Tuổi trẻ của Enrico Fermi

17

Fermi sinh ra ở Rome vào ngày 29 tháng 9 năm 1901, trong một gia đình nhân viên. Nếu chúng ta có thể nói về việc theo đuổi nghề nghiệp thì chắc chắn Fermi sinh ra đã là một nhà vật lý. Mặc dù không có gì trong gia đình khuyến khích anh theo đuổi khoa học, nhưng anh đã thể hiện niềm yêu thích đặc biệt đối với toán học và vật lý từ khi còn nhỏ. Sự phát triển trí tuệ của cậu bé, người sau này trở thành một nhà khoa học lỗi lạc, rất được quan tâm và tôi muốn bàn sâu hơn về vấn đề này.

Không biết chính xác Fermi bắt đầu quan tâm đến khoa học từ khi nào, nhưng chúng ta có được một số thông tin nhờ lời chứng của Enrico Persico, giáo sư vật lý tại Đại học Rome và là bạn thân của Fermi từ khi họ 14 tuổi; vợ ông, Laura Fermi, cùng một số cộng tác viên và bạn bè của ông, đặc biệt là Franco Rasetti và Emillo Serre, những người mà Fermi đã chia sẻ những đóng góp của ông. Ví dụ, Serres kể lại tình tiết sau: khi Fermi mới mười tuổi, cậu đã có thể hiểu tại sao một vòng tròn mô tả phương trình $x^2 + y^2 = R^2$, mặc dù điều này đòi hỏi nỗ lực trí tuệ mãnh liệt từ phía cậu.

Sau đó, cậu bé Fermi mười ba tuổi đã được kỹ sư Amideus, một ông già tốt bụng, một người bạn của gia đình Fermi, giúp đỡ rất nhiều trong việc tìm ra con đường đúng đắn trong mê cung khoa học, người có thể tự hào một cách chính đáng rằng, khi phát hiện ra những khả năng đặc biệt của Fermi, ông đã có ảnh hưởng lớn hơn, và có lẽ thậm chí mang tính quyết định đối với cậu ấy. Kỹ sư Amidei là một người rất ngăn nắp. Sau cái chết của Fermi, Serge yêu cầu Amideus nói về những bước đầu tiên trong khoa học của Enrico, anh ấy đã có thể cung cấp (41 năm sau!) thông tin cực kỳ chính xác và có giá trị cho lịch sử khoa học, cho phép chúng ta hiểu một số yếu tố trong quá trình hình thành tính cách Thiên của Fermi. Dưới đây là toàn bộ bức thư của kỹ sư Amidei gửi giáo sư Serra, kể về quãng đời của Fermi từ mùa thu năm 1914 đến mùa thu năm 1918.

“…Năm 1914, tôi giữ chức vụ giám đốc thanh tra Bộ Đường sắt. Chánh thanh tra Alberto Fermi đã làm việc với tôi. Sau giờ làm việc, chúng tôi

18

Họ thường cùng nhau trở về nhà. Hầu như lúc nào chúng tôi cũng có Enrico Fermi, con trai đồng nghiệp của tôi đi cùng. Cậu bé luôn gặp bố sau giờ làm việc. Biết rằng tôi rất nghiêm túc với toán học và vật lý, Enrico bắt đầu đặt câu hỏi cho tôi. Lúc đó anh 13 tuổi còn tôi 37.

Tôi nhớ rất rõ câu hỏi đầu tiên của anh ấy:
— Có đúng là có một nhánh của hình học trong đó các tính chất hình học quan trọng được bộc lộ mà không cần sử dụng ý tưởng đơn thuần?

Tôi trả lời rằng điều này hoàn toàn công bằng và phần này được gọi là hình học thiết kế.

“Nhưng những đặc tính này được các kỹ sư sử dụng trong thực tế như thế nào?” anh ấy hỏi.

Câu hỏi này có vẻ hoàn toàn hợp lý với tôi. Sau khi nói với cậu bé về một số đặc tính, tìm ra một ứng dụng thành công, tôi hứa sẽ mang cho cậu ấy vào ngày hôm sau - và tôi đã làm như vậy - một cuốn sách về hình học thiết kế.

Vài ngày sau, Enrico nói với tôi rằng anh đã học xong ba bài đầu tiên và hứa sẽ trả lại cuốn sách ngay khi đọc xong. Khoảng hai tháng sau cuốn sách được trả lại. Khi tôi hỏi cậu có gặp khó khăn gì không, cậu bé trả lời: “Không,” và nói thêm rằng cậu đã chứng minh tất cả các định lý và dễ dàng giải được tất cả bài toán (có hơn 200 định lý trong cuốn sách).

