George Gamow , a veces Gammoff ; nacido Georgiy Antonovich Gamov ( ruso : Георгий Антонович Гамов ; 4 de marzo de 1904 - 19 de agosto de 1968) fue un erudito , físico teórico y cosmólogo soviético y estadounidense . Fue uno de los primeros defensores y promotores de la teoría del Big Bang de Lemaître . Gamow descubrió una explicación teórica de la desintegración alfa mediante túneles cuánticos , inventó el modelo de gota de líquido y el primer modelo matemático del núcleo atómico , trabajó en la desintegración radiactiva , la formación de estrellas , la nucleosíntesis estelar , la nucleosíntesis del Big Bang (que colectivamente llamó nucleocosmogénesis ) y genética molecular .
En la mitad y el final de su carrera, Gamow dirigió gran parte de su atención a la enseñanza y escribió libros populares sobre ciencia, incluidos One Two Three... Infinity y la serie de libros Mr Tompkins (1939-1967). Algunos de sus libros siguen imprimiéndose más de medio siglo después de su publicación original.
Gamow nació en Odessa , Imperio Ruso (ahora Odesa , Ucrania ). Su padre enseñó lengua y literatura rusas en la escuela secundaria y su madre enseñó geografía e historia en una escuela para niñas. Además de ruso, Gamow aprendió a hablar algo de francés con su madre y alemán con un tutor. Gamow aprendió inglés en sus años universitarios y adquirió fluidez. La mayoría de sus primeras publicaciones fueron en alemán o ruso, pero luego utilizó el inglés tanto para artículos técnicos como para el público no especializado.
Fue educado en el Instituto de Física y Matemáticas de Odessa [2] (1922-23) y en la Universidad de Leningrado (1923-1929). Gamow estudió con Alexander Friedmann en Leningrado , hasta la temprana muerte de Friedmann en 1925, lo que le obligó a cambiar de asesor de tesis. En la universidad, Gamow se hizo amigo de otros tres estudiantes de física teórica: Lev Landau , Dmitri Ivanenko y Matvey Bronshtein . Los cuatro formaron un grupo al que llamaron Los Tres Mosqueteros , que se reunían para discutir y analizar los artículos innovadores sobre mecánica cuántica publicados durante esos años. Más tarde utilizó la misma frase para describir al grupo Alpher, Herman y Gamow.
Después de graduarse, trabajó en teoría cuántica en Gotinga , donde su investigación sobre el núcleo atómico sirvió de base para su doctorado. Luego trabajó en el Instituto de Física Teórica de la Universidad de Copenhague de 1928 a 1931, con una pausa para trabajar con Ernest Rutherford en el Laboratorio Cavendish de Cambridge . Continuó estudiando el núcleo atómico (proponiendo el modelo de la "gota de líquido" ), pero también trabajó en física estelar con Robert Atkinson y Fritz Houtermans .
En 1931, Gamow fue elegido miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de la URSS a la edad de 28 años, uno de los más jóvenes de su historia. [3] [4] [5] Durante el período 1931-1933, Gamow trabajó en el Departamento de Física del Instituto del Radio (Leningrado) dirigido por Vitaly Khlopin . El primer ciclotrón de Europa fue diseñado bajo la dirección y participación directa de Igor Kurchatov , Lev Mysovskii y Gamow. En 1932, Gamow y Mysovskii presentaron un borrador de diseño para la consideración del Consejo Académico del Radium Institute, que lo aprobó. El ciclotrón no se completó hasta 1937. [6]
A principios del siglo XX, se sabía que los materiales radiactivos tenían tasas de desintegración exponencial o vidas medias características. Al mismo tiempo, se sabía que las emisiones de radiación tenían determinadas energías características. En 1928, Gamow en Göttingen había resuelto la teoría de la desintegración alfa de un núcleo mediante túneles , con la ayuda matemática de Nikolai Kochin . [7] [8] El problema también fue resuelto de forma independiente por Ronald W. Gurney y Edward U. Condon . [9] [10] Gurney y Condon, sin embargo, no lograron los resultados cuantitativos logrados por Gamow.
