Георгий Гамов , иногда Гаммов ; Георгий Антонович Гамов ( 4 марта 1904 — 19 августа 1968) — советский и американский эрудит , физик - теоретик и космолог . Он был одним из первых сторонников и разработчиков теории Большого взрыва Леметра . Гамов открыл теоретическое объяснение альфа-распада квантовым туннелированием , изобрел модель жидкой капли и первую математическую модель атомного ядра , работал над радиоактивным распадом , звездообразованием , звездным нуклеосинтезом , нуклеосинтезом Большого взрыва (который он в совокупности назвал нуклеокосмогенезом ) и молекулярная генетика .
В середине и конце своей карьеры Гамов уделял много внимания преподаванию и написал популярные книги по науке, в том числе « Один, два, три... бесконечность» и серию книг «Мистер Томпкинс» (1939–1967). Некоторые из его книг продолжают издаваться более полувека после их первоначальной публикации.
Гамов родился в Одессе , Российская империя (ныне Одесса , Украина ). Его отец преподавал русский язык и литературу в средней школе, а мать преподавала географию и историю в школе для девочек. Помимо русского, Гамов научился говорить по-французски у матери и по-немецки у репетитора. Гамов выучил английский язык в студенческие годы и свободно говорил на нем. Большинство его ранних публикаций были на немецком или русском языке, но позже он использовал английский как для технических статей, так и для непрофессиональной аудитории.
Образование получил в Одесском физико-математическом институте [2] (1922–23) и в Ленинградском университете (1923–1929). Гамов учился у Александра Фридмана в Ленинграде до ранней смерти Фридмана в 1925 году, что потребовало от него смены научных руководителей диссертации. В университете Гамов подружился с тремя другими студентами теоретической физики — Львом Ландау , Дмитрием Иваненко и Матвеем Бронштейном . Эти четверо сформировали группу, которую они назвали « Три мушкетера» , которая собиралась для обсуждения и анализа новаторских работ по квантовой механике, опубликованных в те годы. Позже он использовал ту же фразу для описания группы Альфера, Германа и Гамова.
По окончании учебы он работал над квантовой теорией в Геттингене , где его исследования атомного ядра легли в основу его докторской степени. Затем он работал в Институте теоретической физики Копенгагенского университета с 1928 по 1931 год с перерывом на работу с Эрнестом Резерфордом в Кавендишской лаборатории в Кембридже . Он продолжал изучать атомное ядро (предложив модель «жидкой капли» ), но также работал над физикой звезд с Робертом Аткинсоном и Фрицем Хоутермансом .
В 1931 году Гамов в возрасте 28 лет был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР – одним из самых молодых в ее истории. [3] [4] [5] В период 1931–1933 годов Гамов работал в физическом отделе Радиевого института (Ленинград) под руководством Виталия Хлопина . Первый в Европе циклотрон был спроектирован под руководством и при непосредственном участии Игоря Курчатова , Льва Мысовского и Гамова. В 1932 году Гамов и Мысовский представили проект конструкции на рассмотрение Ученого совета Радиевого института, который его одобрил. Циклотрон был построен только в 1937 году. [6]
В начале 20 века было известно, что радиоактивные материалы имеют характерную экспоненциальную скорость распада или период полураспада. В то же время было известно, что радиационные выбросы имеют определенные характерные энергии. К 1928 году Гамов в Геттингене решил теорию альфа-распада ядра посредством туннелирования с математической помощью Николая Кочина . [7] [8] Проблема также была решена независимо Рональдом В. Герни и Эдвардом У. Кондоном . [9] [10] Герни и Кондон, однако, не достигли количественных результатов, достигнутых Гамовым.
