Het grote publiek kan de wetenschappelijke onderneming beschouwen als rationeel en methodisch en op een ordelijke, samenhangende manier vooruitgaan. Maar de wetenschap past zich aan en begint, soms vooruit en soms achteruit, soms methodisch en soms heel toevallig. De buitengewone rol die toeval en ongeval spelen in wetenschappelijke ontdekkingen is te zien in de opmerkelijke carrière van Enrico Fermi, een van de grootste fysici van de 20e eeuw. Fermi staat vooral bekend om zijn werk op het gebied van neutronenfysica, kernsplijting en de experimenten die hebben geleid tot de eerste atoombom.
In oktober 1934 leidde Fermi een klein team in Rome om radioactieve elementen te maken door verschillende elementen met neutronen te bombarderen, de zware neutrale deeltjes die in de kern van de meeste atomen zitten. Daarbij splitste hij het uraniumatoom. Maar om verschillende redenen, die vooral te maken hadden met de beperkingen van de radiochemie van zijn team, wist hij dit destijds niet. Zijn collega's merkten echter dat het bombarderen van een element terwijl het op een houten tafel zat, verrassend genoeg dat element radioactiever maakte dan wanneer het op een marmeren tafel zat. Het was geen resultaat dat ze hadden verwacht, en ze hebben het misschien niet opgemerkt, maar vanwege hun nieuwsgierigheid en observatievermogen.
Op zoek naar een verklaring brachten ze het fenomeen naar Fermi. Fermi dacht erover na en concludeerde dat de lichtere kernen in waterstof en koolstof in de houten tafel de neutronen vertraagden, waardoor de neutronen meer tijd kregen om in de atoomkern door te brengen en deze te beschadigen - vandaar de toename van radioactiviteit. Hij voerde een bevestigingsexperiment uit met een blok paraffine tussen de neutronenbron en het doelwit - paraffine bevat veel waterstof en koolstof, dus ideaal voor deze doeleinden.
Het belang van deze toevallige ontdekking kan onmogelijk worden overschat. Het werk dat Fermi vervolgens heeft geleid om deze openbaring te benutten, met als hoogtepunt de ontwikkeling van de eerste nucleaire kettingreactie op 2 december 1942 in Chicago, was volledig gebaseerd op het 'trage neutronen'-effect. De grafietstenen die de structuur van de eerste atoomstapel vormden, dienden als moderator om de neutronen te vertragen die werden uitgestoten door de uraniumslakken ingebed in de stapel, waardoor de kans op splijting werd vergroot. Niet alleen zijn alle kernreactoren op dit effect gebaseerd; het was een essentieel aspect van splijtingsonderzoek dat, onverbiddelijk, leidde tot de ontwikkeling van kernwapens.
The Last Man Who Knew Everything: The Life and Times of Enrico Fermi, Father of the Nuclear Age
In 1942 bereikte een team van de Universiteit van Chicago wat niemand eerder had: een nucleaire kettingreactie. In de voorhoede van deze doorbraak stond Enrico Fermi. Fermi is de laatste man die alles wist - althans over natuurkunde, en is de eeuwenoude klassieke fysica en kwantummechanica, even vertrouwd met theorie en experiment. Maar hij was ook een complexe figuur die deel uitmaakte van zowel de Italiaanse fascistische partij als het Manhattan-project, en een minder dan ideale vader en echtgenoot die niettemin een van de grootste mentoren van de geschiedenis bleef. The Last Man Who Knew Everything is gebaseerd op nieuw archiefmateriaal en exclusieve interviews en legt het raadselachtige leven bloot van een kolossale fysica uit de twintigste eeuw. KopenDe wetenschap van Fermi werd op andere manieren per ongeluk geleid. Ten eerste was er het simpele ongeluk van zijn geboorte in 1901, die hem leidde tot intellectuele volwassenheid in de jaren 1920, in een tijd waarin diepe problemen van de kwantumtheorie werden aangepakt. De grote Britse historicus CP Snow schreef ooit over Fermi: “Als Fermi een paar jaar eerder was geboren, zou je je kunnen voorstellen dat hij Rutherford's atoomkern zou ontdekken en vervolgens Bohr's theorie van het waterstofatoom zou ontwikkelen. Als dit klinkt als hyperbool, klinkt alles in Fermi waarschijnlijk als hyperbool. '
Natuurlijk, geboren in 1901, was hij te laat om bij te dragen aan die vroege jaren van nucleaire fysica. Hij werd echter net op tijd geboren om bij te dragen aan enkele van de belangrijkste ontwikkelingen in de kwantumtheorie. De Fermis van vandaag, voor zover ze bestaan, werken nu in teams van duizenden experimentele en theoretische fysici bij CERN, waar geavanceerde deeltjesfysica voorkomt maar waar de mogelijkheden voor individuele prestaties sterk beperkt zijn.
