Энрико Ферми — 125: человек, который открыл человечеству дорогу в атомный век

29 сентября 2026 года исполняется 125 лет со дня рождения Энрико Ферми — физика, чьё имя одновременно живёт в квантовой механике, ядерной энергетике, физике элементарных частиц и даже в дискуссиях об инопланетянах. Именно под его руководством 2 декабря 1942 года заработал Chicago Pile-1 — первый в мире ядерный реактор, в котором удалось получить управляемую самоподдерживающуюся цепную реакцию. Но к этому моменту Ферми уже успел создать новую квантовую статистику, предложить теорию бета-распада, открыть необычные свойства медленных нейтронов, получить Нобелевскую премию и бежать с семьёй из фашистской Италии.

Его биография почти идеально совпала с превращением атомной физики из молодой науки в силу, способную изменить цивилизацию. Один и тот же человек участвовал и в фундаментальных исследованиях вещества, и в рождении атомного реактора, и в Манхэттенском проекте. А спустя несколько лет после войны за обычным обедом задал вопрос, который человечество не может уверенно разрешить до сих пор: если Вселенная способна породить множество развитых цивилизаций, то где они все?

Энрико Ферми родился 29 сентября 1901 года в Риме. В 1922 году он окончил Высшую нормальную школу в Пизе и получил степень по физике, а затем работал в крупнейших европейских научных центрах — в том числе у Макса Борна в Гёттингене и Пауля Эренфеста в Лейдене. Уже в 1927 году, в 25 лет, Ферми стал профессором теоретической физики Римского университета.

Ферми был необычен даже для поколения великих физиков первой половины XX века. Он одинаково уверенно занимался сложнейшей теорией и собственными экспериментами. Его имя в итоге оказалось сразу в нескольких совершенно разных главах учебника физики.

В 1926 году Ферми разработал квантовую статистику для частиц, подчиняющихся принципу запрета Паули. Независимо к аналогичной формулировке пришёл Поль Дирак, поэтому сегодня она называется статистикой Ферми — Дирака, а сами частицы с полуцелым спином — электроны, протоны, нейтроны и многие другие — относятся к фермионам.

В 2026 году отмечается сразу два юбилея: 125 лет со дня рождения Ферми и 100 лет его работе о квантовании идеального одноатомного газа, связанной с рождением этой статистики. Именно этому посвящена международная конференция Fermi 125 во Флоренции 28 сентября.

Если попытаться объяснить вклад Ферми одной фразой, она будет слишком короткой.

Он разработал теорию бета-распада, внёс фундаментальный вклад в квантовую и статистическую физику, исследовал взаимодействие нейтронов с ядрами, обнаружил особую эффективность медленных нейтронов и показал, как с их помощью можно вызывать ядерные превращения.

Особенно важным оказался эксперимент 1934 года. Группа Ферми в Риме бомбардировала различные элементы нейтронами. Учёные заметили, что если замедлить нейтроны, например пропустив их через парафин или воду, вероятность некоторых ядерных реакций резко возрастает. Это стало одним из ключевых открытий на пути к управляемой цепной реакции.

При этом история содержит почти детективный поворот. Когда команда Ферми облучала нейтронами уран, исследователи получили необычные радиоактивные продукты и предположили, что перед ними могут быть новые элементы тяжелее урана. На самом деле в части опытов они расщепляли ядра урана, не понимая этого. Физический смысл деления ядра будет осознан только несколько лет спустя после экспериментов Отто Гана и Фрица Штрассмана и их интерпретации Лизой Мейтнер и Отто Фришем.

Получается удивительная вещь: Ферми буквально оказался рядом с открытием ядерного деления ещё в 1934 году — но сам в тот момент не понял, что именно увидел.

О том, почему нейтрино Ферми назвал «нейтрончиком», — в отдельном материале Life.ru.

В 1938 году Энрико Ферми получил Нобелевскую премию по физике. Официальная формулировка говорила о демонстрации существования новых радиоактивных элементов, полученных при облучении нейтронами, и открытии ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами.

История с Нобелевской премией особенно интересна из сегодняшнего дня. Формулировка отражала состояние науки конца 1938 года. Часть веществ, которую физики принимали за новые трансурановые элементы, позднее оказалась продуктами деления урана. Само открытие Ферми о медленных нейтронах при этом осталось фундаментальным.

А для семьи физика Нобелевская премия стала не только вершиной научной карьеры, но и билетом из Италии.

