Stanisława Ulama
Stanisław Ulam | |
|---|---|
 Stanisław Ulam
| |
| Urodzić się |
Stanisława Marcina Ulama
13 kwietnia 1909 |
| Zmarł | 13 maja 1984 (w wieku 75)
Santa Fe, Nowy Meksyk , USA
|
| Obywatelstwo | Polska, Stany Zjednoczone (naturalizowany w 1941 r.) |
| Edukacja | Politechnika Lwowska II RP |
| Znany z |
Sformułowania matematyczne w dziedzinie fizyki , informatyki i biologii Projekt Tellera-Ulama Metoda Monte Carlo Problem Fermiego-Pasty-Ulama-Tsingou Jądrowy napęd impulsowy |
| Kariera naukowa | |
| Pola | Matematyka |
| Instytucje |
Instytut Studiów Zaawansowanych Uniwersytet Harvarda Uniwersytet Wisconsin Los Alamos Narodowe Laboratorium Uniwersytet Kolorado Uniwersytet Florydy |
| Doradca doktorski |
Kazimierz Kuratowski Włodzimierz Stożek |
| Doktoranci | Paweł Kelly |
Stanisław Marcin Ulam ( [sta'ɲiswaf 'mart͡ɕin 'ulam] ; 13 kwietnia 1909 - 13 maja 1984) był polskim naukowcem zajmującym się matematyką i fizyką jądrową . Brał udział w Projekcie Manhattan , zapoczątkował projekt broni termojądrowej Tellera-Ulama , odkrył koncepcję automatu komórkowego , wynalazł metodę obliczeń Monte Carlo i zasugerował jądrowy napęd impulsowy . W matematyce czystej i stosowanej , udowodnił kilka twierdzeń i zaproponował kilka przypuszczeń.
Pochodzący z zamożnej polskiej rodziny żydowskiej, Ulam studiował matematykę na Politechnice Lwowskiej , gdzie w 1933 roku pod kierunkiem Kazimierza Kuratowskiego i Włodzimierza Stożka uzyskał stopień doktora . W 1935 roku John von Neumann , którego Ulam poznał w Warszawie, zaprosił go na kilka miesięcy do Institute for Advanced Study w Princeton w stanie New Jersey . Od 1936 do 1939 spędzał wakacje w Polsce i lata akademickie na Uniwersytecie Harvarda w Cambridge, Massachusetts , gdzie pracował nad ustaleniem ważnych wyników dotyczących teorii ergodycznej . 20 sierpnia 1939 po raz ostatni popłynął do Stanów Zjednoczonych ze swoim 17-letnim bratem Adamem Ulamem . Został adiunktem na Uniwersytecie Wisconsin-Madison w 1940 r., A obywatelem Stanów Zjednoczonych w 1941 r.
W październiku 1943 roku otrzymał zaproszenie od Hansa Bethe do przyłączenia się do Projektu Manhattan w tajnym laboratorium Los Alamos w Nowym Meksyku. Tam pracował nad hydrodynamicznymi , aby przewidzieć zachowanie wybuchowych soczewek , które były potrzebne broni typu implozyjnego . Został przydzielony do Edwarda Tellera , gdzie pracował nad bombą „Super” Tellera dla Tellera i Enrico Fermich . Po wojnie wyjechał, aby zostać profesorem nadzwyczajnym na Uniwersytecie Południowej Kalifornii , ale wrócił do Los Alamos w 1946 r., aby pracować nad bronią termojądrową . Z pomocą kadry kobiet „ komputerów ”, w tym jego żony Françoise Aron Ulam , [ potrzebne źródło ] odkrył, że „super” projekt Tellera był niewykonalny. W styczniu 1951 roku Ulam i Teller opracowali projekt Teller-Ulam , który stał się podstawą całej broni termojądrowej.
Ulam rozważał problem jądrowego napędu rakiet, do którego dążył Projekt Rover , i zaproponował, jako alternatywę dla jądrowej rakiety termicznej Rovera , wykorzystanie małych eksplozji jądrowych do napędu, co stało się Projektem Orion . Wraz z Fermim, Johnem Pastą i Mary Tsingou Ulam badał problem Fermi – Pasta – Ulama – Tsingou , która stała się inspiracją dla dziedziny nauk nielinearnych. Prawdopodobnie najbardziej znany jest z tego, że zdał sobie sprawę, że komputery elektroniczne umożliwiły praktyczne zastosowanie metod statystycznych do funkcji bez znanych rozwiązań, a wraz z rozwojem komputerów metoda Monte Carlo stała się powszechnym i standardowym podejściem do wielu problemów.
Polska
Ulam urodził się 13 kwietnia 1909 roku we Lwowie w Galicji . W tym czasie Galicja znajdowała się w Królestwie Galicji i Lodomerii Cesarstwa Austro-Węgierskiego , które było znane Polakom jako zabór austriacki . W 1918 roku weszło w skład odrodzonej Polski, II RP , a miasto ponownie przyjęło polską nazwę Lwów .
Ulamowie byli zamożną polską żydowską rodziną bankierów, przemysłowców i innych profesjonalistów. Najbliższa rodzina Ulama była „zamożna, ale mało bogata”. Jego ojciec, Józef Ulam, urodził się we Lwowie i był prawnikiem, a matka Anna (z domu Auerbach) urodziła się w Stryju . Jego wujek, Michał Ulam, był architektem, wykonawcą robót budowlanych i przemysłowcem drzewnym. Od 1916 do 1918 rodzina Józefa mieszkała przejściowo w Wiedniu . Po ich powrocie Lwów stał się epicentrum wojny polsko-ukraińskiej , podczas której miasto przeżyło ukraińskie oblężenie .
