Enrico Fermi

1. Mở đầu

Cuộc đời Fermi cũng là câu chuyện về lưu vong và lương tâm. Ông là người Ý rời đất nước năm 1938, khi luật chủng tộc của chế độ Phát xít đe dọa vợ ông, Laura, người Do Thái, và ông không bao giờ sống ở Ý nữa. Ông trở thành công dân Mỹ, ông làm việc trên vũ khí chấm dứt Thế chiến II, và ông dành những năm cuối đời lo lắng về ý nghĩa của vũ khí đó đối với thế giới. Ông chết năm 1954, 53 tuổi, vì ung thư dạ dày, và được thương tiếc như một nhà khoa học, một người thầy và một con người khiêm tốn và duyên dáng phi thường.

Bài viết này kể câu chuyện cuộc đời, khám phá, vai trò trong Dự án Manhattan, và di sản của ông — và đặt câu hỏi: làm người, hơn bất kỳ ai, mở ra thời đại hạt nhân có nghĩa là gì.

Enrico Fermi (1901–1954) là một trong những nhà vật lý vĩ đại nhất thế kỷ XX, và là người duy nhất xuất sắc ngang nhau cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm. Năm 1926, ông phát triển thống kê mô tả hành vi của các hạt tạo nên vật chất.

Những năm 1930, ông phát hiện neutron chậm có thể tách hạt nhân nguyên tử, một khám phá dẫn, chỉ trong vài năm, tới sự phân hạch hạt nhân và bom nguyên tử. Năm 1942, trong một sân bóng quần vợt được cải tạo dưới khán đài sân bóng đá của Đại học Chicago, ông xây dựng Chicago Pile-1, lò phản ứng hạt nhân đầu tiên, và đạt phản ứng dây chuyền hạt nhân tự duy trì có kiểm soát đầu tiên trong lịch sử.

Sau đó ông giúp chế tạo bom nguyên tử tại Los Alamos, và sau chiến tranh, ông trở thành một trong những người sáng lập vật lý hạt hiện đại.

2. Thông tin chính

| | |

|—|—|

| Tên đầy đủ | Enrico Fermi |

| Sinh | 29 tháng 9 năm 1901, Rome, Ý |

| Mất | 28 tháng 11 năm 1954, Chicago, Illinois, Hoa Kỳ (ung thư dạ dày) |

| Lĩnh vực | Vật lý lý thuyết và thực nghiệm; vật lý hạt nhân; vật lý hạt |

| Nổi tiếng vì | Thống kê Fermi–Dirac; neutron chậm; Chicago Pile-1; phản ứng dây chuyền hạt nhân đầu tiên |

| Giải Nobel | Giải Nobel Vật lý, 1938 |

| Chức vụ chính | Đại học Rome (1927–1938); Đại học Columbia (1939–1942); Đại học Chicago (1942–1954); Los Alamos (1944–1945) |

| Gia đình | Vợ Laura Capon Fermi (cưới 1928); con Nella và Giulio |

| Mang tên ông | Nguyên tố 100, fermi; Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia Fermi; nghịch lý Fermi |

3. Thời trẻ & học vấn

Tuổi thơ tại Rome

Enrico Fermi sinh ngày 29 tháng 9 năm 1901 tại Rome, con thứ ba của Alberto Fermi, công chức Bộ Đường sắt, và Ida de Gattis, giáo viên. Ông là một cậu bé trầm lặng, nghiêm túc, và bộc lộ tài năng phi thường về toán và vật lý từ nhỏ.

Anh trai Giulio, người ông rất thân thiết, chết năm 1915 trong ca phẫu thuật áp xe họng, và mất mát ảnh hưởng sâu sắc tới Fermi: ông lao vào học tập, và trở thành, theo lời một người bạn, “một cậu bé đã quyết định làm người lớn”. Ông tự học vật lý từ sách trong thư viện của cha, chế tạo thiết bị điện trong phòng ngủ, và khi 14 tuổi, ông đã đọc tác phẩm của các nhà vật lý vĩ đại bằng ngôn ngữ gốc. Ông không phải thần đồng theo nghĩa thông thường — ông không nổi tiếng, và không bị cha mẹ tham vọng thúc ép — nhưng ông là cậu bé có sự tập trung và trí tuệ sáng suốt bất thường, và các thầy giáo nhận ra, từ sớm, rằng ông không giống bất kỳ học trò nào họ từng có.

Pisa và nhóm Via Panisperna

Năm 1918, Fermi giành suất vào Scuola Normale Superiore tại Pisa, trường đại học danh giá nhất Ý, nơi ông học vật lý và tốt nghiệp năm 1922 với luận văn về tia X. Ông dành một năm tại Đức, làm việc với Max Born tại Göttingen, rồi trở về Ý, nơi năm 1927, ở tuổi 26, ông trở thành giáo sư vật lý lý thuyết tại Đại học Rome. Ông tập hợp quanh mình một nhóm nhà vật lý trẻ — Edoardo Amaldi, Franco Rasetti, Emilio Segrè, Bruno Pontecorvo và những người khác — làm việc trong một phòng thí nghiệm nhỏ trên đường Via Panisperna, một con phố hẹp ở trung tâm Rome.