Clásicamente, la partícula está confinada al núcleo debido al alto requerimiento de energía para escapar bien del potencial nuclear muy fuerte . También clásicamente, se necesita una enorme cantidad de energía para separar el núcleo, un evento que no ocurriría espontáneamente. En mecánica cuántica , sin embargo, existe la probabilidad de que la partícula pueda "atravesar" la pared del pozo de potencial y escapar. Gamow resolvió un modelo de potencial para el núcleo y derivó a partir de primeros principios una relación entre la vida media del proceso de desintegración alfa y la energía de la emisión, que había sido descubierta empíricamente previamente y se conocía como ley de Geiger-Nuttall . [11] Algunos años más tarde, el nombre factor Gamow o factor Gamow-Sommerfeld se aplicó a la probabilidad de que las partículas nucleares entrantes atravesaran la barrera electrostática de Coulomb y sufrieran reacciones nucleares.
Gamow trabajó en varios establecimientos soviéticos antes de decidir huir de la Unión Soviética debido al aumento de la opresión. En 1931, se le negó oficialmente el permiso para asistir a una conferencia científica en Italia. También en 1931, se casó con Lyubov Vokhmintseva ( ruso : Любовь Вохминцева ), otro físico de la Unión Soviética, a quien apodó "Rho" por la letra griega . Gamow y su nueva esposa pasaron gran parte de los dos años siguientes intentando abandonar la Unión Soviética, con o sin permiso oficial. Niels Bohr y otros amigos invitaron a Gamow a visitarlo durante este período, pero Gamow no pudo obtener permiso para irse.
Gamow dijo más tarde que sus dos primeros intentos de desertar con su esposa fueron en 1932 y consistieron en intentar navegar en kayak : primero, un planificado remo de 250 kilómetros sobre el Mar Negro hasta Turquía , y otro intento desde Murmansk hasta Noruega . El mal tiempo frustró ambos intentos, pero las autoridades no se dieron cuenta. [12]
En 1933, Gamow obtuvo repentinamente permiso para asistir a la séptima Conferencia Solvay sobre física, en Bruselas . Insistió en que lo acompañara su esposa, llegando incluso a decir que no iría solo. Finalmente, las autoridades soviéticas cedieron y expidieron pasaportes para la pareja. Los dos asistieron y acordaron prolongar su estancia, con la ayuda de Marie Curie y otros físicos. Durante el año siguiente, Gamow obtuvo trabajo temporal en el Instituto Curie , la Universidad de Londres y la Universidad de Michigan .
En 1934, Gamow y su esposa se mudaron a los Estados Unidos. Se convirtió en profesor en la Universidad George Washington (GWU) en 1934 y reclutó al físico Edward Teller de Londres para que se uniera a él en GWU. En 1936, Gamow y Teller publicaron lo que se conoció como la " regla de selección de Gamow-Teller " para la desintegración beta . Durante su estancia en Washington, Gamow también publicaría importantes artículos científicos con Mário Schenberg y Ralph Alpher . A finales de la década de 1930, los intereses de Gamow se habían centrado en la astrofísica y la cosmología .
En 1935 nació el hijo de Gamow, Igor Gamow (en un libro de 1947, la dedicatoria de Gamow era "A mi hijo IGOR, que preferiría ser vaquero"). George Gamow se naturalizó estadounidense en 1940. Mantuvo su asociación formal con GWU hasta 1956.
Durante la Segunda Guerra Mundial, Gamow no trabajó directamente en el Proyecto Manhattan para producir la bomba atómica , a pesar de sus conocimientos sobre radioactividad y fusión nuclear . Continuó enseñando física en la Universidad George Washington y fue consultor de la Marina de los Estados Unidos.
Gamow estaba interesado en los procesos de evolución estelar y la historia temprana del Sistema Solar . En 1945, fue coautor de un artículo que respaldaba el trabajo del físico teórico alemán Carl Friedrich von Weizsäcker sobre la formación planetaria en el Sistema Solar temprano. [13] Gamow publicó otro artículo en la revista británica Nature en 1948, en el que desarrolló ecuaciones para la masa y el radio de una galaxia primordial (que normalmente contiene alrededor de cien mil millones de estrellas, cada una con una masa comparable a la del Sol). . [14]
El trabajo de Gamow condujo al desarrollo de la teoría del "big bang" caliente del universo en expansión. Fue el primero en emplear las soluciones no estáticas de Alexander Friedmann y Georges Lemaître de las ecuaciones gravitacionales de Einstein que describen un universo de densidad de materia uniforme y curvatura espacial constante. El avance crucial de Gamow proporcionaría una reificación física de la idea de Lemaître de un cuanto primordial único. Gamow hizo esto suponiendo que el universo primitivo estaba dominado por la radiación más que por la materia. [15] La mayor parte del trabajo posterior en cosmología se basa en la teoría de Gamow. Aplicó su modelo a la cuestión de la creación de los elementos químicos [16] y a la posterior condensación de la materia en galaxias [17] , cuya masa y diámetro pudo calcular en términos de parámetros físicos fundamentales, como la velocidad de la luz c , la constante gravitacional de Newton G , la constante de estructura fina α de Sommerfeld y la constante h de Planck .
