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Leitura de 36 min

Enrico Fermi

Resumo

Este episódio do Fronteiras da Ciência é dedicado ao físico italiano Enrico Fermi. Os convidados Magno Machado e Fernanda Steffens, com mediação de Jéfer Sorenson, exploram a trajetória excepcional de Fermi, destacando sua rara combinação de habilidades teóricas e experimentais. Eles discutem sua formação precoce, seu aprendizado autodidata de cálculo aos 14 anos e seu desempenho brilhante nos exames de ingresso na universidade, que impressionaram os examinadores.

A conversa detalha as principais contribuições científicas de Fermi, incluindo o desenvolvimento da estatística de Fermi-Dirac para partículas de spin semi-inteiro (férmions), seu trabalho pioneiro no bombardeamento de núcleos com nêutrons e a descoberta da importância dos nêutrons lentos (termalizados) para induzir reações em cadeia. Seu papel crucial no entendimento do decaimento beta e na formulação de um modelo para a interação fraca também é abordado.

O episódio traça a jornada de Fermi da Itália para os Estados Unidos em 1939, impulsionada pelas leis raciais fascistas e pela obtenção do Prêmio Nobel no mesmo ano. Sua integração ao esforço de guerra aliado é examinada, desde os primeiros experimentos na Universidade de Columbia até sua atuação central no Projeto Manhattan, incluindo a construção do primeiro reator nuclear em Chicago e sua presença no teste Trinity em Alamogordo. Uma famosa lenda sobre Fermi estimando a energia da bomba jogando papéis no ar é mencionada.

Finalmente, os participantes discutem o legado pós-guerra de Fermi, seu trabalho em física de partículas e raios cósmicos, e a origem do famoso Paradoxo de Fermi – sua pergunta “Onde estão eles?” sobre a aparente ausência de evidências de civilizações extraterrestres, dada a idade e vastidão do universo. O episódio também toca em recomendações culturais relacionadas, como um filme italiano sobre seu grupo de pesquisa.

Indicações

Conceitos

  • Equação de Drake — Equação proposta por Frank Drake para estimar o número de civilizações extraterrestres comunicantes na nossa galáxia. É citada como um ‘problema de Fermi’ relacionado ao Paradoxo de Fermi, onde os fatores da equação vêm sendo refinados com o tempo, por exemplo, com a descoberta de exoplanetas.

Filmes

  • I Ragazzi di Via Panisperna — Filme italiano que retrata o período de Enrico Fermi e seu grupo de pesquisa em Roma, antes de sua ida para os Estados Unidos. O Instituto de Física ficava na Via Panisperna.

Pessoas

  • Ettore Majorana — Físico italiano e colega de Fermi no grupo de Roma, mencionado por ter uma história de mistério por trás, já que desapareceu subitamente.
  • Edward Teller — Físico húngaro, colega de Fermi no Projeto Manhattan, conhecido como ‘o pai da bomba de hidrogênio’ (fusão). É mencionado que algumas características do personagem Dr. Strangelove, do filme de Kubrick, podem ter sido inspiradas nele.

Linha do Tempo

  • 00:00:32 — Introdução a Enrico Fermi e suas contribuições — Magno Machado apresenta Enrico Fermi como um físico teórico e experimental nascido em 1901 e falecido em 1954. Ele lista as principais áreas de contribuição de Fermi: estatística quântica (Fermi-Dirac), o problema do decaimento beta e o primeiro modelo para a interação fraca, estudos de bombardeamento com nêutrons que levaram à fissão nuclear, e o desenvolvimento do método de Monte Carlo. Destaca-se a capacidade de Fermi de fazer estimativas de ordem de grandeza para problemas complexos.
  • 00:03:29 — Infância, formação precoce e talento excepcional — Discute-se a infância e formação de Fermi. Após a morte trágica de seu irmão mais velho, ele tornou-se introspectivo e mergulhou em livros de matemática, aprendendo cálculo de forma autodidata aos 14-15 anos. Seu desempenho no exame de admissão na Escola Normal Superior de Pisa foi tão extraordinário que os examinadores suspeitaram de fraude. Ao ser entrevistado, ele repetiu a demonstração com alto rigor matemático, provando seu gênio. O nível da prova é descrito como equivalente a um doutorado.
  • 00:06:32 — Carreira inicial, pós-doutorados e contexto da mecânica quântica — Fermi completou graduação e doutorado simultaneamente entre 1918 e 1922, defendendo teses experimental e teórica. Fez pós-doutorados em Göttingen com Max Born (onde conheceu Heisenberg e Jordan) e em Leiden com Ehrenfest (onde encontrou Einstein e Lorentz). Este período (1923) coincide com os primórdios da ‘velha mecânica quântica’, uma ‘panela de pressão’ intelectual antes das revoluções de Heisenberg e Schrödinger.
  • 00:08:49 — Estatística de Fermi-Dirac e posição em Roma — Em 1926, como livre-docente em Florença, Fermi desenvolveu o trabalho fundamental sobre estatística quântica para partículas de spin semi-inteiro. Foi Dirac quem posteriormente nomeou essas partículas de ‘férmions’. Em 1927, Fermi assumiu a primeira cátedra de física teórica em Roma, criada por Orso Corbino. Lá, formou um grupo de pesquisa experimental e teórico que incluía alunos famosos como Segrè, Amaldi e Pontecorvo.
  • 00:10:53 — Pesquisa com nêutrons e a descoberta da fissão nuclear — Inspirado pelo trabalho de Irène e Frédéric Joliot-Curie com partículas alfa, Fermi começou a bombardear núcleos, incluindo urânio, com nêutrons. Ele acreditava inicialmente que criaria elementos transurânicos (mais pesados). A descoberta crucial foi que nêutrons lentos (moderados) eram mais eficazes para iniciar reações. Em 1938, pesquisadores alemães (Hahn, Strassmann, Meitner) comprovaram que o processo real era a fissão nuclear – a quebra do núcleo em partes menores com liberação de energia.
  • 00:15:09 — Contexto político, imigração e Prêmio Nobel de 1938 — Com a ascensão do fascismo e a promulgação de leis raciais antissemitas na Itália em 1938, Fermi, cuja esposa Laura era judia, decidiu emigrar. Coincidentemente, ele ganhou o Prêmio Nobel de Física de 1938 por seus estudos com nêutrons. Após receber o prêmio em Estocolmo, ele não retornou à Itália, indo primeiro para Copenhague e depois, em janeiro de 1939, imigrando para os Estados Unidos, estabelecendo-se na Universidade de Columbia.
  • 00:17:27 — Papel no Projeto Manhattan e primeira reação em cadeia — Niels Bohr levou aos cientistas nos EUA a notícia da descoberta da fissão nuclear. Fermi e Szilard, na Columbia, começaram a investigar a produção e moderação de nêutrons em uma reação em cadeia. Szilard fez o contato político que resultou na famosa carta de Einstein a Roosevelt. O projeto foi formalizado como o Projeto Manhattan em 1942. Fermi transferiu-se para Chicago, onde, sob um estádio da universidade, construiu e operou com sucesso a primeira pilha atômica (reator) em dezembro de 1942, demonstrando uma reação em cadeia controlada.
  • 00:22:18 — Atuação em Los Alamos e teste da primeira bomba — Fermi mudou-se para Los Alamos (Projeto Y) para trabalhar diretamente no desenvolvimento da bomba atômica, coordenado por Oppenheimer. Ele liderou um subgrupo com tarefas específicas. Esteve presente no primeiro teste nuclear, Trinity, em Alamogordo em julho de 1945. Uma lenda associada a ele conta que, durante a explosão, jogou pedaços de papel no ar e, medindo o deslocamento pela onda de choque, estimou a energia liberada pela bomba – um ‘problema de Fermi’ clássico.
  • 00:23:40 — Vida pós-guerra, trabalho final e Paradoxo de Fermi — Após a guerra, Fermi retornou à Universidade de Chicago, dedicando-se à física de partículas e raios cósmicos. Também foi consultado para testar os primeiros computadores, como o ENIAC. Ele morreu de câncer em 1954. O episódio termina discutindo a origem do Paradoxo de Fermi. Em uma conversa informal nos anos 1950 sobre a possibilidade de vida extraterrestre, Fermi teria perguntado ‘Onde estão eles?’, questionando a falta de evidências de civilizações avançadas dada a idade e o tamanho do universo.

