Biografie
Enrico Fermi (fot. National Archives and Records Administration)
Enrico Fermi (fot. National Archives and Records Administration)

6 sierpnia 1945 roku, 8.15 rano. Nad miastem, w którym przebywa 370 tysięcy osób: cywilów, przymusowych robotników, przedstawicieli służb medycznych i wojskowych, pojawia się Enola Gay, bombowiec strategiczny Boeinga. Nazwany przez pilota, Paula Tibbetsa, imieniem jego matki. W ładowni bombowca leży spokojnie Mały Chłopiec - Little Boy - mierząca trzy metry długości i ważąca ponad cztery tony bomba jądrowa o mocy wybuchu 16 kiloton trotylu.

Luk się otwiera, bomba spada i eksploduje pół kilometra nad centrum budzącego się do życia miasta. W ciągu kilku sekund ginie 80 tysięcy ludzi. Wielu z nich po prostu wyparowuje, zostawiając po sobie tylko cienie, które temperatura 3500 stopni Celsjusza wypala na kamieniach. Wybuchają kolejne pożary, Hiroszima obraca się w perzynę w ciągu kilku sekund. Łączna liczba ofiar Małego Chłopca przekracza 180 tysięcy osób.

Trzy tygodnie wcześniej, pustynia w pobliżu miasta Alamogordo w Nowym Meksyku, 5 rano. Na 32-metrowej wieży pośrodku niczego leży Gadget, bomba plutonowa. W bunkrze o kryptonimie "South-10000" zamykają się drzwi. Wewnątrz znajdują się m.in. Richard Feynman oraz J. Robert Oppenheimer. W innym, odległym o 16 kilometrów bunkrze czekają Isidor Rabi i Enrico Fermi. Tuż przed godziną zero Fermi chwyta kartkę, drze ją na małe kawałki i rozrzuca po pomieszczeniu. Bomba odpala, a nad pustynią w Nowym Meksyku pojawia się grzyb atomowy. Siła eksplozji jest tak wielka, że nawet 300 kilometrów od centrum wybuchu w oknach drżą szyby.

- Stałem się śmiercią, niszczycielem światów - mówi Oppenheimer.

W tym samym czasie Fermi przygląda się papierowemu konfetti i obserwując jego ruch, oblicza energię eksplozji równą 20 kilotonom trotylu. Ojciec ery atomu potraktował test broni nuklearnej jak kolejny eksperyment.

Być jak Marconi

Enrico Fermi rodzi się 29 września 1901 roku w Rzymie, jako najmłodsze dziecko urzędnika kolejowego Alberta i jego żony Idy de Gattis. Tuż po narodzinach zostaje oddany na wychowanie do wiejskiej rodziny, u której spędza ponad dwa lata. Było to dość powszechne w tamtych czasach - zamożne, miejskie rodziny powierzały opiekę nad najmłodszymi dziećmi dalszej rodzinie mieszkającej na wsi lub płaciły za to obcym rodzinom.

Gdy wreszcie wraca do domu rodzinnego - wybucha płaczem. Nie zna rodziców ani rodzeństwa. Po pierwszym trudnym okresie nawiązuje bliską relację ze starszym bratem. To on mówi Enrico o dokonaniach Marconiego, pioniera przemysłu elektronicznego i najsłynniejszego włoskiego naukowca tamtej epoki. Chłopcy są zafascynowani jego pracą, również pragną zająć się nauką.

Młody Enrico w 1917 roku (fot. G. Cerri / Giorgio Batini, Album di Pisa, Firenze, La Nazione, 1972)

Jednak Giulio zaczyna chorować, ma mniej energii do nauki. Za to Enrico poznaje dzięki ojcu inżyniera kolejowego Adolfo Amideiego, który staje się jego pierwszym poważnym nauczycielem.

- Geniusz, po prostu geniusz - mówi o 13-letnim Enrico Amidei i zachęca ojca do wspierania edukacji syna. Rodzina skupia się jednak na Giulio, który ma przejść zabieg usunięcia ropnia w gardle.

To ma być prosta procedura, w szpitalu rodzina Fermich otrzymuje zapewnienie, że Giulio będzie mógł wrócić do domu niemal natychmiast po zabiegu. Matka z siostrą czekają na korytarzu. Nagle z sali wybiegają zdenerwowane pielęgniarki, po nich wychodzi chirurg i oznajmia, że Giulio zmarł, zanim zakończono proces znieczulenia. Nikt nie widział, co poszło nie tak.

