این دنیا از آنچه او می اندیشید، کوچک تر بود

 

انریکو فرمی

«دریانودر ایتالیایی به سواحل دنیای جدید رسید و مردم بومی آن جا را خیلی مهربان دید. این دنیا از آنچه او می اندیشید کوچک تر بود.»
این پیام به کریستوف کلمب، که در سال 1492 به امریکا رسید، ارتباطی ندارد، بلکه قسمتی از مکالمه تلفنی بین آرثر کامپتن، رئیس تحقیقات هسته ای دانشگاه شیکاگو، و جیمز کوننت، مدیرکمیسیون تحقیقات دفاع ملی، است. کامپتن به همین وسیله کوننت را مطلع کرد که اولین فعل و انفعال زنجیری هسته ای انجام شده است. این پیام به سال 1942 مخابره شد. «دنیای کوچک»، مربوط به مقدار اورانیوم لازم، «رفتار دوستانه مردم بومی» یعنی فعل و انفعال قابل کنترل، و «دریانورد ایتالیایی»، همان دانشمند انریکو فرمی بود. اما درباره «دنیای جدید»، پیش بینی آینده جهان علم بود که در اثر تحقیقات فعل و انفعالات هسته ای زنجیری در دانشگاه شیکاگو تغییرات زیادی به وقوع پیوسته است. نخستین آزمایش موفقیت آمیز رآکتور هسته ای کلید ساختن بمب اتم و نیز مقدمه موارد استعمال صلح آمیز انرژی اتمی بود.
انریکو فرمی در 29 دسامبر 1901، در شهر رم واقع در ایتالیا، به دنیا آمد. پدرش با این که تحصیلات مدرسه ای کمی داشت در اثر کوشش به ریاست راه آهن رسیده بود. مادرش آموزگار بود. مواظبت از سه کودک، که فقط سه سال باهم اختلاف سن داشتند، سلامت مادر را تهدید می کرد؛ بنابراین انریکو را که از همه کوچک تر بود به دهکده ای فرستادند که سه سال دور از خانواده زندگی کند. وقتی که او دوباره برادرش را دید با هم دوستان بسیار صمیمی شدند. این دو برادر اغلب اوقات خود را به ساختن موتورها و هواپیماهای نمونه می گذراندند. متأسفانه هنگامی که انریکو چهارده سال داشت برادرش درگذشت. این ضربه هولناک چنان مادرش را متأثر کرد که تا آخر عمرش نتوانست از ناراحتی رهایی یابد. اما غم و غصه انریکو را، که نوجوانی خجول و گوشته گیر بود، همکلاسی برادرش به نام انریکو پرسیکو کمی کاهش داد. هر دو انریکو دوست شدند و وسیله تفریح آن ها مطالعه علمی بود. آنان در زمینه میدان مغناطیسی و تئوری ژیروسکوپ با هم کار کردند.
در سال 1918 فرمی به پیزا رفت و وارد کالج شد. در همان جا مطالبی درباره ارتعاشات سیم ها نوشت که کمک هزینه تحصیلی به او تعلق گرفت. او به مطالعات خود ادامه داد و در سال 1922 به خاطر آزمایش هایی که با اشعه X انجام داد درجه دکترای فیزیک گرفت. فرمی به مطالعات خود در دانشگاه گوتینگن آلمان زیر نظر ماکس بورن معروف ادامه داد. این تحقیقات با کمک مالی وزارت آموزش همگانی ایتالیا صورت گرفت. در سال 1926 انریکو فرمی بیست و پنج ساله استاد دانشگاه رم شد.
هنگامی که ذره بارداری از هوا می گذرد جرقه هایی ایجاد می شود که می توان آن ها را روی دستگاه عکس بردار ثبت کرد. ولی هرگاه نوترون حرکت کند اثری از مسیر آن ثبت نمی شود. دانشمندان می دانند وقتی نوترون آزاد می شود که با هسته یک اتم برخورد کند. تصادف مسیر هسته را عوض می کند. مانند آن که دو گلوله در هوا به هم برخورد کنند یکی از گلوله ها به منزله نوترون و نامرئی است، گلوله دیگر مرئی و مانند هسته است؛ بنابراین تغییر در مسیر گلوله مرئی ما را از وجود گلوله نامرئی آگاه می سازد.
