Stanisław Ulam – matematyk wśród gwiazdy i atomów
Dziecko, które rodzi się w rodzinie o wyraziście określonych preferencjach zawodowych, często ma już w kołysce wybraną drogę życiową. Nie inaczej było ze Stanisławem Ulamem, tyle tylko, że on miał własny pomysł na karierę i zamiast adwokatem, został matematykiem. Zapatrzony od najmłodszych lat w gwiazdy, celował wysoko – jako dojrzały badacz zaangażował się w projekty wojskowe i to te najbardziej strzeżone przez amerykańską armię. Dlatego też wiele z matematycznych osiągnięć Ulama, tak jak i wiele fascynujących go ciał niebieskich, czeka jeszcze na odkrycie.
Matematyk pośród gwiazd
Stanisław Ulam urodził się w 1909 roku w zasymilowanej rodzinie żydowskiej. Nic nie wskazywało na to, że Stanisław zostanie wybitnym matematykiem. Jego dziadek ze strony ojca był architektem, budowniczym m.in. Politechniki Lwowskiej, natomiast ojciec Józef Ulam był znanym we Lwowie adwokatem. Ojciec miał nadzieję, że syn przejmie po nim dobrze prosperującą kancelarię. Mały Stanisław jednak wolał patrzeć w gwiazdy i czytać fascynujące powieści Juliusza Verne’a. Był chodzącym w chmurach marzycielem. Uwielbiał matematykę. W dzieciństwie bardzo często jego rodzina zmieniała miejsce pobytu, w związku z czym, chłopiec uczył się u prywatnych nauczycieli. Ulamowie wrócili do Lwowa pod koniec 1918 roku. Stanisław miał jedenaście lat, gdy postanowił, że zostanie astronomem. Znał na pamięć nazwy gwiazdozbiorów oraz poszczególnych gwiazd, ich jasność i odległość od Ziemi.
Studia i podróż na Zachód
W 1927 roku Ulam zdał maturę. Rozpoczął studia na Wydziale Ogólnym Politechniki Lwowskiej, jednak poziom nauczania mocno go rozczarował. Na szczęście Stanisławem zaopiekował się wówczas Kazimierz Kuratowski, matematyk, który pomógł mu przenieść się na Wydział Mechaniczny, tam też Ulam poznał Stanisława Mazura. Ostatecznie studia skończył jako matematyk, broniąc w 1933 roku doktorat. Praca została wydana przez wydawnictwo Ossolineum. Już w czasie studiów stał się ważną postacią w bardzo prężnym środowisku lwowskich matematyków, do którego należeli m.in. Stefan Banach, Hugo Steinhaus, Stanisław Mazur i wielu innych.
Po zakończeniu studiów, nie mając – ze względu na pochodzenie– większych możliwości na podjęcie pracy dydaktycznej, wyruszył w podróż do Europy Zachodniej. Odwiedził ważne ośrodki akademickie w Szwajcarii, Francji (Uniwersytet Paryski) i Anglii (Uniwersytet Cambridge). Wszędzie zdobywał sławę jako doskonały i oryginalny matematyk. W 1935 Ulam otrzymał zaproszenie do Princeton University w Stanach Zjednoczonych, które przyjął. W tym okresie zaprzyjaźnił się z von Neumannem i spotkał z Einsteinem. Po rocznym pobycie dostał propozycję dołączenia do organizacji Society of Fellows i pracy na Uniwersytecie Harvarda. Skorzystał z niej, a po upływie trzech lat, w 1941 roku przyjął posadę profesora na Uniwersytecie Stanowym w Wisconsin. Tam też ożenił się z Françoise Aron, stypendystką z Francji studiującą literaturę angielską.
W 1941 roku ukazał się jego artykuł w „The Annals of Mathematics”. Ulam uważał to za jedno ze swoich najważniejszych osiągnięć. Mimo, iż od połowy lat trzydziestych przebywał w USA, bardzo był zainteresowany sytuacją w Polsce. Na bieżąco śledził przebieg wojny, czytając gazety i słuchając radia. Gdy tylko w 1943 roku otrzymał obywatelstwo amerykańskie, zgłosił się do Sił Powietrznych USA, chcąc w ten sposób włączyć się w działania obronne. Jednak jego kandydatura została odrzucona ze względu na wadę wzroku.
