Ида была очень умной женщиной и воспитывала детей в строгости. С самых ранних лет она прививала им усердие, упорство и любовь к знаниям. Поскольку она не могла кормить всех трех детей с такой маленькой разницей в возрасте, то Энрико и Джулио провели первые годы жизни у кормилицы в деревне — это была обычная практика для зажиточных семей того времени. Когда мальчику исполнилось два с половиной года, он заболел и вернулся в Рим. Энрико рано научился читать и писать и демонстрировал прекрасную память, зачитывая наизусть длинные отрывки из «Неистового Роланда» Лудовико Ариосто.
Когда в шесть лет он пошел в школу, то проявил способности и к математике. Говорят, что в возрасте десяти лет, когда дети только переходили из начальной школы в среднюю, Энрико уже решал абстрактные задачи. Например, уравнение окружности х² + у² = r² — один из его первых алгебраических вызовов. В детстве он предпочитал познавать мир самостоятельно, не прибегая к помощи брата и сестры, но со временем стал более общительным и научился делиться переживаниями, особенно с Джулио. Любознательность и удовольствие от решения интеллектуальных задач стали верными спутниками Энрико на протяжении всей жизни.
Обучение в средней школе длилось пять лет, в лицее — три года, за это время учащихся готовили к университету и преподавали им преимущественно гуманитарные дисциплины, в частности итальянский, латынь, греческий, французский, философию, историю, географию, а также математику, физику и естественные науки, которые тогда назывались «естественной историей». Энрико был первым учеником в классе. Благодаря живому уму он интересовался всеми предметами, но особую склонность чувствовал к дисциплинам, которые вели увлеченные своим делом педагоги. Например, учитель по итальянскому Джованни Федерцони вдохновил мальчика на изучение «Божественной комедии» Данте. Во взрослом возрасте Энрико Ферми, к тому времени уже забывший отрывки из «Неистового Роланда», читал Данте наизусть с потрясающей точностью.
Несмотря на замкнутый и молчаливый характер, он любил играть в футбол, плавать и гулять по горам и часто брал с собой брата Джулио. Также Энрике пылал духом соперничества: ему нравилось побеждать и становиться во всем первым. Возможно, это была своего рода компенсация: в семье мальчик был самым младшим и страдал от комплекса неполноценности по отношению к брату и сестре. С Джулио он делил все: игры, желание познать устройство Вселенной, страсть к науке и новым технологиям, которые уже начинали менять мир. Братья были неразлучны. Они вместе сконструировали несколько маленьких моторов и игрушек.
Люди слишком часто отказываются понять суть вещей.
Высказывание молодого Ферми, в котором заключено его кредо
Тогда это и случилось. У Джулио началось воспаление горла 12 января 1915 года. В результате операции, которая поначалу казалась довольно простой, он погиб. Эта смерть повергла семью в отчаяние. Ида впала в тяжелую депрессию, разом постарев на несколько лет. Она была особенно привязана к Джулио и так никогда и не оправилась от этой потери. Энрико же лишился товарища по приключениям, старшего брата, с которым он играл в футбол, гулял по горам, друга, помогавшего ему сблизиться с другими людьми. Он еще больше замкнулся и нашел прибежище в учебе, окончив среднюю школу с превосходными результатами и на год раньше срока. Затем Энрико поступил в римский лицей имени Умберто I.
Поскольку Энрико поступил в лицей на год раньше, то оказался среди мальчиков, которые были старше его — как раз как его погибший брат. Там Ферми познакомился с Энрико Персико, бывшим другом Джулио. Вскоре выяснилось, что оба Энрико одинаково любили физику. В лице Персико Ферми нашел больше чем друга — практически родную душу. Уроки в лицее были не в состоянии утолить их жажду знаний, и по средам они оба ходили на рынок на площади Кампо-деи-Фиори, где за несколько лир покупали подержанные книги.
Одной из таких книг оказался трактат, написанный Андреа Караффой (1789-1845), членом ордена иезуитов, физиком и математиком. Эта работа, опубликованная на латыни в 1840 году, называлась Elementorum physicae mathematicae («Начала физики и математики»). Наконец-то Энрике пригодились уроки древних языков, и очень скоро он поделился с Персико этим гениальным сочинением. В работе Караффы, состоящей из более чем 900 страниц, были разделы по математике, классической механике, оптике, астрономии и акустике. С горячностью, свойственной молодости, Энрико восхищался этим трактатом. Анализируя движение юлы, с которой Ферми и Персико играли, как и другие дети, друзья углубились в изучение механики твердых тел и вышли за пределы трактата. Ребята даже изготовили самодельные гироскопы — инструмент, созданный в 1852 году Фуко для того, чтобы лучше понять движение Земли (после того как он доказал ее вращение с помощью знаменитого маятника). В начале XX века гироскоп еще оставался удивительным механизмом, способным поразить молодой ум.
В то время Ферми уже продемонстрировал уникальные способности к абстрагированию и всегда с максимальной ясностью излагал свои идеи и гипотезы, стремясь найти наиболее точный экспериментальный способ доказать их. Персико следовал за другом, понимая, что имеет дело с гением, которому почти нет равных. Годы спустя, в 1936-м, оба друга возглавили первые две кафедры по теоретической физике в Италии.
После смерти Джулио Альберто Ферми еще больше сблизился со своими детьми. Энрико завел привычку после уроков заходить к отцу на работу, и они вместе шли домой. Часто их провожал коллега Альберто, Адольфо Амидеи, инженер железнодорожной компании. Амидеи сразу распознал удивительные способности Энрико. Видя его энтузиазм, он вскоре начал давать мальчику задачи, пробуждающие в нем еще больший интерес. Специально для Энрико Амидеи составил курс математики и физики, давал ему читать свои книги, объяснял ему все, что знал сам, распределяя темы по времени и уровню сложности.
Ферми сам дополнял эти полезнейшие сведения случайными книгами, которые находил по средам на рынке Кампо-деи-Фиори, и делился с Персико своими достижениями.
Я с усердием занимаюсь математикой, потому что считаю ее необходимой для изучения физики, которой хочу всецело себя посвятить.
Ответ Энрико Ферми на вопрос Адольфо Амидеи о его предпочтениях в учебе
Адольфо Амидеи был поражен успехами молодого Ферми.
В 1918 году он сказал его отцу, что вместо римского университета Ла Сапиенца для Энрико было бы лучше попробовать получить стипендию на учебу в престижной Высшей нормальной школе Пизы. Поначалу Ида и Альберто не оценили эту идею.
Ла Сапиенца считался хорошим университетом, к тому же он находился рядом с домом. С момента смерти Джулио прошло слишком мало времени, и родители не хотели расставаться со вторым сыном, хотя Пиза тоже была не так уж далеко. Однако настойчивость Амидеи и самого Энрико в конце концов преодолела их сопротивление. Амидеи посоветовал Ферми учить немецкий, который в то время был языком физики.
На одном из вступительных испытаний 14 ноября 1918 года Ферми поразил экзаменаторов, в частности профессора математики Римского университета Джузеппе Питарелли, подробным докладом о свойствах звука и вибрации струн под названием «Характер и причины звуков», в котором демонстрировал прекрасное владение методами решения дифференциальных уравнений и анализом Фурье. Питарелли никогда в жизни не видел ничего подобного. Знания Ферми были на уровне выпускника, а не ученика старшей школы. В его лице Пизанский университет приобретал гениального студента.