Nhóm, tự gọi mình là “nhóm Via Panisperna”, trở thành một trong những đội ngũ năng suất nhất trong lịch sử vật lý, và công việc của họ những năm 1930 đã thay đổi hiểu biết về hạt nhân nguyên tử.

Fermi là thủ lĩnh của họ, và theo mọi lời kể, ông là một thủ lĩnh đáng chú ý: ông kết hợp sự rõ ràng của nhà lý thuyết với đôi tay của nhà thực nghiệm, ông giải thích những ý tưởng khó khăn với sự đơn giản mà học trò không bao giờ quên, và ông tạo ra bầu không khí trong đó những người trẻ có thể làm nên công việc vĩ đại.

Thống kê Fermi–Dirac

Đóng góp vĩ đại đầu tiên của Fermi cho vật lý đến năm 1926, khi ông phát triển thống kê mô tả các hạt có spin bán nguyên — các hạt, như electron, proton và neutron, tạo nên vật chất.

Công trình được nhà vật lý Anh Paul Dirac thực hiện độc lập, và thống kê hiện được gọi là thống kê Fermi–Dirac. Ý tưởng đơn giản trong cách phát biểu và sâu sắc trong hệ quả: các hạt loại này tuân theo nguyên lý loại trừ Pauli, nói rằng không hai hạt nào có thể chiếm cùng một trạng thái lượng tử, và chính nguyên lý này, hơn bất kỳ nguyên lý nào khác, giải thích vì sao vật chất ổn định, vì sao nguyên tử có cấu trúc của chúng, và vì sao thế giới rắn chắc thay vì sụp đổ thành một điểm.

Fermi 25 tuổi khi công bố công trình, và nó khẳng định ông, chỉ sau một đêm, là một trong những nhà vật lý lý thuyết hàng đầu thế giới. Đó là khám phá vĩ đại đầu tiên của ông, và nó được thực hiện bằng giấy và bút chì, không phải máy móc — một lời nhắc rằng thiên tài của Fermi là vấn đề tư duy cũng như thực nghiệm.

4. Nhập ngũ & thăng tiến

Neutron chậm và vật lý mới

Năm 1932, neutron được James Chadwick phát hiện tại Anh, và Fermi ngay lập tức thấy tầm quan trọng của nó. Neutron, không có điện tích, có thể đi vào hạt nhân nguyên tử mà không bị điện tích dương của proton đẩy ra, và Fermi nhận ra nó có thể được dùng để tạo ra các nguyên tố mới, nặng hơn.

Năm 1934, ông và nhóm Via Panisperna bắt đầu nghiên cứu có hệ thống về bắn phá neutron, chiếu xạ gần như mọi nguyên tố trong bảng tuần hoàn bằng neutron từ nguồn radon và berylli nhỏ. Kết quả gây sửng sốt: trong nhiều trường hợp, việc bắn phá tạo ra đồng vị phóng xạ, và Fermi tin — sai, như sau này cho thấy — rằng ông đã tạo ra các nguyên tố nặng hơn urani, gọi là nguyên tố siêu urani.

Công trình xuất sắc, và sai trong cách diễn giải, nhưng sai theo cách thay đổi thế giới: nó khiến các nhà vật lý khác, trên hết là Otto Hahn và Fritz Strassmann tại Đức, lặp lại thí nghiệm và phát hiện, tháng 12 năm 1938, rằng hạt nhân urani không hấp thụ neutron mà đã tách làm đôi.

Khám phá đó là sự phân hạch hạt nhân, và thí nghiệm của Fermi đã làm nó trở nên khả thi.

Con đường tới phân hạch

Khám phá quan trọng nhất của Fermi những năm 1930 là khám phá neutron chậm. Tháng 10 năm 1934, khi làm việc với nguồn neutron, ông phát hiện neutron đã bị làm chậm khi đi qua sáp parafin hoặc nước hiệu quả hơn nhiều trong việc tạo phản ứng hạt nhân so với neutron nhanh.

Khám phá được thực hiện, theo lời kể của chính Fermi, gần như tình cờ: ông định dùng nêm chì để chắn thí nghiệm, và vào phút cuối, ông quyết định dùng parafin thay thế. Kết quả là sự gia tăng đáng kể của tính phóng xạ cảm ứng, và Fermi ngay lập tức hiểu vì sao: neutron chậm ở gần hạt nhân lâu hơn, và do đó có nhiều khả năng bị bắt giữ hơn.

Khám phá neutron chậm là chìa khóa cho lò phản ứng hạt nhân, vì nó cho thấy phản ứng dây chuyền có thể được kiểm soát: neutron giải phóng bởi phân hạch có thể bị làm chậm bởi chất làm chậm — than chì hoặc nước nặng — và được dùng để gây thêm phân hạch với tốc độ được kiểm soát.

Không có neutron chậm, sẽ không có lò phản ứng, và không có lò phản ứng, sẽ không có bom.