Dados do Episódio

  • Podcast: Fronteiras da Ciência
  • Autor: Fronteiras da Ciência/IF-UFRGS
  • Categoria: Science
  • Publicado: 2014-06-09T15:00:00Z

Referências

Dados do Podcast

Transcrição

[00:00:00] Este é o programa Fronteiras da Ciência, da rádio da Universidade, onde discutiremos

[00:00:09] os limites entre o que é ciência e o que é mito.

[00:00:13] Esse é o Fronteiras da Ciência, o tema da nossa conversa hoje é o físico italiano

[00:00:18] Enrico Fermi e para falar desse assunto, os nossos convidados são o Magno Machado,

[00:00:24] que é o Instituto de Física da UNICEF, e a Fernanda Steffens, do Desis Eutam, em Berlim.

[00:00:30] Então, Magno, como foi o Fermi?

[00:00:32] O Fermi foi um físico teórico e experimental muito famoso, nasceu em 1951 e faleceu em

[00:00:38] 1954 e o Fermi está associado com grandes descobertas ou grandes achados teóricos

[00:00:44] experimentais em vários ramos da física.

[00:00:46] Vou dizer alguns temas em que ele atacou, por exemplo a questão da estatística de

[00:00:52] também o problema do decaimento beta, ele introduziu o primeiro modelo teórico para

[00:00:56] interação fraca, o estudo de bombardeamento de nêutas que depois levou ao processo de

[00:01:01] fusão, a possibilidade do processo de fusão de fissão nuclear e o uso da reação em

[00:01:06] cadeia para fins energéticos, limpos ou fins nucleares abélicos.

[00:01:11] Você também que ele foi um dos pioneiros do método de Monte Carlo, que é a base de

[00:01:16] boa parte das técnicas numéricas que a gente usa em física, pelo menos, hoje em dia.

[00:01:22] O Fermi, do ponto de vista pintoresco, o que tem de interessante na vida dele?

[00:01:28] Porque a gente já fez alguns programas sobre vários físicos, a gente já falou do

[00:01:32] Djerak, por exemplo, ano passado, o Djerak além de ter feito grandes contribuições,

[00:01:37] ele era um personagem diferente.

[00:01:40] Sim, edicioncrático.

[00:01:42] E o Fermi? O Fermi me pareceu sempre um cara normal.

[00:01:46] Ele era mais low profile, mas a característica do Fermi eu acho que é a física no ponto dos dedos.

[00:01:51] Se a capacidade de, com o mínimo de informação ou com pouca informação e alguma mente

[00:01:57] analítica que ele tinha, conseguir fazer estimativas ou pensar analiticamente sobre problemas

[00:02:03] extremamente complicados. Então o processo que o Fermi usava era espicaçar o problema

[00:02:08] complicado em pedacinhos mais simples e esses pedacinhos mais simples ele ia fazendo

[00:02:12] aproximações e com esse feeling dele, matemático, físico, ele conseguia fazer

[00:02:17] as estimativas e conseguir ordens de grandeza das quantidades.

[00:02:20] Talvez o Fermi tenha sido o último grande físico a ter uma excelência tanto na parte teórica

[00:02:27] quanto na parte instrumental. Poderia falar um pouco mais sobre isso?

[00:02:30] Ele tem na carreira dele UVO experimental, até a tese de doutorado dele é experimental,

[00:02:36] mas realmente ele é de uma última geração na verdade em que os físicos faziam as duas coisas,

[00:02:41] o experimento e a teoria. E o Fermi é um exemplo clássico desse tipo de físico que

[00:02:47] estava nos dois mundos, na física teórica e na física experimental.

[00:02:50] Eu acho que o Fermi foi um dos primeiros talvez a pegar esse período de especialização crescente

[00:02:56] que começou em algum momento e que agora é o espírito dominante.

