George Gamow ( nacido Georgiy Antonovich Gamov ; en ruso : Георгий Антонович Гамов ; 4 de marzo de 1904 - 19 de agosto de 1968) fue un polímata , físico teórico y cosmólogo soviético y estadounidense . Fue uno de los primeros defensores y desarrolladores de la teoría del Big Bang de Georges Lemaître . Gamow descubrió una explicación teórica de la desintegración alfa mediante el efecto túnel cuántico , inventó el modelo de la gota líquida 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 (a la que colectivamente llamó nucleocosmogénesis ) y la genética molecular .
En la mitad y el final de su carrera, Gamow dedicó gran parte de su atención a la enseñanza y escribió libros de divulgación científica, entre ellos One Two Three... Infinity y la serie de libros Mr Tompkins (1939-1967). Algunos de sus libros siguen en imprenta más de medio siglo después de su publicación original.
Gamow nació en Odessa , Imperio ruso (hoy Odesa , Ucrania ). Su padre enseñaba lengua y literatura rusas en la escuela secundaria, y su madre enseñaba 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 lo habló con fluidez. La mayoría de sus primeras publicaciones fueron en alemán o ruso, pero más tarde utilizó el inglés tanto para artículos técnicos como para el público no especializado.
Estudió 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 reunía para discutir y analizar los artículos innovadores sobre mecánica cuántica publicados durante esos años. Más tarde utilizó la misma frase para describir el grupo de Alpher, Herman y Gamow.
Tras graduarse, trabajó en teoría cuántica en Gotinga , donde sus investigaciones sobre el núcleo atómico proporcionaron la base para su doctorado. A continuación trabajó en el Instituto de Física Teórica de la Universidad de Copenhague de 1928 a 1931, con un descanso para trabajar con Ernest Rutherford en el Laboratorio Cavendish de Cambridge . Continuó estudiando el núcleo atómico (proponiendo el modelo de la "gota líquida" ), 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 ciclotrón de Europa fue diseñado bajo la guía y participación directa de Igor Kurchatov , Lev Mysovskii y Gamow. En 1932, Gamow y Mysovskii presentaron un borrador de diseño para su consideración por el Consejo Académico del Instituto del Radio, 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 características, o vidas medias. Al mismo tiempo, se sabía que las emisiones de radiación tenían ciertas energías características. En 1928, Gamow en Gotinga había resuelto la teoría de la desintegración alfa de un núcleo mediante efecto túnel , 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] Sin embargo, Gurney y Condon no lograron los resultados cuantitativos alcanzados por Gamow.
Clásicamente, la partícula está confinada al núcleo debido al alto requerimiento de energía para escapar del pozo de 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 una probabilidad de que la partícula pueda "atravesar" la pared del pozo de potencial y escapar. Gamow resolvió un potencial modelo para el núcleo y derivó de los primeros principios una relación entre la vida media del proceso de evento de desintegración alfa y la energía de la emisión, que había sido descubierta previamente empíricamente y se conocía como la ley de Geiger-Nuttall . [11] Algunos años después, el nombre de factor de Gamow o factor de Gamow-Sommerfeld se aplicó a la probabilidad de que las partículas nucleares entrantes atravesaran la barrera electrostática de Coulomb y experimentaran reacciones nucleares.
Gamow trabajó en varios establecimientos soviéticos antes de decidir huir de la Unión Soviética debido a la creciente 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 ( en ruso : Любовь Вохминцева ), otra física de la Unión Soviética, a la que apodó "Rho" por la letra griega . Gamow y su nueva esposa pasaron gran parte de los siguientes dos años tratando de salir de la Unión Soviética, con o sin permiso oficial. Niels Bohr y otros amigos invitaron a Gamow a visitarlos 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 e implicaron intentar hacerlo en kayak : primero un viaje planeado de 250 kilómetros a través del 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 recibió repentinamente permiso para asistir a la 7.ª Conferencia Solvay sobre física, en Bruselas . Insistió en que su esposa lo acompañara, llegando incluso a decir que no iría solo. Finalmente, las autoridades soviéticas cedieron y emitieron 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 consiguió 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 de la Universidad George Washington (GWU) en 1934 y reclutó al físico Edward Teller de Londres para que se uniera a él en la GWU. En 1936, Gamow y Teller publicaron lo que se conocería 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 orientado hacia la astrofísica y la cosmología .