Классически частица удерживается в ядре из-за того, что для выхода из очень сильной ядерной потенциальной ямы требуется высокая энергия . Также классически требуется огромное количество энергии, чтобы разорвать ядро, и это событие не произойдет самопроизвольно. Однако в квантовой механике существует вероятность, что частица сможет «пройти сквозь» стенку потенциальной ямы и ускользнуть. Гамов решил модель потенциала ядра и вывел из первых принципов зависимость между периодом полураспада процесса альфа-распада и энергией излучения, которая была ранее обнаружена эмпирически и была известна как закон Гейгера-Наттолла . [11] Несколько лет спустя название фактора Гамова или фактора Гамова-Зоммерфельда было применено к вероятности того, что входящие ядерные частицы туннелируют через электростатический кулоновский барьер и вступают в ядерные реакции.
Гамов работал во многих советских учреждениях, прежде чем решил бежать из Советского Союза из-за усиления притеснений. В 1931 году ему официально было отказано в разрешении на участие в научной конференции в Италии. Также в 1931 году он женился на Любови Вохминцевой ( русский язык : Любовь Вохминцева ), еще одном советском физике, которую он прозвал «Ро» в честь греческой буквы . Гамов и его новая жена провели большую часть следующих двух лет, пытаясь покинуть Советский Союз, с официальным разрешением или без него. Нильс Бор и другие друзья пригласили Гамова в гости в этот период, но Гамов не смог получить разрешения на выезд.
Позже Гамов рассказал, что его первые две попытки сбежать с женой были предприняты в 1932 году и включали попытку сплавиться на байдарке : сначала запланированное 250-километровое плавание по Черному морю в Турцию , а затем еще одна попытка из Мурманска в Норвегию . Плохая погода сорвала обе попытки, но власти их не заметили. [12]
В 1933 году Гамов внезапно получил разрешение присутствовать на 7-й Сольвеевской конференции по физике в Брюсселе . Он настоял на том, чтобы его сопровождала жена, даже сказав, что не поедет один. В конце концов советские власти уступили и выдали паре паспорта. Они присутствовали и договорились продлить свое пребывание с помощью Марии Кюри и других физиков. В течение следующего года Гамов получил временную работу в Институте Кюри , Лондонском университете и Мичиганском университете .
В 1934 году Гамов с женой переехал в США. В 1934 году он стал профессором Университета Джорджа Вашингтона (GWU) и нанял физика Эдварда Теллера из Лондона, чтобы он присоединился к нему в GWU. В 1936 году Гамов и Теллер опубликовали то, что стало известно как « правило выбора Гамова-Теллера » для бета-распада . Во время своего пребывания в Вашингтоне Гамов также опубликовал крупные научные статьи вместе с Марио Шенбергом и Ральфом Альфером . К концу 1930-х годов интересы Гамова обратились в сторону астрофизики и космологии .
В 1935 году у Гамова родился сын Игорь Гамов (в книге 1947 года Гамова было посвящение «Моему сыну ИГОРЮ, который предпочёл бы быть ковбоем»). Джордж Гамов стал натурализованным американцем в 1940 году. Он сохранял формальную связь с GWU до 1956 года.
Во время Второй мировой войны Гамов не работал непосредственно над Манхэттенским проектом по созданию атомной бомбы , несмотря на свои познания в области радиоактивности и ядерного синтеза . Он продолжал преподавать физику в Университете Джорджа Вашингтона и консультировал ВМС США.
Гамов интересовался процессами звездной эволюции и ранней историей Солнечной системы . В 1945 году он стал соавтором статьи в поддержку работы немецкого физика-теоретика Карла Фридриха фон Вайцзеккера по формированию планет в ранней Солнечной системе. [13] Гамов опубликовал еще одну статью в британском журнале Nature в 1948 году, в которой он разработал уравнения для массы и радиуса первичной галактики (которая обычно содержит около ста миллиардов звезд, каждая из которых имеет массу, сравнимую с массой Солнца). . [14]
Работа Гамова привела к развитию теории горячего «большого взрыва» расширяющейся Вселенной. Он был первым, кто использовал нестатические решения гравитационных уравнений Эйнштейна, предложенные Александром Фридманом и Жоржем Леметром , описывающие вселенную с однородной плотностью материи и постоянной пространственной кривизной. Важнейшее достижение Гамова обеспечило бы физическое воплощение идеи Леметра об уникальном первичном кванте. Гамов сделал это, предположив, что в ранней Вселенной доминировало излучение, а не материя. [15] Большая часть более поздних работ в области космологии основана на теории Гамова. Он применил свою модель к вопросу создания химических элементов [16] и последующей конденсации материи в галактики, [17] массу и диаметр которых он смог вычислить с точки зрения фундаментальных физических параметров, таких как скорость света c , гравитационная постоянная Ньютона G , постоянная тонкой структуры Зоммерфельда α и постоянная Планка h .