Projekt Manhattan
W 1943 roku napisał do von Neumanna z pytaniem o możliwość pracy na rzecz armii. Otrzymał list z propozycją przyłączenia się do „bliżej nieokreślonego projektu, w którego ramach wykonywano różne ważne prace, a fizyka miała mieć coś wspólnego z wnętrzem gwiazd”.
Pensja była niewiele większa od wynagrodzenia na uniwersytecie, ale wypłacana przez 12 miesięcy, a projekt intrygujący, więc Ulam wyraził zgodę. Ta decyzja rozpoczęła najważniejszy i najbardziej twórczy okres w życiu Stanisława Ulama. Pracował w ramach projektu Manhattan w ośrodku badań jądrowych w Los Alamos i zajmował się tam m.in. statystyką powielania neutronów. Badania jego zespołu dały podstawy nowej teorii procesów gałązkowych. Z kilkoma przerwami, w czasie których przyjmował zaproszenia do wygłoszenia wykładów w najbardziej prestiżowych amerykańskich uczelniach, związany był z tym ośrodkiem od 1943 do 1967 roku, współpracując z wybitnymi uczonymi – byli wśród nich John von Neumann, Enrico Fermi, George Gamow, Richard Feynman, Robert Oppenheimer.
Choroba
W 1945 roku znalazł pracę na Uniwersytecie Południowej Kalifornii (USC) w Los Angeles i zamieszkał z rodziną na wyspie Balboa. Kiedy pewnego dnia wracał przeziębiony z konferencji matematycznej w Chicago, poczuł silny ból głowy. Po wizycie lekarza i zastrzyku z morfiny mógł normalnie funkcjonować, wygłosił nawet wykład. Jednak następnej nocy ból powrócił, a jego mowa stała się nieskładna. Lekarze zabrali Ulama do szpitala, gdzie nastąpił atak o podłożu mózgowym, który był dla Ulama "jednym z najbardziej wstrząsających doświadczeń”. Stanisław oceniał swoje szanse przeżycia „na mniej niż jeden do dwóch”, wyraźnie odczuwał skutki afazji. Kiedy żona przybyła do szpitala, wymiotował, następnie stracił przytomność. Był poddawany przez kilka dni badaniom, lekarze ostatecznie przeprowadzili operację, podejrzewając u pacjenta guza. Zdaniem Ulama decyzja chirurga uratowała mu życie, gdyż zmniejszyła ciśnienie panujące w jego mózgu. Przez kilka dni przebywał w śpiączce pooperacyjnej. Diagnozą był „rodzaj wirusowego zapalenia mózgu”. Ulam wspomina, że lekarz zapytał go, ile to jest trzynaście dodać osiem – pytanie to wprawiło go w takie zdumienie, że nie odpowiedział nic, tylko potrząsnął głową. Zapytany, ile to jest pierwiastek kwadratowy z dwudziestu, odpowiedział, że około czterech i czterech dziesiątych, co rozbawiło doktora. Po kilku tygodniach mógł opuścić szpital. Jego stan wywołał zaniepokojenie wśród osób odpowiedzialnych za tajność projektu Manhattan. Obawiano się, że z powodu kłopotów z pamięcią mógł zdradzić tajemnice związane z pracą nad wykorzystaniem atomu. Zastanawiano się również, czy jego choroba nie była skutkiem napromieniowania.