En 1935 nació el hijo de Gamow, Igor Gamow (en un libro de 1947, la dedicatoria de Gamow fue "A mi hijo IGOR, que preferiría ser un vaquero"). George Gamow se naturalizó estadounidense en 1940. Mantuvo su asociación formal con GWU hasta 1956.
Durante la Segunda Guerra Mundial, Gamow continuó enseñando física en la Universidad George Washington y fue consultor para 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 apoyaba el trabajo del físico teórico alemán Carl Friedrich von Weizsäcker sobre la formación planetaria en el Sistema Solar primitivo. [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 quantum primordial único. Gamow hizo esto al asumir que el universo primitivo estaba dominado por la radiación en lugar de 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 los parámetros físicos fundamentales, como la velocidad de la luz c , la constante de gravitación newtoniana G , la constante de estructura fina α y la constante de Planck h .
El interés de Gamow en la cosmología surgió de su interés anterior en 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 efecto túnel cuántico como mecanismo de desintegración alfa nuclear , y su aplicación de esta teoría al proceso inverso para calcular las tasas de reacción termonuclear.
En un principio, Gamow creía que todos los elementos podían producirse en la fase inicial del universo, en la que la temperatura y la densidad eran muy elevadas. 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 las estrellas y en las supernovas. Gamow formuló un conjunto de ecuaciones diferenciales acopladas que describían el proceso que proponía y asignó, como tema de tesis doctoral, a su estudiante de posgrado Ralph Alpher la tarea de resolver las ecuaciones numéricamente. Estos resultados de Gamow y Alpher aparecieron en 1948 como el artículo Alpher–Bethe–Gamow . [21] Antes de que su interés se centrara en la cuestión del código genético, Gamow publicó unos veinte artículos sobre cosmología. El primero fue en 1939 con Edward Teller sobre la formación de galaxias, [22] seguido en 1946 por la primera descripción de la nucleosíntesis cósmica. También escribió muchos artículos populares, así como 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 relación 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 galaxias primitivas. [24] En 1953 produjo resultados similares, pero esta vez basados en otra determinación de la densidad de la materia y la radiación, en el momento en que se igualaron. [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 ligeramente más del doble del valor aceptado actualmente.
En 1967, publicó reminiscencias y recapitulación de su propio trabajo, así como del trabajo de Alpher y Robert Herman (ambos con Gamow y también independientemente de él). [26] Esto fue motivado por el descubrimiento de la radiación de fondo de microondas cósmica por Penzias y Wilson en 1965; Gamow, Alpher y Herman sintieron que no recibieron el crédito que merecían por sus predicciones teóricas de su existencia y fuente. [ cita requerida ] Gamow estaba desconcertado por el hecho de que los autores de una comunicación [27] que explicaba la importancia de las observaciones de Penzias/Wilson no reconocieran ni citaran el trabajo previo de Gamow y sus colaboradores. [ cita requerida ]
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 lo ayudaron en su propio pensamiento sobre el problema. [29] Como relata Crick, [30] Gamow observó que las 4 3 = 64 posibles permutaciones de las cuatro bases de 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 Gamow proponía (llamado "los diamantes de Gamow") resultó ser incorrecto. Se suponía que los tripletes se superponían, de modo que en la secuencia GGAC (por ejemplo), GGA podía producir un aminoácido y GAC otro, y además no eran degenerados (es decir, cada aminoácido correspondería a una combinación de tres bases, en cualquier orden). Trabajos posteriores de secuenciación de proteínas demostraron que esto no podía ser así; el verdadero código genético no se superpone y es degenerado, y cambiar el orden de una combinación de bases sí cambia el aminoácido.
En 1954, Gamow y Watson cofundaron el RNA Tie Club , un grupo de debate de científicos destacados interesados en 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 a esta pintoresca personalidad como un "diablillo gigante" "estrafalario", que hacía trucos de cartas, cantaba versos, bebía alcohol y hacía bromas pesadas. [34]
Gamow trabajó en la Universidad George Washington desde 1934 hasta 1954, cuando se convirtió en profesor visitante en la Universidad de California, Berkeley . En 1956, se trasladó a la Universidad de Colorado en Boulder , donde permaneció durante el resto de su carrera. En 1956, Gamow se convirtió en uno de los miembros fundadores del Comité de Estudio de Ciencias Físicas (PSSC), que más tarde reformó la enseñanza de la física en la escuela secundaria en los años posteriores al Sputnik .
