إنريكو فيرمي عالم فيزيائي أميركي من أصل إيطالي. حصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1938. وهو أول من بنى نموذجا للمفاعل النووي عام 1942. وكان ضمن الفريق الذي عمل على صنع أول قنبلة ذرية عام 1945. لكنه عارض مشروع بناء “القنبلة الهيدروجينية”. ولد عام 1901، وتوفي عام 1954.
كان أحد علماء الفيزياء المعاصرين القلائل الذين تميزوا في الفيزياء النظرية والتجريبية، والأكثر إنتاجا في العالم، إذ قدم إسهامات جوهرية في تطوير الميكانيكا الإحصائية، ونظرية الكم، وفيزياء الجسيمات، وفي تطوير الطاقة النووية.
لقب بعدة ألقاب منها “أبو القنبلة النووية” و”مهندس العصر النووي” و”الفيزيائي المتكامل” و”بابا العلوم” و”الرجل الذي يعرف كل شيء عن الفيزياء”. وفي عام 1999، صنفته مجلة “تايم” على قائمتها لأفضل 100 شخص في القرن الـ20.
المولد والنشأة
ولد إنريكو فيرمي في مدينة روما في إيطاليا يوم 29 سبتمبر/أيلول 1901. وكان الابن الثالث والأصغر لعائلة مسيحية كاثوليكية من بياتشينزا شمالي البلاد. وعلى الرغم من تعميده، فإنه كان ملحدا طوال حياته.
كان والده ألبرتو يشغل منصبا إداريا في شركة للسكك الحديدية، في حين كانت والدته إيدا ديجاتيس معلمة في مدرسة ابتدائية، ولانشغال والديه عهدا بفيرمي وشقيقه جوليو (الذي كان لا يفارق أخاه) إلى مربية في الريف. ولم يعد إلى بيت أسرته إلا بعد بلوغه سنتين ونصف السنة من عمره.
كان طفلا ذكيا وخجولا وعرف بانطوائيته، ويرجح أنه تعلم القراءة والكتابة من أخته الكبرى في سن مبكرة. كما كان مفتونا بالرياضيات، ولا يهدأ له بال إلا حين يجد تعليلا لما يشاهده من أشياء باعثة للحيرة، وكثيرا ما كان يُساء فهم قدرته على الدقة في التفكير. كما كان يحب الألعاب، ويمارس الرياضة بانتظام، وخاصة تسلق الجبال. ورافقته في جولاته الرياضية طالبة في الجامعة تدعى لورا كابون، تزوجها عام 1928.
في الـ14 من عمره، أظهر فيرمي اهتماما بالغا بعلم الفيزياء بعد وفاة شقيقه بشكل مفاجئ في شتاء 1915، فقد استطاع التغلب على حزنه بالانغماس بشكل كبير في قراءة كتب العلوم.
وفي تلك الفترة تعرف على صديقه إنريكو بيرسيكو، الذي تشارك معه الاهتمام بالفيزياء، حيث كانا يجريان بعض التجارب البسيطة للتسلية. واستمرت صداقتهما وحبهما للفيزياء.
عبقرية علمية مبكرة
كان فيرمي الأول على صفه بانتظام في مدرسته الإعدادية “جينانيسيو”، رغم عدم قضائه كل وقته في الدراسة، وساعدته ذاكرته القوية على تذكر الأشياء كما تعلمها، فلم يحتج إلى تكرارها أو دراستها لتذكرها.
كان يشتري كتبا مستعملة من أكشاك “كامبو دب فيوري”، وغالبا ما كان يصحح أخطاءها، أحدها كتاب قديم في الفيزياء نشر عام 1840، مؤلف من 900 صفحة، قرأه كاملا وهو في 13 من عمره.
كان لصديق والده المهندس أدولفو أميدي تأثير كبير في حياته، إذ شجعه على دراسة الرياضيات والفيزياء، وكان يهديه كتبا عنهما، وكان فيرمي يستوعبها بسرعة. وبعدما أدرك قدرات فيرمي الفكرية الاستثنائية، اقترح عليه التسجيل الثنائي بكل من “جامعة بيزا” و”المدرسة المتوسطة” (school normal) في الوقت نفسه.