[00:03:00] Cada um de nós que está envolvido com pesquisa, a gente é super especialista…

[00:03:04] Da unha, do dedão, do pé esquerdo.

[00:03:07] Mas a unha fica bem.

[00:03:08] Não, ficou maravilha.

[00:03:10] O Fermi sim, ele se destacou quando era pequeno.

[00:03:14] O Einstein, a nossa preferência sempre é o Einstein como ícone hip-hop.

[00:03:18] Então a gente sempre tenta comparar. O Einstein tem aquelas histórias que não sei

[00:03:22] até que ponto são verdadeiras de que ele era um aluno medíoco e nada decepcional.

[00:03:27] O Fermi como era?

[00:03:29] O Fermi, o que a gente sabe de biografias do Fermi que conviveu com ele,

[00:03:33] ele tinha uma memória prodigiosa e ele tinha um interesse grande em matemática na infância.

[00:03:39] Ele e o irmão dele.

[00:03:40] Teve um evento trágico na infância do Fermi que o irmão mais velho dele,

[00:03:43] são entre três irmãos, uma mulher e um homem, o Júlio, morreu quando o Fermi tinha 14 anos.

[00:03:49] E os dois gostavam de matemática e com a morte do irmão dele ele se tornou mais introspectivo

[00:03:54] e entrou no mundo dos livros, talvez para uma fuga.

[00:03:57] E nesse momento ele começou a se interessar muito em matemática, ele comprava livros,

[00:04:01] lia por conta própria, então muito autodidata.

[00:04:03] E um amigo do pai dele, que era engenheiro, fomentou esse interesse do Fermi

[00:04:08] e propiciou ao Fermi livros avançados de matemática.

[00:04:11] Então o Fermi aprendeu cálculo muito jovem, sei lá, 14, 15,

[00:04:15] e ele mesmo autodidata estudando esses assuntos.

[00:04:18] Quando ele foi fazer a graduação, ele foi fazer na Escola Anual Superior de Pisa,

[00:04:23] curso gestante inclusive desse amigo do pai dele, o Amidei,

[00:04:26] e ele fez um exame fantástico, tanto que os examinadores acharam que era tão boa aquele exame

[00:04:32] que eles achavam que ou ele estava colando, ou ele era um gênio.

[00:04:35] O examinador pediu para conversar com esse aluno.

[00:04:38] E ele barguiu o Fermi e o Fermi repetiu todo aquele procedimento que ele tinha feito.

[00:04:42] Ele fez uma demonstração com alto gabarito matemático, usando métodos de cálculo e etc,

[00:04:48] que não era usar um aluno com aquela idade.

[00:04:52] Esse exame saiu equivalente do vestibular, então só para colocar no contexto de idade que ele tinha.

[00:04:58] E o nível da prova dizem que era nível de doutorado, ou acima de nível de doutorado.

[00:05:04] Então ele tinha um gosto muito grande pela matemática.

[00:05:07] Eu mesmo vi uma, não sei se é lenda, de que um dos primeiros livros que ele estudou era um livro

[00:05:12] que tinha elementos de matemática, de física, mecânica, mas que era um livro em latim.

[00:05:17] Que inclusive ele não sabia latim, mas que ele estudou.

[00:05:20] Garrafa, acho que era o nome do livro que estava escrito em latim.

[00:05:23] Que estudou todo o livro, independente da língua.

[00:05:27] Ele tem uma história de tradição sobre línguas, eu lembro, não sei se foi em inglês, acho que sim em inglês,

[00:05:32] que ele usava quadrinhos. Ele pegou um dicionário e quadrinhos, revistos em quadrinhos,

[00:05:36] e ele tentava fazer a tradução em italiano, inglês, alemão, não sei,

[00:05:40] usando quadrinhos como ponte partida para gerar um vocabulário mínimo.

[00:05:44] Eu acho que como ideia é ótimo porque o livro não tem a ajuda das imagens,

[00:05:48] o quadrinho tem todo o contexto visual, as falas são diminuídas, mas é bem mais simples.

[00:05:54] Fala um pouco do percurso do Fermi. Bom, ele fez a graduação ou ele fez o doutorado em Pisa?

[00:06:01] As duas coisas ao mesmo tempo, ele entrou nessa escola normal superior de Pisa que dava acesso à universidade.

[00:06:05] Então em 18 ele entrou em Pisa, na Universidade de Pisa, com 17 anos.

[00:06:10] E terminou a graduação, eu doutorado, em 22. Ele defendeu a graduação em uns dias, dia 2 de julho,

[00:06:17] e dia 7 ele defendeu o doutorado. Então foi tudo junto com duas monografias diferentes,

[00:06:22] uma experimental para o doutorado e uma teórica em estatística na graduação.

[00:06:27] Então foi ele, de 17 a 22, ele fez o ensino universitário, assim por dizer, incluindo o doutorado.

[00:06:32] Depois ele foi fazer duas visitas em sequência, em 23 ele foi para Gottingen, onde ele foi trabalhar com Max Born,

[00:06:39] e lá ele conheceu o Heisinger e o Jordan. Depois, em 24, ele foi visitar em Leiden o Hengenfest,

[00:06:47] e lá em Leiden ele conheceu, acho que o Einstein e o Lawrence estavam lá.

[00:06:51] Então ele fez esses pós-docs. Seriam hoje pós-docs?

[00:06:53] Sim. O fenômeno nessa época, qual era o contexto em termos, por exemplo,

[00:06:56] imagina que era o início da mecânica quântica?

[00:06:58] Em 1923?

[00:06:59] Em 1923.

[00:07:00] Realmente a gente estava ainda na época da velha mecânica quântica,

[00:07:03] todos os problemas associados com a velha mecânica quântica, com o átomo de Bohr,

[00:07:07] e todas as correções que deveriam ser feitas, para os números funcionarem, vamos dizer assim,

[00:07:11] e descreverem as instrumentais. Eu era gênis.