Các thí nghiệm năm 1934: Xuất sắc và sai lầm

Các thí nghiệm năm 1934 là lời nhắc rằng khoa học tiến bộ qua sai lầm cũng như qua thành công. Fermi tin rằng mình đã tạo ra các nguyên tố mới nặng hơn urani, và ông công bố khám phá với sự tự tin.

Tuyên bố sai: các “nguyên tố mới” thực ra là mảnh vỡ của hạt nhân urani đã tách ra, và Fermi, mà không biết, đã đạt được sự phân hạch hạt nhân đầu tiên. Sai lầm không phải thất bại về phương pháp — thí nghiệm của Fermi cẩn thận và đo đạc chính xác — mà là thất bại về diễn giải, vì ý tưởng hạt nhân có thể tách làm đôi quá kỳ lạ đến mức không ai, ngay cả Fermi, sẵn sàng tin nó.

Khi Hahn và Strassmann công bố kết quả năm 1938, Fermi ngay lập tức hiểu điều gì đã xảy ra, và ông chấp nhận sự sửa chữa với phong thái đặc trưng của mình. Ông không bao giờ giả vờ mình đã phát hiện ra phân hạch, và ông luôn ghi công cho Hahn và Strassmann.

Sự việc cho thấy điều quan trọng về Fermi: ông là nhà khoa học quan tâm tới sự thật hơn danh tiếng của mình, và ông sẵn sàng thừa nhận sai lầm khi bằng chứng đòi hỏi.

5. Các chỉ huy & chiến dịch chính

Giải Nobel và di cư

Gia đình Fermi đến New York tháng 1 năm 1939, và Fermi bắt đầu làm việc tại Đại học Columbia. Thời điểm không thể quan trọng hơn: chỉ trong vài tuần sau khi ông đến, tin tức về khám phá phân hạch của Hahn và Strassmann tới Hoa Kỳ, và Fermi là một trong những nhà vật lý đầu tiên tại Mỹ hiểu ý nghĩa của nó. Ông cũng biết, trong cùng những tuần đó, rằng các nhà vật lý Đức đang nghiên cứu phân hạch, và bom nguyên tử Đức là khả năng thực sự.

Mùa hè năm 1939, ông gặp nhà vật lý Hungary Leo Szilard, người đã hình thành ý tưởng phản ứng dây chuyền hạt nhân năm 1933, và cùng nhau họ bắt đầu nghiên cứu vấn đề đạt phản ứng dây chuyền trong urani.

Công việc bí mật, khẩn cấp, và theo lời Fermi, là “cuộc đua với người Đức”. Ông trở thành công dân Mỹ năm 1944, và ở lại Hoa Kỳ đến cuối đời. Việc di cư của ông là một trong những mất mát lớn đối với khoa học Ý và một trong những lợi ích lớn đối với khoa học Mỹ, và nó là hệ quả trực tiếp của luật chủng tộc Phát xít.

Giải Nobel năm 1938

Năm 1938, Fermi được trao Giải Nobel Vật lý cho công trình về bắn phá neutron và khám phá neutron chậm. Giải thưởng là vinh dự cao nhất trong khoa học, và nó đến vào thời điểm khủng hoảng. Mùa hè năm 1938, chính phủ Phát xít của Mussolini, dưới áp lực của Đức, đã ban hành luật chủng tộc, tước quyền và việc làm của người Do Thái Ý.

Vợ Fermi, Laura Capon, là người Do Thái, và các con của họ, theo luật, được phân loại là người Do Thái. Bản thân Fermi không phải người Do Thái, nhưng gia đình ông giờ đây gặp nguy hiểm, và ông phải quyết định ở lại Ý hay rời đi.

Giải Nobel mang lại cơ hội: ông tới Stockholm tháng 12 năm 1938 để nhận giải, và từ Stockholm, ông cùng gia đình đi thẳng tới Hoa Kỳ, nơi ông được mời làm việc tại Đại học Columbia ở New York. Ông không bao giờ sống ở Ý nữa.

Quyết định rời đi, theo mọi lời kể, là khó khăn nhất đời ông, và cũng là quan trọng nhất: nó cứu gia đình ông, và nó đưa tới Hoa Kỳ nhà vật lý sẽ xây lò phản ứng hạt nhân đầu tiên.

Chuyến bay tới Mỹ

Quyết định rời Ý, cuối cùng, là của Laura cũng như của Enrico. Laura Capon Fermi, người kết hôn với Fermi năm 1928, là người phụ nữ thông minh và dũng cảm, và bà hiểu, sớm hơn chồng, luật chủng tộc có ý nghĩa gì đối với gia đình họ.

Bà là người thúc ép di cư, người tổ chức việc rời đi của gia đình, và người, trong hồi ký Atoms in the Family, kể câu chuyện về cuộc chạy trốn của họ với sự rõ ràng và hài hước mà chồng bà, người hiếm khi nói về cảm xúc, không bao giờ sánh được.