W 1919 r. Ulam wstąpił do lwowskiego Gimnazjum Nr. VII, którą ukończył w 1927 r. Następnie studiował matematykę na Politechnice Lwowskiej. Pod kierunkiem Kazimierza Kuratowskiego uzyskał tytuł magistra sztuki w 1932 r., a doktora habilitowanego w 1933 r. W wieku 20 lat, w 1929 r., opublikował w czasopiśmie Fundamenta Mathematicae swoją pierwszą pracę dotyczącą funkcji zbiorów . Od 1931 do 1935 podróżował i studiował w Wilnie (Wilno), Wiedniu , Zurychu , Paryżu i Cambridge w Anglii , gdzie poznał GH Hardy'ego i Subrahmanyana Chandrasekhara .
Wraz ze Stanisławem Mazurem , Markiem Kacem , Włodzimierzem Stożkiem , Kuratowskim i innymi Ulam był członkiem lwowskiej Szkoły Matematycznej . Jej założycielami byli Hugo Steinhaus i Stefan Banach , profesorowie Uniwersytetu Jana Kazimierza . Matematycy tej „szkoły” spotykali się na długie godziny w Scottish Café , gdzie omawiane przez nich problemy zostały zebrane w Scottish Book , gruby zeszyt podarowany przez żonę Banacha. Ulam był głównym współautorem tej książki. Ze 193 problemów zarejestrowanych w latach 1935-1941 napisał 40 problemów jako jeden autor, kolejne 11 z Banachem i Mazurem, a dodatkowe 15 z innymi. W 1957 r. otrzymał od Steinhausa ocalały z wojny egzemplarz książki i przetłumaczył ją na język angielski. W 1981 roku przyjaciel Ulama, R. Daniel Mauldin, opublikował rozszerzoną wersję z komentarzami.
Przeprowadź się do Stanów Zjednoczonych
W 1935 roku John von Neumann , którego Ulam poznał w Warszawie, zaprosił go na kilka miesięcy do Institute for Advanced Study w Princeton w stanie New Jersey . W grudniu tego roku Ulam popłynął do USA. W Princeton chodził na wykłady i seminaria, gdzie słuchał Oswalda Veblena , Jamesa Alexandra i Alberta Einsteina . Podczas podwieczorku w domu von Neumanna spotkał GD Birkhoffa , który zasugerował mu ubieganie się o stanowisko w Harvard Society of Fellows . Idąc za sugestią Birkhoffa, Ulam spędzał wakacje w Polsce i lata akademickie na Uniwersytecie Harvarda w Cambridge w stanie Massachusetts od 1936 do 1939, gdzie pracował z Johnem C. Oxtobym nad ustaleniem wyników dotyczących teorii ergodycznej . Ukazały się one w Annals of Mathematics w 1941 r. W 1938 r. zmarła na raka matka Stanisława, Anna Hanna Ulam z domu Auerbach.
20 sierpnia 1939 r. w Gdyni Józef Ulam wraz z bratem Szymonem wsadzili swoich dwóch synów Stanisława i 17-letniego Adama na statek płynący do Stanów Zjednoczonych. Jedenaście dni później Niemcy napadli na Polskę . W ciągu dwóch miesięcy Niemcy zakończyli okupację zachodniej Polski, a Sowieci najechali i zajęli wschodnią Polskę. W ciągu dwóch lat Józef Ulam i reszta jego rodziny, w tym siostra Stanisława Stefania Ulam, padli ofiarą Holokaustu , ukrywał się Hugo Steinhaus , Kazimierz Kuratowski wykładał na konspiracyjnym uniwersytecie w Warszawie, Włodzimierz Stożek i jego dwaj synowie zginęli w masakrze lwowskich profesorów , a ostatni problem został odnotowany w Księdze Szkockiej . Stefan Banach przeżył okupację hitlerowską, karmiąc wszy w instytucie badań nad tyfusem plamistym Rudolfa Weigla . W 1963 roku Adam Ulam , który został wybitnym kremlinologiem na Harvardzie otrzymał list od Jerzego Wolskiego, który ukrywał się w domu Józefa Ulama po dezercji z wojska polskiego. To wspomnienie dało mrożący krew w żyłach opis chaotycznych scen Lwowa pod koniec 1939 roku. W późniejszym życiu Ulam określał siebie jako „agnostyka. Czasami głęboko rozmyślam nad siłami, które są dla mnie niewidzialne. natychmiast czuje się wyobcowany przez okropności tego świata, który wydaje się tolerować”.
W 1940 roku, po rekomendacji Birkhoffa, Ulam został adiunktem na Uniwersytecie Wisconsin-Madison . Tutaj został obywatelem Stanów Zjednoczonych w 1941 roku. W tym samym roku poślubił Françoise Aron . Była francuską studentką z wymiany w Mount Holyoke College , którą poznał w Cambridge. Mieli jedną córkę Claire. W Madison Ulam spotkał swojego przyjaciela i współpracownika CJ Everetta, z którym współpracował przy wielu artykułach.
Projekt Manhattan
Na początku 1943 roku Ulam poprosił von Neumanna o znalezienie mu pracy wojennej. W październiku otrzymał zaproszenie do niezidentyfikowanego projektu w pobliżu Santa Fe w Nowym Meksyku . List został podpisany przez Hansa Bethe , który został mianowany liderem działu teoretycznego Los Alamos National Laboratory przez Roberta Oppenheimera , jego dyrektora naukowego. Nie wiedząc nic o okolicy, pożyczył przewodnik po Nowym Meksyku. Na karcie kasowej znalazł nazwiska swoich kolegów z Wisconsin, Joan Hinton , David Frisch i Josepha McKibbena, z których wszyscy zniknęli w tajemniczy sposób. To było wprowadzenie Ulama do Projektu Manhattan , który był amerykańskim wysiłkiem wojennym mającym na celu stworzenie bomby atomowej.