في أكتوبر/تشرين الأول 1918، قدم فيرمي لاختبار القبول في الجامعة ورقة عن “خصائص انتشار الصوت” أدهشت الأساتذة من مستوى المعرفة بالفيزياء والرياضيات المتضمنة بها، وبذلك احتل المركز الأول، وقُبل بمنحة كاملة.
دكتوراه في 4 سنوات
خلال سنوات الدراسة، تمكّن فيرمي من مجالات الفيزياء النسبية، والميكانيكا الإحصائية، ونظرية الكم، للحد الذي جعله مرجعا لزملائه وأساتذته.
وبعد عام من دراسته في الجامعة، ألَّف أطروحة (لا تزال محفوظة في جامعة شيكاغو) طرح فيها نظريات الميكانيك وبنية المادة التي درسها بنفسه، كما كان يتابع نظرية “لانك الثورية” عن الإشعاع والمواد المتطورة الأخرى.
وفي عام 1920، تم قبول فيرمي في قسم الفيزياء مع طالبين آخرين، ولقلة عددهم سمح لهم باستخدام مختبر البحث بحرية. وهناك أجرى تجارب بالأشعة السينية، وجعل ذلك موضوعا لأطروحة الدكتوراه، تحت إشراف أستاذه لويجي بوتشيانتي. وكان يعقد حلقة من الندوات حول فيزياء الكم بطلب من أستاذه.
وفي عام 1921، نشر أول أعماله العلمية في المجلة الإيطالية “نوفا كيمنتو” في النظرية “النسبية العامة”، التي قدم فيها نظاما من الإحداثيات كان يعرف باسم “إحداثيات فيرمي”.
في عام 1922، نال شهادته العلمية بامتياز في علم الفيزياء، وأيضا وثيقة مصدقة عن وضعه خريجا من “سكول نورمال”، وهو في 21 من عمره.
في عام 1923، حصل على منحة من الحكومة الإيطالية، وقضى 6 أشهر في مركز “ماكس بورن” في الفيزياء النظرية بجامعة “غوتنغن”.
وفي عام 1924، حصل على منحة دراسية أخرى في جامعة ليدن بهولندا، وأقام في المعهد الذي كان يديره الفيزيائي بول إيهرنفيست، وكانت هذه الفترة أكثر تحفيزا على المستوى الفكري لفيرمي، ومثمرة في النتائج العلمية.
المسار المهني
في نهاية عام 1924 عاد فيرمي إلى بلده، وتم تعيينه في منصب أستاذ مؤقت للفيزياء والميكانيكا الرياضية في جامعة فلورنسا، وهو في 24 من عمره.
كان فيرمي يحاول زيادة فرصه في الحصول على وظيفة أكاديمية، لكنه شعر بخيبة أمل بعدما خسر منافسة على كرسي الفيزياء الرياضية في جامعة “كالياري” في سردينيا.
وبين عامي 1923 و1925، نشر مساهمات مهمة في نظرية الكم. وفي بداية عام 1926، نشر “القوانين الإحصائية” التي تحكم الجسيمات الخاضعة لمبدأ استبعاد باولي (مثل الإلكترونات)، والتي سميت فيما بعد بـ”الفيرميوم” نسبة إلى دوره في كتابة نظرية سلوكها الجماعي.
وفي عام 1927، فاز بمنصب أول كرسي في الفيزياء النظرية تم تأسيسه في إيطاليا، ليصبح أستاذا لهذا العلم في جامعة روما وهو في 25 من عمره، وبقي فيه حتى عام 1938.
وفي عام 1929، عيّن عضوا في الأكاديمية الملكية الإيطالية، ثم انضم إلى الحزب الفاشي. لكنه عارضه عندما أصدر موسوليني قوانين العنصرية.
طريقة فيرمي
كان منهج فيرمي في تدريس علم الفيزياء قائما على 3 شعب: أولاها إقناع بعض الطلاب المتخرجين في جامعة روما بتعلم الفيزياء الحديثة، والثانية العمل ببرنامج بحث وتجارب في الفيزياء المعاصرة، وأهمها إعطاء محاضرات مشهورة، وكتابة مقالات، وتأليف كتاب مدرسي عن الفيزياء الذرية الحديثة.