Việc rời đi của gia đình Fermi không phải cuộc chạy trốn trong đêm: họ rời đi công khai, với Giải Nobel làm lý do, và chỉ mang theo những gì có thể đóng gói. Họ bỏ lại nhà cửa, bạn bè, và nhóm Via Panisperna, nhóm đã tan rã khắp thế giới trong những năm tiếp theo.

Vai trò của Laura trong quyết định là lời nhắc rằng các sự kiện vĩ đại của khoa học cũng là sự kiện trong đời sống gia đình, và đằng sau mỗi cuộc di cư là một người phụ nữ đã đóng gói hành lý và sắp xếp mọi việc.

Chicago Pile-1

Ngày 2 tháng 12 năm 1942, lúc 3 giờ 25 phút chiều, Fermi ra lệnh rút thanh điều khiển cuối cùng, và Chicago Pile-1 đạt tới hạn: phản ứng dây chuyền hạt nhân trở nên tự duy trì, và tiếp tục, dưới sự kiểm soát, trong 28 phút trước khi Fermi ra lệnh tắt.

Công suất tạo ra rất nhỏ — khoảng nửa watt, đủ thắp một bóng đèn nhỏ — nhưng sự kiện là một trong những sự kiện quan trọng nhất trong lịch sử khoa học. Nó chứng minh phản ứng dây chuyền có kiểm soát là khả thi, chứng minh lò phản ứng hạt nhân có thể được xây dựng, và mở đường tới bom nguyên tử và năng lượng hạt nhân.

Tin tức được truyền tới Washington qua cuộc điện thoại mã hóa: “Nhà hàng hải người Ý đã đổ bộ lên Thế giới Mới,” đồng nghiệp của Fermi, Arthur Compton, báo cáo, nghĩa là lò phản ứng đã hoạt động.

Ngày 2 tháng 12 năm 1942 hiện là một trong những cột mốc của thế kỷ XX, và sân bóng quần vợt dưới Stagg Field, vốn đã bị phá dỡ từ lâu, được nhớ như nơi thời đại hạt nhân bắt đầu.

Sân bóng quần vợt dưới khán đài

Năm 1942, Fermi chuyển tới Đại học Chicago, nơi ông được giao nhiệm vụ xây lò phản ứng hạt nhân đầu tiên. Công việc được thực hiện trong điều kiện bí mật và ứng biến phi thường. Lò phản ứng — gọi là “pile” vì nó là một đống gạch than chì và urani — được xây trong một sân bóng quần vợt cải tạo dưới khán đài phía tây của Stagg Field, sân bóng đá của trường.

Lò là một cấu trúc gạch than chì, rộng khoảng 7,5 m, trong đó các khối kim loại urani và oxit urani được gắn trong một lưới. Fermi và đội của ông — bao gồm Leo Szilard, Herbert Anderson và những người khác — làm việc theo ca, xếp gạch bằng tay, đo thông lượng neutron khi tiến hành, và tính toán, bằng thước trượt, liệu lò có đạt tới hạn hay không.

Công việc nguy hiểm: nếu lò mất kiểm soát, nó có thể giải phóng liều bức xạ chết người. Fermi, người hiểu rủi ro hơn bất kỳ ai, khấn khăng đòi hệ thống điều khiển bằng thanh cadmi có thể chèn vào để dừng phản ứng, và một đội người đứng sẵn với xô dung dịch cadmi để đổ lên lò trong trường hợp khẩn cấp.

Phản ứng dây chuyền đầu tiên

28 phút của phản ứng dây chuyền đầu tiên, theo mọi lời kể, là dịp bình tĩnh phi thường. Fermi, người đã tính toán mọi thứ trước, theo dõi thiết bị, đọc các chỉ số, và ra lệnh bằng giọng lặng lẽ.

Các đồng nghiệp, những người mong đợi kịch tính, bị ấn tượng bởi sự điềm tĩnh của ông: ông ăn trưa, như một người trong số họ nhớ, trong khi lò đang chạy, và ông không hề tỏ ra phấn khích.

Khi phản ứng bị tắt, những người trong sân bóng quần vợt bắt tay nhau, mở chai Chianti mà Eugene Wigner mang tới cho dịp này, và nâng cốc chúc mừng — bằng cốc giấy, vì không có ly. Cảnh tượng đã trở thành một trong những huyền thoại của khoa học, và nó nắm bắt điều cốt yếu về Fermi: ông là người làm điều nguy hiểm nhất thế giới với sự bình tĩnh của người làm toán.

Sự bình tĩnh không phải thờ ơ; đó là sự tự tin của một nhà vật lý đã tính toán và biết, tới chữ số thập phân cuối cùng, điều gì sẽ xảy ra.

Los Alamos và bom nguyên tử

Ngày 16 tháng 7 năm 1945, Fermi có mặt tại vụ thử Trinity, vụ nổ bom nguyên tử đầu tiên, trên sa mạc New Mexico. Ông xem vụ nổ từ hầm trú ẩn cách 10 dặm, và ông thực hiện, ngay lúc đó, một trong những phép đo nổi tiếng nhất trong lịch sử vật lý: khi sóng nổ đi qua, ông thả những mẩu giấy nhỏ khỏi tay và đo chúng bị gió thổi xa bao nhiêu, và từ đó ông ước tính sức nổ khoảng 10.000 tấn TNT — con số gần đúng đáng kể với sức nổ thật, sau này đo được khoảng 20.000 tấn.