К тому времени режим Бенито Муссолини ввёл антисемитские расовые законы. Жена Ферми Лаура Капон происходила из еврейской семьи. Учёный заранее решил использовать поездку в Стокгольм на церемонию вручения премии, чтобы не возвращаться домой.

В декабре 1938-го Ферми вместе с женой и детьми отправился в Швецию. После церемонии семья поехала не обратно в Рим, а в США. В январе 1939 года они прибыли в Нью-Йорк, где Ферми начал работать в Колумбийском университете.

К этому времени мир уже стремительно приближался к войне, а физики поняли главное: деление тяжёлого ядра может сопровождаться появлением новых нейтронов. Если каждый из них запустит следующее деление, возникнет цепная реакция.

Но одно дело написать её на бумаге — и совсем другое сделать управляемой. Эта задача привела Ферми в Чикаго.

В 1942 году в рамках американского Манхэттенского проекта команда учёных начала строить экспериментальную установку Chicago Pile-1, или CP-1. Она состояла главным образом из блоков графита и урана и была собрана в помещении для сквоша под заброшенными трибунами стадиона Stagg Field Чикагского университета.

Ни защитной оболочки современного реактора, ни привычной системы охлаждения у CP-1 не было.

2 декабря 1942 года начался эксперимент. Физик Джордж Вейл по команде Ферми постепенно вытаскивал из установки регулирующий стержень. Поток нейтронов возрастал. Ферми следил за приборами и вычислениями.

В 15:25 произошло то, чего раньше человечество никогда не делало: реакция стала самоподдерживающейся. Первый искусственный управляемый ядерный реактор в истории достиг критического состояния.

Эксперимент продолжался около получаса, после чего Ферми приказал остановить реакцию. Мощность установки была ничтожна по меркам будущих АЭС — первая реакция не смогла бы обеспечить электричеством даже обычную лампочку. Но физический принцип был доказан.

Атомный век фактически начался.

О произошедшем нельзя было сообщать открытым текстом: исследования шли в условиях военной секретности.

Поэтому руководитель чикагских работ Артур Комптон позвонил председателю американского Национального комитета оборонных исследований Джеймсу Конанту и сообщил о результате кодовой фразой: «Итальянский мореплаватель высадился в Новом Свете».

Конант спросил, как его встретили местные жители. Ответ был коротким: «Очень дружелюбно».

«Итальянским мореплавателем» был родившийся в Риме Ферми, «Новым Светом» — управляемая ядерная цепная реакция.

А сами физики отметили успех куда менее торжественно. Юджин Вигнер принёс бутылку кьянти. Участники эксперимента выпили вино из бумажных стаканчиков и расписались на соломенной оплётке бутылки.

Chicago Pile-1 создавался не как будущая электростанция.

Работы происходили внутри Манхэттенского проекта, целью которого было создание американского атомного оружия во время Второй мировой войны. Управляемая цепная реакция была необходима в том числе для развития реакторов, способных производить плутоний для ядерного оружия.

После успеха в Чикаго Ферми участвовал в дальнейшей американской ядерной программе, работал с реакторами в Ок-Ридже и Хэнфорде, а затем был привлечён Робертом Оппенгеймером в Лос-Аламос.

16 июля 1945 года Ферми находился на испытании Trinity — первом взрыве ядерного устройства в истории.

Так научная линия, начавшаяся с исследования того, как нейтрон взаимодействует с атомным ядром, менее чем за два десятилетия дошла до оружия, способного уничтожать города.

Но тот же принцип управляемой цепной реакции стал основой и другого мира — атомной энергетики, исследовательских реакторов и производства радиоизотопов.

В этом и заключается двойственность наследия Ферми: технология, рождению которой он помог, открыла человечеству сразу две дороги.

О том, кем был Роберт Оппенгеймер, Life.ru рассказывал отдельно.

Самая массовая интернет-слава Ферми связана вообще не с атомным реактором.

Летом 1950 года в Лос-Аламосе Ферми обедал с физиками Эдвардом Теллером, Эмилем Конопински и Гербертом Йорком. Разговор коснулся НЛО, межзвёздных путешествий и возможности существования других цивилизаций.

В какой-то момент Ферми задал вопрос, который в воспоминаниях обычно передают как: «Где все?»

Так родился сюжет, который сегодня называется парадоксом Ферми.