Tôi rất ngạc nhiên: rốt cuộc, tôi biết rằng trong số bài toán này có một số lời giải mà tôi buộc phải từ chối, vì danh sách này sẽ mất rất nhiều thời gian. Nhưng tôi tin chắc rằng Enrico có thể giải quyết được những nhiệm vụ này. Điều thực sự đáng kinh ngạc là trong những giờ rảnh rỗi còn lại sau khi chuẩn bị bài tập ở trường, cậu bé đã nghiên cứu hình học thiết kế một cách hoàn hảo và dễ dàng giải được bài toán khó bài toán. Tôi tin rằng Enrico có năng khiếu đặc biệt, ít nhất là trong lĩnh vực hình học. Khi tôi nói với bố anh ấy về điều này, anh ấy trả lời rằng ở trường Enrico được coi là một học sinh giỏi, nhưng không có gì hơn thế.

Sau này tôi biết rằng Enrico nghiên cứu toán học và vật lý từ những cuốn sách ngẫu nhiên mà anh ấy mua ở các hiệu sách ở chợ Campo de’ Fiori. Đặc biệt, ông hy vọng tìm thấy trong những cuốn sách này một lý thuyết đòi hỏi sự chuyển động của sói và con quay hồi chuyển. Anh chưa bao giờ tìm được lời giải thích. Nhưng, quay trở lại vấn đề từ ngữ này, cậu bé độc lập tiến gần hơn đến việc giải thích bản chất chuyển động nhiệm vụ của con sói. Tuy nhiên, tôi đã nói với anh ấy rằng chỉ có thể đạt được sự hiểu biết khoa học chính xác bằng cách nắm vững cơ học lý thuyết. Nhưng để nghiên cứu nó, bạn sẽ cần kiến ​​thức về lượng giác, đại số, hình học và phép tính vi phân… Enrico đồng ý với tôi, và tôi bắt đầu mua cho anh ấy những cuốn sách có thể mang lại cho anh ấy những ý tưởng mới và đọc được cơ sở toán học…

Enrico nhận thấy việc phân tích vectơ rất thú vị, hữu ích và không phức tạp. Từ tháng 9 năm 1917 đến tháng 7 năm 1918, ông nghiên cứu một số khía cạnh của kỹ thuật từ những cuốn sách tôi mua cho ông.

Vào tháng 7 năm 1918, sau khi hoàn thành khóa học lyceum ba năm trong hai năm, Enrico nhận được bằng tốt nghiệp. Câu hỏi đặt ra là liệu việc anh vào Đại học Rome có hợp lý hay không. Enrico và tôi đã có những cuộc trò chuyện dài về chủ đề này.

Tôi hỏi anh ấy muốn cống hiến hết mình cho điều gì: toán học hay vật lý? Tôi trích dẫn nguyên văn đáp số:

“Tôi đã nghiên cứu toán học trong một thời gian dài vì tôi coi đó là sự chuẩn bị cần thiết cho nghiên cứu vật lý tiếp theo mà tôi dự định sẽ cống hiến hết mình cho nó.

Sau đó tôi hỏi anh ấy liệu anh ấy có coi tầm quan trọng của môn vật lý là ngang bằng với anh ấy không.

20

Ngoài ra, anh còn tham dự các bài giảng và hội thảo ở trường.

École Normale Supérieure ở Pishcheba được Napoléon thành lập vào năm 1813, được mô phỏng theo École Normale Supérieure ở Paris; đây là cơ sở giáo dục đại học miễn phí duy nhất ở Ý. Mặc dù về mặt chính thức, trường dự định tốt nghiệp cả hai ngành nhân văn và khoa học tự nhiên, nhưng nghề nghiệp và nhà nghiên cứu đã được lựa chọn và trở nên nổi tiếng, điều này đã nâng cao uy tín của trường. Đặc biệt, hầu hết các nhà toán học nổi tiếng người Ý từ Bianchi và Castelnuovo đến Volterra và Levi-Civita đều đã tốt nghiệp.

Trong một kỳ thi tuyển sinh mang tính cạnh tranh, Fermi được yêu cầu trình bày kiến ​​thức của mình về chủ đề “Bản chất và nguyên nhân của âm thanh”. “Bài luận” của anh đưa ra ý tưởng về trình độ kiến ​​​​thức về vật lý cổ điển mà Fermi đạt được ở tuổi 17. Chỉ cần nói rằng không phải tất cả sinh viên tốt nghiệp các trường đại học vật lý (và không chỉ trung học) đều có thể viết một bài luận sử dụng phương pháp Fourier ở lời giải của phương trình vi phân của một thanh rung. Bản thân Fermi nói rằng giám khảo đã rất ngạc nhiên trước bài luận và nói rằng anh ấy chưa bao giờ thấy điều gì giống như vậy trong quá trình luyện tập của mình.