Câu chuyện đã trở thành huyền thoại, và thường được kể như trò đùa, nhưng nó cho thấy điều thực về Fermi: ông có thể làm, với một nắm giấy, điều mà cả một đội quân thiết bị phải mất nhiều tuần mới xác nhận.

Sau Trinity, Fermi là một trong những nhà vật lý ký kiến nghị kêu gọi không sử dụng bom đối với Nhật Bản mà không có cuộc trình diễn, nhưng kiến nghị không được thực hiện, và bom đã được thả xuống Hiroshima và Nagasaki tháng 8 năm 1945.

Dự án Manhattan

Sau Chicago Pile-1, công việc của Fermi trở thành một phần của Dự án Manhattan, nỗ lực khổng lồ của Mỹ để chế tạo bom nguyên tử. Năm 1944, ông chuyển tới Los Alamos ở New Mexico, nơi J. Robert Oppenheimer chỉ đạo thiết kế vũ khí.

Vai trò của Fermi tại Los Alamos là cố vấn và người giải quyết vấn đề: ông là người mà các nhà vật lý trẻ tìm đến khi bế tắc, và là người mà Oppenheimer tin tưởng nhất. Ông làm việc về vật lý của bom, về thiết kế các lò phản ứng sản xuất plutoni tại Hanford, và về các tính toán dự đoán sức nổ. Ông cũng, theo mọi lời kể, là sự hiện diện trấn an tại nơi chịu áp lực khổng lồ: ông chơi với con, đi bộ đường dài trên núi, và duy trì, ngay giữa dự án bom, cuộc sống bình thường của người cha gia đình.

Các đồng nghiệp nhớ ông là người duy nhất tại Los Alamos dường như không bao giờ sợ hãi, và không bao giờ mất khiếu hài hước.

Trinity: Vụ nổ nguyên tử đầu tiên

Câu chuyện về phép đo bằng giấy của Fermi tại Trinity xứng đáng được kể đầy đủ, vì nó thường bị hiểu lầm. Fermi không đoán sức nổ của bom; ông đo nó, dùng độ dịch chuyển của các mẩu giấy như một phong vũ biểu thô sơ.

Sóng nổ, khi đi qua, đẩy không khí sang bên, và giấy, rơi qua không khí đang chuyển động, bị cuốn đi một khoảng cách phụ thuộc vào sức mạnh của sóng. Fermi, người đã suy nghĩ về vấn đề trước, biết mối quan hệ giữa độ dịch chuyển và năng lượng vụ nổ, và ông tính toán sức nổ trong đầu, ngay tại chỗ, với sai số trong hệ số hai.

Phép đo không phải trò biểu diễn: đó là ví dụ về cái mà các nhà vật lý gọi là ước tính Fermi — phép tính thô, thực hiện với dữ liệu tối thiểu, cho ra đúng bậc độ lớn.

Thuật ngữ “ước tính Fermi” vẫn được dùng ngày nay, trong vật lý và kinh doanh, cho phép tính nháp nắm bắt bản chất của vấn đề, và nó được đặt theo tên người đàn ông, tại Trinity, đã đo vụ nổ mạnh nhất lịch sử bằng một nắm giấy xé.

6. Phong cách chỉ huy

Nghịch lý Fermi và câu hỏi về sự sống

Mùa hè năm 1950, Fermi đặt một câu hỏi đã trở thành một trong những câu hỏi nổi tiếng nhất trong khoa học. Trong bữa trưa với các đồng nghiệp tại Los Alamos, thảo luận về khả năng sự sống ngoài Trái Đất, ông đột nhiên hỏi: “Mọi người ở đâu?” Câu hỏi, được biết đến với tên nghịch lý Fermi, rất đơn giản: nếu vũ trụ bao la và cổ xưa, và nếu sự sống phổ biến, thì thiên hà nên đầy các nền văn minh, và chúng ta nên thấy bằng chứng về chúng.

Việc chúng ta chưa thấy là một nghịch lý, và nó đã được tranh luận kể từ đó. Câu trả lời của chính Fermi, nếu ông có, không được ghi lại, nhưng bản thân câu hỏi đã trở thành kinh điển của lý luận khoa học: một quan sát đơn giản, đưa ra trong cuộc trò chuyện, mở ra một vấn đề sâu sắc.

Nghịch lý vẫn chưa được giải quyết, và nó vẫn được viện dẫn, hơn 70 năm sau, như ví dụ về khả năng đặt câu hỏi mà không ai khác nghĩ tới của Fermi.

Bữa trưa năm 1950 tại Los Alamos

Bữa trưa mà Fermi đặt câu hỏi nổi tiếng của mình là một dịp bình thường, và đó là một phần sức hấp dẫn của nó. Ông đang ăn cùng Edward Teller, Herbert York và những người khác, và cuộc trò chuyện chuyển sang đĩa bay và một bức tranh biếm họa trên The New Yorker về đĩa bay.