[00:07:13] O Heisenberg ainda não sabia que ele seria, em dois anos apenas, ele revolucionaria totalmente a física,

[00:07:19] nem o Schroedinger, nem nada, mas esse pessoal estava lá, era uma panela de pressão,

[00:07:23] estava todo mundo discutindo muito, guiados pelo, em Gottingen, pelo Max Born,

[00:07:28] e em Copenhagen, pelo Niels Born.

[00:07:30] O Fermi, existe uma aparente inconsistência no que a gente falou até aqui,

[00:07:34] porque a gente sabe que a bomba foi desenvolvida nos Estados Unidos,

[00:07:37] e aparentemente o Fermi estava do outro lado, então em que momento ele mudou?

[00:07:41] Aliás, eu ia até perguntar, quando você for falar sobre isso, não sei se agora é o momento,

[00:07:45] a gente sabe que o Einstein teve um papel relevante na concepção do projeto,

[00:07:49] pelo menos na decisão de Roosevelt, de começar com o projeto Manhattan.

[00:07:53] E o Fermi, qual é o papel dele?

[00:07:55] A gente vai chegar quando o Fermi, a conexão do Fermi com a bomba é quando ele foi estudar

[00:08:00] o bombardeamento de nêutrons, bombardear núcleos com nêutrons,

[00:08:05] então o cabedal científico do Fermi era nesse sentido,

[00:08:08] e ele imigrou então para os Estados Unidos em 38, devido às leis raciais na Itália.

[00:08:12] Ele tinha uma parte, acho que a esposa dele, ou ele tinha uma parte judia, né?

[00:08:16] A esposa judia, Laura. Mas ainda um pouquinho antes, a gente está falando da,

[00:08:19] quando ele foi visitar o pessoal da mecânica quântica, no início da mecânica quântica,

[00:08:23] o primeiro trabalho importante do Fermi, do ponto de vista, que são as estatísticas quânticas,

[00:08:28] foi o tratamento do gás, gás ideal, do ponto de vista da teoria quântica.

[00:08:33] O trabalho dele de 26, então ele não estava na Universidade de Roma,

[00:08:38] a primeira posição que ele obteve foi como livro docente na Universidade de Florença,

[00:08:42] ele ficou de 25 a 26 dando aulas lá na Universidade de Florença,

[00:08:45] e nesse tempo, em 26, ele desenvolveu esse trabalho da estatística quântica,

[00:08:49] estatística de Fermi-Dirac.

[00:08:51] Mas quem disse que a estatística é de Fermi foi o Dirac.

[00:08:55] O Dirac nomeou que as partículas de espin-sementeiro são fermions.

[00:09:00] Então o Dirac nomeou as partículas de espin-sementeiro de fermions.

[00:09:06] E bom, ele tem esse primeiro trabalho onde ele tentou quantizar,

[00:09:09] fazer a quantização do problema do gás ideal.

[00:09:11] Na verdade, ele fez um trabalho mais fenomenológico,

[00:09:13] ele estava tentando analisar a questão de como é que ficava o vocador específico do gás

[00:09:17] a volume constante como função da temperatura,

[00:09:20] usando as primeiras ideias de quantização,

[00:09:23] a quantização da energia e incluindo o princípio de exclusão de Pauli.

[00:09:26] Isso está analisando, por exemplo, elétrons que são…

[00:09:29] Mas o que não se chama então de estatística de Pauli-Fermi?

[00:09:32] O que é que o Dirac…

[00:09:33] O princípio de exclusão é de Pauli, perdão,

[00:09:36] e o Dirac estudou ao mesmo tempo, na mesma época,

[00:09:40] esse problema da estatística dos fermions,

[00:09:43] estatística das partículas de espin-meiro.

[00:09:45] Isso foi um pouco depois do Bose e do Axel fazer algo parecido

[00:09:49] sem usar o princípio de exclusão.

[00:09:51] O princípio de exclusão foi anunciado em 1925 e o Fermi já usou

[00:09:55] como um elemento na teoria em 1926.

[00:09:58] A verdade é que o Bose já deu a estar diante no final da década de 1910.

[00:10:02] Bom, aí em 1926 ele era livre-docente,

[00:10:06] e aí em 1927 foi criada a cátara da estatística teórica na Universidade de Roma

[00:10:10] por um político muito importante conectado com os fascistas,

[00:10:13] que é o Orso Corbino,

[00:10:15] e ele cria essa cátara…

[00:10:17] Que era um físico também.

[00:10:18] Físico, na época ele era senador em Roma.

[00:10:20] Ele criou essa cátara, o Fermi fez concurso,

[00:10:23] ele passou em primeiro lugar no segundo curso,

[00:10:25] então ele ficou em Roma como professor-docente de 1927 até a imigração em 1938.

[00:10:31] Então em 1927 ele assume na Universidade de Roma como docente,

[00:10:35] e aí começa a criar um grupo tanto experimental quanto teórico,

[00:10:37] mas principalmente experimental, né?

[00:10:38] Tem essa dupla faceta do Fermi.

[00:10:40] Lá estão os alunos famosos, italianos dele, que é o Segré, o Amaldi, o Pontecorvo,

[00:10:45] toda essa gente.

[00:10:46] E eles começaram então…

[00:10:47] Então, um dos temas de pesquisa do Fermi era o bombardeamento de núcleos pesados com…

[00:10:53] tanto leves quanto pesados com nêutrons.

[00:10:55] Lembrando que do ponto de vista histórico,

[00:10:57] em 1934 a Irene, que julhou que o Rio e o marido, o Frédéric,

[00:11:02] bombardearam com alfas, partículas alfa, núcleos, né?

[00:11:06] E criaram artificialmente elementos radioativos.

[00:11:10] Então esse casal, a Irene e o Frédéric,

[00:11:14] mostraram como obter radioatividade artificial via bombardeamento de núcleos com partículas alfa.

[00:11:21] O Fermi tentou fazer esse mesmo tipo de procedimento, só que não,

[00:11:24] ao invés de usar alfa, usava nêutrons.

[00:11:27] Então a Irene, do Fermi, era usar nêutrons, né?

[00:11:29] Ao invés de alfas, para bombardear os núcleos.

[00:11:31] No caso dos núcleos pesados, os mais pesados que conheciam na época,

[00:11:34] era o urânio, né? O 238.

