Энрико ферми: биография, творчество, карьера, личная жизнь

Chicago Pile-1’s construction

Unlike subsequent reactors, Chicago Pile-1 lacked significant radiation shielding or even cooling systems. This was not an oversight, however, the reactor was only run at low power (around half a watt).

The entire structure had been intended to be roughly spherical in shape but as work proceeded this was altered.

Fermi had calculated that the chain reaction’s critical mass could be achieved without necessarily completing the structure as planned.

CP-1 would later be moved to Red Gate Woods in 1943 and reconfigured to become designated as Chicago Pile-2. This reactor was actually operated right up until 1954 when it was finally decommissioned and buried.

The Stagg Field stands were later demolished in August of 1957 with the site becoming designated as a US National Historic Landmark as well as a Chicago Landmark.

Что говорит закон?

Когда нужно срочно обращаться к врачу

Indirizzi Istituto

Существующие данные

Наша Солнечная система, если наблюдать её с расстояния в несколько десятков световых лет, была бы очень необычной в связи с огромным уровнем радиоизлучения (созданного радиостанциями) у ничем не приметной звезды. Можно допустить, что подобное излучение у соседней звезды было бы также сразу определено как необычное земными астрономами. С другой стороны, чем дальше удалена звезда, тем более устаревшие данные о ней мы имеем. Так, например, на расстоянии в 150 световых лет радиопередачи Земли будут принципиально необнаружимы до 2045 года, так как беспроводная связь известна на Земле с 1895 года, и как следствие, первые радиопередачи ещё не прошли такое расстояние.

Данные радио- и визуальных наблюдений накапливались на протяжении нескольких десятилетий в рамках проектов «Озма», SETI и других инициатив, имевших целью поиск обитаемых планет за пределами Солнечной системы. До сих пор не обнаружено ни одной звезды солнечного типа, которая бы демонстрировала необычно интенсивное радиоизлучение — из чего, похоже, можно сделать вывод, что мы являемся единственным видом, использующим радиоволны в нашей части Галактики. К тому же большинство планет, выявленных за пределами Солнечной системы, вероятно, характеризуются слишком суровыми условиями для эволюции развитых форм жизни.

Сторонники теории о наличии внеземной жизни приводят следующие объяснения этим фактам:

  • Другие разумные виды могут использовать направленные приборы связи — например, лазеры. Возможно, они используют для связи нейтрино или другие, пока неизвестные нам частицы.
  • Найти планеты с нестабильными орбитами легче. Из-за этого у наблюдателя создаётся впечатление о том, что большинство планет обладают именно нестабильными орбитами, при которых жизнь невозможна. Вследствие этого недооценивается количество пригодных для жизни планет.
  • Другие разумные виды слишком далеко ушли от нас в развитии. Предполагается, что многие ранее появившиеся цивилизации могли уже стать настолько могущественными, что мы неспособны отличить их деятельность от природных явлений, вопреки гипотезе «космических чудес», которые в 1960-х предлагал искать Иосиф Шкловский.
  • Ещё одним интересным фактом является то, что в связи с развитием оптоволоконных систем связи, отказом от мощных радиостанций и переходом на маломощные сотовые системы связи, кабельное и спутниковое телевидение и радиовещание радиоизлучение Земли в последние годы начало уменьшаться. Таким образом, активный период «свечения» Земли в радиодиапазоне составил немногим более 100 лет, что является крайне малым сроком в сравнении с продолжительностью существования цивилизации и даёт дополнительный аргумент сторонникам существования внеземной разумной жизни.
  • Существует , согласно которой разумные и развитые цивилизации не могут вступить в космическую эру из-за очень значительной силы притяжения, вследствие которой использование химических двигателей становится практически бесполезным.
  • Китайский писатель-фантаст Лю Цысинь предложил для объяснения парадокса Ферми концепцию «тёмного леса». Суть концепции в том, что эволюция жизни во Вселенной подразумевает войну на выживание среди достаточно развитых цивилизаций, потому всякая достаточно развитая цивилизация тщательно скрывает следы своего присутствия во Вселенной, чтобы не подвергнуться удару со стороны цивилизаций-конкурентов. Те же молодые цивилизации, которые выдают своё существование, подобны человеку, идущему через тёмный лес: ему кажется, будто он здесь один, но как-только он крикнет «Ау!» достаточно громко, какая-нибудь тварь из темноты набросится на него, и такой человек даже не поймёт, кто и каким образом его убил.

