Jorge Gamow

George Gamow (4 de marzo de 1904 - 19 de agosto de 1968), nacido Georgiy Antonovich Gamov (ucraniano: Георгій Антонович Гамов, ruso: Георгий Антонович Гамов), fue un erudito, físico teórico y cosmólogo soviético y estadounidense nacido en Rusia. Fue uno de los primeros defensores y desarrolladores de la teoría del Big Bang de Lemaître. Descubrió una explicación teórica de la desintegración alfa mediante túneles cuánticos, inventó el modelo de gota líquida y el primer modelo matemático del núcleo atómico, y trabajó en la desintegración radiactiva, la formación de estrellas, la nucleosíntesis estelar y la nucleosíntesis del Big Bang (que colectivamente llamó nucleocosmogénesis). y genética molecular.

En la mitad y el final de su carrera, Gamow dedicó gran parte de su atención a la enseñanza y escribió libros populares sobre ciencia, incluidos One Two Three... Infinity y Mr Tompkins serie de libros (1939–1967). Algunos de sus libros siguen imprimiéndose más de medio siglo después de su publicación original.

Primeros años y carrera

Gamow nació en Odessa, Imperio Ruso. 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 algo de francés de su madre y alemán de un tutor. Gamow aprendió inglés en sus años universitarios y lo aprendió con fluidez. La mayoría de sus primeras publicaciones fueron en alemán o ruso, pero luego usó el inglés tanto para documentos técnicos como para el público general.

Fue educado en el Instituto de Física y Matemáticas de Odessa (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 usó la misma frase para describir al grupo Alpher, Herman y Gamow.

Al graduarse, trabajó en teoría cuántica en Göttingen, 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 un descanso para trabajar con Ernest Rutherford en el Laboratorio Cavendish de Cambridge. Continuó estudiando el núcleo atómico (proponiendo el modelo de "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 los 28 años, uno de los más jóvenes de su historia. Durante el período 1931–1933, Gamow trabajó en el Departamento de Física del Instituto Radium (Leningrado) dirigido por Vitaly Khlopin [ ru]. El primer ciclotrón de Europa se diseñó bajo la dirección y participación directa de Igor Kurchatov, Lev Mysovskii y Gamow. En 1932, Gamow y Mysovskii presentaron un borrador de diseño para su consideración por parte del Consejo Académico del Instituto Radium, que lo aprobó. El ciclotrón no se completó hasta 1937.

Bragg Laboratory staff in 1931: W. H. Bragg (sitting, center): physicist A. Lebedev (leftmost), G. Gamow (rightmost)

Desintegración radiactiva

A principios del siglo XX, se sabía que los materiales radiactivos tenían índices de decaimiento exponencial característicos, o vidas medias. Al mismo tiempo, se sabía que las emisiones de radiación tenían ciertas energías características. En 1928, Gamow en Göttingen había resuelto la teoría de la descomposición alfa de un núcleo a través de túneles, con la ayuda matemática de Nikolai Kochin. El problema también fue resuelto de forma independiente por Ronald W. Gurney y Edward U. Condon. Sin embargo, Gurney y Condon 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 fuerte potencial nuclear. También clásicamente, se necesita una enorme cantidad de energía para separar el núcleo, un evento que no ocurriría espontáneamente. En la mecánica cuántica, sin embargo, existe la probabilidad de que la partícula pueda "a través de un túnel" la pared del pozo 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 del evento de desintegración alfa y la energía de la emisión, que se había descubierto previamente empíricamente y se conocía como la ley de Geiger-Nuttall. Algunos años más tarde, se aplicó el nombre de factor de Gamow o factor de Gamow-Sommerfeld a la probabilidad de que las partículas nucleares entrantes atravesaran la barrera electrostática de Coulomb y experimentaran reacciones nucleares.

Deserción

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 (en ruso: Любовь Вохминцева), otro físico de la Unión Soviética, a quien apodó "Rho" después de 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 visitar durante este período, pero Gamow no pudo obtener permiso para irse.

Gamow dijo más tarde que sus primeros dos intentos de desertar con su esposa fueron en 1932 e involucraron intentar navegar en kayak: primero un remo planificado 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.

En 1933, a Gamow se le concedió repentinamente permiso para asistir a la 7ª Conferencia Solvay sobre física, en Bruselas. Insistió en que lo acompañara su esposa, diciendo incluso que no iría solo. Finalmente, las autoridades soviéticas cedieron y emitieron pasaportes para la pareja. Los dos asistieron y arreglaron extender su estadía, con la ayuda de Marie Curie y otros físicos. Durante el año siguiente, Gamow obtuvo un trabajo temporal en el Instituto Curie, la Universidad de Londres y la Universidad de Michigan.

Mudarse a Estados Unidos

En 1934, Gamow y su esposa se mudaron a 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 Gamow-Teller" para la desintegración beta. Durante su estadía en Washington, Gamow también publicaría importantes artículos científicos con Mário Schenberg y Ralph Alpher. A fines de la década de 1930, los intereses de Gamow se habían vuelto 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 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 EE. UU.

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 primitivo. 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 de del sol).