[00:11:36] O Fermi achava… Bom, aí tinha que contextualizar o que o Fermi entendia,

[00:11:39] porque ele já tinha anos 30.

[00:11:41] Em 30, 33, ele tinha já tratado o problema do decaimento beta.

[00:11:45] Na cabeça do Fermi, o decaimento beta tensa a transição do nêutron com o próton,

[00:11:49] mais o elétron e o antineutrino.

[00:11:52] Então ele achava que quando ele bombardeasse com núcleos muito pesados,

[00:11:56] ele automaticamente ia criar núcleos com um número atômico, com uma ordem, um próton a mais.

[00:12:03] Então a ideia do Fermi, quando ele bombardeasse esses núcleos bem pesados,

[00:12:07] o urânio, ele ia criar núcleos novos mais pesados, transurânicos.

[00:12:11] Pois essa ideia lá em 38 foi desmantelada com a comprovação da questão da fissão

[00:12:17] lá para o pessoal alemão, né? O otorran e a estrasma.

[00:12:20] Fernanda, nos explica um pouco, para contextualizar assim, o que é a fissão?

[00:12:24] Qual é a diferença de fissão e fusão nuclear?

[00:12:26] Na fissão nuclear, basicamente você bombardear, no caso, um núcleo estável com nêutrons,

[00:12:34] quando ele absorve esses nêutrons extras, ele fica instável e ele acaba se quebrando

[00:12:38] em núcleos de número atômico menores. Ao fazer isso, ele acaba liberando energia.

[00:12:42] Na fusão, é ao contrário, você tem núcleos leves que se juntam para formar um núcleo mais pesado

[00:12:48] e nesse processo eles também liberam energia, o que parece contra-intensitivo,

[00:12:52] nos dois casos se libera energia, mas isso é uma coisa um pouco mais complicada,

[00:12:55] tem a ver com energia de ligação por próton e nêutron que você tem lá dentro,

[00:12:59] que leva esse tipo de liberação de energia, tanto se você faz fissão, como se você faz fusão.

[00:13:04] No Sol, o processo dominante é fusão? Ou ocorre fissão também?

[00:13:08] Não, no Sol é fusão.

[00:13:10] Então, toda criação de elementos mais pesados que o hidrogênio é feito dentro do Sol?

[00:13:16] É feito dentro do Sol, até o ferro, até o ferro 56.

[00:13:19] A menos que a estrela exploda.

[00:13:21] A menos que a estrela exploda, é via fusão e eles liberam neutrinos que você mede aqui na terra,

[00:13:27] um fluxo de neutrinos que vem do Sol e liberam também fótons com energia.

[00:13:31] Graças a isso a gente está aqui conversando agora.

[00:13:34] Esse é o Fronteiras da Ciência, hoje a gente está falando um pouco sobre a vida

[00:13:37] e a obra do físico italiano Enrico Fermi.

[00:13:40] Vocês podem encontrar mais informações e outros episódios do nosso programa no nosso site,

[00:13:45] que é o frontdaseência.urgs.frgs.br.

[00:13:50] Mas então a história é que o Fermi em 34 já começou a pedir para os alunos já experimentar isso,

[00:13:56] tratar esse problema do bombardeamento com nêutrons, os núcleos pesados.

[00:14:01] E duas coisas importantes que eles encontraram do ponto de vista experimental é,

[00:14:05] uma é que você pode moderar os nêutrons que são gerados nesses processos,

[00:14:10] que são os nêutrons rápidos.

[00:14:12] Você consegue, passando esses nêutrons rápidos por certos materiais,

[00:14:16] que em geral são número atômico pequeno, tipo hidrogênio, carbono,

[00:14:20] você consegue diminuir a energia cinete, a energia desses nêutrons e tornar eles lentos.

[00:14:24] E o mais importante, nêutrons lentos são mais efetivos no início de processos de cadeia,

[00:14:30] posteriormente entendido como processos de fissão.

[00:14:32] Então o entendimento do que hoje se chama de termalização de nêutrons

[00:14:37] e o uso desses nêutrons termais para dar origem a processos em cadeia de fissão nuclear é dessa época.

[00:14:44] Inclusive a questão da moderação, a termalização de nêutrons foi feita uma patente no ano 34, 35,

[00:14:50] pelo FEM, o grupo de Roma, e depois o pessoal tem que pagar o royale por esse processo.

[00:14:55] Essa pesquisa na época, porque acho que a sensação de guerra já existia,

[00:15:01] essa pesquisa na época ela era classificada, eles tinham ideia de que isso poderia ser eventualmente utilizado como arma?

[00:15:09] Eu acho que nesse momento…

[00:15:11] Eu acho que ainda não.

[00:15:12] Não, ainda não, 34, 35 acho que ainda não.

[00:15:14] Eu acho que ainda não.

[00:15:15] Pelo menos que eu li, pelo menos que eu lembro de Copenhagen, por exemplo,

[00:15:18] que se fazia também a pesquisa de instituto nuclear lá no Instituto de Bora em Copenhagen,

[00:15:25] até o começo da guerra, ou até 39, 40, era livre ainda a circulação de informações.

[00:15:31] Então a gente poderia até dizer que a ida do FEM nos Estados Unidos foi o que pode ter decidido a guerra,

[00:15:36] porque se ele tivesse ficado na Itália ele poderia ter colaborado com os alemães,

[00:15:39] que também estavam tentando fazer uma bomba.

[00:15:41] Quando chega no final dos anos 30, a Itália faz esse pacto, se alinha com o eixo, se alia com o alemã e a nazista.

[00:15:48] Bom, isso aconteceu com uma série de problemas no laboratório do FEM, inclusive na família,

[00:15:52] que ele começa a ter pressão do ponto de vista profissional das pessoas que trabalham com ele, o entorno.

[00:15:58] Então os colaboradores experimentais, o pessoal do entorno.

[00:16:01] Acho que o SEGREA ajudou.

[00:16:02] Teve uma série de imigrações já nos anos 36, 35, e culminou em 38.

