Allmennheten kan se den vitenskapelige virksomheten som rasjonell og metodisk, og bevege seg fremover på en ryddig, sammenhengende måte. Men vitenskapen beveger seg i passform og starter, noen ganger fremover og noen ganger bakover, noen ganger metodisk og noen ganger ganske tilfeldig. Den ekstraordinære rollen som tilfeldigheter og ulykker spiller i vitenskapelig oppdagelse kan sees i den bemerkelsesverdige karrieren til Enrico Fermi, en av 1900-tallets største fysikere. Fermi er først og fremst kjent for sitt arbeid med nøytronfysikk, kjernefysjon og eksperimentene som førte til den første atombomben.
I oktober 1934 ledet Fermi et lite team i Roma for å lage radioaktive elementer ved å bombardere forskjellige elementer med nøytroner, de tunge nøytrale partiklene som satt i kjernen til de fleste atomer. Da han delte opp uranatomet. Men av forskjellige årsaker, hovedsakelig å gjøre med begrensningene i teamets radiokjemi, visste han ikke det den gang. Hans kolleger la imidlertid merke til at bombing av et element mens det satt på et trebord, overraskende nok, gjorde at elementet ble mer radioaktivt enn da det satt på et marmorbord. Det var ikke et resultat de forventet, og de hadde kanskje ikke lagt merke til det, men for deres nysgjerrighet og observasjonsmakt.
På jakt etter en forklaring brakte de fenomenet til Fermi. Fermi tenkte på det og konkluderte med at de lettere kjernene i hydrogen og karbon i trebordet handlet for å bremse nøytronene, og ga nøytronene mer tid til å tilbringe inne i atomkjernen og skade den - derav økningen i radioaktivitet. Han gjennomførte et bekreftelseseksperiment med en blokk med parafin mellom nøytronkilden og målet - parafin har mye hydrogen og karbon, så det er ideelt for disse formålene.
Det er umulig å overdrive viktigheten av dette tilfeldige funnet. Arbeidet som Fermi senere førte til å utnytte denne åpenbaringen, og som kulminerte med utviklingen av den første atomkjedereaksjonen 2. desember 1942 i Chicago, var helt basert på den "sakte nøytron" -effekten. Grafittmursteinene som dannet strukturen til den første atomhaugen, fungerte som moderator for å bremse nøytronene som ble avgitt fra uransneglene som er innebygd i hele haugen, og forbedret sannsynligheten for spaltning. Ikke bare er alle atomreaktorer basert på denne effekten; det var et vesentlig aspekt av fisjonforskning som ledet, ubønnhørlig, til utvikling av atomvåpen.
Den siste mannen som visste alt: Livet og tidene til Enrico Fermi, kjernen til kjernealderen
I 1942 oppnådde et team ved University of Chicago det ingen hadde før: en atomkjedereaksjon. I spissen for dette gjennombruddet sto Enrico Fermi. Fermi var helt den siste mannen som visste alt - i det minste om fysikk, mens han strammet over klassene i klassisk fysikk og kvantemekanikk, like lett med teori og eksperiment. Men han var også en sammensatt skikkelse som var en del av både det italienske fascistpartiet og Manhattan-prosjektet, og en mindre enn ideell far og mann som likevel forble en av historiens største mentorer. Basert på nytt arkivmateriale og eksklusive intervjuer, legger The Last Man Who Knew Everything bare det gåtefulle livet til en koloss av det tjuende århundrets fysikk. KjøpeFermis vitenskap ble ledet av uhell på andre måter. Først var det den enkle ulykken ved hans fødsel i 1901, noe som førte ham til intellektuell modenhet på 1920-tallet, i en tid da dype problemer med kvanteteori ble adressert. Den store britiske historikeren CP Snow skrev en gang om Fermi: “Hvis Fermi hadde blitt født noen år tidligere, kunne man godt tenke seg at han oppdaget Rutherfords atomkjerne og deretter utviklet Bohrs teori om hydrogenatom. Hvis dette høres ut som hyperbole, høres sannsynligvis noe med Fermi ut som hyperbole. ”
Etter å ha blitt født i 1901 var han selvfølgelig for sent til å bidra til de første årene med kjernefysikk. Han ble imidlertid født akkurat i tid for å bidra til noen av de viktigste utviklingen av kvanteteorien. Fermis i dag, i den grad de eksisterer, jobber nå i team med tusenvis av eksperimentelle og teoretiske fysikere ved CERN, der banebrytende partikkelfysikk forekommer, men hvor omfanget for individuell prestasjon er kraftig begrenset.
