Stanisław Ulam. Fot. Wikipedia, zbiory Los Alamos National Laboratory.
40 lat temu, 13 maja 1984 r. zmarł Stanisław Ulam, przedstawiciel lwowskiej szkoły matematycznej, genialny naukowiec, współtwórca bomby atomowej i wodorowej. Jego myśli i ustalenia do dziś inspirują – nie tylko innych badaczy. Ostatnio nazwisko Polaka i jego pomysł z lat czterdziestych – jądrowy napęd pulsacyjny – zostały przywołane w hicie Netflixa „Problem trzech ciał”, którego fabuła odnosi się do jednej z najważniejszych teorii naukowych XX w.
Rok 1943. Matematyk Stanisław Ulam wraz z żoną przestąpili próg Los Alamos National Laboratory. Na miejscu wydano im przepustki. „Uśmiechnięta pani w średnim wieku poprosiła mnie o wypełnienie kilku formularzy. Pokręciła korbą prymitywnej maszynki na biurku i otrzymaliśmy kartki, które były naszymi przepustkami do ośrodka […]. Cała scena, jakby żywcem wyjęta z angielskiej opowieści szpiegowskiej, przypomniała mi moją dawną, chłopięcą fascynację takimi historiami” – pisał w swoich wspomnieniach „Przygody matematyka”.
Kilka miesięcy wcześniej rozpoczął się projekt Manhattan – supertajny, amerykański, rządowy program badawczy, którego celem było uzyskanie energii jądrowej i wykorzystanie jej do produkcji broni nowego typu. Jej głównym celem miało być osiągnięcie przewagi militarnej podczas II wojny światowej. Całością prac kierował amerykański fizyk Robert Oppenheimer, który zgromadził wokół siebie najwybitniejszych naukowców XX w. – wśród nich wielu noblistów lub przyszłych noblistów.
Miasto zmiecione z powierzchni Ziemi
Rodzina Ulamów, oczekująca na narodziny pierwszego dziecka, wprowadziła się do niewielkiego parterowego domku z drewna. Niedługo potem Polak spotkał się z pozostałymi naukowcami i dopiero wtedy, po raz pierwszy, dowiedział się, że będzie brał udział w konstruowaniu broni najpotężniejszej w dziejach świata. „Na tablicy znajdowały się okropnie długie wzory, które mnie odstraszały. Zobaczywszy te skomplikowane obliczenia, oniemiałem, bałem się, że nigdy nie będę w stanie niczego tu dokonać” – przyznawał.
Był najmłodszym uczestnikiem spotkań naukowców w kawiarni „Szkockiej”, gdzie – nie tylko przy kawie – rozprawiano nad kolejnymi dylematami matematyczno-fizycznymi.
Ulam znalazł się w zespole prowadzącym statystyczne badania rozgałęziania i powielania neuronów. Wspólnie z Davidem Hawkinsem napisał raport, który – jak twierdził sam Ulam – miał „pewne zastosowania praktyczne i związek z problemem zapoczątkowania detonacji bomby przez niewielką liczbę neutronów”. „Zagadnienie to było również badane przez Stana Frankla i Richarda Feynmana, w bardziej techniczny i klasyczny sposób. Nasz raport można by uważać za początek nowej teorii, znanej później jako teoria procesów gałązkowych (czyli multiplikatywnych), która jest poddziedziną rachunku prawdopodobieństwa” – wyjaśniał.
Huta szkła, fabryka radioodbiorników, popularna lwowska cukiernia, czyli nieznane międzywojenne Kresy
Po latach do Ulama dotarł Olgierd Bernatowicz, reporter z Polski, i zadał mu pytanie, czy pracownicy projektu Manhattan zdawali sobie sprawę z tego, jak niszczycielską siłę „ofiarowują” ludziom? Matematyk odparł: „Kiedy dowiedziałem się o Hiroszimie i zobaczyłem fotografie zniszczeń, pierwszym uczuciem było zdziwienie. Nagle w moim mózgu dokonał się niezwykły skrót myślowy: cyfry, wypisane białą kredą na czarnej tablicy, i natychmiast potem miasto zmiecione z powierzchni Ziemi”.