[00:16:08] Em 38 foi quando foi lançado o…

[00:16:11] Que é da raça lá do Mussolini.

[00:16:14] O Mussolini assumia claramente que ele ia tomar partido do anti-semitismo.

[00:16:19] Então nesse momento o Fermi chegou à conclusão que do ponto de vista até familiar ele estava perdido,

[00:16:24] porque a mulher dele, Laura, era judia, e em algum momento eles teriam que imigrar-se,

[00:16:28] se na situação deles iam ficar muito complicado.

[00:16:30] E aí coincide com o prêmio Nobel do Fermi em 38.

[00:16:35] Então ele ganha o prêmio Nobel em 38, justamente para esse estudo do bombardeamento de nêutrons

[00:16:39] e o entendimento dos nêutrons lentos.

[00:16:42] Então quando ele vai receber o Nobel em 38, ele já estava falando com o Bohr.

[00:16:46] Logo depois que ele recebe o prêmio Nobel, ele foi com toda a família para Estocolmo para receber o prêmio.

[00:16:50] E de lá ele não voltou para a Itália.

[00:16:52] Ele foi para Copenhagen, e de Copenhagen ele migrou diretamente para os Estados Unidos.

[00:16:57] O Nobel foi em dezembro de 38, em 2 de janeiro de 39 ele migrou para Nova York.

[00:17:02] E aí Nova York vai para a Universidade de Colômbia, e aí já tem um bastante gente.

[00:17:06] O Einstein já estava nos Estados Unidos.

[00:17:08] O próprio Bohr, seguidamente, já em 39, já foi visitar esse povo nos Estados Unidos, na Colômbia, em Princeton.

[00:17:15] E aí começou a toda a discussão.

[00:17:17] Eu acho que o Leofiel estava lá também.

[00:17:20] Esses húngaros estavam lá.

[00:17:21] E o mais importante, o Bohr visitou em 39 esse pessoal nos Estados Unidos, os imigrantes,

[00:17:27] e ele noticiou para eles os achados sobre a ficção nuclear da Lise Meitner e do sobrinho dela, o Otto Fritz,

[00:17:34] que estavam exilados, ela na Suécia, e o sobrinho estava trabalhando na Dinamarca.

[00:17:40] E o Bohr, então, leva para eles os últimos resultados, em 38, sobre a ficção.

[00:17:47] E aí eles começam a pensar, principalmente o Einstein, em conversa com o Bohr,

[00:17:52] pensa na possibilidade do uso da energia correspondente à entregue na ficção, de alguma forma.

[00:17:58] E depois as conversas do Bohr com o Fermi, o Fermi entendendo que nos processos de ficção, necessariamente,

[00:18:03] para núcleos pesados, tipo urânio, necessariamente haveria a geração de nêutrons rápidos.

[00:18:08] E depois esses nêutrons rápidos poderiam ser moderados e ser usados em um processo de cadeia.

[00:18:13] E aí ele e o Ziller, lá na Colômbia, porque ele foi trabalhar na Universidade de Colômbia,

[00:18:16] começaram a atacar esse problema.

[00:18:18] Seja no processo de bombardeamento de nêutrons em urânio, por exemplo,

[00:18:23] como é que fica a questão dos nêutrons? Quantos nêutrons são produzidos?

[00:18:26] Qual é a energia desses nêutrons? Como moderar eles?

[00:18:28] Quando eles conseguem entender isso, e eles entendem que depois, com a moderação,

[00:18:32] eles conseguem dar, tem a ideia na cabeça não, do ponto de vista prático, mas do ponto de vista teórico,

[00:18:38] a capacidade que poderia ser gerada por um processo de reação em cadeia com nêutrons lentos moderados,

[00:18:44] o Fermi entra em contato com a administração americana e se faz entender que aquilo tinha um uso

[00:18:50] possivelmente bélico e era perigoso.

[00:18:52] O Fermi não era muito político. Quem fez esse braço político de contatar o governo americano

[00:18:57] e depois gerou a carta do Einstein foi o Léo Ziller, que era colega do Fermi na Colômbia.

[00:19:02] Então Léo Ziller mexeu todos os pauzinhos no ano 3940.

[00:19:07] E em que momento se criou oficialmente o projeto Manhattan e eles se mudaram para Los Alamos?

[00:19:12] Assim que foi recebida aquela famosa carta do Einstein, a administração em 42, 41 tomou providências,

[00:19:18] foi nomeado então um comitê com militares e cientistas para fazer o uso militar dessas ideias da aficão nuclear.

[00:19:26] O projeto de Manhattan tem origem em julho de 42, quando foi nomeado o General Groves,

[00:19:31] que era o coordenador geral do ponto de vista militar de todo o projeto.

[00:19:35] Então o projeto Manhattan é um nome curto para o Distrito de Engenharia de Manhattan,

[00:19:42] Manhattan Engineering District, que era um guarda-chuva onde você teria vários laboratórios e centros de pesquisa.

[00:19:52] O que a gente conhece no projeto Manhattan, que é Los Alamos, era um dos projetos,

[00:19:57] que era o chamado projeto Y, que era a aplicação direta na confecção de artefatos militares.

[00:20:03] Mas o projeto Manhattan também incluía, por exemplo, lugares onde eram estocados e refinados,

[00:20:09] processados urânio para ser o elemento ficcional, outros lugares você tinha concentração teórica.

[00:20:17] Mas ainda tem um interregno ainda na Colômbia, quando eles criaram, antes de criar o projeto Manhattan,

[00:20:24] houve pressão de um comitê de defesa nacional, onde tinha um comitê científico que ia começar a estudar

[00:20:30] cientificamente esses projetos com fins militares, era um conselho científico de defesa nacional,

[00:20:36] antes do projeto Manhattan. E onde esse comitê inicialmente era esses hilados,

[00:20:40] eram o Fermi e os húngaros, o Teller, o Wigner e o próprio Léo Ziller.

[00:20:46] Depois vieram os americanos, logo depois, em 42, 41, que era o Compton e o Lawrence, eles se juntaram.

[00:20:54] Quando o Compton entrou na jogada, o Compton transferiu a questão do estudo da fissão e da reação em cadeia para Chicago.