Obliczenia hydrodynamiczne implozji
Kilka tygodni po tym, jak Ulam dotarł do Los Alamos w lutym 1944 roku, projekt przeżył kryzys. W kwietniu Emilio Segrè odkrył, że pluton wytwarzany w reaktorach nie będzie działał w broni plutonowej typu pistolet, takiej jak „ Thin Man ”, nad którą pracowano równolegle z bronią uranową „ Little Boy ”, zrzuconą na Hiroszimę . Ten problem groził zmarnowaniem ogromnej inwestycji w nowe reaktory w zakładzie w Hanford oraz uczynić powolną separację izotopów uranu jedynym sposobem przygotowania materiału rozszczepialnego odpowiedniego do użycia w bombach. Aby odpowiedzieć, Oppenheimer przeprowadził w sierpniu gruntowną reorganizację laboratorium, aby skupić się na opracowaniu broni typu implozji i mianował George'a Kistiakowsky'ego szefem działu implozji. Był profesorem na Harvardzie i ekspertem od precyzyjnego użycia materiałów wybuchowych.
Podstawową koncepcją implozji jest użycie chemicznych materiałów wybuchowych do zmiażdżenia kawałka materiału rozszczepialnego do masy krytycznej , gdzie multiplikacja neutronów prowadzi do jądrowej reakcji łańcuchowej , uwalniając dużą ilość energii. Cylindryczne konfiguracje implozyjne były badane przez Setha Neddermeyera , ale von Neumann, który miał doświadczenie z ładunkami kształtowymi używanymi w amunicji przeciwpancernej , był głośnym orędownikiem implozji sferycznej napędzanej wybuchowymi soczewkami . Zdał sobie sprawę, że symetria i prędkość, z jaką implozja ściskała pluton, były krytycznymi kwestiami, i zwrócił się do Ulama o pomoc w zaprojektowaniu konfiguracji soczewek, które zapewniłyby implozję niemal sferyczną. Podczas implozji, z powodu ogromnych ciśnień i wysokich temperatur, materiały stałe zachowują się podobnie jak płyny. Oznaczało to, że hydrodynamiczne , aby przewidzieć i zminimalizować asymetrie, które mogłyby zepsuć detonację jądrową. O tych obliczeniach Ulam powiedział:
Problem hydrodynamiczny został postawiony prosto, ale bardzo trudny do obliczenia – nie tylko w szczegółach, ale nawet w rzędzie wielkości. W tej dyskusji podkreśliłem czysty pragmatyzm i konieczność uzyskania heurystycznego przeglądu problemu za pomocą prostej, brutalnej siły, a nie masywnej pracy numerycznej.
Niemniej jednak, mając dostępne wówczas prymitywne urządzenia, Ulam i von Neumann przeprowadzili obliczenia numeryczne, które doprowadziły do zadowalającego projektu. To zmotywowało ich do popierania potężnych możliwości obliczeniowych w Los Alamos, które rozpoczęły się w latach wojny, były kontynuowane podczas zimnej wojny i nadal istnieją. Otto Frisch zapamiętał Ulama jako „genialnego polskiego topologa z uroczą francuską żoną. Od razu powiedział mi, że jest czystym matematykiem, który upadł tak nisko, że jego najnowsza praca zawierała liczby z przecinkiem!”
Statystyka procesów rozgałęziających i multiplikatywnych
Nawet nieodłączne statystyczne fluktuacje mnożenia neutronów w reakcji łańcuchowej mają wpływ na szybkość implozji i symetrię. W listopadzie 1944 roku David Hawkins i Ulam zajęli się tym problemem w raporcie zatytułowanym „Teoria procesów multiplikatywnych”. Ten raport, który odwołuje się do funkcji generujących prawdopodobieństwo , jest również wczesnym wpisem w obszernej literaturze dotyczącej statystyki procesów rozgałęziających i multiplikatywnych. W 1948 roku jej zakres rozszerzyli Ulam i Everett.
Na początku projektu Manhattan uwaga Enrico Fermiego koncentrowała się na wykorzystaniu reaktorów do produkcji plutonu. We wrześniu 1944 roku przybył do Los Alamos, krótko po tym, jak tchnął życie w pierwszy reaktor Hanforda , który został zatruty izotopem ksenonu . Wkrótce po przybyciu Fermiego bombowa „Super” Tellera , której częścią był Ulam, została przeniesiona do nowej dywizji kierowanej przez Fermiego. Fermi i Ulam stworzyli związek, który stał się bardzo owocny po wojnie.
Powojenne Los Alamos
We wrześniu 1945 roku Ulam opuścił Los Alamos, aby zostać profesorem nadzwyczajnym na Uniwersytecie Południowej Kalifornii w Los Angeles . W styczniu 1946 roku dostał ostrego ataku zapalenia mózgu , który zagrażał jego życiu, ale został złagodzony dzięki pilnej operacji mózgu. W czasie jego rekonwalescencji odwiedziło go wielu przyjaciół, w tym Nicholas Metropolis z Los Alamos i słynny matematyk Paul Erdős , który zauważył: „Stan, jesteś taki jak wcześniej”. To było budujące, ponieważ Ulam był zaniepokojony stanem swoich zdolności umysłowych, gdyż w czasie kryzysu stracił zdolność mówienia. Inny przyjaciel, Gian-Carlo Rota , stwierdził w artykule z 1987 roku, że atak zmienił osobowość Ulama: potem odwrócił się od ścisłej czystej matematyki do bardziej spekulatywnych przypuszczeń dotyczących zastosowania matematyki w fizyce i biologii ; Rota cytuje również byłego współpracownika Ulama, Paula Steina, który zauważył, że Ulam był później niechlujny w swoim ubraniu, a John Oxtoby zauważył, że Ulam przed zapaleniem mózgu mógł pracować godzinami, wykonując obliczenia, podczas gdy Rota pracował z nim, niechętnie rozwiązywał nawet równanie kwadratowe. Twierdzenia tego nie zaakceptowała Françoise Aron Ulam .
