Enrico Fermi ve Scuola Normale Superiore

Fermi liseyi Temmuz 1918’de bitirdi ve Amidei’nin desteği ile Pisa’daki Scuola Normale Superiore’ye başvurdu.

Diğer oğullarını kaybettikleri için ailesi evden taşınmasına önce izin vermedi, ancak sonradan bu isteğini kabul ettiler. Pisa’daki okul öğrencilere ücretsiz barınma sunuyordu, ancak bir kompozisyon yazmayı gerektiren giriş sınavı bir hayli zordu. Verilen tema “Seslerin spesifik karakteristikleri” idi. 17 yaşındaki Fermi kısmi diferansiyel denklemi türetip çözerek titreşen bir çubuğa uyguladı ve bunu yaparken Fourier analizini kullandı. Sınav gözetmeni Sapienza Üniversitesinden Profesör Giuseppe Pittarelli Fermi ile bir mülakat yaptı ve verdiği sınavın doktora seviyesinde olduğunu söyledi ve Fermi okula birincilikle girdi.

Scuola Normale Superiore’deki yıllarında diğer bir öğrenci olan Franco Rasetti ile arkadaş oldu ve birlikte şakalaşacak kadar samimiydiler ve daha sonra birlikte çalışmaya başladılar. Pisa’da Fermi fizik laboratuvarının müdürü Luigi Puccianti Fermi’ye öğretecek pek bir şeyinin olmadığını ve Fermi’nin ona bir şeyler öğretmesi gerektiğini söyledi. Fermi’nin kuantum fiziği bilgisi öyle bir seviyeye ulaştı ki Puccianti ondan bu konuda seminerler organize etmesini istedi. Fermi bu sürede Gregorio Ricci ve Tulli Levi-Civita tarafından geliştirilen ve genel görelilik teorisinin prensiplerini göstermek için gerekli olan tensör hesabını öğrendi. Fermi önce matematik branşını seçti, ancak daha sonra fiziğe geçti. Kendi kendine genel görelilik, kuantum mekaniği ve atom fiziği öğrendi.

Eylül 1920’de Fermi fizik bölümüne kabul edildi. Bölümde sadece üç öğrenci olduğu için (Fermi, Rasetti ve Nello Carrara) Puccianti onlara laboratuvarı istedikleri gibi kullanmaları için izin verdi. Fermi x-ışını kristalografisini araştırmalarına karar verdi ve üçü birlikte bir kristalin x-ışını resmi olan Laue fotoğrafını üretmeye çalıştılar. Fermi’nin üniversitedeki üçüncü yılı olan 1921’de Fermi İtalyan dergisi Nuovo Cimento’da yazılarını bastırdı. İlk makalesinin adı “Katı ve ötelenme hareketi içerisinde olan bir elektrik yükü sisteminin dinamikleri” idi. Ağırlık, hareket eden ve üç boyutlu uzayda yer değiştiren bir şey, yani tensör olarak ifade edilmişti. Klasik mekanikte ağırlık skalar bir değerdi, ancak görelilikte hız ile değişir. İkinci makale “Elektromanyetik yüklerin ağırlıkları ve elektromanyetik akımlardan oluşan yeknesak bir yerçekimi alanının elektrostatiği üzerine” idi. Genel göreliliği kullanarak Fermi bir yükün ağırlığının U/c2 olduğunu buldu (U sistemin elektrostatik enerjisi iken c ışığın hızıdır).

İlk makale elektrodinamik teorisi ile görelilik teorisi arasındaki çelişmeyi elektromanyetik ağırlığın hesaplanması yönünden ifade etti (elektrodinamik teorisinde 4/3 U/c2). Fermi bir sonraki sene bu sorunu “Elektrodinamik ve görelilik teorilerin elektromanyetik ağırlığı açıklaması arasındaki bir çelişme” konulu bir makalede gündeme getirdi ve bu çelişmenin göreliliğin bir sonucu olduğunu belirtti. Bu makalenin itibari yüksekti ve Almancaya çevrilerek 1922’de Alman Physikalische Zeitschrift dergisinde basıldı. Aynı yıl, Fermi “Zaman çizgileri yakınında gerçekleşen olaylar” adlı makalesini İtalyan I Rendiconti dell’Accademia dei Lincei dergisine verdi. Bu makalede Eşitlik ilkesini ele aldı ve Fermi koordinatlarını sundu. Zaman çizgilerine yakın yerlerde uzayın Öklid uzayı gibi davrandığını kanıtladı.