Ten tweede is er zijn toevallige ontmoeting op 13-jarige leeftijd met een collega van zijn vader, een man genaamd Adolfo Amidei, die begreep dat Fermi een wonderkind was en het op zich nam om de tiener een undergraduate opleiding in wiskunde en natuurkunde te geven - de stichting waarop Fermi zijn carrière bouwde.
Ten derde is er het ongeluk van zijn huwelijk met een vrouw die zoveel van Rome hield dat ze weigerde naar 1930 te verhuizen naar de Verenigde Staten, toen Fermi dat voor het eerst wilde. Als hij Rome in het begin van de jaren dertig had verlaten, wie weet dan of hij zijn trage neutronenwerk had gedaan of splijting had ontdekt?
Zoals het was, wist hij niet dat hij het uraniumatoom in zijn experimenten uit 1934 had gesplitst tot 1939, toen Duitse wetenschappers aankondigden dat zij bij het repliceren van Fermi's werk uit 1934 concludeerden dat hij uraniumsplitsing had gemaakt. Het feit dat hij loodafscherming gebruikte op elk element dat hij bombardeerde, dat het feit verborg dat uranium een sterke elektromagnetische puls uitzendt wanneer de kern ervan wordt gesplitst, is een historische kansgebeurtenis. Als hij had geweten dat hij het uraniumatoom aan het splitsen was, zou Italië misschien al lang voor de Tweede Wereldoorlog nucleaire wapens hebben ontwikkeld, met totaal onvoorspelbare gevolgen.
Er is ook zijn aankomst aan de Columbia University in 1939, mogelijk het meest historische ongeluk van allemaal. In Columbia ontmoette hij de Hongaarse fysicus Leo Szilard, die het idee had van een nucleaire kettingreactie lang voordat het uraniumatoom was gesplitst, en die Fermi aandrong in de experimenten die leidden tot de eerste gecontroleerde, aanhoudende nucleaire kettingreactie ter wereld. Als Fermi ervoor had gekozen naar de Universiteit van Michigan in Ann Arbor (waar hij vrienden had) te gaan in plaats van Columbia, zou hij Szilard niet zijn tegengekomen. William Lanouette, de biograaf van Szilard, gelooft dat als de twee mannen elkaar in januari 1939 niet in New York hadden ontmoet, de geschiedenis van de atoombom zeker anders zou zijn geweest, en een tijdig succes veel minder zeker. Szilard had het idee van de kettingreactie; Fermi was de meest deskundige persoon ter wereld over hoe neutronen materie passeren. Dus het ongeval dat hen tegelijkertijd op dezelfde plaats plaatste, was het draaipunt waar het Manhattan Project zich op richtte.
Opvallend omdat deze willekeurige gebeurtenissen en ongelukken in de carrière van Fermi zijn, is de geschiedenis van de wetenschap er vol mee. De ontdekking van het chemotherapie-medicijn cisplatine, de ontdekking van radioactiviteit, de ontdekking van kosmische achtergrondstraling en zelfs de ontdekking van Viagra werden allemaal toevallig gedaan. Het kenmerk van deze grote rol die het toeval in de wetenschap heeft gespeeld, is de ontdekking van Alexander Fleming van penicilline. De bacteriologieprofessor bereidde een reeks petrischalen met bacteriekolonies voordat hij op vakantie ging vanuit zijn laboratorium in St. Mary's Hospital in Londen in september 1928. Terug van vakantie bekeek hij de voorbereidingen en merkte tot zijn verbazing op dat schimmel er één had aangetast van hen. Hij onderzocht het gerecht verder en merkte op dat er onmiddellijk rond de schimmelkolonie geen bacteriën groeiden. Geïntrigeerd begon hij een reeks experimenten en stelde vast dat de schimmel een stof afscheidde die bacteriën doodde. Vele lange jaren van verder werk waren vereist, maar het resultaat - het eerste grote antibioticum - heeft de geneeskunde volledig en voor altijd veranderd, waardoor talloze levens zijn gered.
Onbedoelde ontdekkingen zijn natuurlijk de uitzondering, niet de regel. De meeste wetenschappers besteden hun carrière methodisch aan het onderzoeken van interessante vragen in hun respectieve vakgebieden, en als ze geluk hebben, zullen ze de som van kennis vergroten terwijl ze dat doen. En sommige van hun ontdekkingen zullen ongetwijfeld geweldig zijn. Einsteins ontdekkingen waren nauwelijks toevallig - hoewel het hielp dat hij werd geboren op het moment dat hij dat was, geen millennium eerder.
David N. Schwartz is de auteur van The Last Man Who Knew Everything: The Life and Times of Enrico Fermi, Father of the Nuclear Age . Zijn vader, Melvin Schwartz, deelde de 1988 Nobelprijs voor de natuurkunde voor de ontdekking van de muon neutrino.