Równocześnie Ulam uznawał energię atomową za coś całkowicie wyjątkowego i wartego dalszych pogłębionych badań. Po wojnie wspólnie z Edwardem Tellerem skonstruował kolejną broń masowej zagłady – bombę wodorową. Podczas testu nowej superbomby w 1952 r. całkowicie zniknęła wyspa Elugelab. Krater miał szerokość 1,9 kilometra i głębokość niemal 50 metrów. Siła eksplozji była 700 razy większa niż w Hiroszimie, a energia wybuchu równa zdetonowaniu 10,4 miliona ton trotylu. „W przeciwieństwie do tych ludzi, którzy zawsze gwałtownie sprzeciwiali się bombie z powodów politycznych, moralnych lub społecznych, ja sam nigdy nie wątpiłem w sens pracy czysto teoretycznej. Nie uważałem, że obliczenia dotyczące zjawisk fizycznych mogą być niemoralne” – twierdził polski naukowiec. „Bez rachunku różniczkowego nie mogłaby istnieć cała współczesna technika. Czy w związku z tym rachunek różniczkowy jest zły?” – dodawał.
Zmienić bieg ludzkich spraw
Stanisław Ulam urodził się 13 kwietnia 1909 r. we Lwowie w żydowskiej, spolonizowanej rodzinie. Po ukończeniu gimnazjum rozpoczął studia na Wydziale Ogólnym Politechniki Lwowskiej, z niemal wszystkich egzaminów otrzymał najwyższe oceny. Pewna do dziś powtarzana anegdota o Ulamie głosi, że pracę magisterską napisał w nocy… w ciągu sześciu godzin. Rok później obronił doktorat na podstawie rozprawy „O teorii miary w ogólnej teorii mnogości”, która, jak wspominał jego profesor – Kazimierz Kuratowski – „zwróciła uwagę świata naukowego”. Sam Ulam, „dzięki dużej chłonności i komunikatywności” zaczął blisko współpracować z innymi profesorami lwowskimi. Był najmłodszym uczestnikiem spotkań naukowców w kawiarni „Szkockiej”, gdzie – nie tylko przy kawie – rozprawiano nad kolejnymi dylematami matematyczno-fizycznymi.
„Wciąż jest dla mnie źródłem nieustającego zdziwienia, że kilka znaków nagryzmolonych na tablicy lub na kartce papieru może zmienić bieg ludzkich spraw” – mawiał.
W 1934 r. Ulam odbył podróż naukową po Europie – odwiedził Zurych, Paryż, Wiedeń i Cambridge. Rok później otrzymał zaproszenie na Uniwersytet w Princeton w Stanach Zjednoczonych, gdzie zaprzyjaźnił się z wybitnym naukowcem Johnem von Neumannem i miał okazję poznać Alberta Einsteina. Polak wykładał też w Harvardzie i Brown University. Ponieważ zyskiwał coraz większe uznanie w kręgach naukowców amerykańskich, postanowił pozostać na stałe w USA.
120 lat temu urodził się twórca bomby atomowej Robert Oppenheimer. „Był zagadką, dla jednych kryptokomunistą, dla drugich męczennikiem”
Po wybuchu II wojny światowej Ulam – od 1941 r. obywatel amerykański – zgłosił się na ochotnika do wojska. Zamierzał służyć w lotnictwie, ale z powodu słabego wzroku nie został przyjęty. W 1943 r. otrzymał enigmatyczny list. Jego nadawcą był von Neumann, który zaproponował Polakowi tajne spotkanie na dworcu kolejowym w Chicago. „Pojechałem tam i spotkałem się z Johnnym. Towarzyszyło mu dwóch mężczyzn o wyglądzie »goryli«. Stanowili jego ochronę. Zrobiło to na mnie spore wrażenie. Doszedłem do wniosku, że skoro Johnny dostąpił takiego wyróżnienia, to musi być ważną osobistością. Jeden z tych ludzi odszedł załatwić coś w sprawie swojego biletu na pociąg, a my w tym czasie rozmawialiśmy” – wspominał.