Интерес Гамова к космологии возник из его более раннего интереса к производству энергии, производству и преобразованию элементов в звездах. [18] [19] [20] Эта работа, в свою очередь, возникла на основе его фундаментального открытия квантового туннелирования как механизма ядерного альфа-распада и применения этой теории к обратному процессу для расчета скоростей термоядерной реакции.
Поначалу Гамов считал, что все элементы могут быть произведены на ранней стадии существования Вселенной с очень высокой температурой и плотностью. Позже он пересмотрел это мнение на основании убедительных доказательств, выдвинутых Фредом Хойлом и другими, о том, что элементы тяжелее лития в основном производятся в термоядерных реакциях в звездах и сверхновых. Гамов сформулировал набор связанных дифференциальных уравнений, описывающих предложенный им процесс, и поручил своему аспиранту Ральфу Альферу в качестве темы докторской диссертации задачу численного решения уравнений. Эти результаты Гамова и Альфера появились в 1948 году как статья Альфера-Бете-Гамова . [21] Прежде чем его интерес обратился к вопросу о генетическом коде, Гамов опубликовал около двадцати статей по космологии. Самая ранняя из них была сделана Эдвардом Теллером в 1939 году по формированию галактик [22] , а в 1946 году последовало первое описание космического нуклеосинтеза. Он также написал множество популярных статей и академических учебников по этому и другим предметам. [23]
В 1948 году он опубликовал статью, посвященную упрощенной версии связанной системы уравнений, описывающей образование протона и дейтрона из тепловых нейтронов. Посредством упрощения и использования наблюдаемого соотношения водорода к более тяжелым элементам ему удалось получить плотность вещества в начале нуклеосинтеза и отсюда массу и диаметр ранних галактик. [24] В 1953 году он получил аналогичные результаты, но на этот раз на основе другого определения плотности вещества и излучения, в тот момент, когда они стали равными. [25] В этой статье Гамов определил плотность реликтового фонового излучения, на основе которой была предсказана нынешняя температура 7 К – значение, которое чуть более чем в два раза превышает ныне принятое значение.
В 1967 году он опубликовал воспоминания и резюмирование своих собственных работ, а также работ Альфера и Роберта Германов (как совместно с Гамовым, так и независимо от него). [26] Это было вызвано открытием Пензиасом и Уилсоном космического фонового излучения в 1965 году; Гамов, Альфер и Герман чувствовали, что они не получили должного признания за свои теоретические предсказания его существования и источника. [ нужна цитация ] Гамов был смущен тем фактом, что авторы сообщения [27] , объясняющего значение наблюдений Пензиаса/Вильсона, не смогли признать и процитировать предыдущую работу Гамова и его сотрудников. [ нужна цитата ]
В 1953 году Фрэнсис Крик , Джеймс Уотсон , Морис Уилкинс и Розалинда Франклин открыли двойную спиральную структуру макромолекулы ДНК . Гамов попытался решить проблему того, как расположение четырех различных оснований ( аденина , цитозина , тимина и гуанина ) в цепях ДНК может контролировать синтез белков из составляющих их аминокислот. [28] Крик сказал, что предложения Гамова помогли ему в собственном обдумывании проблемы. [29] По сообщению Крика, [30] Гамов заметил, что 4 3 = 64 возможных перестановки четырех оснований ДНК, взятых по три за раз, сократились бы до 20 различных комбинаций , если бы порядок не имел значения. [31] Гамов предположил, что эти 20 комбинаций могут кодировать двадцать аминокислот, которые, как он предположил, вполне могут быть единственными составляющими всех белков. Вклад Гамова в решение проблемы генетического кодирования породил важные модели биологического вырождения . [32] [33]
Конкретная система, которую предлагал Гамов (названная «ромбами Гамова»), оказалась неверной. Тройки должны были быть перекрывающимися, чтобы в последовательности GGAC (например) GGA мог образовывать одну аминокислоту, а GAC другую, а также невырожденными (то есть каждая аминокислота соответствовала бы одной комбинации трех оснований – в Любой заказ). Более поздние работы по секвенированию белков доказали, что это не так; истинный генетический код неперекрывающийся и вырожденный, и изменение порядка комбинации оснований действительно меняет аминокислоту.
