چگونه شانس به عصر هسته ای کمک کرد؟

از دیدگاه عموم شاید پروژه های علمی بسیار معقول و روشمند هستند که در مسیری منظم و یکپارچه حرکت می کنند، اما حرکت علم به صورت متناوب گاهی به سمت جلو، گاهی به سمت عقب و برخی مواقع منظم یا تصادفی است. نقش بزرگی را که شانس و تصادف در اکتشافات علمی ایفا کرده، می توان در کار خارق العاده انریکو فرمی (Enrico Fermi)، از بزرگترین فیزیکدانان قرن بیستم مشاهده کرد. وی بیشتر برای کارش در فیزیک اتمی، همجوشی هسته ای و آزمایشاتی شناخته شده که به ساخت نخستین بمب اتمی منجر شد.

نگاهی دقیق تر به تاریخ توسعه علوم هسته ای نشان می دهد آزمایش های تصادفی و کمی شانس، به ساخت اولین راکتور اتمی منجر شد. در این مقاله شما می توانید با نقش آزمایش های تصادفی، شانس و دقت و توجه انریکو فرمی به آنها آشنا شوید.

انریکو فرمی در اکتبر 1934 رهبری تیم کوچکی را در رم برای ساخت عناصر رادیواکتیو بر عهده داشت که عناصر مختلف را با نوترون ها که ذرات سنگین خنثی در هسته بیشتر اتم ها هستند، بمباران می کردند. وی برای انجام این کار، هسته اورانیوم را شکاف داد، اما به دلایل مختلف که بیشتر به محدودیت های رادیوشیمی تیم وی مرتبط بود، از این موضوع اطلاع نداشت.

چند سال بعد همکارانش متوجه شدند که بمباران یک عنصر که روی یک میز چوبی بود در مقایسه با عنصری که روی میز مرمری قرار داشت، باعث شد که بیشتر رادیواکتیویته شود. این نتیجه ای نبود که آنها انتظار داشتند، اما کنجکاوی و قدرت مشاهدات آنها باعث شد که متوجه این امر شوند. آنها برای پیدا کردن توضیحی برای این مسئله به انریکو فرمی مراجعه کرده و وی به این نتیجه رسید که هسته سبک تر در هیدروژن و کربن موجود در میز چوبی باعث کندتر شدن سرعت نوترون ها شده و زمان بیشتری را در اختیار آنها قرار داده تا هسته اتم را تخریب و رادیواکتیویته را افزایش دهند. وی آزمایش دیگری را با قرار دادن یک تکه پارافین بین منبع نوترونی و هدف انجام داد. از آنجایی که پارافین میزان زیادی هیدروژن و کربن دارد، برای چنین اهدافی بسیار ایده آل است.

اهمیت نقش تصادفی و شانس در اکتشافات علمی

اهمیت کشف تصادفی انریکو فرمی غیر قابل اغراق است. دستاورد متعاقب این دانشمند در بهره برداری از این کشف که به ایجاد اولین واکنش زنجیره ای هسته ای در دوم دسامبر 1942 در شیکاگو منجر شد، بطورکلی بر پایه اثر کند شدن نوترون ها بود.

آجرهای گرافیکی که ساختار نخستین شمع اتمی را شکل دادند، به عنوان کند کننده برای کاهش سرعت نوترون های منتشر شده از تکه های اورانیوم در داخل این شمع عمل می کردند که احتمال شکافت هسته ای را افزایش می دادند. این اثر نه تنها پایه عملکرد همه راکتورهای اتمی است؛ بلکه از جنبه های اساسی تحقیقات شکافت به شمار می رود که به تولید سلاح های اتمی منجر شود.

انریکو فرمی که ابعاد فیزیک کلاسیک و مکانیک کوانتومی را با انعطاف پذیری بالا در هر دو وجه تئوری و عملی گسترش داده، به راستی آخرین فردی بود که همه چیز را حداقل در مورد فیزیک می دانست. فرمی همچنین شخصیت پیچیده ای داشت؛ وی عضوی از حزب فاشیست ایتالیا و نیز پروژه منتهن (تحقیقاتی که به تولید نخستین بمب های اتمی جهان در جریان جنگ جهانی دوم منجر شد) بود و با اینکه پدر و همسر ایده آلی برای خانواده اش نبود، اما یکی از بزرگترین مربیان تاریخ محسوب می شود.