Pod koniec kwietnia 1946 roku Ulam wyzdrowiał na tyle, by wziąć udział w tajnej konferencji w Los Alamos w celu omówienia broni termojądrowej . Wśród obecnych byli Ulam, von Neumann, Metropolis, Teller, Stan Frankel i inni. Przez cały czas jego udziału w Projekcie Manhattan, wysiłki Tellera były ukierunkowane na opracowanie „super” broni opartej na fuzji jądrowej , a nie w kierunku opracowania praktycznej bomby atomowej. Po obszernej dyskusji uczestnicy doszli do konsensusu, że jego pomysły są warte dalszej eksploracji. Kilka tygodni później Ulam otrzymał ofertę pracy w Los Alamos od Metropolis i Roberta D. Richtmyera , nowego szefa jej działu teoretycznego, za wyższą pensję i Ulamowie wrócili do Los Alamos.
Metoda Monte Carlo
Pod koniec wojny, pod patronatem von Neumanna, Frankel i Metropolis rozpoczęli obliczenia na pierwszym elektronicznym komputerze ogólnego przeznaczenia, ENIAC, na poligonie w Aberdeen w stanie Maryland. Wkrótce po powrocie do Los Alamos Ulam wziął udział w przeglądzie wyników tych obliczeń. Wcześniej, podczas gry w pasjansa podczas rekonwalescencji po operacji Ulam myślał o rozegraniu setek meczów, aby statystycznie oszacować prawdopodobieństwo pomyślnego wyniku. Mając na uwadze ENIAC, zdał sobie sprawę, że dostępność komputerów sprawia, że takie metody statystyczne są bardzo praktyczne. John von Neumann od razu dostrzegł znaczenie tego spostrzeżenia. W marcu 1947 zaproponował statystyczne podejście do problemu dyfuzji neutronów w materiale rozszczepialnym. Ponieważ Ulam często wspominał o swoim wuju, Michale Ulamie, „który po prostu musiał jechać do Monte Carlo”, aby uprawiać hazard, Metropolis nazwał podejście statystyczne „Metodą Monte Carlo „. Metropolis i Ulam opublikowali pierwszy jawny artykuł na temat metody Monte Carlo w 1949 roku.
Fermi, dowiedziawszy się o przełomie Ulama, wynalazł analogowy komputer znany jako wózek Monte Carlo , nazwany później FERMIAC . Urządzenie przeprowadziło mechaniczną symulację losowej dyfuzji neutronów. Gdy komputery poprawiły się pod względem szybkości i programowalności, metody te stały się bardziej przydatne. W szczególności wiele obliczeń Monte Carlo przeprowadzonych na nowoczesnych superkomputerach masowo równoległych to żenująco równoległe aplikacje, których wyniki mogą być bardzo dokładne.
Projekt Tellera-Ulama
29 sierpnia 1949 roku Związek Radziecki przetestował swoją pierwszą bombę rozszczepialną, RDS-1 . Stworzona pod nadzorem Ławrientija Berii , który starał się zduplikować amerykańskie wysiłki, ta broń była prawie identyczna z Grubasem , ponieważ jej konstrukcja została oparta na informacjach dostarczonych przez szpiegów Klausa Fuchsa , Theodore'a Halla i Davida Greenglassa . W odpowiedzi 31 stycznia 1950 r. Prezydent Harry S. Truman ogłosił program awaryjny mający na celu opracowanie bomby termojądrowej.
Aby popierać agresywny program rozwoju, Ernest Lawrence i Luis Alvarez przybyli do Los Alamos, gdzie naradzali się z Norrisem Bradburym , dyrektorem laboratorium, oraz z George'em Gamowem , Edwardem Tellerem i Ulamem. Wkrótce ci trzej zostali członkami krótkotrwałego komitetu powołanego przez Bradbury'ego do zbadania problemu, którego przewodniczącym był Teller. W tym czasie prowadzone są badania nad wykorzystaniem broni rozszczepialnej do wywołania reakcji syntezy jądrowej trwała od 1942 roku, ale projekt był nadal zasadniczo tym, który pierwotnie zaproponował Teller. Jego koncepcja polegała na umieszczeniu trytu i/lub deuteru w bliskiej odległości od bomby rozszczepialnej, z nadzieją, że ciepło i intensywny strumień neutronów uwolnionych podczas eksplozji bomby zainicjują samopodtrzymującą się reakcję syntezy jądrowej . Reakcje tych izotopów wodoru są interesujące, ponieważ energia na jednostkę masy paliwa uwolnionego w wyniku ich syntezy jest znacznie większa niż w przypadku rozszczepienia ciężkich jąder.