El interés de Gamow por la cosmología surgió de su interés anterior por la generación de energía y la producción y transformación de elementos en las estrellas. [18] [19] [20] Este trabajo, a su vez, evolucionó a partir de su descubrimiento fundamental del túnel cuántico como mecanismo de desintegración alfa nuclear y su aplicación de esta teoría al proceso inverso para calcular velocidades de reacción termonuclear.
Al principio, Gamow creía que todos los elementos podrían producirse en la etapa inicial del universo de muy alta temperatura y densidad. Más tarde, revisó esta opinión basándose en la evidencia convincente presentada por Fred Hoyle y otros, de que los elementos más pesados que el litio se producen en gran medida en reacciones termonucleares en estrellas y supernovas. Gamow formuló un conjunto de ecuaciones diferenciales acopladas que describen el proceso propuesto y asignó, como tema de tesis doctoral, a su estudiante graduado Ralph Alpher la tarea de resolver las ecuaciones numéricamente. Estos resultados de Gamow y Alpher aparecieron en 1948 como el artículo de Alpher-Bethe-Gamow . [21] Antes de que su interés se centrara en la cuestión del código genético, Gamow publicó una veintena de artículos sobre cosmología. La primera fue en 1939 con Edward Teller sobre la formación de galaxias, [22] seguida en 1946 por la primera descripción de la nucleosíntesis cósmica. También escribió numerosos artículos de divulgación y libros de texto académicos sobre este y otros temas. [23]
En 1948, publicó un artículo que trataba de una versión atenuada del conjunto acoplado de ecuaciones que describen la producción del protón y el deuterón a partir de neutrones térmicos. Mediante una simplificación y utilizando la proporción observada entre hidrógeno y elementos más pesados, pudo obtener la densidad de la materia al inicio de la nucleosíntesis y, a partir de ella, la masa y el diámetro de las primeras galaxias. [24] En 1953 produjo resultados similares, pero esta vez basándose en otra determinación de la densidad de la materia y la radiación, en el momento en que se igualaban. [25] En este artículo, Gamow determinó la densidad de la radiación de fondo relicta, a partir de la cual se predijo una temperatura actual de 7 K, un valor que era un poco más del doble del valor actualmente aceptado.
En 1967 publicó reminiscencias y recapitulación de su propio trabajo, así como del trabajo de Alpher y Robert Herman (tanto con Gamow como también independientemente de él). [26] Esto fue impulsado por el descubrimiento de la radiación cósmica de fondo por Penzias y Wilson en 1965; Gamow, Alpher y Herman sintieron que no recibieron el crédito que merecían por sus predicciones teóricas sobre su existencia y fuente. [ cita necesaria ] Gamow estaba desconcertado por el hecho de que los autores de una comunicación [27] que explicaban el significado de las observaciones de Penzias/Wilson no reconocieran ni citaran el trabajo anterior de Gamow y sus colaboradores. [ cita necesaria ]
En 1953, Francis Crick , James Watson , Maurice Wilkins y Rosalind Franklin descubrieron la estructura de doble hélice de la macromolécula de ADN . Gamow intentó resolver el problema de cómo el ordenamiento de cuatro bases diferentes ( adenina , citosina , timina y guanina ) en las cadenas de ADN podría controlar la síntesis de proteínas a partir de sus aminoácidos constituyentes. [28] Crick ha dicho que las sugerencias de Gamow le ayudaron a pensar sobre el problema. [29] Según relata Crick, [30] Gamow observó que las 4 3 = 64 posibles permutaciones de las cuatro bases del ADN, tomadas de tres en tres, se reducirían a 20 combinaciones distintas si el orden fuera irrelevante. [31] Gamow propuso que estas 20 combinaciones podrían codificar los veinte aminoácidos que, sugirió, bien podrían ser los únicos constituyentes de todas las proteínas. La contribución de Gamow a la solución del problema de la codificación genética dio lugar a importantes modelos de degeneración biológica . [32] [33]
El sistema específico que proponía Gamow (llamado "diamantes de Gamow") resultó ser incorrecto. Se suponía que los tripletes estaban superpuestos, de modo que en la secuencia GGAC (por ejemplo), GGA podría producir un aminoácido y GAC otro, y además no degenerar (lo que significa que cada aminoácido correspondería a una combinación de tres bases, en cualquier orden). Trabajos posteriores de secuenciación de proteínas demostraron que este no podía ser el caso; el verdadero código genético no se superpone y es degenerado, y cambiar el orden de una combinación de bases cambia el aminoácido.