Młodego Enrico od popadnięcia w szaleństwo ratuje stary podręcznik o geometrii rzutowej niemieckiego matematyka Theodora Reye, który otrzymał od Amideiego. Czyta go nieustannie przez dwa miesiące. Wreszcie oznajmia, że opanował cały materiał, przeprowadził dowód każdego twierdzenia. Amidei nie wierzy. Książka była jego podręcznikiem uniwersyteckim, a wyrażone w niej kwestie na tyle skomplikowane, że inżynier sam nigdy nie przeprowadził wspomnianych dowodów. Sprawdza chłopca skrupulatnie, jednak wszystkie obliczenia są prawidłowe. Enrico Fermi ma wówczas 13 lat.

Cztery lata później zdaje do prestiżowej Scuola Normale di Pisa, zrzeszającej najwybitniejszych studentów, założonej przez samego Napoleona Bonaparte. Na egzaminie ma napisać esej na dowolny temat. Wybiera "Charakterystykę dźwięku" i przedstawia zagadnienie tak wnikliwie, że oceniający pracę profesor stwierdza, że ten esej mógłby być równie dobrze wstępem do rozprawy doktorskiej.

Coraz bardziej niż matematyka zaczyna go pociągać fizyka. Zamyka się na długie godziny w bibliotece i czyta, czyta, czyta. Oddaje się lekturom takim jak liczące cztery tysiące stron kompendium wiedzy "Traktat o fizyce" rosyjskiego fizyka Oriesta Chwolsona, klasyczna "Mechanika" Appella i "Termodynamika" Maxa Plancka. A co raz przeczyta, zapamiętuje już na zawsze. Jak komputer sprawnie gromadzący i precyzyjnie lokujący kolejne dane.

Program studiów nie przewiduje poruszania najnowszych zagadnień, dlatego Enrico sam studiuje prace Alberta Einsteina, stając się szybko specjalistą w dziedzinie szczególnej teorii względności. To on, 20-letni student, wykłada teorię Einsteina swoim profesorom i na wiele lat staje się najbardziej zagorzałym włoskim piewcą fizyki w wydaniu pewnego nieuczesanego pracownika biura patentowego i zarazem największego umysłu XX wieku.

W jednym z artykułów napisanych podczas studiów (a opublikował ich w tym czasie ponad 30, wszystkie w najbardziej prestiżowych periodykach ówczesnego świata) zauważa: "Gdybyśmy mogli uwolnić energię zawartą w jednym gramie materii, uzyskalibyśmy większą jej ilość, niż może nam dostarczyć tysiąc koni pracujących nieprzerwanie przez trzy lata. (...) w najbliższej przyszłości nie wydaje się możliwe znalezienie sposobu uwolnienia tych niesamowitych zasobów energii. W istocie można tylko się z tego cieszyć; eksplozja tak niesamowitej ilości energii rozerwałaby na strzępy fizyka, który miałby nieszczęście znaleźć sposób na jej wyzwolenie".

Włoscy naukowcy Franco Rasetti, Enrico Fermi i Emilio Segr? w strojach akademickich (fot. Domena publiczna)

W tym samym czasie, gdy geniusz Fermiego nabiera rozpędu, na arenę polityczną wkroczy inny Włoch, który zmieni oblicze Europy - Benito Mussolini, a wraz z nim powołany w 1919 roku ruch faszystowski. Ani Fermi, ani Mussolini jeszcze nie wiedzą, że ich drogi się zejdą. Gdyby nie Akademia Szwedzka, to spotkanie tej dwójki mogłoby sprawić, że przyszłość świata wyglądałaby jak w powieści Philipa K. Dicka "Człowiek z wysokiego zamku", w której to nie alianci, lecz państwa osi wygrały drugą wojnę światową.

Geniusz w stroju koguta

Orso Maria Corbino był niskim, korpulentnym mężczyzną z krzaczastymi brwiami, niewiele młodszym od ojca Enrico. Był również najbardziej poważanym fizykiem ówczesnych Włoch, sprawnym administratorem, politykiem i dziekanem Wydziału Fizyki Uniwersytetu Rzymskiego. Pragnął stworzyć tam najbardziej prężny ośrodek naukowy południowej Europy. Ośrodek mogący konkurować ze świetnymi uniwersytetami niemieckimi i angielskimi. Uznał, że przepustką do tego celu jest właśnie Enrico Fermi, którego sława przekroczyła już granice włoskiego buta.