روى صديق فيرمي أنه كتب الكتاب المدرسي بقلم الرصاص وهو مستلق على ظهره، كانت الكتابة خالية من العيوب، رغم أنها قد ألفت بالاعتماد على ذاكرته ومعرفته.
وعُرف فيرمي بأنه كان أستاذا ملهما، وأكسب الجامعة سمعة اجتذبت الطلاب الأجانب إليها، إذ كان يحظى بالتقدير ليس فقط لقيمته العلمية، ولكن لبساطة عروضه ووضوحها، واهتمامه بالتفاصيل والتحضير الدقيق، بالإضافة إلى نسخ ملاحظات محاضرته إلى كتب.
كما اشتهر بطريقة الحصول على إجابات تقريبية وسريعة من خلال حسابات قائمة على افتراضات أولية مقدرة بطريقة منطقية، مما يعطي نتائج ضمن مقياس النتيجة الصحيحة، عرفت هذه الطريقة فيما بعد باسم “طريقة فيرمي”.
كان فيرمي يتقاسم مع طلابه العمل الذي يقوم به، مستخدما ما سماه فريديك سيكريه بـ”بلاغة المثال”. كما كان يجمع زملاءه وطلاب الدراسات العليا في نهاية اليوم لمناقشة مشكلة ما، وغالبا ما تكون من خلال بحثه الخاص.
وكان من طلابه البارزين العالمان الفيزيائيان الصيني تشن نينغ يانغ الحائز على جائزة نوبل عام 1957، والألماني جاك شتاينبرجر الحائز على جائزة نوبل عام 1988.
الطريق إلى جائزة نوبل
في عام 1933، طوّر فيرمي نظرية تشرح تناقض نشاط “أشعة بيتا”. وبعدها بعام تحول اهتمامه إلى حقل تجارب النواة الذرية، إذ واصل تجاربه بالنيوترون، مع عدد من مساعديه في مختبر الجامعة التي كان يدرّس فيها العلوم.
لكن جامعة روما لم تستطع توفير مبلغ 34 ألف دولار لشراء غرام واحد من الراديوم ليجري عليها أبحاثه. فاستعارها من مكتب الصحة العامة، وعمل على مزج غاز “الرادون” (الذي يطلقه الراديوم) بالبريليوم لاستخراج النيوترونات التي لا تحمل أي شحنات كهربية. وتقوم أهمية اكتشافه العلمي على إنتاج الأشعة من خلال تبطيء حركة النيوترونات في الذرة، وهي الخطوة الضرورية الأولى للتفجير النووي.
بعد ذلك، كانت شهرته واسعة في الأوساط العلمية لبحوثه المدققة التي كشف فيها عن العنصر رقم “93” (النبتونيوم) في الجدول الدوري للعناصر. وعندما نُشرت وقائع هذا الاكتشاف العلمي، اقترح عدد من الصحفيين الإيطاليين الموالين للرئيس الفاشي موسوليني أن يطلق اسمه على المادة الجديدة المكتشفة.
الهروب من إيطاليا
عرضت على فيرمي عدة وظائف من مختلف الجامعات الأميركية، لكنه رفضها جميعا حتى صدر عام 1938 قانون “عنصري” يمس عائلته بشكل مباشر (زوجته من عائلة يهودية)، وتسبب في جعل عدد من مساعديه عاطلين عن العمل، فاتخذ قرارا نهائيا بمغادرة إيطاليا، متجها إلى أميركا.
وفي العام نفسه، حصل فيرمي على جائزة نوبل للفيزياء، وهو في 37 عاما، لعمله في النشاط الإشعاعي الناجم عن قصف النيوترونات ولاكتشاف عناصر ما بعد اليورانيوم.
وكانت مراسم التكريم في مدينة ستوكهولم بالسويد، ومن هناك انطلق مع عائلته إلى الولايات المتحدة للهروب من نظام موسوليني، وحصل على الجنسية الأميركية عام 1944.
ومن العام 1939 إلى العام 1942، عمل أستاذا للفيزياء بجامعة كولومبيا في نيويورك، ثم أستاذا بمعهد الدراسات النووية بجامعة شيكاغو.
