v ústavu (L’Istituto di via Panisperna) v ulici Panisperna si říkali „Ragazzi di via Panisperna“ (Chlapci z ulice Panisperna). Do party patřili vedle Fermiho a Rasettiho ještě fyzikové Edoardo Amaldi (1908 - 1989), další nositel Nobelovy ceny Emilio Segré (1905 - 1989) a chemik Oscar d´Agostino a ještě další profesoři a vědci.
I když bádání na univerzitě zabíralo všechen Fermiho čas, v r. 1928 nastala změna, Fermi se 19. července oženil s Laurou Capon (1907 - 1977), dcerou italského vysokého námořního důstojníka, která byla židovského původu, což se později ukázalo jako problém.
Laura studovala fyziku a požádala mladého génia, zda by ji neučil. On s dost velkým despektem vůči ženám odpověděl, že by to trvalo dlouho, aspoň dva roky. Ale když se vzali, prokázal svůj smysl pro humor a nabídl jí hned ráno po svatbě, že by mohli se studiem začít. Vzhledem k jejím dalším povinnostem v domácnosti paní Laura nedostudovala, ale mohla alespoň některé fyzikální problémy se svým manželem sdílet. Manželé měli dceru Mariu 1931 - 1995) a syna Giulia (1936 - 1997). Syn Giulio byl později biofyzikem. Dcera měla umělecké vzdělání.
V r. 1929 se, pravděpodobně jako nejmladší vědec mezi prvními třiceti dalšími vědci, stal akademikem italské královské akademie Reale Accademia d´Italia, kterou založil fašistický Mussoliniho režim v r. 1926.
V r. 1930 mu vyšlo v Německu pojednání „Ûber die magnetische Momente der Atomkerne“,
K zálibám rodiny tehdy patřila turistika i horská a zimní sporty.
Při své práci na univerzitě navazoval Fermi na práce Pauliho, týkající se neutrina. V r. 1932 se seznámil s pracemi objevitele neutronu, britského fyzika Sira Jamese Chadwicka (1891 - 1974), který za tento objev získal také Nobelovu cenu.
Závažný byl jeho článek z časopisu „Ricerca Scientifica“ (Vědecký výzkum) z r. 1934, v němž se zabýval Pauliho předpovědí existence neutrina „Tentativo di una teoria dei raggi â“ (Pokus o teorii o paprscích â).
Dále navázal na práce Irèny (1897 - 1956) a Fréderica (1900 - 1958) Joliot - Curieových, kteří v r. 1934 objevili umělou radioaktivitu. Pomocí působení paprsků á na berylium začal Fermi, na rozdíl od dalších vědců, kteří k témuž účelu používali jiných atomových částic, aktivovat neutrony, což vedlo k objevu pomalých neutronů. Stalo se to tak, že svůj pokus vylepšil tím, že mezi zdroj neutronů a stříbrnou fólii, kterou k pokusu používal, vložil vosk a indukovaná radioaktivita se stokrát zvýšila. Vosk s lehkými atomy rychlost neutronů zpomalil.
Fermi sám si tehdy neuvědomil dalekosáhlé důsledky svého objevu.
Na základě jeho objevu totiž vznikla hypotéza, později ověřená, že pokud budou takto bombardována jádra radioktivních prvků, mohou být objeveny další prvky, které budou mít větší atomové číslo než 92, které náleží uranu. To vedlo k objevu dalších prvků - transuranů, kde je asi nejvýznačnejší a nejznámější plutonium s atomovým číslem 94.
Z jeho bádání vycházeli němečtí chemici Otto Hahn (1879 - 1968) a Fritz Strassmann (1902 - 1980) a pomocí bombardování jader uranu teplými neutrony objevili štěpení atomového jádra. Zároveň zjistili, že se při tom uvolni velké množství energie a že tato reakce může probíhat lavinovitě neboli řetězově. - Začal závod - hitlerovské Německo a zanedlouho Spojené státy a pak další země: kdo se dostane v jaderném výzkumu dál a především rychleji...
První Fermiho publikace na toto téma byla „Radioattivita indotta dal bombardamento di neutroni“ přibližně (Radioaktivita indukovaná bombardováním neutronů) z r. 1934 a v Anglii vyšla jeho práce prostřednictvím Královské společnosti „Artificial radioactivity produced by neutron bombardment“ (Umělá radioaktivita vzniklá neutronovým bombardováním) a „On the absorption and diffusion of slow neutrons“ (O pohlcování a rozptylu pomalých neutronů). V Itálii mu v r. 1936 vyšlo v časopisu „Ricerca Scientifica“ pojednání „Sul moto dei neutroni lenti“ (O pohybu pomalých neutronů).
Za objev umělých radioaktivních prvků získal Fermi v r. 1938 Nobelovu cenu za fyziku. V prosinci 1938 ji ve Stockholmu převzal a poněvadž v Itálii se zvyšovaly represe proti židům a jeho manželka byla židovka, rovnou ve Stockholmu nasedl Fermi na Štědrý den 1938 i s rodinou a se služebnou na zámořskou loď Francofonia a dne 2. ledna 1939 přistál u amerického břehu.
