Широкая общественность может рассматривать научное предприятие как рациональное и методичное, продвигающееся вперед упорядоченным, связным образом. Но наука движется внезапно, иногда вперед, иногда назад, иногда методично, а иногда совершенно случайно. Исключительную роль, которую случайность и случайность играют в научных открытиях, можно увидеть в замечательной карьере Энрико Ферми, одного из величайших физиков 20-го века. Ферми известен прежде всего своими работами по физике нейтронов, делению ядер и экспериментам, которые привели к созданию первой атомной бомбы.
В октябре 1934 года Ферми возглавил небольшую команду в Риме по созданию радиоактивных элементов путем бомбардировки различных элементов нейтронами, тяжелыми нейтральными частицами, которые находятся в ядре большинства атомов. При этом он расщепил атом урана. Но по ряду причин, связанных главным образом с ограничениями радиохимии его команды, он не знал этого в то время. Однако его коллеги заметили, что бомбардировка элемента, когда он сидел на деревянном столе, неожиданно сделала этот элемент более радиоактивным, чем когда он сидел на мраморном столе. Это был не результат, которого они ожидали, и они, возможно, заметили бы его не из-за своего любопытства и наблюдательности.
В поисках объяснения они довели феномен до Ферми. Ферми подумал об этом и пришел к выводу, что более легкие ядра в водороде и углероде в деревянном столе действовали так, чтобы замедлять нейтроны, давая нейтронам больше времени, чтобы провести внутри атомного ядра и повредить его - отсюда и увеличение радиоактивности. Он провел подтверждающий эксперимент с блоком парафина между источником нейтронов и мишенью - парафин содержит много водорода и углерода, поэтому идеально подходит для этих целей.
Невозможно переоценить важность этого случайного открытия. Работа, которую Ферми впоследствии привел к использованию этого открытия, кульминацией которого стала разработка первой ядерной цепной реакции 2 декабря 1942 года в Чикаго, полностью была основана на эффекте «медленных нейтронов». Графитовые кирпичи, которые сформировали структуру первой атомной кучи, служили замедлителем для замедления нейтронов, испускаемых урановыми слизнями, внедренными по всей куче, увеличивая вероятность деления. Не только все ядерные реакторы основаны на этом эффекте; это был важный аспект исследований деления, который неумолимо привел к созданию ядерного оружия.
Последний человек, который знал все: жизнь и времена Энрико Ферми, отца ядерного века
В 1942 году команда из Чикагского университета достигла того, чего раньше никто не имел: ядерной цепной реакции. На переднем крае этого прорыва стоял Энрико Ферми. Ферми, прошедший эпоху классической физики и квантовой механики, одинаково легко разбирающийся с теорией и экспериментом, Ферми действительно был последним человеком, который знал все - по крайней мере, о физике. Но он также был сложной фигурой, входившей в итальянскую фашистскую партию и Манхэттенский проект, и был не совсем идеальным отцом и мужем, который, тем не менее, оставался одним из величайших наставников истории. Основанный на новом архивном материале и эксклюзивных интервью, «Последний человек, который знал все» раскрывает загадочную жизнь колосса физики двадцатого века. купитьНаука Ферми руководствовалась случайностью другими способами. Во-первых, произошла простая случайность его рождения в 1901 году, которая привела его к интеллектуальной зрелости в 1920-х годах, в то время, когда решались глубокие проблемы квантовой теории. Великий британский историк С.П. Сноу однажды написал о Ферми: «Если бы Ферми родился несколькими годами ранее, можно было бы вообразить, что он открыл атомное ядро Резерфорда, а затем развил теорию Бора об атоме водорода. Если это звучит как гипербола, то все, что касается Ферми, может звучать как гипербола ».
Конечно, родившись в 1901 году, он опоздал, чтобы внести свой вклад в те первые годы ядерной физики. Он, однако, родился как раз вовремя, чтобы внести свой вклад в некоторые из наиболее важных разработок квантовой теории. Fermis сегодня, в той степени, в которой они существуют, теперь работают в командах из тысяч физиков-экспериментаторов и теоретиков в ЦЕРНе, где происходит физика элементарных частиц, но где возможности для индивидуальных достижений резко ограничены.