Ponieważ wyniki obliczeń opartych na koncepcji Tellera były zniechęcające, wielu naukowców uważało, że nie może to doprowadzić do udanej broni , podczas gdy inni mieli moralne i ekonomiczne podstawy, aby nie kontynuować. W rezultacie kilku starszych ludzi z Projektu Manhattan sprzeciwiło się rozwojowi, w tym Bethe i Oppenheimer. Aby wyjaśnić sytuację, Ulam i von Neumann postanowili przeprowadzić nowe obliczenia, aby ustalić, czy podejście Tellera jest wykonalne. Do przeprowadzenia tych badań von Neumann zdecydował się wykorzystać komputery elektroniczne: ENIAC w Aberdeen, nowy komputer MANIAC , w Princeton, i jego bliźniak, który był w budowie w Los Alamos. Ulam zwerbował Everetta, by zastosował zupełnie inne podejście, oparte na fizycznej intuicji. Françoise Ulam była jedną z [ potrzebne źródło ] kadry kobiecych „ komputerów ”, które przeprowadzały pracochłonne i obszerne obliczenia scenariuszy termojądrowych na mechanicznych kalkulatorach , uzupełnione i potwierdzone przez suwak logarytmiczny Everetta . Ulam i Fermi współpracowali przy dalszej analizie tych scenariuszy. Wyniki pokazały, że w możliwych do zastosowania konfiguracjach reakcja termojądrowa nie zapali się, a jeśli dojdzie do zapłonu, nie będzie samopodtrzymująca się. Ulam wykorzystał swoje doświadczenie w kombinatoryce do analizy reakcji łańcuchowej w deuterze, która była znacznie bardziej skomplikowana niż w uranie i plutonie, i doszedł do wniosku, że żadna samopodtrzymująca się reakcja łańcuchowa nie miałaby miejsca przy (niskich) gęstościach, które miał Teller rozważając. Pod koniec 1950 r. wnioski te potwierdziły wyniki von Neumanna.
W styczniu 1951 roku Ulam wpadł na inny pomysł: skierować wstrząs mechaniczny wybuchu jądrowego tak, aby skompresować paliwo termojądrowe. Na polecenie swojej żony Ulam przedyskutował ten pomysł z Bradburym i Markiem, zanim powiedział o tym Tellerowi. Niemal natychmiast Teller dostrzegł jego zalety, ale zauważył, że miękkie promienie rentgenowskie z bomby rozszczepialnej skompresowałyby paliwo termojądrowe silniej niż wstrząs mechaniczny i zasugerował sposoby wzmocnienia tego efektu. 9 marca 1951 r. Teller i Ulam przedstawili wspólny raport opisujący te innowacje. Kilka tygodni później Teller zasugerował umieszczenie materiału rozszczepialnego pręt lub cylinder w środku paliwa fuzyjnego. Detonacja tej „świecy zapłonowej” pomogłaby zainicjować i wzmocnić reakcję syntezy jądrowej. Projekt oparty na tych pomysłach, zwany etapową implozją radiacyjną, stał się standardowym sposobem budowy broni termojądrowej. Jest często opisywany jako „ projekt Tellera – Ulama ”.
We wrześniu 1951 roku, po serii nieporozumień z Bradburym i innymi naukowcami, Teller zrezygnował z Los Alamos i wrócił na University of Chicago. Mniej więcej w tym samym czasie Ulam udał się na semestralny urlop jako profesor wizytujący na Harvardzie. Chociaż Teller i Ulam złożyli wspólny raport na temat swojego projektu i wspólnie złożyli wniosek o patent na niego, wkrótce wdali się w spór o to, kto zasłużył na uznanie. Po wojnie Bethe wróciła na Cornell University , ale był głęboko zaangażowany w rozwój broni termojądrowej jako konsultant. W 1954 roku napisał artykuł o historii bomby wodorowej, w którym przedstawił swoją opinię, że obaj mężczyźni przyczynili się bardzo znacząco do przełomu. Ten zrównoważony pogląd podzielają inni zaangażowani, w tym Mark i Fermi, ale Teller uparcie próbował bagatelizować rolę Ulama. „Po zrobieniu bomby wodorowej” – wspomina Bethe – „reporterzy zaczęli nazywać Tellera ojcem bomby wodorowej. Myślę, że ze względu na historię bardziej precyzyjnie byłoby powiedzieć, że ojcem jest Ulam, ponieważ dostarczył nasienie, a Teller jest matką, bo został z dzieckiem. Jeśli chodzi o mnie, to chyba jestem położną”.
Po potwierdzeniu podstawowych reakcji syntezy jądrowej i posiadaniu wykonalnego projektu nic nie stało na przeszkodzie, aby Los Alamos przetestował urządzenie termojądrowe. 1 listopada 1952 roku nastąpiła pierwsza eksplozja termojądrowa, kiedy Ivy Mike został zdetonowany na atolu Enewetak , w obrębie US Pacific Proving Grounds . To urządzenie, które wykorzystywało ciekły deuter jako paliwo fuzyjne, było ogromne i całkowicie bezużyteczne jako broń. Niemniej jednak jego sukces potwierdził projekt Tellera-Ulama i pobudził intensywny rozwój praktycznej broni.
Problem Fermiego – Pasty – Ulama – Tsingou
Kiedy Ulam wrócił do Los Alamos, jego uwaga odwróciła się od projektowania broni i skupiła się na wykorzystaniu komputerów do badania problemów z fizyki i matematyki. Wraz z Johnem Pastą , który pomógł Metropolis wprowadzić MANIAC do sieci w marcu 1952 r., Zbadał te idee w raporcie „Heuristic Studies in Problems of Mathematical Physics on High Speed Computing Machines”, który został przesłany 9 czerwca 1953 r. Potraktował kilka problemów których nie można rozwiązać w ramach tradycyjnych metod analitycznych: falowanie płynów, ruch obrotowy w układach grawitacyjnych, linie sił magnetycznych i niestabilności hydrodynamiczne.