[00:21:02] Então, em Chicago, foi lá onde o Compton trabalhava, o Fermi migrou, foi para Chicago e eles começaram,

[00:21:12] ele, o Ziller e o Compton, a tentar fabricar o primeiro reator nuclear, a primeira pilha.

[00:21:19] E eles conseguiram isso em 42, não lembro a data certa, 41 e 42, eles conseguiram obter o primeiro processo de reação em cadeia num reator nuclear.

[00:21:34] Então, início, meio e fim do processo de reação em cadeia. E eles usaram o estádio da Universidade de Chicago para colocar esse reator.

[00:21:42] Então, quando eles conseguiram obter essa primeira reação controlada, ficou claro que poderia ser usado do ponto de vista aberto.

[00:21:50] E daí para a bomba foi uma questão…

[00:21:52] Bom, aí estava em Chicago, aí em 42 foi criado o projeto e aí eles foram, todos os pessoal que estavam em Chicago, o Fermi, o Ziller e o Compton, eles foram para Los Alamos.

[00:22:03] Quem estava coordenando cientificamente Los Alamos, que era o projeto Y, não esse, era o Oppenheimer.

[00:22:08] Então, eles sim juntaram a coordenação do Oppenheimer lá em Los Alamos.

[00:22:18] Eu não entendo bem como é que… o coordenador geral de Los Alamos era o Oppenheimer e havia grupos de trabalho, teóricos experimentais.

[00:22:28] Mas havia subgrupos e desses subgrupos o Fermi era coordenador de um desses subgrupos.

[00:22:34] Porque eles tinham tarefas específicas que tinham que resolver, problemas páticos, teóricos experimentais, e eles tinham que resolver.

[00:22:39] Então, tinha esses grupos, eles tinham reuniões de trabalho, etc.

[00:22:43] O Fermi controlava esse grupo no meio, tinha que fazer a mão, que depois em algum momento ia se fazer.

[00:22:49] E rapidamente tinha que ser feitos as coisas, exatamente.

[00:22:52] Então, o Fermi foi para Los Alamos e contribuiu de maneira direta.

[00:22:56] Inclusive, ele estava na primeira detonação, que depois em 45 foi detonado em Alamo Gordo, em julho de 45, o primeiro protótipo.

[00:23:03] E ele estava lá, inclusive lá tem uma das lendas do Fermi, que ele jogou uns papelzinhos no ar e quando de choque andou esses papelzinhos,

[00:23:11] ele mediu com a trena a distância viajada por esses papelzinhos e conseguiu determinar se é um problema de Fermi, a energia da bomba.

[00:23:18] Não sei se é verdade, isso é lento.

[00:23:20] É complicado porque é um problema turbulento.

[00:23:22] Mas é uma lenda associada ao Fermi.

[00:23:24] O Fermi morreu menos de 10 anos depois disso, morreu de câncer.

[00:23:27] É difícil dizer se o câncer é provocado pelas pesquisas instrumentais e pelos testes que ele presenciou.

[00:23:34] Caso individual é sempre difícil.

[00:23:36] Mas nesses últimos 10 anos ele ainda se envolveu com algum tipo de pesquisa que ficou famosa?

[00:23:40] Sim, no final da guerra, logo depois que terminou o projeto Manhattan, ele voltou para Chicago e lá ele ficou na Universidade de Chicago até o final da vida.

[00:23:47] Então, ele nucleou um grupo teórico lá, estudos nucleares lá em Chicago.

[00:23:51] E aí ele se dedicou mais à física de partículas e raízes cósmicas.

[00:23:55] Então, ele estudou, por exemplo, o problema dos pinhos e dos muns.

[00:23:58] E também, por exemplo, na física de raízes cósmicas, um processo de aceleração de raízes cósmicos, altamente energéticos.

[00:24:04] Então, no final da vida, do ponto de vista da física, ele atacou principalmente essa questão da física de partículas e raízes cósmicos.

[00:24:10] E também é uma questão dos computadores também.

[00:24:14] Qual questão?

[00:24:15] O pessoal o contatou quando foram testar os primeiros, a capacidade computacional dos primeiros processadores, acho que é um ENIAC.

[00:24:23] Tem o ENIAC?

[00:24:24] O ENIAC, o MANIAC.

[00:24:26] Eles contataram o Fermi para que ele pusesse um problema que fosse complicado do ponto de vista teórico e fosse factível de fazer desmembrar em partes.

[00:24:36] E ele propôs um tema lá para ser testado nesse computador.

[00:24:39] E o Fermi não foi capaz de rapidamente obter.

[00:24:43] Só para você ter uma ideia, o ENIAC foi o primeiro computador universal construído no sentido do Turing.

[00:24:49] E ele ocupava, ele tinha, não sei, quantas toneladas e ocupava uma sala enorme.

[00:24:55] Qual era o processamento dele? Quantos hertz?

[00:24:59] Olha, o computador que levou o homem à lua tinha 2K de memória.

[00:25:04] Então vocês podem ter uma ideia do…

[00:25:06] O computador que levou o homem à lua é incomparável aos celulares de hoje em dia.

[00:25:10] O ENIAC, então, é incomparável a esse computador.

[00:25:13] Nossa!

[00:25:14] Vocês têm uma ideia.

[00:25:15] O Fermi também é famoso por algo que se chama o Paradoxo de Fermi.

[00:25:19] Sim.

[00:25:20] Pode contar um pouco.

[00:25:21] Bom, reza a lenda que nos anos 50, aí não se sabe se é em Lausano ou já é em Chicago,

[00:25:25] que eles estavam discutindo, isso tem testemunhos oculares.

[00:25:27] Uma das três pessoas ouviram de diferentes maneiras essa conversa.

[00:25:31] Estavam discutindo depois do almoço, essas conversas que a gente faz depois do almoço,

[00:25:34] falando sobre coisas que a gente vê no judiciário.

[00:25:36] Estavam discutindo sobre viagens em velocidade maior que a da luz e sobre extraterrestres, está em anos 50.

[00:25:42] Bom, eles estavam discutindo, ele e mais os dois físicos.