Fermi’s Final years, his death and legacy

Enrico Fermi continued his work at the Institute of Nuclear Studies at Chicago University in his later years. He turned his attention to high-energy physics and led investigations into the origins of cosmic rays and theories on the fantastic energies present in cosmic ray particles. 

These theories revolved around the idea of a universal magnetic field, that acted as a giant accelerator, that would account for the fantastic energies present in the cosmic ray particles.

Enrico Fermi was a member of several academies and «learned» societies in Italy and overseas during his life. One of which was the Royal Academy of Italy in 1929.

He was, in fact, one of the very first 30 members of the Royal Academy. Quite an honor.

Fermi was always in great demand as a lecturer throughout his lifetime. He was given several courses at the University of Michigan Ann Arbor and Stanford University.

Enrico Fermi was the first recipient of the special $50,000 award, which now bears his name, for work on the atom. 

Source: 

In his later years, Enrico Fermi would develop incurable stomach cancer and would spend his last few months in Chicago undergoing medical treatment.

Enrico Fermi, the man who helped give the world the Nuclear Reactor and Atomic Bomb died in his sleep on November the 28th 1954.

He was at home in Chicago, Illinois.

Enrico Fermi and his wife Laura had one son Giulio and one daughter Nella.

Apparently, his favorite pastimes, when not playing with atoms, was walking, mountaineering, and winter sports.

Память

Рим. Улица Энрико Ферми.

Мемориальная доска в базилике Санта Кроче, Флоренция. Италия

Незадолго до смерти Ферми Комиссия по атомной энергии учредила специальную премию для учёного. В 1956 году эта премия стала носить имя Премия Энрико Ферми и вручаться регулярно. Премией награждаются учёные, внесшие выдающийся вклад в области исследования, использования и производства энергии. В его честь назван 100-й химический элемент — фермий. Его имя носят Чикагский институт ядерных исследований, Национальная ускорительная лаборатория (Фермилаб) и космический телескоп, а также улицы во многих итальянских городах.

На сайте Аргоннской национальной лаборатории он назван «последним универсальным учёным» (англ. last universal scientist).

В 1970 г. Международный астрономический союз присвоил имя Энрико Ферми кратеру на обратной стороне Луны.

Температура вне равновесия

Уровень Ферми μ и температура T являются четко определенными константами для твердотельного устройства в ситуации термодинамического равновесия, например, когда оно сидит на полке и ничего не делает. Когда устройство выводится из состояния равновесия и вводится в эксплуатацию, строго говоря, уровень Ферми и температура перестают быть четко определенными. К счастью, часто можно определить квазиуровень Ферми и квазитемпературу для данного местоположения, которые точно описывают заполнение состояний с точки зрения теплового распределения. Считается, что устройство находится в квазиравновесном состоянии, когда и где такое описание возможно.

Квазиравновесный подход позволяет построить простую картину некоторых неравновесных эффектов, таких как электрическая проводимость куска металла (как результат градиента μ ) или его теплопроводность (как результат градиента T ). Квази- μ и квази- T могут изменяться (или не существовать вообще) в любой неравновесной ситуации, например:

  • Если в системе присутствует химический дисбаланс (как в батарее ).
  • Если система подвергается воздействию изменяющихся электромагнитных полей (например, конденсаторов , катушек индуктивности и трансформаторов ).
  • При освещении от источника света с другой температурой, например солнца (как в солнечных батареях ),
  • Когда температура внутри устройства непостоянна (как в термопарах ),
  • Когда устройство было изменено, но у него не было достаточно времени для восстановления равновесия (как в пьезоэлектрических или пироэлектрических веществах).

