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L'ULTIMO UOMO CHE SAPEVA TUTTO

Aggiornato il: gen 17

di Marco Giubbilei


ITA/ENG

Traduzione dell'autore



In questo articolo parleremo del libro Enrico Fermi l’ultimo uomo che sapeva tutto, scritto dal saggista statunitense David N. Schwartz e pubblicato in Italia nel 2018 dalla casa editrice Solferino (Figura 1).


Figura 1

A differenza di grandi scienziati come ad esempio Albert Einstein, Richard Feynman o Stephen Hawking, la cui fama si è largamente propagata al grande pubblico e non solo ai membri della comunità scientifica, Enrico Fermi, che nacque a Roma nel 1901 e morì a Chicago nel 1954, non è mai diventato così popolare. La biografia di Fermi scritta da Schwartz ha quindi sicuramente il grande merito di riaccendere l’attenzione su uno scienziato che ha dato enormi contributi allo sviluppo della fisica nel ventesimo secolo.

Come mette bene in evidenza Schwartz, uno dei periodi più importanti nella vita di Enrico Fermi fu quello degli anni di formazione universitaria presso la Scuola Normale Superiore di Pisa (Figura 2).

La formazione scientifica di Fermi ebbe inizio con gli studi liceali a Roma ma soprattutto grazie all'impegno di Adolfo Amidei, ingegnere e amico del padre di Fermi che prese il giovane Enrico sotto la sua ala protettiva insegnandogli la matematica e la fisica universitaria già a partire dal 1914, quando Fermi aveva appena tredici anni. Con l’inizio della frequenza nel 1918 della classe di Scienze alla Normale di Pisa, Fermi ebbe modo di cominciare a confrontarsi con le principali problematiche della fisica dell’epoca e con gli scienziati che ci lavoravano.


Figura 2. La Scuola Normale Superiore di Pisa

Durante gli anni della Normale Fermi non solo seguì con ottimi risultati i corsi accademici curricolari ma ebbe anche modo, grazie alle sue già solide conoscenze scientifiche e alla sua innata curiosità, di cimentarsi in modo autonomo con lo studio di argomenti di punta come la teoria della relatività e la meccanica quantistica. Cominciarono inoltre ad emergere due delle caratteristiche che avrebbero reso Fermi uno scienziato unico e completo, ossia la sua straordinaria capacità di risolvere problemi anche molto complessi con metodi immediati ed il suo interesse paritetico sia per la fisica sperimentale che per quella teorica. Gli studi universitari di Fermi alla Normale si conclusero con la laurea nel 1922. A quell’epoca il giovane Enrico Fermi era già uno dei maggiori esperti della teoria della relatività ed uno dei suoi più ferventi sostenitori nella comunità dei fisici italiani.

Figura 3. Orso Mario Corbino

Particolare attenzione viene dedicata poi da Schwartz a quella che fu la creazione da parte di Fermi della Scuola di Fisica di Roma, presso l’Istituto di Fisica di via Panisperna.

Anche se molti testi sono stati scritti questo argomento, uno degli aspetti più interessanti del libro di Schwartz è quello che riguarda il modo radicalmente innovativo in cui Fermi ebbe modo di insegnare ai suoi studenti.

Dopo la laurea a Pisa Fermi ebbe modo di trascorrere alcuni periodi di studio presso l’Università di Gottinga in Germania e successivamente presso l’Università di Leida in Olanda, per poi rientrare in Italia nel 1925 e diventare professore incaricato presso l’Istituto di Fisica di Firenze, anche grazie all'intervento del suo mentore Orso Mario Corbino (Figura 3).