حاشیه های تصادفی زندگی بزرگترین فیزیکدان قرن

علم فرمی در جنبه های دیگر نیز بطور تصادفی باعث هدایت وی شد. اولین تصادف را می توان تولد وی در سال 1901 دانست که بلوغ فکری وی را در دهه 1920 همزمان با مورد توجه قرار گرفتن مشکلات عمیق تئوری کوانتوم به دنبال داشت. البته زمان تولد فرمی، وی را به میزان زیادی از مشارکت در سال های اولیه فیزیک اتمی دور کرد، اما کاملاً برای همراهی در برخی از مهم ترین تحولات نظریه کوانتومی به موقع بود. امروزه طرفداران نظریه فرمی در قالب تیم های هزاران نفری از فیزیکدانان تجربی و نظری در مرکز سرن کار می کنند که در آن رویدادهای فیزیک ذره پیشرفته رخ می دهد، اما دامنه دستاورد فردی در آن به شدت محدود است.

تصادف دوم زندگی فرمی را می توان مواجهه وی در 13 سالگی با یکی از همکاران پدرش به نام آدولفو آمیدی دانست که نبوغ وی را شناسایی و او را با خود برای تحصیل ریاضی و فیزیک همراه کرد. شانس سوم این دانشمند، ازدواج با زنی بود که رم را بسیار دوست داشت و حاضر به همراهی وی در سفرش به آمریکا در سال 1930 نشد. اگر فرمی رم را در آن زمان ترک می کرد، معلوم نبود که می توانست کار کاهش سرعت نوترونی یا کشف شکافت اتمی را انجام دهد.

مهم ترین شانس در تولید سلاح های اتمی چه بود؟

همانطور که پیش از این ذکر شد، فرمی تا سال 1939 نمی دانست که آزمایشاتش در سال 1934 به شکافت اتم اورانیوم منجر شده است. در آن زمان، دانشمندان آلمانی اعلام کردند با تکرار کار وی متوجه شده اند که فرمی توانسته به این دستاورد بزرگ نائل شود. استفاده از محافظ سربی روی هر عنصر تحت بمباران در آزمایشات فرمی باعث شده بود که انتشار پالس های الکترومغناطیسی از سوی اورانیوم در زمان شکافت هسته پنهان بماند. اگر این اتفاق در همان زمان شناسایی شده بود، ممکن بود ایتالیا بسیار پیشتر از جنگ جهانی دوم به ساخت سلاح های اتمی دست یابد که عواقب کاملاً پیش بینی نشده ای داشت.

شاید ورود فرمی به دانشگاه کلمبیا در سال 1939 را بتوان بزرگترین تصادف تاریخی خواند. وی در این دانشگاه با لئو شیلارد فیزیکدان مجارستانی دیدار کرد که ایده واکنش زنجیره ای هسته ای را بسیار قبل تر از کشف شکافت هسته اورانیوم در ذهن داشت و فرمی را مجبور به انجام آزمایشاتی کرد که به نخستین واکنش زنجیره ای اتمی کنترل شده و پایدار جهان منجر شد. اگر فرمی به جای این دانشگاه تصمیم می گرفت نزد دوستانش در دانشگاه میشیگان برود، با شیلارد مواجه نمی شد. به عقیده مورخان، اگر این دو مرد در ژانویه 1939 در نیویورک با هم ملاقات نمی کردند، تاریخ بمب اتم مطمئناً بسیار متفاوت و احتمال موفقیت به موقع آن کمتر بود. شیلارد ایده واکنش زنجیره ای را داشت و فرمی نیز داناترین فرد در جهان در مورد چگونگی حرکت نوترون ها از میان ماده بود. بنابراین تصادفی که آنها را در یک زمان در یک محل قرار داد، نقطه محوری بود که پروژه منهتن روی آن چرخید.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «چگونه شانس به عصر هسته ای کمک کرد؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله Smithsonian Mag ترجمه سمانه سالاری در مجله دانشمند، به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.