Jaśniej niż tysiąc słońc
Po wyleczeniu powrócił do laboratorium i podjął dalszą pracę nad przygotowywaniem bomb atomowych. Nie czuł z tego powodu wyrzutów sumienia. Skupiał się tylko na naukowej stronie tego zagadnienia. Nie wierzył w ideę Paktu Atlantyckiego, uważał ją tylko za chwyt propagandowy, widział zatem konieczność dalszych zbrojeń. Należał do grupy opracowującej teorię konstrukcji bomby wodorowej. Stosując swoje nowatorskie metody matematyczne, dowiódł, że koncepcja obrana przez kierownika projektu była błędna, a następnie zaproponował własne rozwiązanie, które doprowadziło przedsięwzięcie do sukcesu. U podłoża sporu leżało przekonanie Tellera, że grupa pracująca nad superbombą, bagatelizuje jego uwagi i pomysły. Ulam rozdrażniony zawziętością swojego kolegi, zadecydował, że należy w tej sytuacji przeprowadzić obliczenia, które zweryfikują poprawność przedstawionej przez niego koncepcji zapłonu. Pierwsze szacunki dawały Tellerowi 50 proc. szans na potwierdzenie tezy. Trzeba je było zatem uściślić. „Zaczęliśmy pracować od czterech do sześciu godzin dziennie z suwakiem logarytmicznym, ołówkiem i kartką papieru". W projekt zaangażowani byli Cornelius Everett, matematyk z Uniwersytetu Wisconsin oraz żona Ulama. Żmudnych obliczeń dokonywała na podręcznym kalkulatorze. Podobne kalkulacje przeprowadzano w tym samymczasie w Princeton, tyle że z użyciem komputera MANIAC. Mimo ograniczonych zasobów, grupa pod kierunkiem Ulama przedstawiła swoje wyniki kilka miesięcy wcześniej. Były zgodne z przewidywaniami: koncepcja Tellera okazała się absolutnie nietrafiona. Schemat tej bomby nosi nazwę Tellera-Ulama od nazwisk jej twórców, węgierskiego fizyka Edwarda Tellera i Stanisława Ulama. Dokumenty z tamtego okresu są ciągle utajnione więc wkład Ulama w ogólne dzieło pozostaje małoznany. Stanisław zapewniał żonę, że „bomba wodorowa, jeśli nie zdarzy się żaden wypadek, uczyni wojnę niemożliwą”.
Pożegnanie
Po zakończeniu pracy w Los Alamos objął posadę dziekana Wydziału Matematyki na Uniwersytecie Kolorado, pozostając jednocześnie konsultantem rządowym. 14 września 1976 został odznaczony przez władze RP na uchodźstwie Krzyżem Komandorskim z Gwiazdą Orderu Odrodzenia Polski.
Ulam był autorem i współautorem około 150 publikacji naukowych.
Zmarł nagle na zawał serca 13 maja 1984 roku w Santa Fe. Żona pochowała go na cmentarzu Montparnasse w Paryżu, gdzie lubił wypoczywać podczas urlopów.
Wybrane publikacje:
• Collection of Mathematical Problems
• Sets, Numbers and Universes
• Mathematic and Logic
• The Scottish Book: A Collection of Problems
• Adventures of a Mathematician – biografia, Berkeley, Kalifornia 1976 (polskie wydanie: Przygody matematyka, Warszawa1996)
• Sets, Numbers, Universes [MIT Press, 1974]
• Science, Computers and People [Birkhäuser, Boston 1986]
• Analogies Between Analogies [University of California Press, 1990]
• From Cardinals to Chaos [Cambridge University Press, 1989]
Bibliografia
• https://en.wikipedia.org/wiki/Stanislaw_Ulamz dnia 31.07.2018
• http://wyborcza.pl/1,75400,20594169,sylwetka-stanislaw-ulam-1909-1984-matematyk-jadrowy.html?disable Redi-rects=true z dnia 31.07.2018
• http://www.newsweek.pl/swiat/piekny-umysl-rodem-z-pol-ski,25188,1,1.html z dnia 31.07.2018
• Hugo Steinhaus, Wspomnienia i zapiski. Wyd. 2002 Atut
• Stanisław Ulam, Przygody Matematyka. Wyd. 1996 Prószyński i S-ka
• Mariusz Urbanek, Genialni/ Lwowska szkołą matematyczna. Wyd. Iskry 2014