Corbino fu una figura fondamentale nella carriera scientifica di Fermi. Fu sempre grazie al suo interessamento, in qualità di direttore dell’Istituto di Fisica di Roma, che Fermi riuscì ad ottenere nel 1926 la prima cattedra di fisica teorica creata in Italia. Corbino, oltre ad essere uno stimato docente universitario di fisica, fu anche un grande manager ed un abile politico, ricoprendo il ruolo di Ministro della Pubblica Istruzione nel 1921-22 e poi di Ministro dell’Economia Nazionale nel 1923-24. Dalla sinergia tra le capacità manageriali di Corbino ed il talento di Fermi, che già era noto grazie ai suoi lavori sulla meccanica statistica applicata alla teoria quantistica dei gas ideali, nacque una delle esperienze più felici e feconde della fisica italiana del Novecento: la Scuola di Fisica di Via Panisperna. Tra il 1927 ed il 1934 Fermi ebbe infatti modo di creare un gruppo di lavoro al quale presero parte studenti come Emilio Segrè, Franco Rasetti, Edoardo Amaldi ed Ettore Majorana, che sarebbero in breve diventati fisici di eccezionale livello (Figura 4).

Figura 4. Il gruppo di Fermi presso l’Istituto di fisica di Roma. Da destra: Fermi, Rasetti, Amaldi, Segrè e D’Agostino

Dal punto di vista scientifico il contributo più importante del gruppo di via Panisperna fu quello dello studio della radioattività indotta negli elementi chimici tramite il bombardamento di neutroni lenti. Come capita spesso nella storia della scienza, il risultato scientifico ottenuto dal gruppo nel 1934 fu addirittura più straordinario di quanto venne compreso al momento, in quanto si capì successivamente che si trattava della prima evidenza sperimentale del fenomeno della fissione nucleare.

Fondamentale per il successo del gruppo fu sicuramente il modo del tutto non convenzionale in cui vennero formati didatticamente i suoi elementi da parte di Fermi. A differenza dei normali studenti di altri corsi di laurea, che erano tenuti a frequentare esclusivamente corsi curricolari, gli studenti del gruppo avevano la possibilità di seguire dei seminari privati tenuti da Fermi nel pomeriggio presso il suo studio. I seminari in realtà partivano come conversazioni su vari argomenti di fisica per poi trasformarsi in lezioni informali. In questi incontri Fermi non solo insegnava ai suoi studenti i contenuti specifici degli argomenti affrontati ma soprattutto trasmetteva loro il suo modo di ragionare e di affrontare i problemi, eliminando tutti i fattori irrilevanti e concentrandosi su quelli essenziali per arrivare alla soluzione più semplice. Come ebbe a ricordare Emilio Segrè: “Fermi lavorava su un problema in maniera lenta e metodica, senza accelerare quando i calcoli erano semplici né rallentare se si complicavano. Sembrava un rullo compressore che avanzasse schiacciando ogni cosa al suo passaggio. Il risultato finale era sempre chiaro e spesso ci si domandava perché tutto ciò non fosse noto da tempo visto che era così semplice e naturale.”


Schwartz approfondisce in modo accurato anche un altro avvenimento fondamentale nella vita di Enrico Fermi: l’assegnazione nel 1938 del premio Nobel (Figura 5).


Figura 5. La cerimonia di consegna del premio Nobel a Fermi

Fermi cercò di dedicare le sue energie prevalentemente al lavoro di fisico ma, con il procedere della sua carriera scientifica, si trovò ad avere rapporti anche con i livelli decisionali del regime fascista. Nel 1929 infatti, di nuovo grazie al suo mentore Orso Mario Corbino, Fermi fu inserito nella lista dei candidati inaugurali della nuova Reale Accademia d’Italia, voluta fortemente da Mussolini per includervi le maggiori figure intellettuali italiane. Per quanto conservatore, Fermi non fu comunque un fervente sostenitore del partito fascista. Così come non lo fu Corbino il quale, pur ricoprendo importanti incarichi pubblici nel corso della sua carriera, non si iscrisse mai al Partito Nazionale Fascista. Probabilmente per entrambi l’adesione al regime fascista era vista prevalentemente come un mezzo per assicurare sostegno politico e finanziamento alle attività di ricerca in cui erano impegnati.