W 1943 r. otrzymał enigmatyczny list. Jego nadawcą był von Neumann, który zaproponował Polakowi tajne spotkanie na dworcu kolejowym w Chicago.
Podczas rozmowy Ulam, mimochodem, użył sformułowania „efekt autokatalityczny”. „Na to Johnny wyraźnie drgnął, a wyraz jego twarzy stał się jakiś dziwny. Dopiero później dowiedziałem się, że słowo »autokatalityczny« było używane w związku z planami konstrukcji bomby atomowej”. W takich okolicznościach naukowiec ze Lwowa został przyjęty do projektu Manhattan.
Kennedy, wyprawa na Księżyc i Monte Carlo
Praca ośrodku badań jądrowych w Los Alamos stanowiła najbardziej twórczy etap w życiu Ulama. „Stan nie tylko związał się z przemysłem wojennym, lecz także znalazł się wśród najinteligentniejszych ludzi na świecie. Pobudzało to jego wyobraźnię, a on pobudzał wyobraźnię innych” – mówił przyjaciel polskiego naukowca, profesor Marek Kac.
Pracując w ośrodku Los Alamos Ulam, stworzył m.in. metodę zwaną Monte Carlo. Polega ona – w dużym uproszczeniu – na rozwiązywaniu dwóch rodzajów zadań dotyczących zjawisk losowych i stanowi doskonałe narzędzie w modelowaniu matematycznym procesów tak złożonych, że nie można przewidzieć ich wyników za pomocą podejścia analitycznego. Pomysł narodził się w głowie matematyka podczas… stawiania pasjansa. „Zauważyłem, że znacznie praktyczniejszym sposobem oceniania prawdopodobieństwa ułożenia pasjansa […] jest wykładanie kart, czyli eksperymentowanie z tym procesem i po prostu zapisywanie procentu wygranych, niż próba obliczenia wszystkich możliwości kombinatorycznych, których liczba rośnie wykładniczo i jest tak wielka, że pominąwszy najprostsze przypadki, jej oszacowanie jest niemożliwe” – tłumaczył.
Dziś metoda opracowana przez Polaka jest powszechnie wykorzystywana w doskonaleniu technologii komputerowych, a także w biznesie, zwłaszcza w projektach do zarządzania ryzykiem.
W kolejnych latach Ulam wymyślił balistyczny sposób sterowania rakietami, opracował metodę napędu do rakiet kosmicznych, a nawet – jak sam utrzymywał – zaproponował prezydentowi Johnowi Kennedy’emu program wypraw na Księżyc. Polak wszedł w skład komitetu naukowego, doradzającego prezydentowi. Swoją radą wspierał także NASA i Siły Powietrzne USA.
„Genialni” - opowieść o polskich matematykach ze Lwowa
W 1975 r. przeszedł na emeryturę i zamieszkał w Santa Fe, ale wciąż gościnnie wykładał na uczelniach amerykańskich i europejskich. „Raz obserwowałam go podczas cyklu wykładów. Mówił w swój zwykły, Ulamowy sposób. Skacząc z tematu na temat jak konik polny, ukazywał grupie studentów świat nauki, którego nie mogliby zrozumieć na podstawie innych, bardziej prozaicznych prezentacji: garść faktów z teorii mnogości, anegdoty z czasów, kiedy sam dopiero zaczynał interesować się matematyką, krótkie opowieści z Los Alamos, wspomnienia o von Neumannie, uwagi o bombie i o współczesnej technice, myśli o Gödlu i znaczeniu jego twierdzeń o nierozstrzygalności – wspominała żona Françoise Ulam. – „Chodził w kółko, teatralnie patrzył na zegarek, zawsze znajdując le mot juste w swobodnym strumieniu świadomości. Nigdy nie wygłaszał banałów i z wielką łatwością zasiewał ziarno w umysłach swoich słuchaczy”.
13 maja 1984 r. po powrocie z Londynu Stanisław Ulam niespodziewanie zemdlał i zmarł. Miał siedemdziesiąt pięć lat.
Dr Jan Hlebowicz (IPN Gdańsk)
Źródło: Muzeum Historii Polski