En 1959, Gamow, Hans Bethe y Victor Weisskopf apoyaron públicamente el reingreso de Frank Oppenheimer a la docencia universitaria de física en la Universidad de Colorado , cuando el pánico rojo comenzó a desvanecerse ( J. Robert Oppenheimer era el hermano mayor de Frank Oppenheimer, y ambos habían trabajado en el Proyecto Manhattan antes de que sus carreras en física se descarrilaran por el macartismo ). [35] : 130 Mientras estaba en Colorado, Frank Oppenheimer se interesó cada vez más en la enseñanza de la 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 de este nuevo e innovador museo de ciencias por parte de su colega, a fines 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 las filas más largas de la tabla periódica convencional).
Gamow continuó su labor docente en la Universidad de Colorado en Boulder y se centró cada vez más en escribir libros de texto y libros sobre ciencia para el público en general. Tras varios meses de mala salud, operaciones en su sistema circulatorio, diabetes y problemas hepáticos, Gamow se estaba muriendo de insuficiencia hepática , a la que había llamado el "eslabón débil" que no podía soportar las demás tensiones.
En una carta escrita a Ralph Alpher el 18 de agosto, había escrito: "El dolor en el abdomen es insoportable y no cesa". Antes de esto, había habido 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 comprender mejor 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, que disfrutaba con bromas pesadas y giros humorísticos insertados en publicaciones científicas serias. [36] [37] Su broma más famosa fue el artículo pionero Alpher–Bethe–Gamow (1948), que era serio en su estilo y contenido. Sin embargo, Gamow no pudo resistirse a agregar a su colega Hans Bethe a la lista de autores, como un juego de palabras con las primeras tres 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 todavía se publican más de medio siglo después de su publicación inicial. Como educador, Gamow reconoció y enfatizó principios fundamentales que era poco probable que se volvieran 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 dibujó las numerosas ilustraciones de sus libros, que agregaron una nueva dimensión y complementaron lo que pretendía transmitir en el texto. No tenía miedo de introducir las matemáticas allí donde eran esenciales, pero trató de evitar disuadir a los lectores potenciales al incluir una gran cantidad 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 propulsado por energía atómica". También escribió que "los combustibles químicos ordinarios que podrían utilizarse en el motor de un cohete de este tipo no podrían darle la velocidad necesaria...". [43] En 1965 moderó sus expectativas, aunque reafirmó su pronóstico sobre la energía atómica:
Aunque tal vez podamos estudiar las formas de vida que se hayan podido desarrollar en Marte y Venus (los mejores planetas "habitables" del sistema solar) en un futuro no muy lejano mediante un viaje aventurero a estos planetas en una "nave espacial propulsada por energía nuclear", la cuestión sobre la posible existencia y las formas de vida en otros mundos estelares a cientos y miles de años luz de distancia, probablemente seguirá siendo para siempre un problema irresoluble de la ciencia. [44]
En esa 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 concluye: "Se tardó menos de una hora en crear todos los átomos del universo, unos cientos de millones de años en crear las estrellas y los planetas, pero tres mil millones de años en crear al hombre". [45] [46]
En 1956, recibió el Premio Kalinga de la UNESCO por su labor de divulgación científica con su serie de libros Mr. Tompkins... (1939-1967), su libro Uno, dos, tres... infinito y otras obras. [1]
Antes de su muerte, Gamow estaba trabajando con Richard Blade en un libro de texto titulado 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, la Universidad George Washington donó una colección de escritos de Gamow. Los materiales incluyen correspondencia, artículos, manuscritos y materiales impresos tanto de George Gamow como sobre él. La colección se encuentra actualmente bajo el cuidado del Centro de Investigación de Colecciones Especiales de la Universidad George Washington, ubicado en la Biblioteca Estelle y Melvin Gelman . [47]
A lo largo de estos libros, el Sr. Tompkins es presentado 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 en sí fue inventada por un sacerdote belga, Georges Lemaître, mejorada por un ateo declarado, George Gamow, y ahora es aceptada casi universalmente por aquellos que tienen títulos avanzados en astronomía y ciencias físicas, a pesar de su evidente absurdo.
el ateo George Gamow disfrutó de la atención papal prestada a su campo de investigación.