A partire del 1935, con l’Italia impegnata nella conquista del Corno d’Africa, i finanziamenti alle attività di ricerca cominciarono a ridursi sensibilmente. Per Fermi questa situazione cominciò a rivelarsi problematica, anche alla luce dei numerosi viaggi di lavoro che aveva avuto modo di svolgere in diverse università e centri di ricerca degli Stati Uniti fin dal 1930, toccando con mano quanto cospicui fossero invece oltreoceano l’interesse ed i finanziamenti per l’attività scientifica.

Con la morte di Corbino, avvenuta nel 1937, la situazione peggiorò ulteriormente in quanto a Fermi venne meno il principale referente politico, che tanta parte aveva avuto nella formazione della Scuola di Fisica a Roma. Nel 1938, con l’emanazione delle leggi razziali da parte del regime fascista, alle preoccupazioni professionali di Fermi si aggiunsero anche quelle familiari, dal momento che la moglie Laura faceva parte di una famiglia ebraica. Alla luce di questa situazione Fermi decise di trasferirsi negli Stati Uniti, accettando l’offerta di lavoro della Columbia University di New York. Non sorprende quindi che quando Fermi ricevette il 10 novembre del 1938 la telefonata della Fondazione Nobel che gli comunicava l’assegnazione del premio, l’occasione venne sfruttata per preparare in segreto il trasferimento suo e della famiglia, costituita dalla moglie Laura e dai figli Nella e Giulio, negli Stati Uniti.


Figura 6. Fermi con la moglie Laura ed i figli Giulio e Nella sulla nave per New York

La famiglia Fermi partì da Roma per Stoccolma in treno il 6 dicembre e la cerimonia dell’assegnazione del Nobel ebbe luogo nella capitale svedese il 10 dicembre. Dopo due settimane, il 24 dicembre del 1938, i Fermi s’imbarcarono a Southampton in Inghilterra con destinazione New York (Figura 6).




Anche da punto di vista strettamente scientifico l’assegnazione del Nobel fu per Fermi un evento molto particolare. La motivazione con cui fu conferito il premio recitava testualmente: “Per le sue dimostrazioni dell’esistenza di nuovi elementi radioattivi prodotti da irraggiamento neutronico, e per la scoperta delle reazioni nucleari causate dai neutroni lenti”. Tuttavia, ciò che aveva veramente scoperto Fermi nel 1934 con i suoi esperimenti era stato qualcosa di molto più importante e precisamente il fenomeno della fissione nucleare. Fermi però venne a sapere della cosa solo dopo il suo arrivo negli Stati Uniti nel gennaio del 1939, quando gli giunse notizia che gli scienziati tedeschi erano riusciti ad ottenere la fissione dell’atomo di uranio svolgendo esperimenti quasi identici a quelli fatti da lui a Roma.

Spesso siamo indotti a pensare che la vita di uno scienziato sia confinata al suo laboratorio, senza risentire delle vicende storiche che segnano la sua epoca. Dal libro di Schwartz emerge con chiarezza che un’impressione del genere nel caso di Fermi è del tutto errata. Fermi fu un uomo del suo tempo e si dovette confrontare sia dal punto di vista scientifico che etico con una delle sfide più complesse del ventesimo secolo: lo sfruttamento a fini bellici dell’energia nucleare.

Subito dopo il suo arrivo negli Stati Uniti nel gennaio del 1939 Fermi cominciò a lavorare presso la Columbia University di New York per dimostrare la fattibilità in laboratorio della fissione nucleare dei nuclei di uranio e la produzione di una reazione a catena in grado di autosostenersi. Fermi riprese così il lavoro che aveva svolto presso l’Istituto di Fisica a Roma, ma con strumentazione e tecnologia di livello enormemente superiore anche grazie all'interessamento del governo degli Stati Uniti, che si sarebbe successivamente ampliato con lo sviluppo del Progetto Manhattan per la costruzione dei primi ordigni atomici. L’interesse del governo degli Stati Uniti era motivato dal fatto che nelle reazioni di fissione nucleare, in cui gli atomi di uranio vengono spaccati tramite il bombardamento di neutroni, si liberano enormi quantità di energia. Con lo scoppio imminente della Seconda guerra mondiale, una fonte di energia così potente cominciò ad essere presa in considerazione per fini bellici. Nel suo laboratorio alla Columbia University Fermi bombardò nuclei di uranio tramite neutroni, rallentandoli con blocchi di grafite per aumentare la probabilità della fissione nucleare.