Fermi Temmuz 1922’de Scuola Normale Superiore’ye “Olasılık ve uygulamaları üzerine bir teorem” başlıklı tezini sundu ve 21 yaşında diplomasını aldı. Tezi, x ışını difraksiyon resimleri üzerineydi. Teorik fizik henüz İtalya’da bir disiplin olarak tanınmıyordu ve bu alanda yalnızca deneysel fizik üzerine tezler kabul ediliyordu. Bu nedenle İtalyan fizikçiler Almanya’dan gelen görelilik gibi fikirleri daha geç kabul ettiler. Fermi laboratuvar deneylerinde oldukça iyi olduğu için bu onun için bir problem değildi.

August Kopff’un Göreliliğin Matematiksel Teorisi adlı kitabına bir eklenti yazarken Einstein’ın ünlü E = mc2 denkleminin içerisinde muazzam bir miktarda nükleer enerjinin potansiyelinin yattığını fark etti. Fermi, “Yakın gelecekte bu korkunç miktarda enerjinin salınması mümkün gözükmüyor, çünkü bu olay gerçekleştiğinde bu enerji patlamasının ilk işi onu yaratan fizikçiyi parçalara ayırmak olacaktır” dedi.

1924 yılında Fermi İtalyan Masonlarının Adriano Lemmi locasına alındı.

Fermi yurtdışına gitmeye karar verdi ve Göttingen Üniversitesi’nde Max Born’un bir dönem öğrencisi oldu. Burada Werner Heisenberg ve Pascual Jordan ile tanıştı. Fermi daha sonra Leiden’da Paul Ehrenfest ile Eylül-Aralık 1924 arasında kendisine matematikçi Vito Volterra’nın sağladığı Rockefeller bursuyla okudu. Fermi burada Hendrik Lorentz ve Albert Einstein ile tanıştı ve Samuel Goudsmit ve Jan Tinbergen ile arkadaş oldu. Ocak 1925’den 1926’nın sonlarına kadar Fermi Floransa Üniversitesinde matematiksel fizik ve teorik mekanik dersleri verdi ve burada Rasetti ile cıva buharına manyetik alanların etkisi üzerine deneyler yaptı. Roma Sapienza Üniversitesi’nde seminerlere de katıldı ve kuantum mekaniği ile katı hal fiziği dersleri cerdi. Schrödinger’in denklemini olağanüstü bir kesinlikle kullanarak yeni kuantum mekaniği dersleri verdiği sırada Fermi “Denklemin bu kadar iyi uyması inanılmaz” dedi.

Wolfgang Pauli 1925’de dışlama ilkesini ortaya attığında Fermi buna karşılık olarak “Kusursuz tek atomlu gazın nicelendirilmesi” adlı bir makale yazdı ve burada dışlama ilkesini ideal bir gaza uyarladı. Bu makale Fermi’nin istasistiksel formülleri açısından önemliydi çünkü birçok aynı parçacıktan oluşan bir sistemde parçacıkların dışlama ilkesi uyarınca dağılımını açıklıyordu. Bu bağımsız olarak Britanyalı fizikçi Paul Dirac tarafından geliştirildi ve ayrıca Bose-Einstein istatistiğine uyduğu da gösterildi. Böylece bugün buna Fermi-Dirac istatistiği denmektedir. Dirac’a göre dışlama ilkesine uyan parçacıklar “fermiyon”lardı ve buna uymayanlar ise “bosonlar” idi.

Hazırlayan: Sosyolog Ömer YILDIRIM
Kaynak: Ömer YILDIRIM’ın Kişisel Ders Notları. Atatürk Üniversitesi Sosyoloji Bölümü 1. Sınıf “Felsefeye Giriş” ve 2., 3., 4. Sınıf “Felsefe Tarihi” Dersleri Ders Notları (Ömer YILDIRIM); Açık Öğretim Felsefe Ders Kitabı