Gdy Corbino i Fermi debatują nad przyszłością młodego fizyka, na Rzym maszerują faszystowskie hordy Mussoliniego. Fermi ucieknie przed przewrotem do Getyngi, gdzie zetknie się m.in. z Maxem Bornem, Wernerem Heisenbergiem i Wolfgangiem Paulim. Miał też okazję spotkać się z Marią Skłodowską-Curie, która biorąc go za teoretyka, całkowicie go zignorowała. Nie wybaczył jej tego do końca życia.

Pierwsze dekady XX wieku są ciekawym czasem dla nauki. Wszystko przyspiesza. Max Planck tworzy teorię kwantów, Einstein szczególną teorię względności. To furtki do kolejnych przełomów, których dokonają tacy ludzie jak Niels Bohr, Paul Dirac, Erwin Schrödinger, wspomniani Heisenberg, Pauli i oczywiście Enrico Fermi. Kilka europejskich ośrodków uniwersyteckich jest dla fizyki tym, czym atmosfera Florencji i mecenat Medyceuszy dla rozwoju sztuki.

Fermi, ceniony już jako student, zaczyna wykładać w wieku zaledwie 22 lat. Zmienia uczelnie, by wreszcie trafić z powrotem do Rzymu, gdzie Corbino, wówczas już polityk związany z rządem Mussoliniego, daje mu katedrę. Fermi jest bezkonkurencyjny. Panuje nad wszystkimi, co skutkuje nadaniem mu przezwiska "Papież". - Nie ma demokracji w fizyce. Nie możemy uważać, że jakiś drugorzędny facet ma takie samo prawo wygłaszania swojej opinii jak Fermi - powie kiedyś o Enrico we wspomnieniach "To Fermi with Love" jego współpracownik, również laureat Nagrody Nobla, Luis Alvarez.

Nim ukończy 30 lat, zostaje członkiem Accademii d'Italia, założonej przez Mussoliniego instytucji naukowej, która miała wynieść włoską naukę na europejskie szczyty. Fermi jednak nie jest zadowolony. Wstąpienie w poczet członków Accademii wymaga uszycia kosztownego stroju, o którym przyszły noblista mówił, że przypomina upierzenie koguta. Wydaje na niego trzy pensje.

W tym samym czasie żeni się. Jego wybranką jest Laura, studentka fizyki pochodząca z zamożnej żydowskiej rodziny. Miesiąc miodowy spędzają w Alpach. Młody mąż uznaje, że jest to świetna okazja, by zapoznać żonę ze słynnymi równaniami Maxwella opisującymi pole elektromagnetyczne.

Ich związek jest udany. Mają dwoje dzieci, które - jak napisała w swoich wspomnieniach Laura - na szczęście mogli powierzyć nianiom. Rozdziałowi opisującemu ich umiejętności rodzicielskie nadała tytuł: "Jak nie wychowywać dzieci" i ozdobiła go dwiema fotografiami męża. Na jednej trzyma owcę, na drugiej syna. Obydwie nie wyrażają emocji.

Enrico Fermi z żoną Laurą Capon, Los Alamos, 1954 r. (fot. Domena publiczna)

Radioaktywny sprinter

W latach 30. XX wieku Fermi jest na fali. Kolejne publikacje i odkrycia przynoszą mu coraz większy rozgłos. Ale przeczytana w prasie notatka o tym, że małżeństwu Joliot-Curie udało się wywołać proces promieniotwórczy za pomocą bombardowania pierwiastków nieradioaktywnych cząstkami alfa, powoduje, że w jego głowie pojawia się nowy pomysł: fizyka jądrowa, czyli fizyka jądra atomu.

Gdyby atom węgla powiększyć do rozmiaru boiska piłkarskiego, jądro byłoby małą monetą umieszczoną w jego środku, najbliższe elektrony znajdowałyby się na liniach bramkowych, a pomiędzy nimi rozciągałaby się pusta przestrzeń. Wiadomo było już, że jądro obdarzone jest ładunkiem dodatnim i stanowi przeważającą część masy atomu. Jednak wiele kwestii pozostaje tajemnicą. Częściowo rozwiązało ją odkrycie neutronów, nieobdarzonych ładunkiem elektrycznym cząstek elementarnych.

Fermi wraz ze swoim rzymskim zespołem rozpoczyna eksperymenty z bombardowaniem pierwiastków neutronami. Przypadkiem, ustawiając parafinę między źródłem neutronów a bombardowanym celem, odkrywa sposób spowolnienia neutronów, co zwiększa szansę na wchłonięcie ich przez jądro, a co za tym idzie - uzyskanie nowych substancji promieniotwórczych.

