Yákov Zeldovich

Yakov Borisovich Zeldovich ForMemRS (bielorruso: Я́каў Бары́савіч Зяльдо́віч, ruso: Я́ков Бори́сович Зельдо́вич; 8 de marzo de 1914 - 2 de diciembre de 1987), también conocido como YaB, D.N. fue un destacado físico soviético de origen bielorruso, conocido por sus prolíficas contribuciones en cosmología física, física de reacciones termonucleares, combustión e hidrodinámica. fenómenos.

A partir de 1943, Zeldovich, un físico autodidacta, comenzó su carrera desempeñando un papel crucial en el desarrollo del antiguo programa soviético de armas nucleares. En 1963, regresó a la academia para embarcarse en contribuciones pioneras sobre la comprensión fundamental de la termodinámica de los agujeros negros y la ampliación del alcance de la cosmología física.

Biografía

Vida temprana y educación

Yakov Zeldovich nació en una familia judía bielorrusa en la casa de su abuelo en Minsk. Sin embargo, a mediados de 1914, la familia Zeldovich se mudó a San Petersburgo. Residieron allí hasta agosto de 1941, cuando la familia fue evacuada junto con la facultad del Instituto de Física Química a Kazán para evitar la invasión del Eje a la Unión Soviética. Permanecieron en Kazán hasta el verano de 1943, cuando Zeldovich se trasladó a Moscú.

Su padre, Boris Naumovich Zeldovich, era abogado; su madre, Anna Petrovna Zeldovich (de soltera Kiveliovich), traductora del francés al ruso, era miembro de la Unión de Escritores. A pesar de haber nacido en una familia judía devota y religiosa, Zeldovich era un "ateo absoluto".

Zeldovich era un autodidacta. Se consideraba que tenía un intelecto notablemente versátil y durante su vida exploró e hizo importantes contribuciones a una amplia gama de esfuerzos científicos. A partir de una oportunidad que se le presentó en mayo de 1931, consiguió un nombramiento como asistente de laboratorio en el Instituto de Física Química de la Academia de Ciencias de la Unión Soviética, y permaneció asociado con el instituto por el resto de su vida. Como ayudante de laboratorio recibió formación preliminar sobre temas relacionados con la química física y se ganó una reputación entre sus superiores en el Instituto de Física Química.

De 1932 a 1934, Zeldovich asistió a cursos universitarios de física y matemáticas en la Universidad Estatal de Leningrado (ahora Universidad Estatal de San Petersburgo) y más tarde asistió a conferencias técnicas sobre introducción a la física en el Instituto Politécnico de Leningrado (ahora Universidad Pedro el Grande)..Universidad Politécnica de Petersburgo).

En 1936, obtuvo con éxito su candidatura al título de Candidato en Ciencias (un equivalente soviético del doctorado), tras haber defendido con éxito su tesis sobre el tema de la "adsorción y catálisis en superficies heterogéneas". La centralidad de su tesis se centró en la investigación sobre la isoterma de adsorción de Freundlich (o clásica), y Zeldovich descubrió el fundamento teórico de esta observación empírica.

En 1939, Zeldovich preparó su tesis basada en la teoría matemática de la interpretación física de la oxidación del nitrógeno, y recibió con éxito el Doctorado en Ciencias en Física Matemática cuando fue revisada por Alexander Frumkin. Zeldovich descubrió su mecanismo, conocido en química física como mecanismo térmico de NOx o mecanismo de Zeldovich.

Programa soviético de armas nucleares

Zeldovich es considerado el director secreto del proyecto de armas nucleares soviético; sus viajes al extranjero estaban muy restringidos, a Europa del Este, bajo la estrecha seguridad soviética. Poco después del descubrimiento de la fisión nuclear (por el químico alemán Otto Hahn en 1939), los físicos rusos comenzaron a investigar el alcance de la física de la fisión nuclear y realizaron seminarios sobre ese tema; Igor Kurchatov y Yulii Khariton se comprometieron en 1940.