Il dispositivo sperimentale utilizzato da Fermi venne chiamato “pila” perché i blocchi di grafite erano per l’appunto impilati uno sull'altro (Figura 7).

Figura 7. I blocchi di grafite della pila atomica di Fermi

La dimostrazione della fattibilità di una reazione di fissione nucleare in grado di autosostenersi con una reazione a catena, e cioè di produrre autonomamente energia, ebbe luogo dopo il trasferimento di Fermi a Chicago avvenuto alla metà del 1942. Presso l’università di Chicago venne infatti assemblato un nuovo dispositivo chiamato Chicago Pile-1 (CP-1). Il 2 dicembre di quell'anno venne condotto il primo innesco della reazione di fissione nucleare autosostenuta, che segnò l’inizio ufficiale dell’era atomica (Figura 8).

Figura 8. Illustrazione dell’innesco della reazione di fissione nucleare con la CP-1 a Chicago

Figura 9. We’re cookin! (Ci siamo!)

Il momento in cui la reazione di fissione cominciò ad autosostenersi venne immortalato da Richard Watts, membro della squadra di strumentazione dell’esperimento di Fermi, con le parole “We’re cookin!’”, e cioè “ci siamo”, riportate nel registro delle operazioni (Figura 9).


Un altro aspetto fondamentale della figura di Fermi che viene descritto in grande dettaglio da Schwartz è, citando l’autore del libro, quello di “insegnante straordinario e mentore amato”.

A differenza di altri scienziati che eccellevano nel loro campo di ricerca, Fermi fu anche un eccezionale docente (Figura 10). Le sue lezioni, prima in Italia e poi negli Stati Uniti, erano sempre affollatissime. Nel corso delle sue lezioni Fermi utilizzava appunti sui quali costruiva la spiegazione dei vari argomenti da trattare. Tuttavia, egli aveva la rara capacità di saper sviluppare da semplici appunti un discorso preciso e coerente senza lasciare nulla all'improvvisazione, fatta eccezione per qualche digressione, magari umoristica, che alleggerisse la lezione stessa. Come scrive Schwartz: “per quanto fosse complesso l’argomento, Fermi lo percorreva lentamente, ad un ritmo che consentiva agli studenti meno dotati di tenere il passo e ai più dotati di apprezzare il suo approccio specifico alla risoluzione dei problemi, che consisteva nell'eliminare le considerazioni estranee, ridurre il problema agli elementi essenziali e procedere passo dopo passo verso la soluzione”.


Figura 10. Fermi in aula

Uno degli aspetti più interessanti della didattica non convenzionale di Fermi fu costituito da quelli che vennero definiti i “problemi di Fermi”. Si trattava di problemi tratti dalla vita quotidiana che Fermi poneva ai suoi interlocutori spesso in modo scherzoso. Per risolvere i problemi di Fermi non erano necessari calcoli laboriosi ma bisognava essere in grado di formulare ipotesi ragionevoli che portassero ad una soluzione del problema. La soluzione ovviamente non era esatta ma consentiva di fare una stima approssimata dell’ordine di grandezza di quanto veniva richiesto. Il problema di Fermi più famoso era forse quello relativo a quanti fossero gli accordatori di piano nella città di Chicago (Figura 11).

Figura 11. Uno dei più famosi problemi di Fermi (Fermi problems)

La domanda poteva sembrare in effetti spiazzante, ma formulando opportune ipotesi come il numero di abitanti di Chicago, il numero di famiglie della città, la loro percentuale in possesso di un pianoforte, il numero di volte in un anno in cui un pianoforte necessita di essere accordato ed il numero di giorni lavorativi annuale di un accordatore, era possibile giungere ad una stima approssimata del numero di accordatori.

