В 1952 году в Лос-Аламосской лаборатории завершилась сборка компьютера MANIAC (Mathematical Analyzer, Numerical Integrator and Computer). Тем летом Энрико Ферми привез в Лос-Аламос огромное количество данных для анализа. Вместе с Николасом Метрополисом он написал доклад, в котором объяснял принцип действия устройства и его результаты, и продолжил в сотрудничестве с ним, фон Нейманом и Уламом изучать применение в MANIAC метода Монте-Карло и других численных методов. Ферми был полон энтузиазма: казалось, что новый компьютер может решить трудности физиков, вызванные большим количеством данных. Как ученый заявил на Рочестерской конференции в 1952 году, компьютеры могли открыть науке новые горизонты:

«Поскольку на каждый подсчет тратится всего пять минут, мы можем изучить задачу с математической точки зрения, слегка изменяя изначальные условия».

Имитационное моделирование заявляло о себе как о третьем пути к познанию после теории и экспериментов. В конце концов, именно это и сделал Ферми со своим FERMIAC: он рисовал моделированные траектории на плоскости в реакторе. В 1950-е годы, при первой же возможности, ускорители частиц были компьютеризированы.

Летом 1951 года в Лос-Аламосской лаборатории Ферми вместе с фон Нейманом изучал физику жидкостей, в частности неустойчивость границ между двумя жидкими средами, например между водой и воздухом, когда более легкое вещество ускоряет более плотное, в результате чего возникает неустойчивость Рэлея — Тейлора (см. рисунок). Это явление было важным для понимания динамики взрывной и водородной бомбы, которая уже разрабатывалась. Исследование неустойчивости жидкостей подвело Ферми к двум интереснейшим областям физики: физике нелинейных систем и астрофизике.

Модель неустойчивости Рэлея — Тейлора между двумя жидкостями, более плотная из которых изначально находится сверху и падает под действием силы тяжести.

В Лос-Аламосе Улам и Ферми обсуждали, для решения каких задач лучше использовать MANIAC. Оба решили, что начать следует с анализа задач нелинейной физики, поскольку в них уравнения не могли быть решены напрямую. Для упрощения расчетов большинство существующих моделей обычно сводились к линейным, хотя природа все же была нелинейной. В то время молодой американский метеоролог Эдвард Лоренц (1917-2008) уже открыл, что атмосферные явления нельзя описать с помощью линейных моделей, хотя только в 1963 году он написал свою знаменитую статью Deterministic Nonperiodic Flow («Детерминированное непериодическое движение»), которая легла в основу современной теории детерминированного хаоса. Согласно этой теории, даже зная уравнения системы, никогда нельзя предсказать результат эксперимента. Сначала Улам и Ферми запрограммировали экспериментальную симуляцию статистической физики и открыли основы поведения различных нелинейных систем. Некоторые из них были простейшими, например движение точек в пространстве. Они выявили требования для получения устойчивых систем, пребывающих в равновесии, и пришли к выводу, который в 1969 году Лоренц назовет эффектом бабочки: незначительное изменение исходных условий системы влечет существенные изменения результата процесса. Улам и Ферми не сформулировали этот вывод в виде принципа, поскольку посчитали, что он объясняется недостаточной точностью программы. Так зарождалась наука о хаосе.

В некоторых приблизительно линейных задачах можно предположить существование квази-состояний.

Ферми о догадках в теории хаоса, неустойчивости и хаотических системах

Также Ферми пристально следил за развитием астрофизики, особенно в том, что касалось космических лучей, а после изучения жидкостей заинтересовался и динамикой газов в космосе. Почему галактики имеют определенную форму? Как электромагнитные и гравитационные поля влияют на галактические и звездные газы? Ферми стал сотрудничать с индийским астрофизиком и математиком Субраманьяном Чандрасекаром. Они были знакомы со времен Манхэттенского проекта: Чандрасекар работал в Чикагском университете с 1937 года. В 1953 году ученые опубликовали в AstrophysicalJournal несколько совместно написанных статей, в которых анализировали магнитное поле в спиральных галактиках и гравитационную нестабильность в присутствии сильных электромагнитных полей звезд. Ферми доказал, что равновесие межзвездного газа напрямую связано с магнитным полем галактики, а также является причиной космического излучения, над которой он столько думал.