Podle vzpomínek jeho ženy Laury napsal Fermi hned po příjezdu dopisy čtyřem univerzitám s nabídkou svých služeb, jako odpověď mu přišlo hned pět nabídek z pěti univerzit.
Nakonec se Fermi za pomoci fyzika Georga Pegrama (1876 - 1958) a dalšího nositele Nobelovy ceny za objev izotopů Harolda Ureye (1893 - 1981) stal profesorem fyziky na Columbia University ve čtvrti Morningside Hights v New Yorku. Zde se stal hráčem a členem místního folbalového oddílu, jehož hráči měli na starosti distribuci uranu pro univerzitní pokusy. Tady se také seznámil s fyzikem maďarsko-židovského původu Léa Szilárdem (1898 - 1964), který velice usiloval o to, aby Spojené státy předstihly v jaderném programu nacistické Německo, aby Hitler nemohl vyhrát válku. Nebyl ale sám - už v r. 1939 po vypuknutí války v Evropě napsal Szilárd spolu s Albertem Einsteinem (1879 - 1955) dopis prezidentu Rooseveltovi o nutnosti výzkumu jaderného štěpení pro vojenské účely v USA, aby mohly Spojené státy čelit případným následkům úspěšného jaderného výzkumu z Německa. Na základě toho se začal rozbíhat projekt Manhattan, který měl za úkol vývoj atomové bomby - Szilárd patřil k jeho pilířům.
Zajímavé je, že Szilárd, tak patrně i další fyzikové, kteří se později zúčastnili vývoje atomové bomby, byli zřejmě ovlivněni utopickým románem anglického spisovatele a zakladatele sci-fi literatury Herberta Georgea Wellse (1866 - 1946) „The World set Free“ (Svět se stal volný) z r. 1914, kde v podstatě Wells vývoj atomových zbraní předpověděl a domníval se, že jejich použití povede k utvoření lepšího světa. - Szilárdovi životopisci tento detail jeho života uvádějí.
První začátky projektu Manhattan spadají do jara 1942, kdy fyzik Arthur Compton (1892 - 1962) začal spolu se spolupracovníky v metalurgické laboratoři chicagské univerzity studovat otázku štěpení jádra a konstrukci jaderného reaktoru, a požádal teoretického fyzika Roberta Oppenheimera (1904 - 1967) z kalifornské univerzity v Berkeley, aby se ujal prací na přípravě tohoto projektu. V létě tohoto roku spolu s dalšími teoretickým fyziky konstatovali, že atomová bomba je dosažitelná a začalo se uvažovat o výstavbě vojenské laboratoře Los Alamos National Laboratory (Národní laboratoř v Los Alamos). Ovšem jednotlivé výzkumy se prováděly na různých místech Spojených států. - Fermi dostal odpovědnost za jadernou reakci.
Po svých výzkumech v Itálii se Fermi s nadšením zapojil do pokusů se štěpením jádra a na stadionu chicagské univerzity dne 2. prosince 1942 proběhla první řízená řetězová reakce v jaderném reaktoru.
Mezi roky 1943 a 1944 Fermi a ostatní fyzikové horečně pracovali na využití explozivních vlastností plutonia. Na jaře 1943 byl Fermi v Los Alamos, kde se pod vojenským vedením generála Leslieho Grovese (1896 - 1970) a odborným vedením Oppenheimerovým shromáždila řada fyziků zvučných jmen, často nositelů Nobelovy ceny, aby vyvinuli atomovou bombu. Fermi byl Oppenheimerovým zástupcem.
Dne 11. července 1944 se Enrico Fermi stal americkým občanem.
První zkouška s atomovou bombou se odehrála v poušti Alamagordo, vzdálené asi 14 kilometrů od Los Alamos dne 16. července 1945. A krátce na to 6. a 9. srpna 1945 byly shozeny bomby na Hirošimu a Nagasaki, čímž skončila 2. světová válka.
Po válce se stal Fermi profesorem na chicagské univerzitě v ústavu pro nukleární studie (nyní na jeho počest Enrico Fermi Institute for Nuclear Studies) a snažil se dobádat se k původu kosmických paprsků, protože byl především vědec a o náboženských otázkách a náboženských výkladech různých jevů naprosto pochyboval. Měl hypotézu o vesmírném magnetickém poli, které působí jako obrovitý urychlovač, čímž by vysvětloval nepředstavitelné energie přítomné v kosmických paprscích.
V r. 1949, kdy se jednalo o zkoušky vodíkové bomby, byl Fermi značně proti možnosti jejího použití s ohledem na její strašlivé destruktivní možnosti, že by to bylo skutečně pro lidstvo nebezpečné. Avšak na druhé straně oceňoval práci fyziků, kteří na ní pracovali - on sám byl rovněž poblíž těchto prací, neboť nápad vodíkové bomby, přesto, že ji vyvinuli jiní, byl jeho.