Eksperymenty prowadzone są w piwnicach Wydziału Fizyki Uniwersytetu Rzymskiego. W jednej części odbywa się bombardowanie, a w innej znajduje się skonstruowany przez naukowców licznik Geigera, który mierzy promieniowanie jądrowe. Aby móc możliwie precyzyjnie określić wyniki testów na kolejnych pierwiastkach, naukowcy dosłownie biegają z napromieniowaną substancją. Fermi jest najszybszy. Probówki z radioaktywnymi substancjami zawsze tuli do serca - jest dla nich bardziej czuły niż dla własnych dzieci.

Grupa poddaje procesowi bombardowania neutronami również uran i uzyskuje - jak sądził Fermi - nowe pierwiastki transuranowe. Tylko niemiecka chemiczka Ida Noddack rozumie, że Fermi nie stworzył nowych pierwiastków, ale rozszczepił jądro atomu uranu.

Enrico Fermi na dziedzińcu Instytutu Fizyki Uniwersytetu Rzymskiego przy Via Panisperna, około 1930 roku. Od lewej: Oscar D'Agostino, Emilio Segr?, Edoardo Amaldi, Franco Rasetti i Enrico Fermi (fot. Bruno Pontecorvo / Domena publiczna)

To szczęście w nieszczęściu. Reżim Mussoliniego coraz bardziej zbliża się do nazizmu. Duce prowadzi agresywną politykę. Atakuje grecką wyspę Korfu, rozważa wojnę z Jugosławią oraz z Turcją, uzależnia od Włoch Albanię, a w 1935 roku dokonuje inwazji na Abisynię. Odkrycie Fermiego i jego zespołu może mu dać do rąk broń, którą zmiażdżyłby każdego przeciwnika.

Wśród noblistów

Enrico Fermi jest bodaj jedynym w historii laureatem Nagrody Nobla, który wiedział, że otrzyma wyróżnienie. Akademia Szwedzka, dostrzegając bliską niemieckiej politykę Mussoliniego, wysłała na przeszpiegi Nielsa Bohra, duńskiego fizyka i również noblistę, który miał sprawdzić, czy przyznanie wyróżnienia nie zaszkodzi Fermiemu tak, jak wyróżnionemu w 1936 roku Pokojową Nagrodą Nobla niemieckiemu działaczowi Carlowi von Ossietzky'emu. Ossietzky ujawnił światu powód niemieckiej remilitaryzacji, a rząd nazistowski oskarżył go o zdradę stanu i wysłał do obozu koncentracyjnego. Chcąc wstawić się za działaczem, Komitet Noblowski przyznał mu wyróżnienie, co tylko przypieczętowało los więźnia. Obawiano się, że Fermiego może spotkać to samo.

Dlatego gdy Fermi odebrał telefon ze Sztokholmu, wcale się nie zdziwił. Za to zmienił plany. Od dłuższego czasu wraz z żoną planowali ucieczkę z faszystowskich Włoch. Pomysł przypieczętowały ustawy represjonujące ludność pochodzenia żydowskiego, a przecież Laura była Żydówką. Za to Fermi był faszystowskim dobrem narodowym, każdy jego ruch był obserwowany.

Obmyślili, że na ceremonię pojadą całą rodziną. Nie było w tym nic zaskakującego. Aby nie wzbudzać większych podejrzeń, oznajmili, że po ceremonii Enrico udaje się na urlop naukowy w celu odwiedzenia kilku innych zajmujących się podobną tematyką naukowców. Zabrali niewiele rzeczy. Ubrania, kilka książek, drobne pamiątki. Reszta ich dorobku została w rzymskim mieszkaniu.

O tym, że należy uciekać, dobitnie przypomniały im faszystowskie gazety, które odsądzały Fermiego od czci, ponieważ ten, witając się z królem Szwecji, nie użył faszystowskiego pozdrowienia, a podał władcy rękę. Wsiedli na statek i opuścili Europę, rozpoczynając nowe życie w nowym świecie.