En 1954, Gamow y Watson cofundaron el RNA Tie Club . Se trataba de un grupo de discusión de destacados científicos preocupados por el problema del código genético, que contaba entre sus miembros con los físicos Edward Teller y Richard Feynman . En sus escritos autobiográficos, Watson reconoció más tarde la gran importancia de la perspicaz iniciativa de Gamow. Sin embargo, esto no le impidió describir esta colorida personalidad como un "diablillo gigante" "estrafalario", que jugaba a las cartas, cantaba quintillas, bebía alcohol y bromeaba. [34]
Gamow trabajó en la Universidad George Washington desde 1934 hasta 1954, cuando se convirtió en profesor invitado en la Universidad de California, Berkeley . En 1956, se trasladó a la Universidad de Colorado Boulder , donde permaneció el resto de su carrera. En 1956, Gamow se convirtió en uno de los miembros fundadores del Comité de Estudios de Ciencias Físicas (PSSC), que más tarde reformó la enseñanza de la física en las escuelas secundarias en los años posteriores al Sputnik .
En 1959, Gamow, Hans Bethe y Victor Weisskopf apoyaron públicamente el reingreso de Frank Oppenheimer a la enseñanza de física universitaria en la Universidad de Colorado , cuando el Terror Rojo comenzaba a desvanecerse ( J. Robert Oppenheimer era el hermano mayor de Frank Oppenheimer, y ambos habían trabajado en el Proyecto Manhattan antes de que el macartismo descarrilara sus carreras en física ). [35] : 130 Mientras estaba en Colorado, Frank Oppenheimer se interesó cada vez más en enseñar ciencia a través de experimentos prácticos simples y finalmente se mudó a San Francisco para fundar el Exploratorium . [35] : 130–152 Gamow no viviría para ver la inauguración por parte de su colega de este nuevo e innovador museo de ciencias, a finales de agosto de 1969. [35] : 152
En su libro de 1961 El átomo y su núcleo , Gamow propuso representar el sistema periódico de los elementos químicos como una cinta continua, con los elementos en orden de número atómico enrollados en una hélice tridimensional cuyo diámetro aumentaba gradualmente (correspondiente a la longitud más larga). filas de la tabla periódica convencional).
Gamow continuó su enseñanza en la Universidad de Colorado Boulder y se centró cada vez más en escribir libros de texto y libros de ciencia para el público en general. Después de varios meses de mala salud, cirugías en su sistema circulatorio, diabetes y problemas hepáticos, Gamow estaba muriendo de insuficiencia hepática , que él había llamado el "eslabón débil" que no podía soportar las otras tensiones.
En una carta escrita a Ralph Alpher el 18 de agosto, escribió: "El dolor en el abdomen es insoportable y no cesa". Antes de esto, hubo un largo intercambio de cartas con su antiguo alumno, en el que buscaba una nueva comprensión de algunos conceptos utilizados en su trabajo anterior, con Paul Dirac. Gamow confió en Alpher para una comprensión más profunda de las matemáticas.
El 19 de agosto de 1968, Gamow murió a los 64 años en Boulder, Colorado , y fue enterrado allí en el cementerio Green Mountain. La torre del departamento de física de la Universidad de Colorado en Boulder lleva su nombre.
Gamow tuvo un hijo, Igor Gamow , con su primera esposa Rho en 1935. Su hijo más tarde se convirtió en profesor de microbiología en la Universidad de Colorado , además de inventor.
En 1956 Gamow se divorció de su esposa Rho. En 1958 se casó con Barbara Perkins , editora de una de sus editoriales.
