George Gamow - George Gamow

George Gamow
George Gamow.jpg
Nascer
Georgiy Antonovich Gamov

( 1904-03-04 )4 de março de 1904 ( OS 20 de fevereiro de 1904)
Faleceu 19 de agosto de 1968 (1968-08-19)(com 64 anos)
Boulder, Colorado , Estados Unidos
Cidadania União Soviética ,
Estados Unidos
Alma mater Universidade Estadual de Leningrado
Conhecido por Fator
Gamow Transição Gamow-Teller
Papel Alpher-Bethe-Gamow
Decaimento Alfa
Modelo de gota de líquido Túnel
quântico
Big Bang
Um Dois Três ... Infinito
Prêmios Prêmio Kalinga (1956)
Carreira científica
Campos Físico , escritor de ciência
Instituições Universidade de Göttingen
Niels Bohr Instituto
Cavendish Laboratory
George Washington University
University of California, Berkeley
University of Colorado Boulder
Orientador de doutorado Alexander Friedmann
Alunos de doutorado Ralph Asher Alpher
Vera Rubin

George Gamow (4 de março de 1904 - 19 de agosto de 1968), nascido Georgiy Antonovich Gamov ( russo : Георгий Антонович Гамов ), foi um polímata , físico teórico e cosmologista americano nascido na Rússia . Ele foi um dos primeiros defensores e desenvolvedores da teoria do Big Bang de Lemaître . Ele descobriu uma explicação teórica da decadência alfa por tunelamento quântico , inventou o modelo de gota líquida e o primeiro modelo matemático do núcleo atômico e trabalhou na decadência radioativa , formação de estrelas , nucleossíntese estelar e nucleossíntese do Big Bang (que ele chamou coletivamente de nucleocosmogênese ), e genética molecular .

Em sua carreira intermediária e tardia, Gamow direcionou grande parte de sua atenção ao ensino e escreveu livros populares sobre ciência, incluindo One Two Three ... Infinity e a série de livros Mr Tompkins (1939-1967). Alguns de seus livros ainda são impressos mais de meio século depois de sua publicação original.

Juventude e carreira

Gamow nasceu em Odessa , Império Russo . Seu pai ensinava língua e literatura russas no colégio, e sua mãe ensinava geografia e história em uma escola para meninas. Além do russo, Gamow aprendeu a falar um pouco de francês com sua mãe e alemão com um tutor. Gamow aprendeu inglês em seus anos de faculdade e tornou-se fluente. A maioria de suas primeiras publicações foi em alemão ou russo, mas mais tarde ele usou o inglês para artigos técnicos e para o público leigo.

Ele foi educado no Instituto de Física e Matemática em Odessa (1922-1923) e na Universidade de Leningrado (1923-1929). Gamow estudou com Alexander Friedmann em Leningrado , até a morte prematura de Friedmann em 1925, que o obrigou a mudar de orientador de dissertação. Na universidade, Gamow fez amizade com três outros estudantes de física teórica, Lev Landau , Dmitri Ivanenko e Matvey Bronshtein . Os quatro formaram um grupo que chamaram de Três Mosqueteiros , que se reuniu para discutir e analisar os artigos pioneiros sobre mecânica quântica publicados durante aqueles anos. Mais tarde, ele usou a mesma frase para descrever o grupo Alpher, Herman e Gamow.

Após a graduação, ele trabalhou com teoria quântica em Göttingen , onde sua pesquisa sobre o núcleo atômico serviu de base para seu doutorado. Ele então trabalhou no Instituto de Física Teórica da Universidade de Copenhagen de 1928 a 1931, com uma pausa para trabalhar com Ernest Rutherford no Laboratório Cavendish em Cambridge . Ele continuou a estudar o núcleo atômico (propondo o modelo da "gota líquida" ), mas também trabalhou na física estelar com Robert Atkinson e Fritz Houtermans .