В некоторых ситуациях, например сразу после того, как на материал воздействует лазерный импульс высокой энергии, распределение электронов не может быть описано каким-либо тепловым распределением. В этом случае нельзя определить квазиуровень Ферми или квазитемпературу; электроны просто называют нетермализованными . В менее драматических ситуациях, например, в солнечном элементе при постоянном освещении, квазиравновесное описание может быть возможным, но требует присвоения различных значений μ и T разным зонам (зона проводимости против валентной зоны). Даже в этом случае значения μ и T могут скачкообразно перескакивать через границу раздела материалов (например, p – n-переход ), когда протекает ток, и быть некорректно определенными на самой границе раздела.

Enrico Fermi’s American Dream in Chicago

Once safely in the United States, Fermi was appointed the professor of physics at New York’s Columbia University in 1939. His work here led to one of the greatest and most destructive discoveries in man’s history. 

Hahn and Strassmann had discovered the phenomena of nuclear fission in the early part of 1939. This discovery was immediately appreciated by Fermi who understood the possibility of the emission of secondary neutrons and, perhaps, a chain reaction.

Whilst at Columbia University, Enrico Fermi found that if Uranium neutrons were emitted into another sample of fissioning Uranium, they could further split those atoms and set off a chain reaction. Not only does this sound impressive, but it also happened to unleash enormous amounts of energy.

Enrico’s experiments led to the very first controlled nuclear chain reaction in Chicago on the 3rd of December 1942. This actually happened underneath Chicago’s athletic stadium on a squash court of all things (is that ironic, we’re not sure?).

Of course, at this time the world was plunged into one of the most destructive events in human history, the Second World War.

His work had not gone unnoticed and he was quickly recruited into the Manhattan Project. As we all know today, this project’s primary objective was to harness the power of the atom to produce an incredibly powerful weapon of war.

Fermi and his wife also cemented their commitment to the country that had sheltered them by officially becoming citizens in 1944.

Память

Рим. Улица Энрико Ферми.

Мемориальная доска в базилике Санта Кроче, Флоренция. Италия

Незадолго до смерти Ферми Комиссия по атомной энергии учредила специальную премию для учёного. В 1956 году эта премия стала носить имя Премия Энрико Ферми и вручаться регулярно. Премией награждаются учёные, внесшие выдающийся вклад в области исследования, использования и производства энергии. В его честь назван 100-й химический элемент — фермий. Его имя носят Чикагский институт ядерных исследований, Национальная ускорительная лаборатория (Фермилаб) и космический телескоп, а также улицы во многих итальянских городах.

На сайте Аргоннской национальной лаборатории он назван «последним универсальным учёным» (англ. last universal scientist).

В 1970 г. Международный астрономический союз присвоил имя Энрико Ферми кратеру на обратной стороне Луны.

Early Life

Enrico Fermi was born in Rome, Italy, on September 29, 1901, the third child of Alberto and Ida de Gattis Fermi. Ida was a remarkable woman, trained as a teacher, highly intelligent and a major influence on her children’s education.

Fermi’s intense interest in physics was said to be the result of a family tragedy. When Enrico was 14, his beloved older brother, Giulio, died suddenly. Fermi was devastated. To console him, his parents encouraged his studies. He came across a couple of physics books written a half century earlier, and was totally enthralled. During his teens, he and friends conducted physics experiments for fun, including testing the density of Rome’s water supply.

In 1918, Fermi won a scholarship to the prestigious Scuola Normale Superiore University in Pisa, Italy. His entry essay was so impressive that Fermi was quickly elevated to the doctoral program, and he graduated with honors in 1922. In 1923, he won a Rockefeller Fellowship and spent several months with renowned physicist professor Max Born in Gottingen, Germany.

Мы их не понимаем?

В течение десятилетий ученые использовали радиоастрономию для поиска признаков существования далеких цивилизаций. Именно таким способом работает, например, Институт SETI, расположенный в городке Маунтин-Вью, штат Калифорния, США. Эта некоммерческая организация исследует Вселенную на предмет наличия признаков разумной жизни с тех пор, как была основана в 1984 году Джиллом Тартером и Томасом Пирсоном.