Gamow era un conocido bromista al que le encantaban las bromas pesadas y los giros humorísticos incluidos en publicaciones científicas serias. [36] [37] Su broma más famosa fue el artículo pionero de Alpher-Bethe-Gamow (1948), que era serio en su estilo y contenido. Sin embargo, Gamow no pudo resistirse a añadir a la lista de autores a su colega Hans Bethe , como un juego de palabras con las tres primeras letras del alfabeto griego . [36] [38] [37]
Gamow era ateo. [39] [40] [41]
Gamow fue un escritor científico de gran éxito y varios de sus libros aún se publican más de medio siglo después de su publicación inicial. Como educador, Gamow reconoció y enfatizó principios fundamentales que era poco probable que quedaran obsoletos, incluso cuando el ritmo de la ciencia y la tecnología se aceleraba. También transmitió una sensación de entusiasmo por la revolución en la física y otros temas científicos de interés para el lector común. El propio Gamow esbozó las numerosas ilustraciones de sus libros, que añadieron una nueva dimensión y complementaron lo que pretendía transmitir en el texto. No tenía miedo de introducir las matemáticas allí donde fueran esenciales, pero trató de evitar disuadir a los lectores potenciales incluyendo un gran número de ecuaciones que no ilustraban puntos esenciales.
En 1946, Gamow fue un defensor de los vuelos espaciales tripulados propulsados por energía atómica. [42] "Podemos prepararnos para un viaje a la Luna y a varios planetas de nuestro sistema solar en un cómodo cohete impulsado por energía atómica". También escribió que "los combustibles químicos ordinarios que podrían usarse en el motor de tal cohete no podrían darle la velocidad necesaria...". [43] En 1965 moderó sus expectativas, aunque reafirmó su pronóstico sobre la energía atómica:
Mientras que es posible que en un futuro no muy lejano podamos estudiar las formas de vida que pudieron haberse desarrollado en Marte y Venus (los mejores planetas "habitables" del sistema solar) mediante un viaje aventurero a estos planetas en un "vehículo nuclear". nave espacial de propulsión eléctrica", la cuestión de la posible existencia y formas de vida en otros mundos estelares a cientos y miles de años luz de distancia probablemente seguirá siendo para siempre un problema científico irresoluble. [44]
En aquella época ya estaba en marcha la carrera espacial con cohetes químicos convencionales.
Su libro, La creación del universo , se publicó por primera vez en 1952 y concluía: "Se necesitaron menos de una hora para formar todos los átomos del universo, unos cientos de millones de años para formar las estrellas y los planetas, pero tres mil millones de años para formar hombre." [45] [46]
En 1956, la UNESCO le otorgó el Premio Kalinga por su trabajo de popularización de la ciencia con su serie de libros Mr. Tompkins... (1939-1967), su libro One, Two, Three...Infinity y otras obras. [1]
Antes de su muerte, Gamow estaba trabajando con Richard Blade en un libro de texto Teorías básicas de la física moderna , pero el trabajo nunca se completó ni se publicó con ese título. Gamow también estaba escribiendo My World Line: An Informal Autobiography , que se publicó póstumamente en 1970.
En 1996 se donó una colección de los escritos de Gamow a la Universidad George Washington. Los materiales incluyen correspondencia, artículos, manuscritos y materiales impresos de George Gamow y sobre ellos. La colección se encuentra actualmente bajo el cuidado del Centro de Investigación de Colecciones Especiales de GWU, ubicado en la Biblioteca Estelle y Melvin Gelman . [47]
A lo largo de estos libros, se presenta al Sr. Tompkins como "CGH Tompkins" para enfatizar la noción de física cGh .
Las primeras teorías serias de estas dos ideas clave fueron formuladas por el mismo hombre, un físico colorido e irresistiblemente juguetón llamado George Gamow.
Después de que se realizó el trabajo matemático inicial sobre la teoría de la relatividad, la teoría del Big Bang fue inventada por un sacerdote belga, Georges Lemaître, mejorada por un ateo declarado, George Gamow, y ahora es casi universalmente aceptada por aquellos que tienen títulos avanzados. en astronomía y ciencias físicas, a pesar de su evidente absurdo.
Sorprendentemente, el ateo George Gamow disfrutó de la atención papal prestada a su campo de investigación.