A conclusione del suo libro Schwartz si sofferma sull’eredità scientifica di Fermi. Se la grandezza di uno scienziato deve essere giudicata non solo dalle sue opere, ma anche dall’influenza prodotta dalle sue idee e dal suo metodo di lavoro sulla comunità scientifica, sicuramente allora Fermi va considerato come uno dei massimi scienziati del ventesimo secolo.

Figura 12. Il Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) di Batavia, Illinois, USA

Fermi ha esercitato una grande influenza sia sulla storia della fisica che sulle persone che hanno studiato e lavorato con lui. Dopo la sua morte, avvenuta il 28 novembre del 1954, il suo nome è stato onorato rinominando nel 1955 l’Institute for Nuclear Studies dell’università di Chicago in cui lavorava come The Enrico Fermi Institute for Nuclear Studies e poi nel 1968 come The Enrico Fermi Institute. Anche il National Accelerator Laboratory di Batavia, che si trova a circa trenta km da Chicago ed è un centro di ricerca sulle particelle elementari, nel 1974 assunse in suo onore il nome di Fermi National Accelerator Laboratory (Figura 12).


Figura 13. Medaglia del premio Enrico Fermi assegnato dalla Società italiana di Fisica

Nel 1956 venne istituito dal Department of Energy (DOE) del governo degli Stati Uniti l’Enrico Fermi Award, che ha lo scopo di premiare annualmente gli scienziati che maggiormente si sono distinti nelle loro attività di ricerca. Anche in Italia dal 2011, in occasione del centenario della nascita di Fermi, è stato istituito dalla Società Italiana di Fisica il Premio Enrico Fermi come riconoscimento per i fisici che hanno fornito un rilevante contributo alla ricerca scientifica (Figura 13).


Nel 2008 la NASA ha rinominato il Gamma-ray Large Area Space Telescope in Fermi Gamma-ray Space Telescope. Il Fermi Telescope è usato per studiare la radiazione ad alta frequenza emessa dalle sorgenti cosmiche.

Per quanto riguarda specificamente il lascito scientifico, tra i principali settori in cui Enrico Fermi è stato uno dei più geniali precursori si possono annoverare quello dello studio dell’interazione debole, che è la forza che si manifesta nel decadimento radioattivo beta dei nuclei atomici, dell’interazione forte, che è la forza responsabile della stabilità dei nuclei atomici, della statistica applicata alla meccanica quantistica ed anche della progettazione dei primi computer per la simulazione di fenomeni fisici (Figura 14).

Figura 14. Il FERMIAC, computer analogico inventato da Fermi per lo studio del trasporto di neutroni

Alla fine del suo libro Schwartz mette in evidenza, oltre agli enormi meriti scientifici e didattici, quello che forse è il tratto più caratteristico di Fermi e cioè quello di poter essere definito, nel settore della fisica, come “l’ultimo uomo che sapeva tutto”. Fermi si occupò infatti nel corso della sua carriera di settori della fisica anche molto diversi tra loro, svolgendo attività di ricerca sia teorica che sperimentale. Già dalla fine dell’Ottocento aveva preso l’avvio in fisica, e più in generale nella ricerca scientifica, quel processo di specializzazione che ha progressivamente portato alla separazione netta tra attività sperimentale ed attività teorica. Ai giorni nostri, in cui un esperimento di fisica delle particelle può richiedere tempi dell’ordine della decina di anni con il coinvolgimento di migliaia di fisici, come avviene ad esempio nei laboratori del CERN di Ginevra, è ormai impossibile specializzarsi in aree di ricerca diverse tra loro. Anche da questo punto di vista Enrico Fermi ha lasciato una traccia unica ed indelebile nella storia della scienza.



The last man who knew everything


In this article, we will talk about the book The last man who knew everything, written by the American essayist David N. Schwartz and published in the United States in 2017 by Basic Books (Figure 1).