الملاح الإيطالي
في مطلع عام 1939، اكتشف فيرمي أن إطلاق نيوترونات اليورانيوم على اليورانيوم المُنْشَطِر بإمكانه أن يتسبب في انشطار ذرات يورانيوم أخرى، مما يُحدث تفاعلا متسلسلا، يؤدي إلى انطلاق كميات هائلة من الطاقة.
وبعدما اقترح إمكانية الاستغناء عن المعجل الرحوي بما أسماه “الركام” (Pile)، قام أسطول من الطائرات بنقل قدر كاف من خام اليورانيوم من كندا والكونغو، ووُضع تحت تصرف فيرمي الذي شرع مع زميله سيزيلارد من هنغاريا في بناء ركام تجريبي.
وتم نقل هذا الركام من جامعة كولومبيا إلى جامعة شيكاغو، حيث تمت مواصلة الأبحاث في صالة كانت مخصصة للرقص. كما انتشرت حول الجامعة المعامل والمخازن اللازمة لتجميع اليورانيوم والجرافيت النقي والكاديوم.
وبعد مرور أقل من شهرين على بداية العمل، تم ابتكار الكومة الذرية (المفاعل النووي)، فتم تدشين أول تفاعل نووي متسلسل في الثاني من ديسمبر/كانون الأول 1942، في معمل يقع تحت ملعب إسكواتش مهجور في شيكاغو، وكان الغرض الرئيسي من هذا المفاعل تصنيع الأسلحة النووية.
غمرت الفرحة العلماء آنذاك، فأرسلوا إلى الحكومة رسالة “الملاح الإيطالي وصل إلى العالم الجديد”. وأصبح ذلك اليوم هو المولد “الأكاديمي” لعصر الذرة وسيطرة العلماء على طاقتها، وبعد وفات فيرمي بثلاث سنوات، تم تدشين محطة الطاقة الذرية في شيبينقبورت ببنسلفانيا عام 1957، وكانت أول محطات الطاقة الذرية الكبيرة التي استعملت للأغراض السلمية، كتوليد الكهرباء.
وفي عام 1959، تم تركيب أول مفاعل نووي يقتصر استعماله على الخدمات الطبية، ويقع في مختبر بروكهافن القومي، ومن جملة منافعه العديدة معالجة المصابين بسرطان الدماغ.
سلاح نووي مدمر
بعد اكتشاف المفاعل النووي، وقف فيرمي متطلعا من نافذة مكتبه بجامعة كولومبيا، وأصابه الغم حين أدرك أن قنبلة نووية واحدة قادرة على تدمير كل ما يمتد إليه بصره من مدينة نيويورك.
وعلى إثر ذلك، خشي فيرمي وصديقه زيلارد أن يسبق الألمان العالم في صناعة القنبلة الذرية، خاصة وهم رواد الفيزياء الذرية، فتوجه ومعه يوجين ويجنر إلى مدينة لونج آيلاند لزيارة أينشتاين، وهناك جعلوه يوقع على خطاب للرئيس روزفلت بهذه المخاوف.
وفي السادس من ديسمبر/كانون الأول 1941، تم البدء في “مشروع مانهاتن” الهندسي السري. وهو برنامج أميركي مؤلف من نحو 1500 عالم فيزيائي وكيميائي وعسكري، بهدف إنجاز تصميم أوّل قنبلة ذريّة، وكان ذلك بدافع الخوف من تطوير النازية في ألمانيا مثل هذه الأسلحة.
وشكل المفاعل الذري “شيكاغو بايل 1” المراحل الأولى في هذا المشروع، الذي كلّف قرابة ملياري دولار أنفقت على منشآت الإنتاج وعلى الأبحاث في المختبرات الجامعية على نحو سري.
وكان لفيرمي دور حاسم في أعمال البحث والتطوير، التي مهدت الطريق لصنع القنبلة الذرية خلال الحرب العالمية الثانية. ففي عام 1944 أسندت إليه مسؤولية إدارة قسم التطوير العالي للقنبلة الذرية، كما كان مستشارا لجميع المراحل التصميمية للقنبلة.
وفي غضون 3 سنوات كان “مشروع مانهاتن”، قد أنجز نوعين مختلفين من القنابل الذرية الأميركية، حملا الاسمين الكوديين:
- “الرجل البدين” (Fat man) ذات الشكل الشبيه بالبصلة والأكثر تعقيدا، يبلغ طولها 10 أقدام، وتحتوي على كرة من “البلونونيوم 239″، وكانت محاطة بكتل من مادة شديدة الانفجار، بحيث تنتج انفجارا داخليا متناظرا عالي الدقة.