[00:25:46] Pergunta do Fermi depois de um certo tempo que o pessoal começou a falar sobre isso é

[00:25:50] onde estão eles?

[00:25:52] Ele estava assumindo que deveria existir um número finito de civilizações que poderiam ter capacidade tecnológica de fazer contato.

[00:26:00] Ele pensava isso porque naquela época eu já sabia que a idade do universo era de dezenas de bilhões de anos

[00:26:05] e a extensão também.

[00:26:07] Com a cabeça analítica do Fermi, ele achava que era possível com esse tempo e com essa imensidão do universo,

[00:26:14] conhecendo na época, haver a possibilidade de existir civilizações que pudessem fazer contato de maneira,

[00:26:21] usando tecnologias que a gente conhece, através de ondas de rádio, etc.

[00:26:25] E ele fez essa pergunta.

[00:26:27] O primeiro cara que também é uma lenda, que respondeu de ato a essa pergunta do Fermi foi o Léo Ziller,

[00:26:33] que é um húngaro, que também trabalhou com o Fermi.

[00:26:36] Um colega do Fermi já lá na Colômbia, no reator, ele disse que, respondeu ao Fermi,

[00:26:41] não, eles estão aí, eles se chamam de húngaros.

[00:26:45] Porque lá no projeto Manhattan existe uma série de imigrados húngaros.

[00:26:51] E os húngaros têm várias características não usuais no leste europeu e que o próprio Léo Ziller

[00:26:59] se consideravam eles extraterrestres, principalmente marcianos.

[00:27:02] Eu conheci a história, mas como tendo sido o Von Neumann.

[00:27:06] Mas isso é o paradoxo, no sentido que deveria ter uma probabilidade razoável, razoavelmente grande,

[00:27:13] de existir civilizações que tinham capacidade de fazer contato, mas não há evidência.

[00:27:18] E nesse sentido é um paradoxo.

[00:27:20] O tema do paradoxo de Fermi é atual ainda.

[00:27:24] Volta e meia saem artigos, pessoas discutindo possibilidades,

[00:27:29] porque a gente não enxerga, apesar de muita gente achar que a gente sim observa, infelizmente.

[00:27:35] Embora eu realmente gostaria de estar vivo na época do primeiro contato.

[00:27:40] Infelizmente isso ainda não aconteceu.

[00:27:44] Mas isso acho que é tema para um episódio inteiro só para discutir o paradoxo.

[00:27:49] Por exemplo, a equação de Drake, que é um problema de Fermi.

[00:27:51] Como é que você estima o número de civilizações?

[00:27:54] Para os próprios fatores que entram na equação de Drake, desde a formulação pelo Frank Drake,

[00:27:59] eles vêm sendo refinados.

[00:28:01] E cada vez a gente conhece mais sobre os últimos fatores.

[00:28:05] Agora, por exemplo, que a gente passou dos mil planetas, dos exoplanetas,

[00:28:11] então a gente já consegue ter uma estimativa bem melhor de quantos planetas existem

[00:28:15] e aí, bom, depois quantos desses planetas estariam na região…

[00:28:20] Mas a primeira estimativa do próprio Drake, da equação de Drake 61,

[00:28:24] era 2.3, a primeira estimativa dele.

[00:28:26] Pois acho que o Sagan fez, acho que nos anos 70, uma estimativa que foi para 1.

[00:28:30] Sendo que esse 1, uma das possibilidades é que somos nós mesmos.

[00:28:35] Mas esse é o último fator?

[00:28:36] É, esse é o último.

[00:28:38] Só trocando um pouquinho de assunto, quando você falava do Chicago, que foi a primeira ficção,

[00:28:43] me ocorreu aqui talvez a influência que tem a realidade na ficção,

[00:28:48] no sentido de que 10, 15 anos atrás teve um filme, que é mais ou menos conhecido,

[00:28:54] com o Morgan Freeman, que é Neil Reeves, que eles fazem a primeira fusão nuclear

[00:28:58] que explode, que é sabotado pelo governo por causa das capacidades de energia.

[00:29:01] E onde é que é feita essa fusão nuclear?

[00:29:03] A primeira, Chicago.

[00:29:05] Tem toda uma outra, a gente não discutiu aqui o Teller, o Teller era outro tema,

[00:29:08] que o Teller era o pai da bomba de hidrogênio, ou seja, da fusão para fins nucleares.

[00:29:13] Porque as bombas de Los Alamos são bombas a princípio de ficção, usando urânio e plutônio.

[00:29:20] Então a ideia era, a energia gerada, havia a ficção.

[00:29:23] O Teller, que estava trabalhando com eles, fez toda uma política de investimento na bomba de fusão.

[00:29:31] E conseguiu isso, houve a detonação da bomba de fusão.

[00:29:35] Então o Teller é outra figura, e de assim, prática, polêmica, que também…

[00:29:40] Alguns até dizem que o doctor daquele filme do Kubrick, como é que é o doctor?

[00:29:46] Doctor Strange Love.

[00:29:48] Doctor Strange Love tem características do Teller.

[00:29:51] Também merece um programa a parte.

[00:29:53] Só para deixar uma nota, existe um filme, um filme italiano, se chama Irragazzi di via Panisperna,

[00:30:00] que conta um pouco esse período do Fermi, antes de ir para os Estados Unidos,

[00:30:04] quando o Instituto de Física de Roma não era dentro da La Sapienza, como é hoje,

[00:30:09] ele era na via Panisperna, então conta a história do Fermi e seu grupo.

[00:30:14] Tem vários personagens que a gente não mencionou, o Majorana,

[00:30:18] que tem toda uma história de mistério por trás dele, que sumiu de repente.

[00:30:23] Então esse foi o Fronteiras da Ciência, hoje a gente discutiu um pouquinho do trabalho e da vida do Enrico Fermi.

[00:30:30] Estiveram presentes hoje o Magno Machado, aqui do Instituto de Física da Urix,

[00:30:34] a Fernanda Steffens, do Desis Oitan, em Berlim,

[00:30:37] e eu, Jéfer Sorenson, do Instituto de Física da Urix.

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