В 1954 году Гамов и Уотсон основали Клуб связей РНК . Это была дискуссионная группа ведущих ученых, занимавшихся проблемой генетического кода, в которую входили физики Эдвард Теллер и Ричард Фейнман . Позже в своих автобиографических произведениях Ватсон признал огромное значение проницательной инициативы Гамова. Однако это не мешало ему описывать эту колоритную личность как «сумасшедшего», играющего в карты, поющего лимерики, пьянствующего, практично-шутящего «гигантского чертенка». [34]
Гамов работал в Университете Джорджа Вашингтона с 1934 по 1954 год, а затем стал приглашенным профессором Калифорнийского университета в Беркли . В 1956 году он перешёл в Университет Колорадо в Боулдере , где оставался до конца своей карьеры. В 1956 году Гамов стал одним из основателей Комитета по изучению физических наук (PSSC), который позже реформировал преподавание физики в средней школе в годы, последовавшие за спутником .
В 1959 году Гамов, Ганс Бете и Виктор Вайскопф публично поддержали возвращение Фрэнка Оппенгеймера к преподаванию физики в колледже Университета Колорадо , когда «красная паника» начала угасать ( Дж. Роберт Оппенгеймер был старшим братом Фрэнка Оппенгеймера, и оба они работали над Манхэттенским проектом до того, как их карьера в физике была сорвана маккартизмом ). [35] : 130 Находясь в Колорадо, Фрэнк Оппенгеймер все больше интересовался преподаванием естественных наук посредством простых практических экспериментов и в конце концов переехал в Сан-Франциско , чтобы основать Эксплораториум . [35] : 130–152 Гамов не дожил бы до открытия своим коллегой этого инновационного научного музея в конце августа 1969 года. [35] : 152
В своей книге 1961 года «Атом и его ядро» Гамов предложил представлять периодическую систему химических элементов в виде непрерывной ленты, в которой элементы в порядке атомного номера намотаны в трехмерную спираль, диаметр которой ступенчато увеличивается (что соответствует более длинной спирали). ряды обычной таблицы Менделеева).
Гамов продолжил преподавание в Университете Колорадо в Боулдере и все больше внимания уделял написанию учебников и книг по науке для широкой публики. После нескольких месяцев плохого здоровья, операций на системе кровообращения, диабета и проблем с печенью Гамов умирал от печеночной недостаточности , которую он называл «слабым звеном», не выдержавшим других стрессов.
В письме Ральфу Альферу от 18 августа он написал: «Боль в животе невыносима и не прекращается». До этого состоялся длительный обмен письмами с его бывшим учеником, в котором он искал свежего понимания некоторых концепций, использованных в его более ранних работах с Полем Дираком. Гамов полагался на Альфера для более глубокого понимания математики.
19 августа 1968 года Гамов умер в возрасте 64 лет в Боулдере, штат Колорадо , и был похоронен там же на кладбище Грин-Маунтин. В его честь названа башня факультета физики Университета Колорадо в Боулдере.
У Гамова в 1935 году родился сын Игорь Гамов от первой жены Ро. Их сын позже стал профессором микробиологии в Университете Колорадо , а также изобретателем.
В 1956 году Гамов развелся со своей женой Ро. В 1958 году он женился на Барбаре Перкинс , редакторе одного из своих издателей.