R. 1954 velice oslavován, uspořádal v Itálii přednáškové turné. Ale během té doby se začal cítit špatně a trpěl bolestmi žaludku. Po návratu do Spojených států vyslechl diagnózu - rakovina žaludku. Pokud mu síly stačily, usilovně pracoval. Zemřel v neděli 28. listopadu 1954 nanásledky této choroby. - Pochován byl v Chicagu na hřbitově Oak Woods Cemetery. Čestný hrob v Itálii - jeho památník je v kostele Santa Croce ve Florencii.
Žil fyzikou, možná i na „jadernou fyziku“ zemřel, i když podle vyjádření jeho dcery lékaři ji prý ujistili, že jeho práce s radioktivitou s jeho onemocněním neměla souvislost.
Jeho oddanost fyzice byla opravdu velká, až natolik, že pro ni ani neviděl případné důsledky svých bádání pro další život lidstva. Pravděpodobně se mu ale tyto otázky také nevyhnuly. Někdy ale šlo i o osobní sympatie - například vůči fyzikovi židovsko-maďarského původu Edwardu Tellerovi (1908 - 2003), který je považován za „otce vodíkové bomby“ a byl propagátorem zbraní hromadného ničení i „hvězdných válek“, pociťoval Enrico Fermi hluboké přátelství a stál na jeho straně i proti Oppenheimerovi, který prý usiloval o omezení jaderného zbrojení.
Osobně byl Fermi velice oblíbený, protože byl srdečný, rád pomáhal, nevyvyšoval se, vynechával formality a měl velký smysl pro humor. - Často se cituje historka, že když se stal jako velmi mladý v Itálii akademikem, že chtěl s autem vjet do prostorů akademie, ale strážný ho nechtěl pustit. Jako akademik měl právo používat titul Excelence. A tak strážnému řekl, že je šoférem Jeho Excelence Fermiho a že Jeho Excelence velice ocení, pokud ho strážný pustí. Pustil - a Fermi nelhal, protože řídil auto „Jeho Excelence“.
Byl velice vnitřně ukázněný; byl také soutěživý, ale nerad pracoval pod tlakem - raději měl nezávislost při práci. Jeho životopisci se shodují, že jeho angličtina byla velice dobrá, i když pochopitelně vliv jeho mateřštiny na ní byl znát. Jeho přednášky byly velmi žádané, protože vykládal srozumitelně - tak, že přednášená látka vypadala velmi jednoduše, ale stálo ho to poměrně značné úsilí takto to přednést. Vychoval více než deset dalších nositelů Nobelovy ceny.
Protože obě jeho děti nezůstaly bezdětné, žije dnes několik jeho vnuků i prapravnuků.
Nebyl ctitelem umění nebo literatury; pokud něco četl, co by se netýkalo fyziky, byla to spíš literatura oddechová.
Jeho význam pro světovou vědu byl oceněn vedle již citovaného Fermi-Diracova rozdělení a částic fermionů pojmenováním prvku fermium, objeveného v r. 1952 s atomovým číslem 100. Fermiho národní urychlovačová laboratoř (Fermi National Accelerator Laboratory) v Batávii asi 50 km západně od Chicaga - zkráceně „Fermilab“ je středisko výzkumu částic s nyní nejvýkonnějším urychlovačem částic na světě Tevatronem. I další školy a laboratoře ve Spojených státech nesou jeho jméno.
V Římě je už od padesátých let dvacátého století Museo storico della fisica e centro studi e ricerche Enrico Fermi (Historické muzeum fyziky a středisko výzkumných studií Enrica Fermiho), dále jsou v Římě ulice a náměstí, po něm pojmenované (Via Fermi, Piazza Fermi). Malé náměstí - Largo Enrico Fermi je také ve Florencii.
Dále je po Fermim pojmenovaná délková jednotka pro velmi malé vzdálenosti - 1 fermi (fm) = 1,0 x 10 -15 m.
Jeho žáci v Americe i pamětníci pořádali různé vzpomínkové akce, poslední už v tomto tisíciletí. A vždy na něj vzpomínali s nadšením a s dojetím jako na velkého člověka.
Pouze člověku maně vytane taková otázka - osud kterého ze dvou přátel byl lepší - zdali slavného fyzika a spoluatora atomové bomby Enrica Fermiho - nebo dříve fyzika, později botanika a paleontologa Franca Rasettiho, který žil skoro dvakrát tak dlouho? Nebo čí práce a výzkumy jsou pro lidstvo užitečnější? 

Tento článek byl v Pozitivních novinách poprvé publikován 28. 11. 2009.

Pozitivní noviny jsou neziskové internetové médium, které v letech 2004–2012 připravovala ve svém volném čase skupina nadšenců pod vedením Pavla Loužeckého. Všichni autoři a dopisovatelé do Pozitivních novin přispívali bezplatně, ze své vlastní svobodné vůle. Ačkoli od roku 2012 nové články nevychází, Pozitivní noviny i nadále fungují jako skutečná oáza pohody a optimismu na síti pro všechny čtenáře, kteří potřebují pravidelný zdroj k čerpání životní energie, inspirace, nápadů, zábavy, moudrých myšlenek a informací všeho druhu.