Институт SETI использовал для своей работы различные радиотелескопы. Такие, например, как обсерватория Аресибо в Пуэрто-Рико или Национальная радиоастрономическая обсерватория в Грин-Бэнк, Западная Вирджиния. И эта работа продолжается и сейчас. Но пока безрезультатно.

Мы знаем, как было сказало выше, что только в нашей Галактике более 400 миллиардов звезд. И не менее 20 миллиардов из них подобны нашему Солнцу. У пятой части подобных Солнцу звезд, по последним оценкам, могут быть планеты, лежащие в обитаемой зоне. То есть там, где существуют условия, позволяющие развиваться жизни.

Теперь предположим, что жизнь — это нечто большее, чем просто пара микробов, плавающих в ядовитом супе. Как может выглядеть сложная цивилизация? Согласно шкале Кардашева, разработанной в 1964 году советским астрономом Николаем Кардашевым, существует три различных типа цивилизаций, с которыми мы можем вступить в контакт.

Цивилизации типа I освоили всю энергию на своей планете. Здесь, на Земле, мы довольно близки к достижению статуса цивилизации I типа. Цивилизации типа II могут использовать энергию своей домашней звезды. (Сфера Дайсона, например). А цивилизация типа III может контролировать всю энергию внутри своей галактики.
Подсчеты показывают, что учитывая все то, что мы знаем о Млечном Пути, в отдаленных уголках нашей галактики может существовать где-то от 1 000 до 100 000 000 цивилизаций, способных связаться с нами.

«Римский» период жизни Энрико Ферми

Стоит отметить, что данный период его жизни был наиболее плодотворным. Например, в 1929-1930 года молодой профессор разработал основные правила квантования электромагнитного поля, чем внёс весьма значимый вклад в развитие квантовой электродинамики. Удивительно, но уже в 27 лет он становится членом знаменитой Королевской Академии Наук Италии. Примерно с 1932 года Энрико начинает работать в сфере ядерной физики и, уже через два года, создаёт начальную количественную теорию бета-распада, которая в последствии, хоть и оказалась отчасти ошибочной, но положила основу теории слабых взаимодействий элементарных частиц.

Несомненно, Энpико Ферми обогатил данную сферу науки, поэтому совершенно не странно, что большое число понятий в этом разделе физики носит его имя, например, существует константа Ферми, правило отбора Ферми и химический элемент «Фермий». В 1928 году Энрико Ферми женился на еврейке Лауре Капон, и у счастливых мужа и жены родилось двое детей Нелла и Джулио. Как и многие ученые того времени он был членом фашистской партии.

Enrico Fermi’s role in the Manhattan Project

Chicago Pile-1 served a dual purpose, once the team discovered that «criticality» was indeed practical the technology’s potential energy source was obvious.

But the project’s real intention was in fact to weaponize the atom.

In this role, the findings of the Chicago series of experiments would ultimately form a critical component of the famous Manhattan Project.

The Manhattan Project was, in effect, a dream team of scientific luminaries at the time. Enrico Fermi was by all accounts, one of the most distinguished. His successes to date, including the Chicago Pile series of experiments, cemented his place on the team and into history.

Fermi was personally involved in many of the pivotal milestones throughout the project. He was specifically involved in proving the concept of fission and was an important contributor when the X-10 Graphite Reactor and B Reactor achieved criticality.

He was also heavily involved in the Trinity test.

Примеры[править]

Литератураправить

«Мир Полудня» — сочетание вариантов «непостижимые инопланетяне» и «всеобщий застой». Есть Странники, которых опознать-то целая проблема, а есть огромное количество Саракшей и Арканаров, сильно отставших от Земли в развитии. И Тагора, которая прогресса просто побаивается (они технически вполне развиты, но осторожничают и не лезут, куда не просят). И Леонида — высокоразвитая цивилизация, но биотехнологическая, а на дрессированных птицах в космос не полетишь.
«Тёмный лес» — вынесенная в заголовок концепция «тёмного леса». Каждая разумная цивилизация стремится безгранично расшириться, но количество ресурсов во Вселенной — величина конечная, на всех их не хватит. Доверие к другим цивилизациям недопустимо, поскольку неизвестно, какими военными технологиями они обладают и насколько быстро может развиваться их наука. Каждая цивилизация, которая может уничтожать другие, должна это делать, чтобы самой не стать жертвой такой атаки

Потому все и сидят, стараясь вести себя как можно тише и ждут, пока кто-то не проявит неосторожность.