Wkrótce Pasta i Ulam zdobyli doświadczenie w obliczeniach elektronicznych na MANIACu i do tego czasu Enrico Fermi przyzwyczaił się do rutyny spędzania lat akademickich na Uniwersytecie w Chicago i wakacji w Los Alamos. Podczas tych letnich wizyt Pasta, Ulam i Mary Tsingou , programista z grupy MANIAC, dołączył do niego, aby zbadać odmianę klasycznego problemu sznurka mas utrzymywanych razem przez sprężyny, które wywierają siły liniowo proporcjonalne do ich wychylenia z równowagi. Fermi zaproponował dodanie do tej siły składnika nieliniowego, który można wybrać tak, aby był proporcjonalny do kwadratu lub sześcianu przemieszczenia lub do bardziej skomplikowanej funkcji „łamanej liniowej”. Dodatek ten jest kluczowym elementem problemu Fermiego – Pasty – Ulama – Tsingou , często oznaczanego skrótem FPUT.
Klasyczny system sprężynowy można opisać za pomocą modów wibracyjnych, które są analogiczne do harmonicznych występujących na naciągniętej strunie skrzypiec. Jeśli system uruchamia się w określonym trybie, wibracje w innych trybach nie powstają. W przypadku składnika nieliniowego Fermi spodziewał się, że energia w jednym trybie będzie stopniowo przechodzić do innych modów i ostatecznie zostanie równo rozłożona na wszystkie modi. Tak mniej więcej zaczęło się dziać wkrótce po zainicjowaniu systemu z całą swoją energią w najniższym trybie, ale znacznie później zasadniczo cała energia okresowo pojawiała się ponownie w najniższym trybie. To zachowanie bardzo różni się od oczekiwanego ekwipartycji energii . Pozostał tajemniczy do 1965 roku, kiedy to Kruskal i Zabusky wykazali, że po odpowiednich przekształceniach matematycznych układ można opisać równaniem Kortewega-de Vriesa , które jest prototypem nieliniowych równań różniczkowych cząstkowych mających rozwiązania solitonowe . Oznacza to, że zachowanie FPUT można zrozumieć w kategoriach solitonów.
Napęd jądrowy
Począwszy od 1955 roku Ulam i Frederick Reines rozważali jądrowy napęd samolotów i rakiet. Jest to atrakcyjna możliwość, ponieważ energia jądrowa na jednostkę masy paliwa jest milion razy większa niż energia dostępna z chemikaliów. Od 1955 do 1972 roku ich pomysły były realizowane w ramach projektu Rover , który badał wykorzystanie reaktorów jądrowych do napędzania rakiet. W odpowiedzi na pytanie senatora Johna O. Pastore na przesłuchaniu komisji kongresowej w sprawie „Napędu kosmicznego za pomocą energii jądrowej” 22 stycznia 1958 r. Ulam odpowiedział, że „przyszłość całej ludzkości jest teraz w pewnym stopniu nieuchronnie związana z wyjściem poza glob”.
Ulam i CJ Everett zaproponowali również, w przeciwieństwie do ciągłego ogrzewania spalin rakietowych Rovera , wykorzystanie małych eksplozji jądrowych do napędu. Projekt Orion był studium tego pomysłu. Zaczęło się w 1958 r., a zakończyło w 1965 r., po tym, jak traktat o częściowym zakazie prób jądrowych z 1963 r. zakazał prób broni jądrowej w atmosferze i przestrzeni kosmicznej. Pracami nad tym projektem kierował fizyk Freeman Dyson , który skomentował decyzję o zakończeniu Oriona w swoim artykule „Śmierć projektu”.
Bradbury wyznaczył Ulama i Johna H. Manleya na doradców badawczych dyrektora laboratorium w 1957 roku. Te nowo utworzone stanowiska znajdowały się na tym samym szczeblu administracyjnym, co liderzy działów, a Ulam piastował je do przejścia na emeryturę z Los Alamos. Na tym stanowisku był w stanie wpływać i kierować programami w wielu działach: teoretycznym, fizycznym, chemicznym, metalurgicznym, zbrojeniowym, zdrowotnym, Rover i innych.
Oprócz tych działań Ulam nadal publikował raporty techniczne i artykuły naukowe. Jeden z nich wprowadził model Fermiego – Ulama , rozszerzenie teorii Fermiego dotyczącej przyspieszenia promieni kosmicznych . Inny, z Paulem Steinem i Mary Tsingou , zatytułowany „Transformacje kwadratowe”, był wczesnym badaniem teorii chaosu i jest uważany za pierwsze opublikowane użycie wyrażenia „ zachowanie chaotyczne ”.
Wróć do środowiska akademickiego
Podczas swoich lat w Los Alamos, Ulam był profesorem wizytującym na Harvardzie od 1951 do 1952, MIT od 1956 do 1957, University of California, San Diego , w 1963 i University of Colorado w Boulder od 1961 do 1962 i 1965 do 1967. W 1967 roku ostatnie z tych stanowisk stało się stałe, kiedy Ulam został mianowany profesorem i przewodniczącym Wydziału Matematyki na Uniwersytecie Kolorado. Miał rezydencję w Santa Fe, co ułatwiało mu spędzanie lata w Los Alamos jako konsultant. Był wybrany członkiem Amerykańskiej Akademii Sztuki i Nauki Narodowa Akademia Nauk Stanów Zjednoczonych i Amerykańskie Towarzystwo Filozoficzne .