Fermi, người lặng lẽ lắng nghe, đột nhiên đặt câu hỏi, và cả bàn im lặng. Những người khác nhận ra, ngay lập tức, rằng ông đã hỏi điều gì đó sâu sắc: rằng sự vắng mặt bằng chứng về các nền văn minh ngoài Trái Đất tự nó là một sự thật cần giải thích.

Nghịch lý kể từ đó đã có nhiều câu trả lời — rằng các nền văn minh tự hủy diệt, rằng chúng ẩn nấp, rằng du hành giữa các sao là không thể, rằng chúng ta đơn độc — nhưng không câu trả lời nào được chứng minh, và câu hỏi vẫn mở.

Bữa trưa được nhớ vì nó cho thấy Fermi ở thời điểm tốt nhất: không phải tại bảng đen, không phải trong phòng thí nghiệm, mà tại bàn ăn, với chiếc bánh sandwich trong tay, đặt câu hỏi mà mọi người khác đã bỏ lỡ.

7. Cuối đời

Chicago và Viện Nghiên cứu Hạt nhân

Sau chiến tranh, Fermi trở lại Đại học Chicago, nơi ông trở thành giáo sư vật lý và giám đốc đầu tiên của Viện Nghiên cứu Hạt nhân, sau này đổi tên thành Viện Enrico Fermi để vinh danh ông. Ông xây dựng sự nghiệp mới trong vật lý hạt, nghiên cứu tính chất của pion, tia vũ trụ, và các máy gia tốc mới đang được xây dựng sau chiến tranh. Ông cũng là một giáo viên huyền thoại: các bài giảng của ông tại Chicago nổi tiếng vì sự rõ ràng, và học trò của ông — bao gồm một số nhà vật lý quan trọng nhất của thế hệ tiếp theo — nhớ ông là người có thể giải thích những ý tưởng khó nhất bằng những từ đơn giản nhất. Ông được các đồng nghiệp gọi là “Giáo hoàng”, biệt danh phản ánh cả thẩm quyền và sự không thể sai lầm của ông: khi Fermi nói điều gì về vật lý, theo lời một đồng nghiệp, “như thể Giáo hoàng đã phán”. Ông cũng, theo mọi lời kể, là người có sức hút cá nhân lớn, yêu thích đi bộ đường dài, chèo thuyền, và dành thời gian với gia đình.

Cái chết và gia đình

Fermi để lại vợ Laura, con gái Nella và con trai Giulio. Laura, người đã chia sẻ cuộc lưu vong và chiến thắng của ông, sống thêm 23 năm, và bà trở thành, theo đúng nghĩa, một nhà văn và người giữ gìn ký ức về chồng: hồi ký Atoms in the Family của bà, xuất bản năm 1954, là một trong những bản tường thuật hay nhất về cuộc đời một nhà vật lý từng được viết, và vẫn được in ngày nay.

Nella trở thành nhà văn và biên tập viên, và Giulio trở thành nhà vật lý, theo cha vào nghề mà ông yêu thích. Gia đình định cư tại Chicago, và họ vẫn, đến cuối đời, là một phần của cộng đồng đại học mà Fermi đã giúp xây dựng.

Bản thân Fermi được hỏa táng, và tro cốt của ông được rải, theo nguyện vọng của ông, tại một nơi không tiết lộ. Không có ngôi mộ lớn, không có tượng đài theo nghĩa thông thường: đài tưởng niệm của ông là viện mang tên ông, phòng thí nghiệm mang tên ông, và nguyên tố mang tên ông — và các học trò, giờ đã già, vẫn nhớ các bài giảng của ông.

Bệnh tật và những tháng cuối

Mùa thu năm 1954, Fermi đổ bệnh. Ông vẫn làm việc, như mọi khi, hết tốc lực, và ông cho rằng mệt mỏi và chán ăn là do làm việc quá sức. Tháng 10, ông trải qua ca phẫu thuật thăm dò, và các bác sĩ phẫu thuật phát hiện ung thư dạ dày không thể mổ được. Ông 53 tuổi. Ông đối mặt với chẩn đoán với sự bình tĩnh như ông đã thể hiện tại Chicago Pile-1 và Trinity: ông sắp xếp công việc, tiếp tục làm việc lâu nhất có thể, và dành những tuần cuối cùng với gia đình. Ông chết ngày 28 tháng 11 năm 1954, tại nhà ở Chicago, với Laura và các con bên cạnh.

Nguyên nhân cái chết của ông đã được bàn luận nhiều: một số cho rằng việc ông tiếp xúc với bức xạ trong công việc về lò phản ứng và bom góp phần gây ung thư, nhưng không có bằng chứng trực tiếp nào cho điều này, và ung thư dạ dày, trong thập niên 1950, là bệnh phổ biến. Điều chắc chắn là ông chết quá trẻ, ở đỉnh cao sức mạnh, và vật lý mất, với cái chết của ông, một trong những người thực hành vĩ đại nhất.

