چگونه مسائل دشوار را با شیوه « انریکو فرمی » حل کنیم؟

 فرمی سال ۱۹۳۸ موفق به دریافت جایزه نوبل فیزیک به خاطر کارهایش در مورد پژوهش‌های رادیواکتیویشد. وی یکی از بزرگ‌ترین فیزیکدانان هسته‌ای قرن بیستم به‌شمار می‌رود.

فرمی تابستان ۱۹۴۴ به همراه خانواده‌اش به لاس آلاموس در نیومکزیکو رفت و به عنوان مشاور روبرت اوپنهایمر نقش به سزایی در ساخت و اختراع بمب اتمی داشت. وی تا روزهای آخر عمر خود در ایلینوی سکونت داشت و کرسی استادی دانشگاه شیکاگو را نیز بر عهده داشت.

بعد از دریافت جایزه نوبل سال ۱۹۳۸، او همچنین موفق به کسب مدال ماکس پلانک در سال ۱۹۵۴ شد.

در صبح یک روز دوشنبه در ژوئیه ۱۹۴۵، نخستین بمب اتمی جهان، در صحرای نیومکزیکو (در ایالات متحده) منفجر شد. چهل ثانیه بعدی موج ضربه‌ای حاصل از انفجار، به پایگاهی رسید که دانشمندان در آن در انتظار فرساینده‌ای به سر می‌بردند. نخستین کسی که به خود جنبید، فیزیکدان ایتالیایی – آمریکایی، انریکو فرمی بود.

پیش از این، فرمی صفحه‌ای از دفتر یادداشت خود را ریز ریز کرده بود و همین که نخستین ارتعاش موج ضربه را حس کرد، تکه‌های کاغذ را بالای سر خود ریخت. تکه‌های کاغذ پراکنده شدند و در حدود ۲٫۵ متر پشت سرش به زمین افتادند. فرمی پس از محاسبه‌ای ذهنی، اعلام کرد که انرژی بمب، برابر انفجار ۱۰۰۰ تن TNT بوده است. ابزارهای پیشرفته و پیچیده‌ای که چند هفته به تجزیه و تحلیل سرعت و فشار موج مشغول بودند، گفته فرمی را که بر اساس محاسبه و برآوردی فوری گفته شده بود، تایید کردند.

فرمی، احتمالا با اندازه‌گیری سرعتی که هوا به تاثیر از انفجار نخستین بمب اتمی پیدا کرده بود، مقدار انرژی پراکنده شده در جو را تخمین زد. او با دانستن اینکه یک تن TNT چه مقدار انرژی آزاد می کند، مجموع انرژی آزاد شده بر اثر انفجار بمب اتمی را به دست آورد.

گروهی که درباره بمب کار می کرد تحت تإثیر قرار گرفت، ولی شگفت‌زده نشد. جهان دانش، از نبوغ فرمی آگاهی داشت. او در سال ۱۹۳۸ جایزه نوبل را برده بود. چهار سال بعد، نخستین واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای مهار شده، زیر نظر او عملی شد و این، پیش درآمد و سرآغاز عصر اتم بود. پس از مرگ فرمی در سال ۱۹۵۴، هیچ فیزیکدان دیگری نتوانسته است که در یک زمان، هم در کارهای تجربی و هم در حوزه کارهای نظری، چون او استاد و پیشتاز باشد.

شیوه فرمی

فرمی، مانند همه دانشمندان برجسته، اسلوبی متمایز و مشخص داشت. او برای دست یافتن به پاسخ، به جای استفاده از راههای روشنفکرانه و پر زرق و برق، مستقیم‌ترین راه را ترجیح می‌داد. هنر و برتری فرمی در این بود که مسائل مشکل را به اجرای کوچک و قابل حل تقسیم می‌کرد، شیوه‌ای که همه ما می‌توانیم در زندگی روزمره خود به کار بگیریم.

فرمی، برای اینکه چنین استعدادی را در شاگردان خود پرورش دهد نوعی از سؤال را مطرح می کرد که اکنون به مسئله فرمی شهرت دارد. با شنیدن نخستین نمونه از این سؤال‌ها، شما کوچکترین تصوری از پاسخ ندارید و درمی‌یابید که برای حل آن مسئله، اطلاعات بسیار کمی هم در اختیارتان قرار گرفته است. ولی هنگامی که مسئله به چند مسئله فرعی تقسیم شود که هر کدام از آنها، بدون کمک گرفتن از متخصصان با مراجعه به کتاب، قابل حل هستند به راه حل درست و کامل، بسیار نزدیک خواهید شد.

محیط زمین را پیدا کنیم

فرض کنید که می‌خواهید بدون جستجو در کتاب‌ها محیط زمین را پیدا کنید. می دانیم که لوس آنجلس (در غرب ایالات متحده) و نیویورک (در شرق آن کشور) حدود ۴۸۵۰ کیلومتر فاصله دارند و اختلاف زمان میان آن دو، ۳ ساعت است. ۳ ساعت، یک هشتم شبانه روز است، یک شبانه‌روز، زمانی است که زمین، یک بار به دور خود می چرخد. بنابراین، محیط آن، هشت برابر ۴۸۵۰ کیلومتر یعنی حدود ۳۸۸۰۰ کیلومتر است. پاسخی که پیدا کرده‌ایم، تفاوتی اندک با اندازه واقعی دارد. اندازه واقعی، ۴۰۰۵۳ کیلومتر است، و این یعنی فقط ۴ درصد اختلاف.