W Kolorado, gdzie ponownie dołączył do swoich przyjaciół Gamowa, Richtmyera i Hawkinsa, zainteresowania badawcze Ulama skierowały się w stronę biologii . W 1968 roku, uznając ten nacisk, University of Colorado School of Medicine mianował Ulama profesorem biomatematyki i piastował to stanowisko aż do śmierci. Wraz ze swoim kolegą z Los Alamos, Robertem Schrandtem, opublikował raport „Some Elementary Attempts at Numerical Modeling of Problems Concerning Rate of Evolutionary Processes”, w którym zastosował jego wcześniejsze pomysły dotyczące procesów rozgałęzień do ewolucji. Inny raport, z Williamem Beyerem, Temple F. Smith , a ML Stein, zatytułowany „Metrics in Biology”, przedstawił nowe pomysły dotyczące taksonomii numerycznej i odległości ewolucyjnych.
Kiedy w 1975 roku przeszedł na emeryturę z Kolorado, Ulam zaczął spędzać semestry zimowe na University of Florida , gdzie był profesorem naukowym. Z wyjątkiem urlopów naukowych na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis w latach 1982-1983 oraz na Uniwersytecie Rockefellera w latach 1980-1984, ten schemat spędzania lata w Kolorado i Los Alamos oraz zimy na Florydzie trwał aż do śmierci Ulama na zawał serca w Santa Fe. w dniu 13 maja 1984 r. Paul Erdős zauważył, że „zmarł nagle z powodu niewydolności serca, bez strachu i bólu, podczas gdy mógł jeszcze dowodzić i snuć domysły”. W 1987 roku Françoise Ulam zdeponowała swoje dokumenty w Bibliotece Amerykańskiego Towarzystwa Filozoficznego w Filadelfii . Nadal mieszkała w Santa Fe aż do śmierci w 2011 roku, w wieku 93 lat. Zarówno Françoise, jak i jej mąż zostali pochowani wraz z rodziną na cmentarzu Montparnasse w Paryżu.
Wyzwanie dla ekonomii
Alfred Marshall i jego uczniowie dominowali w teorii ekonomii aż do końca II wojny światowej. Wraz z zimną wojną teoria uległa zmianie, podkreślając, że gospodarka rynkowa jest lepszą i jedyną sensowną drogą. W Paulu Samuelsonie „Economics: An Introductory Analysis”, 1948, „niewidzialna ręka” Adama Smitha była tylko przypisem. W późniejszych wydaniach stał się tematem przewodnim. Jak wspomina Samuelson, wszystko to zostało zakwestionowane przez Stanisława Ulama: „[Y]uszach temu… Byłem w Society of Fellows na Harvardzie razem z matematykiem Stanisławem Ulamem. Ulam, który miał stać się pomysłodawcą metody Monte Carlo i współodkrywca bomby wodorowej… drażnił się ze mną, mówiąc: „Wymień mi jedno twierdzenie ze wszystkich nauk społecznych, które jest zarówno prawdziwe, jak i nietrywialne”. To był test, który zawsze oblałem, ale teraz, jakieś trzydzieści lat później... przychodzi mi do głowy właściwa odpowiedź: The Ricardowska teoria przewagi komparatywnej … To, że jest ona logicznie prawdziwa, nie musi być argumentowane przed matematykiem; że nie jest to trywialne, potwierdzają tysiące ważnych i inteligentnych ludzi, którzy nigdy nie byli w stanie sami pojąć tej doktryny ani w nią uwierzyć po tym, jak została im ona wyjaśniona”.
Wpływ i dziedzictwo
Ulam brał udział w tworzeniu bomby wodorowej w ramach projektu nuklearnego Los Alamos Laboratory . Od opublikowania swojej pierwszej pracy jako student w 1929 roku aż do śmierci Ulam nieustannie pisał o matematyce. Lista publikacji Ulama obejmuje ponad 150 artykułów. Tematy reprezentowane przez znaczną liczbę prac to: teoria mnogości (w tym mierzalne kardynały i miary abstrakcyjne ), topologia , teoria transformacji , teoria ergodyczna , teoria grup , algebra rzutowa , teoria liczb , kombinatoryka i teoria grafów . W marcu 2009 r. Mathematical Review zawierała 697 artykułów o nazwisku „Ulam”.
Godne uwagi wyniki tej pracy to:
|
Swoją kluczową rolą w rozwoju broni termojądrowej Stanisław Ulam zmienił świat. Według Françoise Ulam: „Stan zapewniłby mnie, że poza wypadkami bomba wodorowa uniemożliwiła wojnę nuklearną”. W 1980 roku Ulam i jego żona pojawili się w telewizyjnym filmie dokumentalnym The Day After Trinity .
Metoda Monte Carlo stała się wszechobecnym i standardowym podejściem do obliczeń, a metoda ta została zastosowana do ogromnej liczby problemów naukowych. Oprócz problemów z fizyki i matematyki, metoda ta została zastosowana w finansach , naukach społecznych, ocenie ryzyka środowiskowego , językoznawstwie, radioterapii i sporcie.
Fermiego – Pasty – Ulama – Tsingou jest uznawany nie tylko za „narodziny matematyki eksperymentalnej”, ale także za inspirację dla rozległej dziedziny nauki nieliniowej. W swoim wykładzie o nagrodę Lilienfelda David K. Campbell zauważył ten związek i opisał, w jaki sposób FPUT dał początek ideom w chaosie , solitonach i systemach dynamicznych . W 1980 roku Donald Kerr , dyrektor laboratorium w Los Alamos, przy silnym wsparciu Ulama i Marka Kac założył Centrum Badań Nieliniowych (CNLS). W 1985 roku CNLS zainicjowało Stanislaw M. Ulam Distinguished Scholar , który zapewnia coroczną nagrodę umożliwiającą znanemu naukowcowi spędzenie roku na prowadzeniu badań w Los Alamos.