По рекомендации Чандрасекара 28 августа 1953 года Ферми стал первым неастрономом, выступившим на заседании Американского астрономического общества. Из-за большого интереса, который он питал к астрофизике, ученые, не колеблясь, назвали космический гамма-телескоп, запущенный на орбиту в 2008 году, телескопом Ферми.

В начале 1953 года Ферми был избран президентом Американского физического общества. У него был огромный авторитет, на его лекциях собиралось все больше и больше слушателей, на его курсы в Чикагском университете ходило множество студентов, которых он восхищал своими ораторскими способностями; его авторитет ученого был велик во всем мире. Но в конце того же года глава ФБР Эдгар Гувер с подачи Уильяма Бордена, члена комитета американского конгресса по атомной энергии, обвинил Оппенгеймера в том, что тот угрожает безопасности страны. Президент Эйзенхауэр потребовал, чтобы ученый подал в отставку, на что тот ответил отказом и потребовал официального расследования. Деятельность Оппенгеймера была приостановлена. Процесс начался 13 апреля 1954 года. Неделю спустя Ферми выступил как свидетель в защиту Оппенгеймера. Одним из обвинений в адрес ученого было то, что он не поддерживал расширение арсенала ядерного оружия, и заявление Ферми очень помогло ему:

«На тот момент я считал, что нужно запретить супербомбу до того, как она будет создана. Я подумал, что с помощью международного договора будет проще запретить то, что еще не существует».

Процесс был очень неприятен и для Ферми, и для всех ученых Лос-Аламосской лаборатории. Теллер резко выступил против Оппенгеймера, а остальные пытались хранить нейтралитет, хотя на самом деле большинство поддерживало ученого и также осознавало опасность ядерного оружия. В итоге был вынесен вердикт, согласно которому Оппенгеймер угрожал безопасности США, и ученый был освобожден от всех занимаемых должностей. Ферми и другие коллеги выступили против этого решения: они считали Оппенгеймера свободным мыслителем, а не опасным коммунистом. Но таковы были общественные настроения и политическая обстановка в Штатах в тот период: даже Ферми с его безупречным поведением в свое время вызвал подозрение из-за итальянского происхождения. Ферми вернулся к сотрудничеству с Сегре и изучению взаимодействий между пионами и нуклонами. Он создал новый Брукхевенский космотрон, то есть синхротрон, ускоряющий частицы до очень высоких энергий, превышающих два миллиарда эВ, а Сегре продолжил заниматься протонами. При помощи беватрона, запущенного в Беркли в 1954 году, Сегре вместе с Оуэном Чемберленом в 1955 году открыли антипротон, за что в 1959 году были удостоены Нобелевской премии по физике.

Летом 1954 года Ферми приехал в Италию на открытие Международной школы физики в Варение, рядом с озером Комо, которая сейчас носит его имя. На своих последних лекциях он рассказал о главных достижениях физики элементарных частиц, обратив особое внимание на важность изучения взаимодействия пионов и нуклонов в ускорителях и на использование компьютеров для решения физических задач. Конверси и Сальвини, работавшие тогда в Пизанском университете, прислушались к словам Ферми и вскоре создали один из первых электронных калькуляторов в Италии. Во время этого путешествия ученый почувствовал недомогание, а по возвращении в Чикаго ему поставили диагноз: рак желудка в неоперабельной стадии. Последние дни Ферми посвятил работе над книгой по ядерной физике, проводил время вместе с Лаурой, семьей и самыми близкими друзьями. Умер Энрико Ферми 28 ноября 1954 года, пополнив список ученых-пионеров, исследовавших радиоактивность и скончавшихся от опухоли. Вне всякого сомнения, это был один из самых выдающихся мыслителей в истории человечества.