انریکو فرمی معتقد بود که نوترون ها می توانند در هسته اتم نفوذ کنند. الکترون چنین عملی را نمی تواند انجام دهد چون وزن آن سبک است و قادر به حرکت سریع نمی باشد. پروتون، گرچه سنگین است، به وسیله هسته دفع می شود زیرا هر دو دارای بار الکتریکی مثبت هستند. از طرف دیگر نوترون به بزرگی پروتون است ولی چون بار الکتریکی ندارد دفع نمی شود. فرمی روی نظریه خود کار کرد و در سال 1934 توانست اورانیوم را با نوترون بمباران کند. هسته اتم اورانیوم نوترون ها را جذب کرد! بدین ترتیب هسته اتم تغییر یافت: اورانیوم دیگر همان اورانیوم سابق نبود بلکه عنصر جدیدی به نام نپتونیوم شد. اورانیوم در هسته 92 پروتون دارد و هسته نپتونیوم دارای 93 پروتون است. پروتون اضافی در اثر این است که هسته بعد از تصادف و جذب نوترون یک الکترون از دست داده است.
دانشمندان اتمی سراسر جهان مشغول مطالعه بودند که دریابند وقتی اتم ها بمباران می شوند چه اتفاقی می افتد. این امر در سال 1939 نتیجه داد. دانشمندان دیگر، از نظر فرمی پیروی کردند و اورانیوم را با نوترون بمباران کردند و به شکافتن هسته موفق شدند. با شکافتن هسته پاره ای از ماده ناپدید می شود و به جای آن انرژی خیلی زیادی ایجاد می گردد. مطابق پیش گویی اینشتین ماده به انرژی تبدیل شد.
لیزه مایتنر و اوتو فریش که در دانمارک با نیلس بور کار می کردند به اهمیت نظامی شکافتن اتم پی بردند. بور به امریکا رفت و با اینشتین و بقیه دانشمندان خارجی که در امریکا بودند ملاقات کرد و همگی پی به اهمیت نظامی این مسئله بردند. اینشتین فوراً این نکته را به دولت امریکا اطلاع داد. انریکو فرمی عملاً شکافتن اتم را ثابت کرد و از همان موقع طرح مانهاتن، که نام پروژه بمب اتمی بود، به مرحله اجرا درآمد.
کار فرمی در طرح مانهاتن این بود که ببیند آیا فعل و انفعالات زنجیری امکان پذیر است یا نه. فعل و انفعالات زنجیری مانند عملی است که هنگام سوختن کاغذ صورت می گیرد. اگر سر کاغذ مشتعل شود به تدریج هر قسمت، قسمت بعدی را مشتعل می سازد و آتش تا انتهای کاغذ سرایت می کند.
فرمی همسر آینده خود را هنگامی که وی دانشجوی علوم بود در دانشگاه ملاقات کرد. یک نفر دوست مشترک، آن ها را به یکدیگر معرفی کرد. عشق ورزی انریکو سریع بود و درسال 1928 با لورا کپون ازدواج کرد.
تا این زمان انریکو سی مقاله در زمینه مولکول ها، الکترون ها، تشعشع و خواص گازها چاپ کرده و به عضویت آکادمی سلطنتی درآمده بود. با این افتخار لباس اونیفورم پوشید، شلوار با نوار نقره ای، ژاکت قلاب دوزی شده، جبه، شنل و کلاه پردار و شمشیر به همراه لقب عالی جناب او را شامخی بخشید و درآمد سالانه قابل توجهی داشت. خانواده فرمی چند سفر به دنیای جدید کردند و در سال 1930 فرمی در دانشگاه میشیگان سخنرانی کرد و در سال 1934 به ایراد چند سخنرانی در برزیل و آرژانتین پرداخت.
در سال 1938 هیتلر و موسولینی با نازی های پیراهن قهوه ای و فاشیست های پیراهن سیاه در خیابان های رم بازو در بازوی هم رژه می رفتند. فاشیسم ایتالیایی در این هنگام اقدام نابهنجار و شوم دیگری کرد و پس از آن پرچم ها و شعارهای ضد یهود در خیابان ها در حرکت بود: «یهودیان به نژاد ایتالیایی تعلق ندارند»، «مرگ بر یهودیان». انریکو فرمی از اول نسبت به فاشیست ها بی توجه بود و چندان اعتنایی به آن ها نداشت؛ ولی آن موقع سخت وحشت زده شده بود چون زنش، لورا فرمی، یهودی بود.