Pięćdziesiąta rocznica oryginalnego artykułu FPUT była tematem marcowego wydania czasopisma Chaos oraz tematem 25. Dorocznej Międzynarodowej Konferencji CNLS. University of Southern Mississippi i University of Florida wspierały Ulam Quarterly , który był aktywny w latach 1992-1996 i który był jednym z pierwszych internetowych czasopism matematycznych. Departament Matematyki Florydy sponsoruje od 1998 r. doroczny wykład Ulama Colloquium , aw marcu 2009 r. konferencję Stulecia im. Ulama .
Prace Ulama nad nieeuklidesowymi metrykami odległości w kontekście biologii molekularnej wniosły znaczący wkład w analizę sekwencji, a jego wkład w biologię teoretyczną uważa się za przełomowy w rozwoju teorii automatów komórkowych , biologii populacji , rozpoznawania wzorców i ogólnie biometrię (David Sankoff zakwestionował jednak wnioski Waltera, pisząc, że Ulam miał tylko niewielki wpływ na wczesny rozwój metod dopasowywania sekwencji). Koledzy zauważyli, że niektóre z jego największych zasług polegały na jasnym identyfikowaniu problemów do rozwiązania i ogólnych technikach ich rozwiązywania.
W 1987 Los Alamos wydał specjalny numer swojej publikacji Science , który podsumował jego osiągnięcia i który ukazał się w 1989 jako książka From Cardinals to Chaos . Podobnie w 1990 roku University of California Press wydało kompilację raportów matematycznych Ulama i jego współpracowników z Los Alamos: Analogies Between Analogies . W trakcie swojej kariery Ulam otrzymał honorowe stopnie naukowe na uniwersytetach w Nowym Meksyku , Wisconsin i Pittsburghu .
W 2021 roku niemiecki reżyser filmowy Thorsten Klein nakręcił filmową adaptację książki Adventures of a Mathematician o życiu Ulama.
Bibliografia
- Kacz, Marek ; Ulam, Stanisław (1968). Matematyka i logika: retrospekcja i perspektywy . Nowy Jork: Praeger. ISBN 978-0-486-67085-0 . OCLC 24847821 .
- Ulam, Stanisław (1974). Beyer, Waszyngton; Mycielski i J.; Rota, G.-C. (red.). Zestawy, liczby i wszechświaty: wybrane prace . Matematycy naszych czasów. Tom. 9. The MIT Press, Cambridge, Massachusetts-Londyn. ISBN 978-0-262-02108-1 . MR 0441664 .
- Ulam, Stanisław (1960). Zbiór problemów matematycznych . Nowy Jork: Wydawcy Interscience. OCLC 526673 .
- Ulam, Stanisław (1983). Przygody matematyka . Nowy Jork: Synowie Charlesa Scribnera. ISBN 978-0-684-14391-0 . OCLC 1528346 . (autobiografia).
- Ulam, Stanisław (1986). Nauka, komputery i ludzie: z drzewa matematyki . Boston: Birkhauser. ISBN 978-3-7643-3276-1 . OCLC 11260216 .
- Ulama, Stanisława; Ulam, Franciszka (1990). Analogie między analogiami: raporty matematyczne SM Ulama i jego współpracowników z Los Alamos . Berkeley: University of California Press. ISBN 978-0-520-05290-1 . OCLC 20318499 .
Zobacz też
- Spis rzeczy nazwanych imieniem Stanisława Ulama
- Film biograficzny o Stanisławie Ulamie na podstawie jego autobiografii, z udziałem Jakuba Gierszala
Linki zewnętrzne
- Wywiad audio 1979 ze Stanislausem Ulamem przeprowadzony przez Martina Sherwina Voices of the Manhattan Project
- 1965 Wywiad audio ze Stanislausem Ulamem przeprowadzony przez Richarda Rhodesa Voices of the Manhattan Project
- „Publikacje Stanisława M. Ulama” (PDF) . Los Alamos Science (wydanie specjalne): 313. 1987. ISSN 0273-7116 . Zarchiwizowane (PDF) od oryginału w dniu 09.10.2022.
- na YouTube - 1976 wykład na Pierwszej Międzynarodowej Konferencji Badawczej Historii Informatyki .
| Międzynarodowy | |
|---|---|
| Krajowy | |
| Akademicy | |
| Ludzie | |
| Inny | |
- 1909 urodzeń
- 1984 zgonów
- Pochowani na cmentarzu Montparnasse
- Automatyści komórkowi
- Wydział Uniwersytetu Harvarda
- żydowscy naukowcy amerykańscy
- żydowscy agnostycy
- żydowscy emigranci z nazistowskich Niemiec do Stanów Zjednoczonych
- żydowscy fizycy
- Żydzi z Galicji (Europa Wschodnia)
- Absolwenci Politechniki Lwowskiej
- Lwowska Szkoła Matematyczna
- Ludzie Projektu Manhattan
- Popularyzatorzy matematyki
- Członkowie Amerykańskiego Towarzystwa Filozoficznego
- Członkowie Narodowej Akademii Nauk Stanów Zjednoczonych
- metodolodzy Monte Carlo
- Ludzie z Los Alamos w Nowym Meksyku
- Ludność Królestwa Galicji i Lodomerii
- polscy agnostycy
- polscy teoretycy mnogości
- Politycy ze Lwowa
- Wydział University of Colorado Boulder
- Wydział University of Colorado Denver
- Wydział Uniwersytetu Florydy
- Wydział Uniwersytetu Wisconsin-Madison