Во-вторых, в 13 лет он случайно встретился с коллегой своего отца, человеком по имени Адольфо Амидей, который понял, что Ферми был вундеркиндом, и взял на себя ответственность дать подростку высшее образование по математике и физике - основа на котором Ферми построил свою карьеру.
В-третьих, произошел несчастный случай его брака с женщиной, которая так сильно любила Рим, что она отказалась переехать в Соединенные Штаты в 1930 году, когда Ферми впервые захотела это сделать. Если бы он покинул Рим в начале 1930-х годов, кто знает, сделал бы он свою медленную нейтронную работу или обнаружил деление?
На самом деле он не знал, что он расщепил атом урана в своих экспериментах 1934 года, до 1939 года, когда немецкие ученые объявили, что, повторяя работу Ферми в 1934 году, они пришли к выводу, что он создавал деление урана. Несомненно, тот факт, что он использовал свинцовую защиту на каждом элементе, который он бомбардировал, что скрывало тот факт, что уран испускает сильный электромагнитный импульс при расщеплении его ядра, является историческим случайным событием. Если бы он знал, что он расщепляет атом урана, Италия могла бы разработать ядерное оружие задолго до начала Второй мировой войны с совершенно непредсказуемыми последствиями.
Он также прибыл в Колумбийский университет в 1939 году, возможно, самый исторический случай из всех. В Колумбии он встретился с венгерским физиком Лео Сцилардом, у которого была идея ядерной цепной реакции задолго до расщепления атома урана, и который подтолкнул Ферми к экспериментам, ведущим к первой в мире контролируемой устойчивой ядерной цепной реакции. Если бы Ферми предпочел поступить в Мичиганский университет в Анн-Арборе (где у него были друзья) вместо Колумбии, он бы не встретил Сциларда. Уильям Лануэт, биограф Сциларда, считает, что если бы эти два человека не встретились в Нью-Йорке в январе 1939 года, история атомной бомбы, несомненно, была бы иной, а своевременный успех был бы гораздо менее определенным. У Сциларда была идея цепной реакции; Ферми был самым знающим человеком в мире о том, как нейтроны проходят сквозь вещество. Таким образом, авария, которая поместила их в одно и то же место в то же время, была поворотной точкой, вокруг которой развернулся Манхэттенский проект.
Как ни удивительны эти случайные события и происшествия в карьере Ферми, история науки изобилует ими. Открытие химиотерапевтического препарата цисплатин, обнаружение радиоактивности, открытие космического фонового излучения и даже открытие виагры - все это было сделано случайно. Символом этой огромной роли, которую случайность сыграла в науке, является открытие Александром Флемингом пенициллина. Профессор бактериологии подготовил серию чашек Петри с бактериальными колониями, а затем отправился в отпуск из своей лаборатории в больнице Святой Марии в Лондоне в сентябре 1928 года. Вернувшись из отпуска, он рассмотрел препараты и, к своему удивлению, заметил, что плесень заразила одну. из них. Осмотрев блюдо дальше, он заметил, что сразу вокруг колонии плесени бактерии не росли. Заинтригованный, он начал серию экспериментов и определил, что плесень выделяет вещество, которое убивает бактерии. Потребовались долгие годы дальнейшей работы, но результат - первый основной антибиотик - полностью и навсегда изменил медицинскую практику, спасая множество жизней на этом пути.
Случайные открытия - это, конечно, исключение, а не правило. Большинство ученых проводят методическую карьеру, исследуя интересные вопросы в своих областях, и, если им повезет, они добавят к сумме знаний. И некоторые из их открытий, несомненно, будут великими. Открытия Эйнштейна вряд ли были случайными - хотя помогло то, что он родился в тот момент, когда родился, а не тысячелетием ранее.
Дэвид Н. Шварц - автор книги «Последний человек, который знал все: жизнь и времена Энрико Ферми, отца ядерного века» . Его отец, Мелвин Шварц, поделился Нобелевской премией по физике 1988 года за открытие мюонного нейтрино.