En mayo de 1941, Zeldovich trabajó con Khariton en la construcción de una teoría sobre la cinética de las reacciones nucleares en presencia de condiciones críticas. El trabajo de Khariton y Zeldovich se amplió a las teorías de ignición, combustión y detonación; estos representaban características que previamente no habían sido predichas, observadas ni explicadas correctamente. En consecuencia, la teoría moderna de la detonación se llama teoría de Zeldovich-von Neumann-Dohring, o ZND, y su desarrollo implicó tediosos cálculos de neutrones rápidos; este trabajo se había retrasado debido a la invasión alemana de la Unión Soviética, que obstaculizó el avance de hallazgos que en junio de 1941 serían desclasificados. En 1942, Zeldovich fue trasladado a Kazán y el Comisariado de Municiones del Pueblo le encargó realizar trabajos sobre pólvoras convencionales que se suministrarían al ejército soviético, mientras que a Khariton se le pidió que diseñara los nuevos tipos de armamento convencional.

En 1943, Joseph Stalin decidió lanzar una acumulación de armas nucleares, bajo el mando de Igor Kurchatov; este último pidió a Stalin que trasladara a Zeldovich y Khariton a Moscú, en el programa de armas nucleares. Zeldovich se unió al pequeño equipo de Igor Kurchatov en este laboratorio secreto de Moscú para iniciar el trabajo sobre la teoría de la combustión nuclear y se convirtió en jefe del departamento teórico de Arzamas-16 en 1946.

Con Isaak Gurevich, Isaak Pomeranchuk y Khariton, Zeldovich preparó un informe científico sobre la viabilidad de liberar energía mediante la fusión nuclear provocada por una explosión atómica y se lo presentó a Igor Kurchatov. Zeldovich se había beneficiado del conocimiento físico y técnico proporcionado por el físico alemán Klaus Fuchs y el físico estadounidense Theodore Hall, quienes habían trabajado en el Proyecto Manhattan estadounidense para desarrollar armas nucleares.

En 1949, Zeldovich dirigió un equipo de físicos que llevó a cabo la primera prueba nuclear, el RDS-1, basado aproximadamente en el diseño estadounidense obtenido a través de los espías atómicos en los Estados Unidos, aunque continuó su trabajo fundamental sobre la teoría de los explosivos. Zeldovich comenzó entonces a trabajar en la modernización de los sucesivos diseños del arma nuclear e inicialmente concibió la idea de la bomba de hidrógeno para Andrei Sajarov y otros. En el curso de su trabajo sobre armas nucleares, Zeldovich realizó trabajos innovadores en hidrodinámica de radiación y física de la materia a alta presión.

Entre 1950 y 1953, Zeldovich realizó los cálculos necesarios para la viabilidad de la bomba de hidrógeno que fueron verificados por Andrei Sajarov, aunque los dos grupos trabajaron en paralelo en el desarrollo de la fusión termonuclear. Sin embargo, fue Sajarov quien cambió radicalmente el enfoque de la fusión termonuclear, con la ayuda de Vitaly Ginzburg en 1952. Permaneció asociado con el programa de pruebas nucleares, mientras dirigía los laboratorios experimentales en Arzamas-16 hasta octubre de 1963, cuando se fue a la academia.

Academia y cosmología

En 1952, Zeldovich comenzó a trabajar en el campo de las partículas elementales y sus transformaciones. Predijo la desintegración beta de un mesón pi. Junto con Semyon Gershtein notó la analogía entre las interacciones débiles y electromagnéticas, y en 1960 predijo el fenómeno de la catálisis de muones (más precisamente, la fusión dt catalizada por muones). En 1977, Zeldovich, junto con Fyodor Shapiro [ru] recibió la Medalla Kurchatov, el premio más alto en Física nuclear de la Unión Soviética. La mención fue "por la predicción de las características de los neutrones ultrafríos, su detección e investigación". Fue elegido académico de la Academia de Ciencias de la URSS el 20 de junio de 1958. Fue jefe de división del Instituto de Matemáticas Aplicadas de la Academia de Ciencias de la URSS desde 1965 hasta enero de 1983.