- “الولد الصغير” (Little boy)، التي تطلق انفجارا نوويا عن طريق إطلاق قطعة من “اليورانيوم 235” على قطعة أخرى لتشكل سلسلة من التفاعل النووي.
وفي 16 يوليو/تموز 1945 تم اختبار أول قنبلة نووية بنجاح في منطقة صحراوية نائية على أطراف ولاية نيومكسيكو، ويُرمز إلى هذه العملية باسم “ترينتني”. وفي السادس من أغسطس/آب من العام ذاته، تم تفجير القنبلة الأولى فوق مدينة هيروشيما اليابانية. وبعدها بثلاثة أيام فجرت القنبلة الثانية فوق مدينة ناغازاكي، وقدر عدد الضحايا بمئتي ألف قتيل، إضافة إلى الضرر الإشعاعي الذي نال من عدة أجيال لاحقة.
خيبة أمل
كان الارتباط بين العلم وتطوير الأسلحة وثيقا إلى حد أن أطلق على الحرب العالمية الأولى اسم “حرب الكيميائيين”، وعلى الحرب العالمية الثانية اسم “حرب الفيزيائيين”.
وجسد اختراع القنبلة النووية مقولة أنشتاين “قوة العالم سبقت يقظة ضميره”، لأن هذا الاختراع لم يقابله رادع أخلاقي أو حتى قانوني.
وبعد الحرب العالمية الثانية عاد فيرمي إلى شيكاغو عام 1946 أستاذا في معهد الفيزياء النووية، وعضوا في معهد الفيزياء النووية الجديد، وتابع استقصاء اكتشافاته السابقة وتمحيصها.
وكان قد تحول اهتمامه إلى فيزياء الجسيمات أو “فيزياء الطاقة العالية”، وأدار أبحاثا عن أصل الأشعة الكونية والنظريات عن الطاقة المُذهلة الموجودة بجُزئيات الأشعة الكونية.
الجوائز
- وسام ماوتشي عام 1926.
- وسام هيوز عام 1942.
- وسام الاستحقاق من الكونغرس الأميركي عام 1946.
- وسام فرانكلين عام 1947.
- جائزة العضو الأجنبي في الجمعية الملكية (ForMemRS) عام 1950.
- وسام بارنارد للخدمة الجديرة بالتقدير للعلم عام 1950.
- جائزة رمفورد عام 1953.
- وسام ماكس بلانك عام 1954.
بعد وفاته
- أعلنت لجنة الطاقة الذرية، التي سبق أن منحته 25 ألف دولار في 1954، أن مِنَحها المقبلة إلى العلماء ستحمل اسمه.
- خلد اسمه من قبل معهد الفيزياء النووية، وأصبح الآن يعرف باسم “معهد إنريكو فيرمي”.
- أطلق اسمه على عنصر جديد “فرميوم- 100”.
- أُطلق على بعض الجسيمات التي تخضع لقوانين “إحصاء فيرمي- ديراك” اسم “فيرميونات”.
- سمي كذلك القياس الطولي لأبعاد الفيزياء الذرية والنووية “إم 10- إم 15” (m10-15m) بـ”الفيرمي”، لأنه استعملها في تقديراته.
- أُطلق اسم “مختبر فيرمي” (Fermi Lab) على مختبر في ولاية إلينويز في أميركا للأبحاث في مجال الفيزياء النووية والجسيمات الأولية.
- أُطلق اسم” الفيرميوم” (fermium) على عنصر تم اكتشافه عام 1952 في مخلَّفات تفجير نووي ورمز “أف إم” (Fm).
الوفاة
في أكتوبر/تشرين الأول 1954، أصيب فيرمي بسرطان المعدة، تم تشخيصه في مستشفى بيلينجز ميموريال. وبعد 50 يوما، توفي أثناء نومه يوم 28 نوفمبر/تشرين الثاني في منزله في شيكاغو بولاية إلينوي عن عمر يناهز 53 عاما، وتم دفن جثته في مقبرة أوك وودز.