Гамов был известным шутником, который любил розыгрыши и юмористические выверты, включенные в серьезные научные публикации. [36] [37] Его самой известной шуткой была новаторская статья Альфера-Бете-Гамова (1948), серьезная по своему стилю и содержанию. Однако Гамов не удержался от включения в список авторов своего коллеги Ганса Бете , в качестве игры слов над первыми тремя буквами греческого алфавита . [36] [38] [37]
Гамов был атеистом. [39] [40] [41]
Гамов был весьма успешным научным писателем, и некоторые из его книг все еще издаются более чем через полвека после их первой публикации. Как педагог Гамов признавал и подчеркивал фундаментальные принципы, которые вряд ли устареют, даже несмотря на ускорение темпов развития науки и техники. Он также передал чувство волнения по поводу революции в физике и других научных тем, представляющих интерес для обычного читателя. Гамов сам набросал множество иллюстраций для своих книг, которые придали новое измерение и дополнили то, что он намеревался передать в тексте. Он не боялся вводить математику там, где это было необходимо, но старался не отпугивать потенциальных читателей включением большого количества уравнений, которые не иллюстрировали существенные моменты.
В 1946 году Гамов был сторонником полета человека в космос на атомной энергии. [42] «Мы можем подготовиться к путешествию на Луну и к различным планетам нашей Солнечной системы на комфортабельном ракетном корабле, приводимом в движение атомной энергией». Он также писал, что «обычное химическое топливо, которое можно было бы использовать в двигателе такого ракетного корабля, не могло бы придать ему необходимую скорость...». [43] К 1965 году он смягчил свои ожидания, хотя и повторил свой прогноз относительно атомной энергетики:
Тогда как мы, возможно, сможем изучить формы жизни, которые могли развиться на Марсе и Венере (лучших «обитаемых» планетах Солнечной системы) в не слишком отдаленном будущем посредством авантюрного путешествия к этим планетам на «ядерном корабле». космического корабля с силовым двигателем», вопрос о возможном существовании и формах жизни в других звездных мирах за сотни и тысячи световых лет, вероятно, навсегда останется неразрешимой проблемой науки. [44]
К тому времени шла космическая гонка с использованием обычных химических ракет.
Его книга « Сотворение Вселенной» была впервые опубликована в 1952 году, и в ней сделан вывод: «Чтобы создать все атомы во Вселенной, потребовалось меньше часа, несколько сотен миллионов лет, чтобы создать звезды и планеты, и три миллиарда лет, чтобы создать мужчина." [45] [46]
В 1956 году он был награжден премией Калинги ЮНЕСКО за работу по популяризации науки с серией книг «Мистер Томпкинс...» (1939–1967), книгой « Один , два, три... бесконечность » и другими работами. [1]
Перед смертью Гамов работал с Ричардом Блейдом над учебником « Основные теории современной физики» , но работа так и не была завершена и не опубликована под этим названием. Гамов также написал книгу «Моя мировая линия: неформальная автобиография» , которая была опубликована посмертно в 1970 году.
Коллекция сочинений Гамова была передана в дар Университету Джорджа Вашингтона в 1996 году. Материалы включают переписку, статьи, рукописи и печатные материалы как Джорджа Гамова, так и о нем. В настоящее время коллекция находится под опекой Исследовательского центра специальных коллекций GWU, расположенного в библиотеке Эстель и Мелвина Гельман . [47]
В этих книгах г-н Томпкинс представлен как «CGH Томпкинс», чтобы подчеркнуть идею физики cGh .
Первые серьезные теории обеих этих ключевых идей были сформулированы одним и тем же человеком, ярким, неотразимо игривым физиком по имени Георгий Гамов.
После того, как начальная математическая работа по теории относительности была завершена, сама теория Большого Взрыва была изобретена бельгийским священником Жоржем Леметром, усовершенствована закоренелым атеистом Георгием Гамовым и теперь почти повсеместно принята теми, кто имеет ученые степени. в астрономии и физических науках, несмотря на свою очевидную абсурдность.
Удивительно, но атеист Георгий Гамов наслаждался вниманием Папы к его области исследований.