در دسامبر1938 انریکو فرمی، زن و دو فرزندش، به همراه پرستار بچه ها اجازه گرفتند که به سوئد بروند و در مراسم اهدای جایزه نوبل در فیزیک به فرمی شرکت جویند. آنان از همان جا به نیویورک رفتند و فرمی در دانشگاه کلمبیا به کار پرداخت. فرمی دیگر به ایتالیا برنگشت و جایزه نوبل او در حقیقت به منزله گذرنامه وی برای دنیای آزاد محسوب می شد. جایزه نوبل به خاطر شناخت عناصر جدید رادیواکتیو و کشف فعل و انفعالات هسته ای به وسیله نوترون به فرمی تعلق گرفت.
نیلس بور، در مدل اتمی خود، از هسته و پروتون هایی که دور آن قرار گرفته بود سخن گفت. جیمز چدویک سلسله آزمایش هایی انجام داد و در سال 1932 نشان داد که در هسته اتم، علاوه بر پروتون، جز دیگری به نام نوترون وجود دارد. نوترون ذره سنگینی است مانند اجزای اتم. نوترون هم وزن پروتون و 2000 برابر وزن الکترون است اما برعکس الکترون که بار منفی دارد و پروتون که حاوی بار مثبت است، نوترون ابداً بار الکتریکی ندارد. ذرات باردار را می توان به آسانی با میدان های الکتریکی یا آهن ربا کنترل کرد اما نوترون را نمی توان بدین ترتیب کنترل یا منحرف کرد.
فعل و انفعالات اتمی در شکافتن اتم به این شرح صورت می گیرد: اول گروهی از نوترون ها اتم اورانیوم را متلاشی می سازند. انرژی آزاد می گردد و این عمل سبب ادامه فعل و انفعال زنجیری می شود. عمل مهم این است که وقتی اتم اورانیوم شکافته می شود نوترون های بیشتری بیرون می دهد. این نوترون ها به نوبت اتم های بیشتری را شکافته، نوترون های زیادتری به وجود می آورند و این فعل و انفعالات ادامه می یابد تا تمام اتم های اورانیوم شکافته می شوند؛ این عمل موجب تولید انرژی فوق العاده زیادی می شود و سبب انفجار وحشتناکی می گردد.
مشکل این بود که اساساً چگونه می توان فعل و انفعال زنجیری تولید کرد. فرمی عنوان کرد که اگر اورانیوم با گرافیت (زغال مداد) مخلوط شود سرعت نوترون ها در اثر گرافیت کاهش می یابد و نوترون ها به جای عبور از اورانیوم به آن برمی خورند. معلوم شده بود که نوترون در سرعت کم، شانس اصابت بیشتری با هسته دارد؛ زیرا نوترون اگر به نزدیکی هسته برسد به وسیله یک نوع نیروی جاذبه به طرف هسته کشیده می شود ولی نوترونی که دارای سرعت زیاد است خیلی به ندرت با هسته تصادف می کند؛ مانند توپ چوگان بازی (گلف) که اگر در اثر ضربه شدید با سرعت زیاد حرکت کند از بالای هدف و گودال رد می شود.
فرمی با همکاری سایر کارکنان علمی موفق به ساختن پیل اتمی شد که از گرافیت و قطعات اورانیوم و اکسید اورانیوم تشکیل شده بود. در ساختمان این پیل 6 تن فلز به کار رفته بود. ورقه های کادمیوم در آن قرار داده شده بود. کادمیوم نوترون ها را جذب کرده سرعت آن ها را می کاهد و از فعل و انفعالات سریع زنجیری جلوگیری می کند. این پیل اولین بار در دوم دسامبر 1942 به کار افتاد و همان موقع آرثر کامپتن در مکالمه تلفنی به جیمز کوننت گفت: «دریانورد ایتالیایی رسید.»
در نوامبر 1945 کمیسیون انرژی اتمی امریکا مبلغ 25000 دلار به انریکو فرمی جایزه اعطا کرد. این جایزه برای کمک های ارزشمند او در راه پیشرفت و گسترش بمب اتمی به او داده شد. دوازده روز بعد از این موفقیت او بر اثر ابتلا به سرطان از دنیا رفت. این بیماری ممکن است روزی در اثر تحقیقات دانشمندان از صحنه گیتی محو گردد و این کار به یاری انرژی اتمی صورت خواهد گرفت و فرمی خود از پیشروان تحقیقات اتمی بود.
منبع: کان، فیلیپ؛ (1389) دانشمندان بزرگ، ترجمه سید مهدی امین و عباسعلی رضایی، تهران: شرکت انتشارات علمی و فرهنگی