A principios de la década de 1960, Zeldovich comenzó a trabajar en astrofísica y cosmología física. En 1964, él y, de forma independiente, Edwin Salpeter fueron los primeros en sugerir que los discos de acreción alrededor de agujeros negros masivos son responsables de las enormes cantidades de energía irradiadas por los quásares. Desde 1965 fue profesor en el Departamento de Física de la Universidad Estatal de Moscú y jefe de la división de Astrofísica Relativista del Instituto Astronómico Sternberg. En 1966, él e Igor Novikov fueron los primeros en proponer la búsqueda de candidatos a agujeros negros entre sistemas binarios en los que una estrella es ópticamente brillante y oscura en rayos X y la otra ópticamente oscura pero brillante en rayos X (el candidato a agujero negro).

Zeldovich trabajó en la teoría de la evolución del universo caliente, las propiedades de la radiación de fondo de microondas, la estructura a gran escala del universo y la teoría de los agujeros negros. Predijo, con Rashid Sunyaev, que el fondo cósmico de microondas debería sufrir dispersión Compton inversa. Esto se llama efecto Sunyaev-Zeldovich, y las mediciones realizadas por telescopios como el Telescopio de Cosmología de Atacama y el Telescopio del Polo Sur lo han establecido como una de las sondas de observación clave de la cosmología de cúmulos. Zeldovich aportó conocimientos profundos sobre la naturaleza de la estructura a gran escala del universo, en particular, mediante el uso de la teoría de la perturbación lagrangiana (la aproximación de Zeldovich) y la aplicación de la teoría de Burgers. enfoque de ecuación a través de la aproximación de adhesión.

En 1974, en colaboración con A. G. Polnarev, sugirió la existencia de un efecto de memoria gravitacional, por el cual un sistema de partículas que caen libremente inicialmente en reposo relativo se desplazan después del paso de una ráfaga de radiación gravitacional.

Termodinámica del agujero negro

Zeldovich jugó un papel clave en el desarrollo de la teoría de la evaporación de los agujeros negros debido a la radiación de Hawking. Zeldovich y Charles W. Misner predijeron simultáneamente la posibilidad de generación de partículas mediante la rotación de los agujeros negros de Kerr en 1971 y 1972. Anteriormente, en 1965, Zeldovich había predicho que los agujeros negros de Kerr dividirían las líneas de emisión de fotones como en un efecto Zeeman. Durante la visita de Stephen Hawking a Moscú en 1973, los científicos soviéticos Zeldovich y Alexei Starobinsky le mostraron a Hawking que, según el principio de incertidumbre de la mecánica cuántica, los agujeros negros en rotación deberían crear y emitir partículas.

Familia

Con su esposa, Varvara Pavlovna Konstantinova, Yakov Zeldovich tuvo un hijo y dos hijas que también eran físicas: su hijo, Boris Zeldovich; hijas: Olga Yakovlevna Zeldovich y Marina Yakovlevna Zeldovich.

Zeldovich también tuvo una hija, Annushka, con O.K. Shiryaeva.

Tuvo una hija más en 1945, Alexandra Varkovitskaya, con la lingüista y folclorista Ludmila Varkovitskaya.

Zeldovich tuvo otro hijo con Nina Nikolaevna Agapova en 1958, cuyo nombre era Leonid Yakovlevich Agapov; Murió en 2016 a la edad de 58 años.

Publicaciones

Libros

Premios y distinciones

Igor Kurchatov lo llamó "genio" y Andrei Sajarov lo nombró "un hombre de intereses científicos universales". Después de la primera reunión en Moscú, Stephen W. Hawking le escribió a Zeldovich: "ahora sé que usted es una persona real y no un grupo de científicos como Bourbaki". Fue miembro de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias (1975), la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (1979) y la Sociedad Filosófica Estadounidense (1979).