O tym, co wydarzyło się później, uczą wszystkie podręczniki historii. Wielka wojna, jaka rozszalała się w Europie i rozlała po innych częściach świata, sprawiła, że nie było już dobra i zła. Naukowcy Trzeciej Rzeszy rozpoczęli prace nad bronią opartą na eksperymencie Fermiego. W USA został powołany Projekt Manhattan, który wyda na świat kilkudziesięciu noblistów, za to zmiecie z niego kilkaset tysięcy ludzi. Fermiemu powierzono zadanie wytworzenia kontrolowanej łańcuchowej reakcji jądrowej. W tym celu zbudował na stadionie Uniwersytetu Chicagowskiego, którego był pracownikiem, pierwszy reaktor jądrowy - Chicago Pile 1. Reaktor był gotowy do testu 2 grudnia 1942 roku.

Reaktor Chicago Pile-1 CP-1 (fot. Shutterstock)

Fermiego i wspierających go naukowców opanował lęk. Reaktor mieścił się w ogromnym mieście i choć wymyślono, że w razie niepowodzenia eksperymentu stos zostanie zalany, obawiano się, czy teoretyczne wyliczenia pokryją się z przebiegiem eksperymentu. Ale wyliczenia okazały się poprawne, a zespół Fermiego uzyskał samopodtrzymującą się łańcuchową reakcję jądrową.

Według obliczeń samego Enrico, gdyby coś poszło nie tak, eksperyment zmiótłby z powierzchni ziemi połowę Chicago. Stos rozebrano i przeniesiono 40 km pod Chicago. Stał się zalążkiem jednej z największych amerykańskich instytucji badawczych Argonne National Laboratory.

"Fermiemu z miłością"

Resztę życia Fermi spędził w Chicago, gdzie objął katedrę fizyki. Był znakomitym, cenionym profesorem i współpracownikiem. Po przedwczesnej śmierci Enrico, a zmarł na raka żołądka w wieku zaledwie 53 lat, jego współpracownicy nagrali dwupłytowy album zatytułowany "To Fermi With Love" - "Fermiemu z miłością". Zawiera wspomnienia jego przyjaciół, żony, studentów i wielu osób, z którymi Enrico zetknął się w trakcie pracowitego życia. Jest wyrazem głębokiego oddania, przyjaźni i świadectwem tego, że każdy człowiek zasługuje na odkupienie. Fermi zasłużył też na własny pierwiastek o liczbie atomowej 100 - ferm, własną jednostkę długości - fermi, a także na osobiste cząstki subatomowe - fermiony. Jego imieniem nazwano również Narodowe Laboratorium Przyspieszania Cząstek Elementarnych Fermilab mieszczące się w pobliżu Chicago.

Po wydarzeniach w Hiroszimie i Nagasaki Fermi się zmienił. Przestał patrzeć na swoją pracę jako na rozwiązywanie skomplikowanych, lecz teoretycznych problemów. Potrzebował nowej perspektywy, co zaprowadziło go do rozważań o Wszechświecie. Znowu bawił się matematyką. Stwierdził, że skoro w samej Drodze Mlecznej jest 100, a nawet 400 miliardów gwiazd, a w obserwowanym Wszechświecie ta liczba przemnożona jest wielokrotnie, to powinno istnieć wiele zaawansowanych cywilizacji pozaziemskich. Jednak nie ma na to żadnych obserwowalnych dowodów. Czyli albo zaawansowane technicznie życie jest znacznie rzadsze, niż można przypuszczać, albo nasze metody obserwacji są niekompletne lub ludzkość poszukuje nie tych śladów, co trzeba. A może nie widzimy ich, bo gdy wchodzą na wysoki poziom rozwoju, doprowadzają do samounicestwienia? Ot, choćby tworząc broń podobną do tej, która zmiotła z powierzchni ziemi dwa japońskie miasta? Fermi wyraził to w często cytowanym artykule z 1950 roku zatytułowanym "Gdzie oni są?". Problem, nazwany paradoksem Fermiego, do dziś rozpala dyskusje fizyków, matematyków, filozofów, astronomów, astrobiologów i wszystkich tych, którzy są przekonani, że przecież nie możemy być sami we Wszechświecie.

Przygotowując materiał, korzystałam z "David N. Schwartz, Enrico Fermi, ostatni człowiek, który wiedział wszystko" (tłumaczenie: Tomasz Lanczewski) Copernicus Center Press 2019, "To Fermi With Love" https://www.manhattanprojectvoices.org/oral-histories/fermi-love-part-1, "Voices of The Manhattan Project" https://www.manhattanprojectvoices.org/

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka. Dziennikarka i redaktorka zajmująca się głównie tematyką popularnonaukową. Związana m.in z Życiem Warszawy i Weekend.Gazeta.pl, Magazynem Wirtualnej Polski oraz z Focusem. Współautorka książki "Człowiek istota kosmiczna".