Видеоигрыправить

Dead Space — ни одной живой инопланетной цивилизации человечество так и не встретит, поскольку все они были уничтожены. Каждая цивилизация, которая находит Обелиски и решает их использовать, обречена пасть жертвой чумы некроморфов и погибнуть, породив новую Братскую Луну. Такова стратегия размножения этого чудовищного, но разумного вида — уничтожать всю жизнь во Вселенной. И похоже, время людей тоже подошло к концу…

Музыкаправить

«Комплексные числа» («Complex Numbers») — «Неизбежность»: если судить по тексту песни и титрам в видео, сделанном самой группой, постчеловечество дожило до эпохи 8,7⋅1019 лет после Большого Взрыва — страшной эпохи Термодинамического Равновесия, всеобщей энтропии и затухания свободной энергии. Никаких инопланетян оно не встретило, и в последней ещё существующей Сфере Дайсона («В небе горит багровое солнце, последнее солнце, питая нас скудно пока…») в мёртвом пространстве ждут неизбежного конца («Песок пересыпался весь дейтерия, трития…») только постлюди, когда-то начавшие эволюцию на планете в системе заурядной звезды класса G2 где-то на задворках галактики Млечный Путь.

1D однородный газ

Одномерная бесконечная квадратная яма длиной L является моделью одномерного ящика с потенциальной энергией:

V(Икс)знак равно{,Иксc-L2<Икс<Иксc+L2,∞,в противном случае.{\ displaystyle V (x) = {\ begin {cases} 0, & x_ {c} — {\ tfrac {L} {2}} <x <x_ {c} + {\ tfrac {L} {2}}, \\\ infty, & {\ text {в противном случае.}} \ end {case}}}

Это стандартная модельная система в квантовой механике, для которой хорошо известно решение для отдельной частицы. Поскольку потенциал внутри ящика однороден, эту модель называют одномерным однородным газом, даже несмотря на то, что фактический профиль числовой плотности газа может иметь узлы и пучности, когда общее количество частиц невелико.

Уровни помечены одним квантовым числом n, а энергии выражаются следующим образом:

Eпзнак равноE+ℏ2π22мL2п2.{\ displaystyle E_ {n} = E_ {0} + {\ frac {\ hbar ^ {2} \ pi ^ {2}} {2mL ^ {2}}} n ^ {2}. \,}

где — энергия нулевой точки (которая может быть выбрана произвольно в качестве формы фиксации калибровки ), масса одного фермиона и — приведенная постоянная Планка .
E{\ displaystyle E_ {0}}м{\ displaystyle m}ℏ{\ displaystyle \ hbar}

Для N фермионов со спином 1/2 в ящике не более двух частиц могут иметь одинаковую энергию, т. Е. Две частицы могут иметь энергию , две другие частицы могут иметь энергию и так далее. Две частицы с одинаковой энергией имеют спин ½ (спин вверх) или −½ (спин вниз), что приводит к двум состояниям для каждого уровня энергии. В конфигурации, для которой полная энергия самая низкая (основное состояние), все уровни энергии до n  =  N / 2 заняты, а все более высокие уровни пусты.
E1{\ textstyle E_ {1}}E2{\ textstyle E_ {2}}

Определяя эталон для энергии Ферми как , энергия Ферми, следовательно, дается выражением
E{\ displaystyle E_ {0}}

EF(1D)знак равноEп-Eзнак равноℏ2π22мL2(⌊N2⌋)2,{\ displaystyle E _ {\ mathrm {F}} ^ {({\ text {1D}})} = E_ {n} -E_ {0} = {\ frac {\ hbar ^ {2} \ pi ^ {2} } {2mL ^ {2}}} \ left (\ left \ lfloor {\ frac {N} {2}} \ right \ rfloor \ right) ^ {2},}

где — функция пола, оцененная при n  =  N / 2.
⌊N2⌋{\ displaystyle \ left \ lfloor {\ frac {N} {2}} \ right \ rfloor}

Термодинамический предел

В термодинамическом пределе общее число частиц N настолько велико, что квантовое число n можно рассматривать как непрерывную переменную. В этом случае общий профиль числовой плотности в ящике действительно однороден.