For det andre er det hans tilfeldige møte i en alder av 13 år med en kollega av sin far, en mann ved navn Adolfo Amidei, som forsto at Fermi var et barnedyr og tok det på seg å gi tenåringen en grunnutdanning i matematikk og fysikk - grunnlaget som Fermi bygde sin karriere på.
For det tredje er det ulykken med ekteskapet hans med en kvinne som elsket Roma så høyt at hun nektet å flytte til USA i 1930, da Fermi først ønsket å gjøre det. Hvis han hadde forlatt Roma på begynnelsen av 1930-tallet, hvem vet om han ville ha gjort sitt sakte nøytronarbeid eller oppdaget fisjon?
Som det var visste han ikke at han hadde delt uranatomet i 1934-eksperimentene sine før i 1939, da tyske forskere kunngjorde at de repliserte Fermis arbeid fra 1934 og konkluderte med at han hadde skapt splittelse av uran. Det faktum at han brukte blyavskjerming på hvert element han bombarderte, noe som skjulte det faktum at uran avgir en sterk elektromagnetisk puls når kjernen splittes, er en historisk sjansebegivenhet. Hvis han hadde visst at han delte uranatom, kunne Italia ha utviklet atomvåpen lenge før andre verdenskrig begynte, med helt uforutsigbare konsekvenser.
Det er også hans ankomst til Columbia University i 1939, muligens den mest historiske ulykken av dem alle. I Columbia møtte han den ungarske fysikeren Leo Szilard, som hadde ideen om en kjernekjedereaksjon lenge før uranatomet var blitt splittet, og som presset Fermi til eksperimentene som førte til verdens første kontrollerte, vedvarende kjernekjedereaksjon. Hvis Fermi hadde valgt å dra til University of Michigan i Ann Arbor (hvor han hadde venner) i stedet for Columbia, ville han ikke ha møtt Szilard. William Lanouette, Szilards biograf, mener at hvis de to mennene ikke hadde møttes i New York i januar 1939, ville atombombenes historie absolutt vært annerledes, og en rettidig suksess langt mindre sikker. Szilard hadde ideen om kjedereaksjonen; Fermi var den mest kunnskapsrike personen i verden om hvordan nøytroner passerer materie. Så ulykken som plasserte dem på samme sted på samme tid var omdreiningspunktet som Manhattan-prosjektet snudde seg om.
Slående som disse tilfeldige hendelsene og ulykkene i Fermis karriere, bugner vitenskapens historie dem. Oppdagelsen av cellegiftmedisinen cisplatin, oppdagelsen av radioaktivitet, oppdagelsen av kosmisk bakgrunnsstråling og til og med oppdagelsen av Viagra, ble alle gjort ved en tilfeldighet. Emblematisk for denne store størrelsen som tilfeldigheter har spilt i vitenskapen, er Alexander Flemings oppdagelse av penicillin. Bakteriologiprofessoren forberedte en serie petriskåler med bakteriekolonier før han dro på ferie fra laboratoriet hans på St. Mary's Hospital i London i september 1928. Tilbake fra ferien gjennomgikk han forberedelsene, og overrasket han at mugg hadde angrepet en av dem. Han undersøkte parabolen nærmere, og observerte at det umiddelbart rundt muggkolonien ikke vokste bakterier. Fortrolig begynte han en serie eksperimenter og slo fast at formen utskiller et stoff som drepte bakterier. Mange lange år med ytterligere arbeid var påkrevd, men resultatet - det første store antibiotika - har endret medisinutøvelsen fullstendig og for alltid, og reddet utallige liv underveis.
Tilfeldige funn er selvfølgelig unntaket, ikke regelen. De fleste forskere bruker sine karrierer metodisk på å utforske interessante spørsmål på sine respektive felt, og hvis de er heldige vil legge til summen av kunnskap når de gjør det. Og noen av funnene deres vil uten tvil være store. Einsteins oppdagelser var neppe tilfeldig - selv om det hjalp at han ble født i det øyeblikket han var, ikke et årtusen tidligere.
David N. Schwartz er forfatteren av The Last Man Who Knew Everything: The Life and Times of Enrico Fermi, Nuclear Age's Father . Faren, Melvin Schwartz, delte 1988 Nobelprisen i fysikk for oppdagelsen av muon neutrino.