Nucleosintesis del Big Bang

El trabajo de Gamow lideró el desarrollo del popular "big bang" teoría del universo en expansión. Fue el primero en emplear las soluciones no estáticas de Alexander Friedmann y Georges Lemaître de las ecuaciones gravitatorias de Einstein que describen un universo de densidad de materia uniforme y curvatura espacial constante. El avance crucial de Gamow proporcionaría una cosificación 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. 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 y a la posterior condensación de la materia en galaxias, cuya masa y diámetro pudo calcular en términos de parámetros físicos fundamentales, como la velocidad de la luz c, la constante gravitacional G de Newton, la constante de estructura fina α de Sommerfeld y la constante h de Planck.

El interés de Gamow por la cosmología surgió de su anterior interés por la generación de energía y la producción y transformación de elementos en las estrellas. 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 las tasas 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 sobre la base de 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 su 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. Antes de que su interés se volviera hacia la cuestión del código genético, Gamow publicó una veintena de artículos sobre cosmología. El primero fue en 1939 con Edward Teller sobre la formación de galaxias, seguido en 1946 por la primera descripción de la nucleosíntesis cósmica. También escribió muchos artículos populares y libros de texto académicos sobre este y otros temas.

En 1948, publicó un artículo sobre una versión atenuada del conjunto acoplado de ecuaciones que describen la producción de protones y deuterones a partir de neutrones térmicos. Por medio de una simplificación y utilizando la relación observada entre el hidrógeno y los 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. 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. 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 recapitulaciones de su propio trabajo, así como del trabajo de Alpher y Robert Herman (tanto con Gamow como independientemente de él). Esto fue impulsado por el descubrimiento de la radiación cósmica de fondo por parte de 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. Gamow estaba desconcertado por el hecho de que los autores de una comunicación que explicaba el significado de las observaciones de Penzias/Wilson no reconocieron ni citaron el trabajo anterior de Gamow y sus colaboradores.

ADN y ARN

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 la ordenación 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. Crick ha dicho que las sugerencias de Gamow lo ayudaron a pensar sobre el problema. Como relató Crick, Gamow observó que las 4³ = 64 permutaciones posibles de las cuatro bases de ADN, tomadas de tres en tres, se reducirían a 20 combinaciones distintas si el orden fuera irrelevante. 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.

El sistema específico que proponía Gamow (llamado "diamantes de Gamow") resultó ser incorrecto. Se suponía que los tripletes se superponían, de modo que en la secuencia GGAC (por ejemplo), GGA podría producir un aminoácido y GAC otro, y también no degenerar (lo que significa que cada aminoácido correspondería a una combinación de tres bases, en cualquier orden). El trabajo posterior de secuenciación de proteínas demostró 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. Este fue un grupo de discusión de destacados científicos preocupados por el problema del código genético, que contó 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 personalidad colorida como un "diablillo gigante" "loco", que juega a las cartas, canta quintillas, bebe alcohol y bromea.

Carrera tardía y vida

La tumba de Gamow en Green Mountain Cemetery, Boulder, Colorado, EE.UU.

La Torre George Gamow de la Universidad de Colorado Boulder

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 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 enseñanza universitaria de física en la Universidad de Colorado, cuando el Terror 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 el macartismo descarrilara sus carreras en física). 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. Gamow no viviría para ver la inauguración de este nuevo e innovador museo de la ciencia por parte de su colega, a finales de agosto de 1969.

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 forma tridimensional. hélice cuyo diámetro aumenta gradualmente (correspondiente a las filas más largas de la tabla periódica convencional).

Gamow continuó enseñando en la Universidad de Colorado Boulder y se centró cada vez más en escribir libros de texto y libros sobre ciencia para el público en general. Después de varios meses de mala salud, cirugías 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 pudo soportar las otras 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, 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 de Green Mountain. La torre del departamento de física de la Universidad de Colorado en Boulder lleva su nombre.

Vida privada

Gamow tuvo un hijo, Igor Gamow, con su primera esposa, Rho, en 1935. Más tarde, su hijo 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 se deleitaba con las bromas pesadas y los giros humorísticos incluidos en publicaciones científicas serias. 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 agregar a su colega Hans Bethe a la lista de autores, como un juego de palabras con las tres primeras letras del alfabeto griego.

Gamow era ateo.

Escritos

Gamow fue un escritor científico de gran éxito, y varios de sus libros siguen imprimiéndose más de medio siglo después de su publicación inicial. Como educador, Gamow reconoció y enfatizó principios fundamentales que probablemente no quedarían obsoletos, incluso cuando el ritmo de la ciencia y la tecnología se aceleró. También transmitió una sensación de entusiasmo con la revolución de la física y otros temas científicos de interés para el lector común. El propio Gamow esbozó las numerosas ilustraciones de sus libros, lo que añadió una nueva dimensión y complementó lo que pretendía transmitir en el texto. No tenía miedo de introducir las matemáticas donde fuera esencial, pero trató de evitar disuadir a los lectores potenciales al incluir un gran número de ecuaciones que no ilustraban los puntos esenciales.