Laura, Nella và Giulio

Hồi ký của Laura Fermi, Atoms in the Family, xứng đáng có vị trí trong bất kỳ bản tường thuật nào về chồng bà, vì đó là cuốn sách cho thấy Fermi như một con người thay vì nhà khoa học.

Bà viết về sự khiêm tốn, hài hước, tình yêu đi bộ đường dài và chèo thuyền, sự thiếu kiên nhẫn với sự phô trương, và sự tận tụy với gia đình của ông — và bà viết về chúng với sự ấm áp và hóm hỉnh mà chồng bà, người nổi tiếng kín đáo về cảm xúc, không bao giờ thể hiện trong các tác phẩm của mình.

Cuốn sách cũng kể câu chuyện về cuộc di cư, về những năm chiến tranh, và về cuộc sống của một gia đình đã sống, trong 15 năm, tại trung tâm của doanh nghiệp khoa học vĩ đại nhất lịch sử.

Cuối cùng, đó là câu chuyện tình yêu cũng như hồi ký, và đó là lý do chúng ta biết Fermi không chỉ là người xây lò phản ứng đầu tiên mà còn là người chồng và người cha, dù thiên tài, hạnh phúc nhất ở nhà, với gia đình, trong cuộc sống bình thường mà công việc của ông đã làm nên phi thường.

8. Đánh giá của sử gia

Lương tâm và quả bom

Vai trò của Fermi trong bom nguyên tử đã được đánh giá theo nhiều cách, và phán quyết vẫn còn mở. Ông không phải một trong những nhà vật lý đau đáu công khai về bom: ông không, như Leo Szilard, vận động chống việc sử dụng nó, và ông không, như J.

Robert Oppenheimer, bày tỏ hối hận công khai sau chiến tranh. Ông tin rằng bom là cần thiết, rằng bom Đức sẽ tồi tệ hơn, và rằng các nhà khoa học chế tạo nó đã làm tròn bổn phận. Nhưng ông cũng lo lắng, trong những năm cuối, về bom hydro, và ông là một trong những nhà vật lý phản đối việc phát triển nó, lập luận rằng đó là vũ khí diệt chủng chứ không phải vũ khí chiến tranh.

Cuối cùng, ông là người hiểu hệ quả công việc của mình hơn hầu hết mọi người, và chấp nhận chúng với sự bình tĩnh mà một số người gọi là trí tuệ và những người khác gọi là né tránh.

Câu hỏi Fermi nghĩ gì về bom, giống câu hỏi ông nghĩ gì về bất cứ điều gì, khó trả lời, vì ông hiếm khi nói mình nghĩ gì. Điều ông đã nói, trong những năm cuối, là thế giới sẽ phải học cách sống với các lực lượng ông đã giải phóng, và nhiệm vụ của nhà vật lý, sau khi mở ra thời đại hạt nhân, là giúp thế giới sống sót qua nó.

9. Di sản

Kiến trúc sư của thời đại hạt nhân

Di sản của Fermi chính là thời đại hạt nhân. Ông không phát minh ra sự phân hạch hạt nhân, và ông không tự mình chế tạo bom nguyên tử, nhưng ông đã làm nhiều hơn bất kỳ ai để khiến cả hai trở nên khả thi: ông khám phá neutron chậm, ông xây lò phản ứng đầu tiên, và ông cho thấy phản ứng dây chuyền có thể được kiểm soát.

Thế giới hình thành — một thế giới của năng lượng hạt nhân và vũ khí hạt nhân, của lò phản ứng và răn đe — là thế giới Fermi tạo ra, và đó là thế giới vẫn, 70 năm sau khi ông mất, là sự thật trung tâm của chính trị quốc tế. Ông cũng là người sáng lập vật lý hạt hiện đại: công trình của ông về pion, tia vũ trụ và tương tác yếu đặt nền móng cho vật lý nửa sau thế kỷ XX.

Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia Fermi, ngoại ô Chicago, mang tên ông, và nguyên tố fermi, nguyên tố 100, được phát hiện trong mảnh vỡ của vụ thử bom hydro đầu tiên năm 1952, được đặt tên vinh danh ông năm 1955. Ít nhà khoa học có nhiều thứ mang tên mình như vậy, và ít người xứng đáng hơn.

Giáo hoàng của vật lý

Biệt danh “Giáo hoàng” — do các đồng nghiệp đặt cho Fermi — nắm bắt điều cốt yếu về vị trí của ông trong vật lý. Đó không phải trò đùa về thẩm quyền của ông, hoặc không chỉ là trò đùa: đó là sự công nhận rằng phán đoán của Fermi, thường xuyên hơn không, là đúng, và khi ông nói, các nhà vật lý khác lắng nghe.