Tôi xin bình luận một chút về bức thư của kỹ sư Amidei. Đối với tôi, có vẻ như nó không chỉ được các nhà vật lý và sử gia khoa học quan tâm mà còn được nhiều độc giả hơn, đặc biệt là học sinh, những người bắt đầu quan tâm đến khoa học, cũng như các giáo viên. Có lẽ nhờ có kỹ sư Amidei mà cậu bé tài năng đã trở thành thiên tài. Tất nhiên, Fermi là một nhà vật lý được đào tạo bài bản, nhưng ai có thể nói trước số phận của anh ta sẽ ra sao nếu kỹ sư Amideus đối xử với anh ta khác đi, nếu anh ta trả lời các câu hỏi của cậu bé, chẳng hạn như thế này: “Điều này vẫn còn quá khó đối với con. Nếu lớn lên, con sẽ hiểu được!” Có lẽ Fer-

21

Chúng ta sẽ không thực sự quan tâm đến toán học và vật lý ở tuổi mười ba và kết quả là chúng ta sẽ chỉ trở thành một kỹ sư hoặc nhà vật lý giỏi. Ví dụ, anh ấy có thể biểu diễn, có thể quan tâm đến cờ vua hoặc quần vợt, ngoại ngữ hoặc địa chất. Thực tế là trước Fermi mười ba tuổi, chỉ có một con đường thẳng duy nhất có thể dẫn cậu đến nơi cậu đã đến sau đó (và con đường này được chỉ ra bởi Amideus), nhưng có rất nhiều con đường “ngang”.

Trong mọi trường hợp, tôi hoàn toàn chắc chắn rằng Fermi đã trở thành Fermi vĩ đại chính xác là vì sở thích của anh ấy đã được xác định và nhu cầu trí tuệ của anh ấy đã được thỏa mãn khi anh ấy vẫn còn là một cậu bé. Phong cách của Fermi trong mọi lĩnh vực liên quan đến vật lý đã thuyết phục tôi về điều này; Cho dù ông đang giảng bài, bắt buộc nhân viên phải làm điều gì đó hay bày tỏ sự nghi ngờ về điều gì đó, người ta luôn in rằng mọi thứ đều đơn giản và quen thuộc với ông, rằng vật lý đối với ông cũng giống như ngôi nhà của ông.

Nếu sự thu hẹp của tôi là chính xác thì số lượng Fermi tiềm năng trên thế giới sẽ lớn hơn nhiều so với những gì người ta thường tưởng tượng.

Đây là những gì Enrico Persico đã viết: “…Khả năng đặc biệt của Fermi trong các ngành khoa học chính xác đã xuất hiện từ rất sớm; khi tôi gặp anh ấy (anh ấy 14 tuổi), tôi đã rất ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng bạn tôi không chỉ là một “bác sĩ” khoa học, như người ta thường nói trong biệt ngữ ở trường học, mà còn là một người bạn có trí tuệ hoàn toàn khác với những cậu bé “thông minh” và học sinh xuất sắc mà tôi biết… Trong lĩnh vực toán học và vật lý, cậu ấy thể hiện kiến thức ở nhiều phần hơn những gì được dạy ở trường, và kiến thức không phải là ở trường, và ở miền bắc anh ấy vận hành nó một cách dễ dàng, ngay cả khi đó, kiến thức về một định lý hoặc định luật đã quen thuộc, trước hết là khả năng sử dụng chúng.”

Tôi tin rằng người đọc sẽ quan tâm đến câu hỏi Fermi học môn nhân văn ở trường như thế nào? Tất nhiên, anh ấy là một học sinh giỏi, điều này không có gì đáng ngạc nhiên vì trí nhớ tuyệt vời của anh ấy, nhưng dựa trên một số câu hỏi và ấn tượng chủ quan, tôi có thể nói rằng trong các môn nhân văn, Fermi chẳng khác gì một “học sinh xuất sắc bình thường”. Đúng là anh ấy thuộc lòng khá nhiều bài thơ, nhưng tôi có thể nói rằng điều này đặc trưng cho trí nhớ phi thường của anh ấy hơn là niềm đam mê với pozzie. Tôi nhớ rằng ở đâu đó vào những năm 30, Fermi đã nói rằng nguồn gốc chính của văn hóa nói chung của ông là hình minh họa nhiều tập của Bách khoa toàn thư dành cho trẻ em - một cuốn sách được thiết kế khá thành công và đầy màu sắc dành cho giới trẻ. Điều này khẳng định mối quan tâm của Fermi trong lĩnh vực vật lý và toán học vẫn còn khá hạn chế.