En 1946, Gamow era un defensor de los vuelos espaciales tripulados propulsados por energía atómica. "Podemos prepararnos para un viaje a la Luna ya varios planetas de nuestro sistema solar en un cómodo cohete impulsado por energía atómica." También escribió 'los combustibles químicos ordinarios que podrían usarse en el motor de un cohete de este tipo no podrían darle la velocidad necesaria...'. En 1965 moderó sus expectativas, aunque reafirmó su pronóstico sobre la energía atómica:

Si bien podemos estudiar las formas de vida que podrían haberse desarrollado en Marte y Venus (los mejores planetas "habitables" del sistema solar) en un futuro no muy lejano por medio de un viaje aventurero a estos planetas en un "transbordador espacial propulsado por energía nuclear", la pregunta sobre la posible existencia y las formas de vida en otros mundos estelares a cientos y miles de años luz probablemente seguirá siendo un problema insolable para siempre.

Para entonces, la carrera espacial estaba en marcha con cohetes químicos convencionales.

Su libro, La creación del universo, se publicó por primera vez en 1952 y concluye: "Tomó menos de una hora crear todos los átomos del universo, unos pocos cientos de millones". años para hacer las estrellas y los planetas, pero tres mil millones de años para hacer al hombre."

En 1956, la UNESCO le otorgó el Premio Kalinga por su trabajo en la divulgación de la ciencia con su Mr. Tompkins... serie de libros (1939–1967), su libro One, Two, Three...Infinity y otras obras.

Antes de su muerte, Gamow estaba trabajando con Richard Blade en un libro de texto Teorías básicas de 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.

Una colección de los escritos de Gamow fue donada a la Universidad George Washington en 1996. Los materiales incluyen correspondencia, artículos, manuscritos y materiales impresos de y sobre George Gamow. La colección está actualmente bajo el cuidado del Centro de Investigación de Colecciones Especiales de GWU, ubicado en la Biblioteca Estelle y Melvin Gelman.

Libros

Popular

• El nacimiento y la muerte del sol (1940, revisado 1952)
• Biografía de la Tierra (1941)
• Energía Atómica en la vida cósmica y humana (1946)
• Uno Dos Tres... Infinity (1947, revisado 1961), Viking Press (copyright renovado por Barbara Gamow, 1974), Dover Publications, ISBN 0-486-25664-2, ilustrado por el autor. Dedicado a su hijo, Igor Gamow, sigue siendo uno de los más bien recibidos en el género científico popular. El libro vientos de matemáticas a biología, a física, cristalografía, y más.
• La Luna (1953)
• Gamow, George; Stern, Marvin (1958). Puzzle-Math. Viking Press. ISBN 978-0-333-08637-7.
• Biografía de Física Harper ' Brothers (1961) ASIN B000UULZIG
• Gravedad (1962) Dover Publications, ISBN 0-486-42563-0. Perfiles de Galileo, Newton y Einstein
• Un planeta llamado Tierra (1963)
• Una estrella llamó al sol (1964)
• Treinta años que sorprendió física: La historia de la teoría cuántica, 1966, Dover Publications, ISBN 0-486-24895-X.
• Mi World Line: Una Autobiografía Informal (1970) Viking Press, ISBN 0-670-50376-2

Serie Sr. Tompkins

A lo largo de estos libros, el Sr. Tompkins se presenta como "C. G. H. Tompkins" para enfatizar la noción de física cGh.

• Mr Tompkins in Wonderland (1940) publicado originalmente en 1938 en forma de serie en Discovery revista (Reino Unido)
• Mr Tompkins Explora el átomo (1945)
  • Mr Tompkins in Paperback (1965), combina Mr Tompkins in Wonderland con Mr Tompkins Explora el átomo, Cambridge University Press; 1993 Canto edición, prefacio de Roger Penrose
  • El Nuevo Mundo del Sr. Tompkins (1999), coautor Russell Stannard actualizado Mr Tompkins in Paperback (ISBN 9780521630092 cubierta dura)
• Mr Tompkins Aprende los hechos de la vida (1953), sobre biología
  • Mr. Tompkins Inside himself (1967), coautor Martynas Yčas Mr Tompkins Aprende los hechos de la vida dar una visión más amplia de la biología, incluyendo recientes desarrollos en biología molecular

Título de una copia de 1949 de "Teoría de Nucleo Atómico y Energía Nuclear"

Libros de texto de ciencias

• Constitución de Nuclei Atómico y Radioactividad (1931)
• Estructura de las transformaciones nucleares y nucleares atómicas (1937)
• Energía Atómica en la vida cósmica y humana (1947)
• Theory of Atomic Nucleus and Nuclear Energy Sources (1949) coautor C. L. Critchfield
• La Creación del Universo (1952)
• Materias, Tierra y Cielo (1958)
• Física: Fundaciones " Fronteras " (1960) coautor John M. Cleveland
• El átomo y su nucleus (1961)
• Mr. Tompkins Gets Serious: The Essential George Gamow (2005). editado por Robert Oerter, Pi Press, ISBN 0-13-187291-5. Incorpora material de Matter, Earth, and Sky y El átomo y su nucleus. A pesar del título, este libro es no parte de la serie Mr. Tompkins.