여기 오기 전에 나는 이 주제에 대해 혼란스러워했습니다. 당신의 강의를 들은 후에도 나는 여전히 혼란스럽습니다. 하지만 더 높은 수준의 혼란입니다.
Enrico Fermi는 이탈리아 태생으로 나중에 미국으로 귀화한 물리학자이며 세계 최초의 핵반응로인 Chicago Pile-1의 창조자입니다. 그는 "핵 시대의 건축가"이자 "원자폭탄의 건축가"라고 불려왔습니다. 그는 이론물리학과 실험물리학 모두에서 탁월한 매우 드문 물리학자 중 한 명이었습니다. Fermi는 중성자 폭격으로 인한 방사능 유도 및 초우라늄 원소 발견에 대한 업적으로 1938년 노벨 물리학상을 수상했습니다. 그의 동료들과 함께 Fermi는 핵전력 사용과 관련된 여러 특허를 출원했으며, 모두 미국 정부에 의해 인수되었습니다. 그는 통계역학, 양자 이론, 핵 및 입자물리학 발전에 상당한 기여를 했습니다.
Fermi의 첫 번째 주요 기여는 통계역학 분야와 관련되었습니다. Wolfgang Pauli가 1925년에 배타원리를 공식화한 후, Fermi는 이 원리를 이상기체에 적용하는 논문을 발표했으며, 현재 Fermi–Dirac 통계로 알려진 통계 공식화를 사용했습니다. 오늘날 배타원리를 따르는 입자를 "페르미온"이라고 부릅니다. Pauli는 나중에 베타 붕괴 중에 전자와 함께 방출되는 전하 없는 보이지 않는 입자의 존재를 가정하여 에너지 보존 법칙을 만족시키려고 했습니다. Fermi는 이 아이디어를 받아들여 가정된 입자를 "뉘트리노"라고 명명한 모델을 개발했습니다. 나중에 Fermi의 상호작용이라고 불렀던 그의 이론은 현재 약한 상호작용이라고 불리며 자연의 네 가지 기본 상호작용 중 하나를 설명했습니다. 최근에 발견된 중성자로 방사능을 유도하는 실험을 통해 Fermi는 느린 중성자가 빠른 중성자보다 원자핵에 더 쉽게 포획된다는 것을 발견했으며, 이를 설명하기 위해 Fermi 나이 방정식을 개발했습니다. 토륨과 우라늄을 느린 중성자로 폭격한 후, 그는 새로운 원소를 만들었다고 결론지었습니다. 이 발견으로 노벨상을 수상했지만, 새로운 원소는 나중에 핵분열 생성물로 밝혀졌습니다.
Fermi는 자신의 유대인 아내인 Laura Capon에게 영향을 미친 새로운 이탈리아 인종법을 피하기 위해 1938년 이탈리아를 떠났습니다. 그는 미국으로 이주하여 제2차 세계대전 중 Manhattan Project에서 일했습니다. Fermi는 Chicago Pile-1을 설계하고 건설한 팀을 이끌었으며, 이는 1942년 12월 2일에 임계 상태에 도달하여 인간이 처음 만든 자체 지속 핵 연쇄 반응을 입증했습니다. 그는 1943년 Tennessee의 Oak Ridge에 있는 X-10 Graphite Reactor가 임계 상태에 도달했을 때, 그리고 그 다음 해 Hanford Site의 B Reactor가 그렇게 했을 때 현장에 있었습니다. Los Alamos에서 그는 Edward Teller의 열핵 "Super" 폭탄에 대해 일한 부분을 포함한 F Division을 이끌었습니다. 그는 1945년 7월 16일 Trinity 시험에 참석했으며, 그곳에서 그의 Fermi 방법을 사용하여 폭탄의 수율을 추정했습니다.
전쟁 후 Fermi는 J. Robert Oppenheimer 아래에서 핵 문제에 대해 원자력 위원회에 조언한 General Advisory Committee에서 근무했습니다. 1949년 8월 소련 핵분열 폭탄이 폭발한 후, 그는 도덕적, 기술적 근거에서 수소폭탄 개발에 강하게 반대했습니다. 그는 1954년 청문회에서 Oppenheimer를 대신하여 증언한 과학자 중 한 명이었으며, 그 결과 Oppenheimer의 보안 허가가 거부되었습니다. Fermi는 특히 파이온 및 뮤온과 관련된 입자물리학에서 중요한 작업을 수행했으며, 우주선이 성간 공간의 자기장에 의해 가속될 때 재료에서 발생한다고 추측했습니다. 많은 상, 개념, 기관이 Fermi의 이름을 따서 명명되었으며, 여기에는 Enrico Fermi Award, Enrico Fermi Institute, Fermi National Accelerator Laboratory Fermilab, Fermi Gamma-ray Space Telescope, Enrico Fermi Nuclear Generating Station, 및 합성 원소 페르뮴이 포함되며, 그를 자신의 이름을 따서 명명된 원소를 가진 16명의 과학자 중 한 명으로 만듭니다.
위대하고 사랑받는 교사인 Fermi는 노벨상을 수상한 적어도 8명의 젊은 연구원을 지도하거나 직접 영향을 미쳤습니다.
초기 삶
Enrico Fermi는 1901년 9월 29일 이탈리아 Rome에서 태어났습니다. 그는 Ministry of Railways의 부서 책임자인 Alberto Fermi의 아들이었고, 초등학교 교사인 Ida de Gattis의 아들이었습니다. 그의 누나 Maria는 2살 위였고, 그의 형 Giulio는 1살 위였습니다. 두 소년이 습식 간호를 받기 위해 시골 지역사회로 보내진 후, Enrico는 2살 반일 때 Rome의 가족과 다시 합류했습니다. 그는 조부모의 소원에 따라 로마 가톨릭으로 세례를 받았지만, 그의 가족은 특별히 종교적이지 않았습니다. Enrico는 성인 생활 내내 불가지론자였습니다. 어린 소년으로서 그는 형 Giulio와 같은 관심을 공유했으며, 전동모터를 만들고 전기 및 기계 장난감을 가지고 놀았습니다. Giulio는 1915년 목 농양 수술 중 사망했고 Maria는 1959년 Milan 근처의 비행기 충돌로 사망했습니다.
지역 시장에서 Fermi는 900페이지 분량의 물리학 책 Elementorum physicae mathematicae를 찾았습니다. Collegio Romano의 교수인 Jesuit Father Andrea Caraffa가 라틴어로 쓴 이 책은 1840년 출판 당시 수학, 고전 역학, 천문학, 광학, 음향학을 제시했습니다. 과학에 관심이 있는 친구인 Enrico Persico와 함께 Fermi는 자이로스코프를 만들고 지구의 중력 가속도를 측정하는 것과 같은 프로젝트를 추진했습니다. Fermi의 아버지의 동료가 그에게 물리학과 수학 책을 주었으며 그는 빠르게 습득했습니다.
Pisa의 Scuola Normale Superiore
Fermi는 1918년 7월에 고등학교를 졸업했고, Amidei의 권유로 Pisa의 Scuola Normale Superiore에 지원했습니다. 한 아들을 잃은 그의 부모는 그가 학교의 숙소에 4년 동안 거주하는 것을 마지못해 허락했습니다. Fermi는 "음향의 특정 특성"이라는 주제의 에세이를 포함한 어려운 입시 시험에서 1등을 차지했습니다. 17살의 Fermi는 Fourier 분석을 사용하여 진동 막대의 편미분 방정식을 도출하고 풀기로 결정했으며, Fermi와의 인터뷰 후 시험관은 그가 뛰어난 물리학자가 될 것이라고 선언했습니다.
Scuola Normale Superiore에서 Fermi는 동료 학생 Franco Rasetti와 함께 장난을 쳤으며, 두 사람은 친한 친구이자 협력자가 되었습니다. Fermi는 물리학 실험실의 책임자인 Luigi Puccianti의 조언을 받았으며, 그는 자신이 Fermi에게 가르칠 수 있는 것이 거의 없다고 말했으며 종종 Fermi에게 대신 무언가를 가르쳐달라고 요청했습니다. Fermi의 양자물리학 지식은 Puccianti가 그에게 주제에 대한 세미나를 조직하도록 요청할 정도였습니다. 이 기간 동안 Fermi는 일반상대성 이론의 핵심 기술인 텐서 미적분학을 배웠습니다. Fermi는 처음에 수학을 전공으로 선택했지만 곧 물리학으로 전환했습니다. 그는 대부분 독학으로 일반상대성 이론, 양자 역학, 원자물리학을 공부했습니다.
1920년 9월에 Fermi는 물리학 학부에 입학했습니다. 학부에는 Fermi, Rasetti, Nello Carrara 세 명의 학생만 있었기 때문에 Puccianti는 그들이 자신이 선택한 모든 목적으로 실험실을 자유롭게 사용하도록 허락했습니다. Fermi는 X선 결정학을 연구해야 한다고 결정했고, 세 사람은 Laue 사진(결정의 X선 사진)을 생성하기 위해 노력했습니다. 1921년, 대학 3학년 동안 Fermi는 이탈리아 저널 Nuovo Cimento에서 그의 첫 과학 작업을 발표했습니다. 첫 번째는 "translational motion에서의 전하의 강체 시스템의 역학에 대하여" Sulla dinamica di un sistema rigido di cariche elettriche in moto traslatorio라는 제목이었습니다. 앞으로의 일의 징조는 질량이 텐서(3차원 공간에서 움직이고 변하는 것을 설명하기 위해 일반적으로 사용되는 수학적 구성)로 표현되었다는 것입니다. 고전 역학에서 질량은 스칼라량이지만 상대성 이론에서는 속도에 따라 변합니다. 두 번째 논문은 "균일한 중력장의 정전기 및 전자기 전하의 무게에 대하여" Sull'elettrostatica di un campo gravitazionale uniforme e sul peso delle masse elettromagnetiche였습니다. 일반상대성 이론을 사용하여 Fermi는 전하가 U/c2과 같은 무게를 가지고 있음을 보였습니다. 여기서 U는 시스템의 정전기 에너지이고 c는 빛의 속도입니다.
첫 번째 논문은 전자기 질량 계산과 관련된 전자동역학 이론과 상대론 이론 사이의 모순을 지적하는 것으로 보였으며, 전자는 4/3 U/c2 값을 예측했습니다. Fermi는 다음 해에 "전자동역학과 전자기 질량의 상대론 이론 사이의 모순에 대하여"라는 논문에서 이를 다루었으며, 명백한 모순은 상대성의 결과임을 보여주었습니다. 이 논문은 충분히 높은 평가를 받아 1922년 독일 과학 저널 Physikalische Zeitschrift에 번역되어 출판되었습니다. 그 해 Fermi는 이탈리아 저널 I Rendiconti dell'Accademia dei Lincei에 "세계 선 근처에서 발생하는 현상에 대하여" Sopra i fenomeni che avvengono in vicinanza di una linea oraria라는 제목의 논문을 제출했습니다. 이 논문에서 그는 동등성 원리를 검토했으며 소위 "Fermi 좌표"를 도입했습니다. 그는 세계 선 가까운 시간 선 근처에서 공간이 마치 Euclidean 공간인 것처럼 행동함을 증명했습니다.
Fermi는 1922년 7월에 "확률에 관한 정리와 그 응용" Un teorema di calcolo delle probabilità ed alcune sue applicazioni이라는 제목의 논문을 Scuola Normale Superiore에 제출했으며, 비정상적으로 젊은 20살의 나이에 laurea를 받았습니다. 논문은 X선 회절 이미지에 관한 것이었습니다. 이론물리학은 아직 이탈리아에서 학문으로 간주되지 않았으며, 받아들여질 수 있는 유일한 논문은 실험물리학에 관한 것이었습니다. 이러한 이유로 이탈리아 물리학자들은 독일에서 오는 상대성 같은 새로운 아이디어를 천천히 받아들였습니다. Fermi는 실험실에서 실험 작업을 수행하는 것이 매우 편했기 때문에 이것이 극복할 수 없는 문제를 야기하지 않았습니다.
1923년 August Kopff의 책 Fundamentals of Einstein Relativity의 이탈리아판을 위한 부록을 쓰는 동안 Fermi는 유명한 Einstein 방정식 E = mc2 내부에 착취될 수 있는 엄청난 핵 잠재 에너지가 숨어 있다는 점을 처음으로 지적했습니다. "적어도 가까운 미래에는 이러한 끔찍한 양의 에너지를 방출하는 방법을 찾을 수 없을 것 같습니다"라고 그는 썼습니다. "이는 모두 좋은 일입니다. 왜냐하면 이러한 끔찍한 양의 에너지 폭발의 첫 번째 효과는 그것을 찾을 불행을 겪은 물리학자를 산산조각 낼 것이기 때문입니다."
1924년에 Fermi는 이탈리아 Grand Orient의 Masonic Lodge "Adriano Lemmi"에 입회했습니다.
Fermi는 Göttingen 대학의 Max Born 아래에서 한 학기를 보냈으며, 여기서 그는 Werner Heisenberg와 Pascual Jordan를 만났습니다. Fermi는 1924년 9월부터 12월까지 Rockefeller Foundation으로부터 수학자 Vito Volterra의 중보기도로 얻은 펠로우십을 받고 Leiden의 Paul Ehrenfest와 함께 공부했습니다. 여기서 Fermi는 Hendrik Lorentz와 Albert Einstein을 만났고, Samuel Goudsmit 및 Jan Tinbergen와 친구가 되었습니다. 1925년 1월부터 1926년 말까지 Fermi는 Florence 대학에서 수학물리학과 이론역학을 가르쳤으며, 여기서 그는 Rasetti와 팀을 이루어 수은 증기에 대한 자기장의 영향에 대한 일련의 실험을 수행했습니다. 그는 또한 Rome의 Sapienza University의 세미나에 참여하여 양자 역학 및 고체 물리학에 대한 강의를 했습니다. Schrödinger 방정식의 놀라운 예측 정확도를 기반으로 한 새로운 양자 역학에 대한 강의를 할 때, Fermi는 종종 "그렇게 잘 맞을 이유가 없습니다!"라고 말했습니다.
Wolfgang Pauli가 1925년에 배타원리를 발표한 후, Fermi는 "완벽한 단원자 기체의 양자화에 대하여" Sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico라는 논문으로 대응했으며, 이 논문에서 그는 배타원리를 이상기체에 적용했습니다. 이 논문은 특히 배타원리를 따르는 많은 동일한 입자의 시스템에서 입자의 분포를 설명하는