Логика проста. Во Вселенной огромное количество звёзд, многие значительно старше Солнца. Если разумная технологическая жизнь возникает не исключительно редко и хотя бы некоторые цивилизации получают возможность распространяться по космосу, то за миллиарды лет следы кого-нибудь из них должны были бы стать заметны. Но убедительных следов внеземной технологической цивилизации мы пока не видим.

Почему? Именно разрыв между ожидаемой возможностью существования множества цивилизаций и отсутствием убедительных наблюдательных свидетельств и называют парадоксом Ферми.

При этом есть важный факт: Ферми не выводил знаменитое уравнение Дрейка и не мог обсуждать его в 1950 году. Фрэнк Дрейк сформулировал своё уравнение позднее, в 1961 году, уже после смерти Ферми.

О том, почему мы до сих пор не нашли внеземные цивилизации, Life.ru рассказывал отдельно.

Редко чьё имя настолько глубоко встроилось непосредственно в язык науки.

В честь Ферми названы фермионы, химический элемент №100 фермий, Национальная ускорительная лаборатория имени Энрико Ферми — Fermilab — в США, Институт Энрико Ферми Чикагского университета и космический гамма-телескоп Fermi.

В физике существуют энергия Ферми, уровень Ферми, поверхность Ферми, газ Ферми, золотое правило Ферми, взаимодействие Ферми и задачи Ферми — способ приблизительно оценивать величины, когда точных данных недостаточно.

И даже знаменитый вопрос о внеземных цивилизациях превратил фамилию физика в самостоятельный термин.

Это редкий случай, когда учёный оставил след практически на всех масштабах — от элементарных частиц до Вселенной.

Ферми умер в Чикаго 28 ноября 1954 года. Ему было всего 53 года.

Но масштаб его научной биографии плохо укладывается в эти 53 года.

В двадцать с небольшим он участвовал в создании новой квантовой статистики. В начале тридцатых построил теорию бета-распада. В 1934-м открыл свойства медленных нейтронов и фактически наблюдал деление урана, не зная, что это именно оно. В 1938-м получил Нобелевскую премию. В 1942-м руководил экспериментом с первой самоподдерживающейся управляемой цепной ядерной реакцией. Во время войны участвовал в Манхэттенском проекте. А в 1950-м одним вопросом запустил дискуссию о внеземных цивилизациях, которая продолжается уже три четверти века.

125 лет спустя после рождения Энрико Ферми человечество всё ещё живёт внутри мира, который помогла создать его физика. Электроны в металлах описываются статистикой Ферми — Дирака. На атомных станциях поддерживаются управляемые цепные реакции. В лабораториях изучают фермионы. Телескоп Fermi наблюдает гамма-излучение Вселенной. А когда астрономы снова спрашивают, почему космос по-прежнему молчит, они повторяют тот самый вопрос: «Где все?»

• Когда родился Энрико Ферми?

Энрико Ферми родился 29 сентября 1901 года в Риме. В 2026 году исполняется 125 лет со дня его рождения.

• Чем знаменит Энрико Ферми?

Ферми внёс фундаментальный вклад в квантовую, ядерную и статистическую физику, исследовал медленные нейтроны, разработал теорию бета-распада и руководил созданием первого реактора, в котором прошла управляемая самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция.

• Кто создал первый ядерный реактор?

Первый ядерный реактор Chicago Pile-1 был построен командой учёных Чикагского университета под руководством Энрико Ферми. 2 декабря 1942 года в нём впервые была получена управляемая самоподдерживающаяся ядерная цепная реакция.

• За что Ферми получил Нобелевскую премию?

Ферми получил Нобелевскую премию по физике в 1938 году за исследования радиоактивности, возникающей при нейтронном облучении, и открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами.

• Что такое парадокс Ферми?

Парадокс Ферми — противоречие между возможностью существования множества внеземных технологических цивилизаций и отсутствием убедительных наблюдательных свидетельств их существования. Его название связано с вопросом Ферми «Где все?», заданным во время разговора с коллегами в 1950 году.

• Участвовал ли Энрико Ферми в создании атомной бомбы?

Да. Ферми был одним из ведущих физиков Манхэттенского проекта, работал над реакторными исследованиями и позднее в Лос-Аламосе. Он также присутствовал при первом ядерном испытании Trinity в июле 1945 года.

• Что названо в честь Ферми?

Его имя носят фермионы, химический элемент фермий, Fermilab, Институт Энрико Ферми, космический гамма-телескоп Fermi и множество понятий в физике, включая энергию и уровень Ферми.