تعداد کسانی که پیانو کوک می‌کنند

در شهر شیکاگو چند نفر هستند که کارشان کوک کردن پیانو است؟ این سؤال دور از ذهن و عجیب و غریب را، فرمی در یکی از کلاس‌های خود در دانشگاه شیکاگو مطرح کرد. یکی از راههای رسیدن به پاسخ این است:

اگر شیکاگو ۳ میلیون نفر جمعیت داشته باشد و هر خانواده از ۴ نفر تشکیل شود و یک سوم از خانواده‌ها پیانو داشته باشند، مجموعا ۲۵۰ هزار پیانو در شهر شیکاگو هست. اگر هر پیانو در هر ۵ سال، یک بار کوک شود، در هر سال ۵۰۰۰۰ پیانو کوک می‌شود. اگر هر کوک‌کنندهٔ پیانو در هر روز بتواند ۴ پیانو را کوک کند و در هر سال ۲۵۰ روز کار کند، می‌تواند ۱۰۰۰ پیانو را در سال کوک کند. بدین ترتیب، در حدود ۵۰ نفر که کارشان کوک کردن پیانو است، در شهر شیکاگو به سر می‌برند. این پاسخ، البته دقیق نیست و این تعداد ممکن است، حداقل به ۲۵ و حداکثر به ۱۰۰ نفر برسد. ولی همان طور که کتاب راهنمای خدمات شهر شیکاگو نشان می دهد، همان عدد ۵۰، دقیقا درست است!

نیت و منظور فرمی این بود که نشان دهد ما می توانیم فرض‌هایی بکنیم و به برآوردهای نسبتا دقیقی هم برسیم. علت این است که، در هر دسته و مجموعه از محاسبات، خطاها معمولا همدیگر را حذف می‌کنند. مثلا، اگر کسی فرض کند که در شهر شیکاگو یک خانواده از شش خانواده (به جای یک خانواده از سه خانواده) مالک یک دستگاه پیانو است، احتمال بسیاردارد که فرض کنید که هر پیانو، به جای هر پنج سال یک بار، هر ۵٫۲ سال یک بار کوک می شود. چون فرض‌های نادرست معمولا همدیگر را حذف می کنند، نتایجی که به دست می آید، به عدد درست و واقعی، نزدیک خواهد بود.

فکر و ذهن خود را به کار بیندازید

سوال‌های مربوط به بمب اتمی و کوک‌کنندگان پیانو، چندان عمومیت ندارند، ولی روال و شیوه پاسخ دادن به آنها مشابه است و همین شیوه را می توان برای پاسخ دادن به سوال‌های مربوط به زندگی روزمره به کار برد. اگر مسئله‌ای را با کسی که راحت‌طلب و بی‌جرأت است مطرح کنید، چه در مورد آشپزی و تعمیر اتوموبیل باشد و چه درباره روابط شخصی، او برای پاسخگویی معمولا به منبعی موثق (مثلا، کتاب‌های مرجع، رؤسا، مشاوران، پزشکان) مراجعه می کند. در حالی که استقلال ذهن و فکر، ما را به اندوخته‌ای که خود از عقل سلیم و دانش واقعی داریم و همیشه همراهمان است، و به سوی طرح فرضهای خردمندانه و استخراج راه حلهای تقریبا درست رهنمون می‌شود. همین روح استقلال و اتکای به نفس است که انریکو فرمی، با طرح سؤال‌های غیر متعارف خود، در صدد آموختن و القای آن بود.

نمونه‌ای دیگر

کوتاه کردن چمن‌های خانه‌ای که به فکر خریدنش هستید، چقدر طول می کشد؟ اگر ابعاد زمین چمن را با قدم اندازه بگیرید (طول هر قدم حدود ۳۰ سانتیمتر) مثلا معلوم می‌شود که طول و عرض آن، ۱۰۰ × ۱۵۰ قدم است. ماشین چمن‌زنی این خانه، به نظر می رسد که ۲ قدم پهنا دارد. ولی با توجه به قسمت‌هایی که ماشین چمن‌زنی دوباره از روی آنها عبور می کند، فرض می‌کنیم که این ماشین به اندازه یک قدم از چمن را کوتاه می‌کند. مساحت زمین که چمن آن باید زده شود، ۱۵۰۰۰ قدم است. یک مایل، تقریبا ۵۰۰۰ قدم است. بدین ترتیب، ماشین چمن زنی باید ۳ مایل، یا حدود ۴۸۰۰ متر، راه بپیماید. کسی که باید ماشین چمن زنی را حرکت دهد، در هر ساعت می تواند ۲ مایل حرکت کند. پس کوتاه کردن چمن‌ها، ۱٫۵ ساعت وقت می‌خواهد. این برآورد، که خام و سردستی است، می تواند مبنایی برای به کار گرفتن یک کارگر و پرداخت دستمزد به او باشد.

زندگی غنی و پرمایه

ارزش بهره‌گیری از شیوهٔ انریکو فرمی برای یافتن راه حل مسائل روزمره، در این است که بدون یاری گرفتن از دیگران، به کشفیات و ابداعاتی می‌انجامد. مهم نیست که کشف شما به اهمیت تعیین قدرت انفجار یک بمب اتمی باشد یا به بی‌اهمیتی پیدا کردن هزینه یا زمان لازم برای کوتاه کردن چمن‌های یک خانه. جستجوی در کتاب‌ها با کمک گرفتن از دیگران برای یافتن پاسخ یک مسئله، لذت و غروری را که با خلاقیت و نوآوری همراه است، از شما می‌گیرد و شما رااز تجربه‌ای که اعتماد به نفس به همراه می‌آورد، محروم می‌کند.

منبع:یک پزشک