Количество квантовых состояний в диапазоне :
п1<п<п1+dп{\ displaystyle n_ {1} <n <n_ {1} + \ operatorname {d} \! n}

граммп(п1)dпзнак равно2dп.{\ displaystyle g_ {n} (n_ {1}) \ operatorname {d} \! n = 2 \ operatorname {d} \! n \ ,.}

Без ограничения общности , энергия нулевой точки выбрана равной нулю, что дает следующий результат:

Eпзнак равноℏ2π22мL2п2⟹dEзнак равноℏ2π2мL2пdпзнак равноℏπL2Eмdп.{\ displaystyle E_ {n} = {\ frac {\ hbar ^ {2} \ pi ^ {2}} {2mL ^ {2}}} n ^ {2} \ подразумевает \ operatorname {d} \! E = { \ frac {\ hbar ^ {2} \ pi ^ {2}} {mL ^ {2}}} n \ operatorname {d} \! n = {\ frac {\ hbar \ pi} {L}} {\ sqrt {\ frac {2E} {m}}} \ operatorname {d} \! n \ ,.}

Поэтому в ассортименте:

E1знак равноℏ2π22мL2п12<E<E1+dE,{\ displaystyle E_ {1} = {\ frac {\ hbar ^ {2} \ pi ^ {2}} {2mL ^ {2}}} n_ {1} ^ {2} <E <E_ {1} + \ имя оператора {d} \! E \ ,,}

количество квантовых состояний:

граммп(п1)dпзнак равно2dEdEdпзнак равно2ℏ2π2мL2пdE≡грамм(E1)dE.{\ displaystyle g_ {n} (n_ {1}) \ operatorname {d} \! n = 2 {\ frac {\ operatorname {d} \! E} {\ operatorname {d} \! E / \ operatorname {d } \! n}} = {\ frac {2} {{\ frac {\ hbar ^ {2} \ pi ^ {2}} {mL ^ {2}}} n}} \ operatorname {d} \! E \ Equiv g (E_ {1}) \ operatorname {d} \! E \ ,.}

Здесь степень вырождения равна:

грамм(E)знак равно2dEdпзнак равно2Lℏπм2E.{\ displaystyle g (E) = {\ frac {2} {\ operatorname {d} \! E / \ operatorname {d} \! n}} = {\ frac {2L} {\ hbar \ pi}} {\ sqrt {\ frac {m} {2E}}} \ ,.}

А плотность состояний равна:

D(E)≡1Lграмм(E)знак равно2ℏπм2E.{\ Displaystyle D (E) \ Equiv {\ frac {1} {L}} g (E) = {\ frac {2} {\ hbar \ pi}} {\ sqrt {\ frac {m} {2E}} } \ ,.}

В современной литературе это часто называют «плотностью состояний». Однако отличается от фактора объемом системы (который в этом одномерном случае).
грамм(E){\ displaystyle g (E)}грамм(E){\ displaystyle g (E)}D(E){\ Displaystyle D (E)}L{\ displaystyle L}

На основе следующей формулы:

∫EFграмм(E)dEзнак равноN,{\ Displaystyle \ int _ {0} ^ {E_ {F}} г (E) dE = N \ ,,}

энергия Ферми в термодинамическом пределе может быть вычислена как:

EF(1D)знак равноℏ2π22мL2(N2)2.{\ displaystyle E _ {\ mathrm {F}} ^ {({\ text {1D}})} = {\ frac {\ hbar ^ {2} \ pi ^ {2}} {2mL ^ {2}}} \ left ({\ frac {N} {2}} \ right) ^ {2} \ ,.}
Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий