Buraya gelmeden önce bu konuyla ilgili kafam karışıktı. Dersini dinledikten sonra hala kafam karışık. Ama daha yüksek bir seviyede.
Enrico Fermi, İtalyan asıllı daha sonra Amerikan vatandaşlığına geçen fizikçi ve dünyanın ilk nükleer reaktörü olan Chicago Pile-1'in yaratıcısıydır. "Nükleer çağın mimarı" ve "atom bombasının mimarı" olarak anılmıştır. Teorik fizik ve deneysel fizik alanında her ikisinde de başarılı olan çok az sayıdaki fizikçiden biriydi. Fermi, nötron bombardımanı ile indüklenen radyoaktivite üzerine yaptığı çalışmalar ve transuranium elementlerinin keşfi nedeniyle 1938 Nobel Fizik Ödülü'ne layık görülmüştür. Meslektaşlarıyla birlikte Fermi, nükleer güç kullanımıyla ilgili birkaç patent başvurusunda bulunmuş ve bunların tümü ABD hükümeti tarafından devralınmıştır. İstatistiksel mekanik, kuantum teorisi ve nükleer ve parçacık fiziğinin geliştirilmesine önemli katkılarda bulunmuştur.
Fermi'nin ilk büyük katkısı istatistiksel mekanik alanında olmuştur. Wolfgang Pauli 1925'te dışlama ilkesini formüle ettikten sonra, Fermi bu ilkeyi ideal bir gaza uyguladığı bir makaleyle yanıt vermiş ve bugün Fermi–Dirac istatistiği olarak bilinen bir istatistiksel formülasyon kullanmıştır. Günümüzde dışlama ilkesine uyan parçacıklara "fermiyonlar" denir. Pauli daha sonra beta bozunması sırasında bir elektronla birlikte yayılan yüksüz görünmez bir parçacığın varlığını varsayarak enerji korunumu yasasını sağlamıştır. Fermi bu fikri ele almış, varsayılan parçacığı içeren bir model geliştirmiş ve buna "nötrino" adını vermiştir. Daha sonra Fermi etkileşimi olarak anılan ve şimdi zayıf etkileşim olarak adlandırılan teorisi, doğadaki dört temel etkileşimden birini açıklamıştır. Yakın zamanda keşfedilen nötronla radyoaktivite indükleyen deneyler yoluyla Fermi, yavaş nötronların hızlı olanlardan daha kolay atom çekirdeği tarafından yakalandığını keşfetmiş ve bunu tanımlamak için Fermi yaş denklemi geliştirmiştir. Toryum ve uranyumu yavaş nötronlarla bombardıman ettikten sonra, yeni elementler yaratmış olduğu sonucuna varmıştır. Bu keşif nedeniyle Nobel Ödülü'ne layık görülmesine rağmen, yeni elementler daha sonra nükleer fisyon ürünleri olduğu ortaya çıkmıştır.
Fermi, 1938'de Yahudi eşi Laura Capon'u etkileyen yeni İtalyan ırk yasalarından kaçmak için İtalya'dan ayrılmıştır. Amerika Birleşik Devletleri'ne göç etmiş ve İkinci Dünya Savaşı sırasında Manhattan Projesi'nde çalışmıştır. Fermi, Chicago Pile-1'i tasarladığı ve inşa ettiği ekibi yönetmiş, bu reaktör 2 Aralık 1942'de kritikalliğe ulaşarak insanın yarattığı ilk kendi kendini devam ettiren nükleer zincir reaksiyonunu göstermiştir. Tennessee'deki Oak Ridge'teki X-10 Grafit Reaktörü 1943'te kritikalliğe ulaştığında ve ertesi yıl Hanford Sahasındaki B Reaktörü bunu yaptığında orada bulunmuştur. Los Alamos'ta, bölümü Edward Teller'in termonükleer "Süper" bombasında çalışan F Bölümü'nü başkanlık etmiştir. 16 Temmuz 1945'teki Trinity testine katılmış ve bombanın gücünü tahmin etmek için Fermi yöntemini kullanmıştır.
Savaş sonrasında Fermi, J. Robert Oppenheimer'ın altında Atom Enerjisi Komisyonu'na nükleer konularda tavsiyede bulunan Genel Danışma Komitesi'nde görev yapmıştır. Ağustos 1949'da ilk Sovyet fisyon bombasının patlatılmasından sonra, hidrojen bombasının geliştirilmesine hem ahlaki hem de teknik gerekçelerle karşı çıkmıştır. Oppenheimer'ın güvenlik izni reddedilmesiyle sonuçlanan 1954 duruşmasında Oppenheimer lehine tanıklık yapan bilim adamları arasında yer almıştır. Fermi, özellikle pionlar ve muonlarla ilgili parçacık fiziğinde önemli çalışmalar yaptığı ve kosmik ışınların malzemenin yıldızlararası uzaydaki manyetik alanlar tarafından hızlandırılması durumunda ortaya çıktığını spekule etmiştir. Fermi'nin adı verilen birçok ödül, konsept ve kurum vardır; bunlar arasında Enrico Fermi Ödülü, Enrico Fermi Enstitüsü, Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı Fermilab, Fermi Gama Işını Uzay Teleskopu, Enrico Fermi Nükleer Elektrik Üretim İstasyonu ve sentetik element fermiyum yer almakta, böylece kendisini adına element verilen 16 bilim adamından biri kılmaktadır.
Harika ve sevilen bir öğretmen olan Fermi, Nobel Ödülü'nü kazanan en az 8 genç araştırmacıya rehberlik etmiş veya doğrudan etki etmiştir.
Erken yaşam
Enrico Fermi, 29 Eylül 1901'de Roma, İtalya'da doğmuştur. Raylı Sistem Bakanlığı'nda şef olan Alberto Fermi'nin ve ilkokul öğretmeni Ida de Gattis'in üçüncü çocuğuydu. Kız kardeşi Maria iki yaş büyüktü, erkek kardeşi Giulio bir yaş büyüktü. İki erkek çocuk kırsal bir topluluğa emzirme için gönderildikten sonra, Enrico iki buçuk yaşındayken Roma'daki ailesine katılmıştır. Dedelerinin isteklerine uygun olarak Roma Katolik inancıyla vaftiz edilmesine rağmen, ailesi özellikle dini değildi; Enrico yetişkinlik yaşamı boyunca agnostik kalmıştır. Küçük bir çocuk olarak erkek kardeşi Giulio'yla aynı ilgileri paylaşmış, elektrik motorları inşa etmiş ve elektrik ile mekanik oyuncaklarla oynamıştır. Giulio 1915'te boğaz apsesi nedeniyle yapılan bir operasyon sırasında öldü ve Maria 1959'da Milano yakınlarında bir uçak kazasında öldü.
Yerel bir pazarda Fermi 900 sayfalık bir fizik kitabı olan Elementorum physicae mathematicae'yi bulmuştur. Collegio Romano'da profesör olan Jesuit Babasının Andrea Caraffa tarafından Latince yazılan bu kitap, 1840 yayın zamanında anlaşılan şekliyle matematiği, klasik mekaniği, astronomiyı, optiği ve akustiği sunmuştur. Bilime yatkın arkadaşı Enrico Persico ile Fermi, jirasköplar inşa etmek ve Dünya'nın yerçekimi ivmesini ölçmek gibi projeler yürütmüştür. Fermi'nin babasının bir meslektaşı ona fizik ve matematik kitapları vermiş ve Fermi bunları hızlı bir şekilde özümsemiştir.
Pisa'daki Scuola Normale Superiore
Fermi, 1918 Temmuzunda liseyi bitirmiş ve Amidei'nin tavsiyesiyle Pisa'daki Scuola Normale Superiore'ye başvurmuştur. Bir oğlu kaybetmiş olan anne babaları, dört yıl boyunca okulun yatılı alanında kalmasına yalnızca isteksizce izin vermişlerdir. Fermi, "Sesin Spesifik Özellikleri" temasında bir makale içeren zor giriş sınavında birinci olmuştur; 17 yaşındaki Fermi, Fourier analizi kullanarak titreşen bir çubuk için kısmi diferansiyel denklemi türetmeyi ve çözmek için seçmiştir ve sınavı yapan kişi Fermi'yle görüştükten sonra olağanüstü bir fizikçi olacağını söylemiştir.
Pisa'daki Scuola Normale Superiore'de Fermi, öğrenci arkadaşı Franco Rasetti'yle şakalar yapıştırmış; ikisi yakın arkadaş ve işbirlikçi haline gelmişlerdir. Fermi, fizik laboratuvarının müdürü Luigi Puccianti tarafından tavsiye görmüş, Puccianti Fermi'ye öğretecek çok az şey olduğunu söylemişti ve sıklıkla Fermi'den kendisine bir şeyler öğretmesini istemiştir. Fermi'nin kuantum fiziği bilgisi öyle idi ki Puccianti, konuyla ilgili seminerleri düzenlemesini istemiştir. Bu dönemde Fermi tensor calculus öğrenmiş, bu teknik genel göreliliğin anahtarı olmuştur. Fermi ilk olarak matematiği ana dal olarak seçmiş, ancak kısa süre sonra fiziğe geçmiştir. Büyük ölçüde kendi kendini yetiştirmiş, genel göreliliği, kuantum mekaniğini ve atom fiziğini incelemiştir.
Eylül 1920'de Fermi Fizik bölümüne kabul edilmiştir. Bölümde yalnızca üç öğrenci olduğundan—Fermi, Rasetti ve Nello Carrara—Puccianti onlara laboratuvarı istedikleri amaçlar için serbestçe kullanmalarına izin vermiştir. Fermi, X-ray kristalografisini araştırmaları gerektiğine karar vermiş ve üçü bir Laue fotoğrafı—bir kristalın X-ray fotoğrafı—üretmek için çalışmıştır. 1921'de üniversitedeki üçüncü yılında Fermi ilk bilimsel çalışmalarını İtalyan dergisi Nuovo Cimento'da yayınlamıştır. Birincisi "Translasyonal hareket halindeki elektrik yükleri katı sistem dinamiği üzerine" Sulla dinamica di un sistema rigido di cariche elettriche in moto traslatorio başlıklı olmuştur. Gelecekteki durumun bir işareti, kütlenin tensor olarak ifade edilmesiydi—üç boyutlu uzayda hareket eden ve değişen bir şeyi tanımlamak için yaygın olarak kullanılan matematiksel bir yapı. Klasik mekanikte kütle skaler bir niceliktir, ancak görelilikte hızla değişir. İkinci makale "Uniform gravitasyonel elektromanyetik alan elektrostatiği ve elektromanyetik kütlelerin ağırlığı üzerine" Sull'elettrostatica di un campo gravitazionale uniforme e sul peso delle masse elettromagnetiche başlıklı olmuştur. Genel göreliliği kullanarak Fermi, bir yükün U/c2'ye eşit bir ağırlığa sahip olduğunu göstermiştir; burada U sistemin elektrostatik enerjisi ve c ışık hızıdır.
İlk makale, elektromanyetik kütlelerin hesaplanmasına ilişkin elektrodinamik teorisi ve görelici teorisi arasında bir çelişki olduğunu göstermiş görülmüştür, çünkü önceki 4/3 U/c2 değerini tahmin etmiştir. Fermi bunu ertesi yıl "Elektrodinamik ve elektromanyetik kütlenin görelici teorisi arasındaki bir çelişki hakkında" adlı bir makalede ele almış, görünür çelişkinin göreliliğin bir sonucu olduğunu göstermiştir. Bu makale yeterince iyi değerlendirilmiş ki 1922'de Alman bilimsel dergisi Physikalische Zeitschrift'te Almancaya çevrilerek yayınlanmıştır. O yıl, Fermi "Dünya çizgisine yakın yerde meydana gelen fenomenler üzerine" Sopra i fenomeni che avvengono in vicinanza di una linea oraria adlı makalesini İtalyan dergisi I Rendiconti dell'Accademia dei Lincei'ye göndermiştir. Bu makalede Eşdeğerlik İlkesini incelemiş ve sözde "Fermi koordinatları"nı tanıtmıştır. Zaman çizgisine yakın bir dünya çizgisinde uzayın Öklid uzayı gibi davrandığını kanıtlamıştır.
Fermi, tezini "Olasılık hesaplaması üzerine bir teorem ve bazı uygulamaları" Un teorema di calcolo delle probabilità ed alcune sue applicazioni, Pisa'daki Scuola Normale Superiore'ye Temmuz 1922'de sunmuş ve alışılmadık derecede genç yaşı olan 20'de laurea almıştır. Tez, X-ray kırınım görüntüleri hakkındaydı. Teorik fizik henüz İtalya'da bir disiplin olarak kabul edilmemişti ve kabul edilebilecek tek tez, deneysel fizik üzerine olanıydı. Bu nedenle, İtalyan fizikçiler Almanya'dan gelen görelilik gibi yeni fikirleri benimsemekte yavaştı. Fermi laboratuvarda deneysel çalışma yapmakta oldukça rahat olduğu için, bu insurmountable problemler oluşturmamıştır.
1923'te August Kopff'un Fundamentals of Einstein Relativity adlı kitabının İtalyan baskısı için ek yazarken, Fermi, ünlü Einstein denklemi E = mc2'nin içinde istismar edilecek muazzam miktarda nükleer potansiyel enerji olduğunu işaret eden ilk kişi olmuştur. "En azından yakın gelecekte", yazmıştır, "bu korkunç miktarda enerjiyi salmanın bir yolunu bulmak mümkün görülmemektedir—bu çok iyi bir şeydir çünkü bu kadar korkunç bir enerji patlamsının ilk etkisi onu bulmak talihsizliğine uğrayan fizikçiyi parçalamak olacaktır."
1924'te Fermi, Gran Orient'in "Adriano Lemmi" Masonik Locası'na başlatılmıştır.
Fermi, Göttingen Üniversitesi'nde Max Born'un altında bir dönem çalışmış, orada Werner Heisenberg ve Pascual Jordan'la tanışmıştır. Fermi daha sonra, matematikçi Vito Volterra'nın aracılığıyla elde ettiği Rockefeller Vakfı bursu ile Eylül-Aralık 1924'te Leiden'de Paul Ehrenfest'le çalışmıştır. Burada Fermi, Hendrik Lorentz ve Albert Einstein'la tanışmış ve Samuel Goudsmit ve Jan Tinbergen'le arkadaş olmuştur. 1925 Ocağından 1926 sonuna kadar, Fermi Floransa Üniversitesi'nde matematiksel fizik ve teorik mekanik öğretmiş, manyetik alanların civa buharı üzerindeki etkilerine ilişkin bir dizi deney yürütmek için Rasetti'yle ortak çalışmıştır. Ayrıca Roma'nın Sapienza Üniversitesi'ndeki seminerlere katılmış, kuantum mekaniği ve katı hal fiziği konularında dersler vermiştir. Schrödinger denklemi tahminlerinin dikkat çekici doğruluğuna dayanan yeni kuantum mekaniği hakkında ders verirken, Fermi sık sık "Bunu bu kadar iyi uyduracak hakkı yok!" der.
Wolfgang Pauli 1925'te dışlama ilkesini açıkladıktan sonra, Fermi "Mükemmel tek atomlu gazın nicelleştirilmesi üzerine" Sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico adlı bir makalede yanıt vermiş, dışlama ilkesini ideal bir gaza uygulamıştır. Makale, özellikle dışlama ilkesine uyan özdeş parçacıkların sistemlerinde parçacıkların dağılımını tanımlayan Fermi'nin istatistiksel formülasyonu nedeniyle dikkate değerdi. Bu, kısa süre sonra bağımsız olarak İngiliz fizikçi Paul Dirac tarafından geliştirilmiş ve onun Bose–Einstein istatistiğiyle nasıl ilişkili olduğunu göstermiştir. Buna uygun olarak, bugün Fermi–Dirac istatistiği olarak bilinir. Dirac'tan sonra, dışlama ilkesine uyan parçacıklara bugün "fermiyonlar" denir, uymayanlara ise "bozonlar" denir.
Roma'da Profesör
İtalya'da profesörlükler boş bir kürsü için concorso konkuru yoluyla verilmiş, başvuranlar bir profesör komitesi tarafından yayınlarına dayanarak değerlendirilmiştir. Fermi, Sardunya'daki Cagliari Üniversitesi'nde matematiksel fizik kürsüsü için başvurmuş, ancak Giovanni Giorgi'nin lehine dar bir farkla geçilmiştir. 1926'da 24 yaşında, Roma'nın Sapienza Üniversitesi'nde profesörlük için başvurmuştur. Bu, Eğitim Bakanı tarafından Profesyonel'in ısrarı üzerine oluşturulan İtalya'daki ilk üç teorik fizik kürsüsünden biri yeni bir kürsü olmuştur.