Biệt danh cũng nắm bắt điều gì đó về tính cách ông: ông là người rất nghiêm túc, rất khiêm tốn, và rất tử tế, không bao giờ tìm kiếm quyền lực và không bao giờ lạm dụng nó. Ông là, theo lời một học trò, “nhà vật lý hoàn thiện nhất của thế kỷ” — một người có thể làm lý thuyết và thực nghiệm, có thể tính toán và xây dựng, có thể giảng dạy và lãnh đạo, và làm tất cả với sự đơn giản khiến điều khó khăn dường như dễ dàng. Đó là di sản của ông, và đó là lý do tên ông vẫn được nhắc với sự kính trọng trong các khoa vật lý khắp thế giới, 70 năm sau khi ông mất.

Thời đại hạt nhân ông mở ra vẫn còn với chúng ta, và những câu hỏi ông đặt ra — về hạt nhân, về các vì sao, về việc chúng ta có đơn độc trong vũ trụ hay không — vẫn là những câu hỏi mà vật lý đang cố gắng trả lời.

10. Câu hỏi thường gặp

Enrico Fermi đã khám phá ra điều gì?

Ông phát triển thống kê Fermi–Dirac (1926), khám phá neutron chậm hiệu quả hơn nhiều trong việc gây phản ứng hạt nhân (1934), và xây Chicago Pile-1, đạt phản ứng dây chuyền hạt nhân tự duy trì có kiểm soát đầu tiên ngày 2 tháng 12 năm 1942. Ông cũng giúp chế tạo bom nguyên tử tại Los Alamos, và công trình của ông đặt nền móng cho cả năng lượng hạt nhân lẫn vũ khí hạt nhân.

Chicago Pile-1 là gì?

Lò phản ứng hạt nhân đầu tiên, do Fermi và đội của ông xây trong sân bóng quần vợt cải tạo dưới Stagg Field tại Đại học Chicago. Ngày 2 tháng 12 năm 1942, nó đạt phản ứng dây chuyền hạt nhân tự duy trì có kiểm soát đầu tiên, tạo ra khoảng nửa watt trong 28 phút. Nó chứng minh lò phản ứng — và bom nguyên tử — là khả thi, mở ra kỷ nguyên hạt nhân.

Vì sao Fermi rời Ý?

Vì luật chủng tộc Phát xít năm 1938, đe dọa vợ ông, Laura, người Do Thái, và các con. Ông tới Stockholm nhận Giải Nobel tháng 12 năm 1938 và đi thẳng từ đó tới Hoa Kỳ, nơi ông có vị trí tại Đại học Columbia. Ông không bao giờ sống ở Ý nữa, và ông trở thành công dân Mỹ năm 1944.

Nghịch lý Fermi là gì?

Trong bữa trưa tại Los Alamos năm 1950, Fermi hỏi: “Mọi người ở đâu?” Nếu vũ trụ bao la và cổ xưa và sự sống phổ biến, thiên hà nên đầy các nền văn minh — nhưng chúng ta không thấy bằng chứng nào về chúng. Mâu thuẫn giữa kỳ vọng và sự vắng mặt bằng chứng là nghịch lý Fermi, và nó vẫn chưa được giải quyết cho đến ngày nay.

Fermi có hối hận vì chế tạo bom nguyên tử không?

Ông không bày tỏ hối hận công khai như Oppenheimer, và ông tin bom là cần thiết để đánh bại Đức và Nhật Bản. Nhưng trong những năm cuối, ông phản đối bom hydro, lập luận rằng đó là vũ khí diệt chủng chứ không phải vũ khí chiến tranh. Ông hiếm khi nói về cảm xúc, nên quan điểm riêng của ông khó biết, và các sử gia vẫn tranh luận về điều này.

Những gì mang tên Fermi?

Nguyên tố 100, fermi; Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia Fermi gần Chicago; Viện Enrico Fermi tại Đại học Chicago; Kính viễn vọng không gian tia gamma Fermi; và “ước tính Fermi”, phép tính nháp thô. Tên ông cũng gắn với thống kê Fermi–Dirac và nghịch lý Fermi, khiến ông trở thành một trong những nhà vật lý được vinh danh nhiều nhất thế kỷ 20.

11. Nguồn

1. Wikipedia, “Enrico Fermi” — các ngày, sự nghiệp, Chicago Pile-1, Los Alamos, cái chết và di sản.

2. Encyclopædia Britannica, “Enrico Fermi” — cuộc đời và đánh giá.

3. Laura Fermi, Atoms in the Family: My Life with Enrico Fermi (University of Chicago Press, 1954) — cuộc đời Fermi qua con mắt vợ ông.

4. Emilio Segrè, Enrico Fermi, Physicist (University of Chicago Press, 1970) — tiểu sử của một đồng nghiệp đoạt giải Nobel.

5. Richard Rhodes, The Making of the Atomic Bomb (Simon & Schuster, 1986) — Fermi, Chicago Pile-1 và Los Alamos.

6. George Gamow, Thirty Years That Shook Physics (Doubleday, 1966) — vật lý học thời Fermi.

7. Enrico Fermi, Collected Papers (University of Chicago Press, 1962–65) — các công trình khoa học của chính Fermi.

Bài viết liên quan

• Ion Antonescu
• Karl Dönitz
• Simo Häyhä