Em 1931, Gamow foi eleito membro correspondente da Academia de Ciências da URSS aos 28 anos - um dos mais jovens de sua história. Durante o período de 1931 a 1933, Gamow trabalhou no Departamento de Física do Instituto de Rádio (Leningrado) chefiado por Vitaly Khlopin  [ ru ] . O primeiro ciclotron da Europa foi projetado sob a orientação e participação direta de Igor Kurchatov , Lev Mysovskii e Gamow. Em 1932, Gamow e Mysovskii submeteram um projeto de projeto à consideração do Conselho Acadêmico do Instituto de Rádio, que o aprovou. O ciclotron não foi concluído até 1937.

Equipe do Laboratório Bragg em 1931: WH Bragg (sentado, centro): físico A. Lebedev (extrema esquerda), G. Gamow (extrema direita)

Decaimento radioativo

No início do século 20, os materiais radioativos eram conhecidos por terem taxas de decaimento exponencial características, ou meias-vidas. Ao mesmo tempo, as emissões de radiação eram conhecidas por terem certas energias características. Em 1928, Gamow em Göttingen havia resolvido a teoria da decadência alfa de um núcleo via tunelamento , com a ajuda matemática de Nikolai Kochin . O problema também foi resolvido de forma independente por Ronald W. Gurney e Edward U. Condon . Gurney e Condon, entretanto, não alcançaram os resultados quantitativos alcançados por Gamow.

Classicamente, a partícula está confinada ao núcleo por causa da alta necessidade de energia para escapar do poço de potencial nuclear muito forte . Também classicamente, é necessária uma enorme quantidade de energia para separar o núcleo, um evento que não ocorreria espontaneamente. Na mecânica quântica , entretanto, há uma probabilidade de que a partícula possa "passar por um túnel" pela parede do poço de potencial e escapar. Gamow resolveu um potencial modelo para o núcleo e derivou dos primeiros princípios uma relação entre a meia-vida do processo do evento de decadência alfa e a energia da emissão, que havia sido previamente descoberta empiricamente e era conhecida como lei Geiger-Nuttall . Alguns anos mais tarde, o nome fator Gamow ou fator Gamow-Sommerfeld foi aplicado à probabilidade de partículas nucleares entrando em túnel através da barreira eletrostática de Coulomb e passando por reações nucleares.

Deserção

Gamow trabalhou em vários estabelecimentos soviéticos antes de decidir fugir da União Soviética devido ao aumento da opressão. Em 1931, ele teve sua permissão oficialmente negada para participar de uma conferência científica na Itália. Também em 1931, ele se casou com Lyubov Vokhmintseva ( russo : Любовь Вохминцева ), outro físico da União Soviética, a quem apelidou de "Rho" em homenagem à letra grega . Gamow e sua nova esposa passaram grande parte dos dois anos seguintes tentando deixar a União Soviética, com ou sem permissão oficial. Niels Bohr e outros amigos convidaram Gamow para uma visita durante este período, mas Gamow não conseguiu permissão para sair.

Gamow disse mais tarde que suas duas primeiras tentativas de desertar com sua esposa foram em 1932 e envolveram tentar andar de caiaque : primeiro, um remo planejado de 250 quilômetros sobre o Mar Negro até a Turquia , e outra tentativa de Murmansk para a Noruega . O mau tempo frustrou ambas as tentativas, mas não foram notadas pelas autoridades.

Em 1933, Gamow repentinamente recebeu permissão para participar da 7ª Conferência Solvay de Física, em Bruxelas . Insistiu em que a esposa o acompanhasse, chegando a dizer que não iria sozinho. Por fim, as autoridades soviéticas cederam e emitiram passaportes para o casal. Os dois compareceram e marcaram o prolongamento da estada, com a ajuda de Marie Curie e outros físicos. No ano seguinte, Gamow obteve um trabalho temporário no Curie Institute , na University of London e na University of Michigan .

Mude para a américa

Em 1934, Gamow e sua esposa se mudaram para os Estados Unidos. Ele se tornou professor na George Washington University (GWU) em 1934 e recrutou o físico Edward Teller de Londres para se juntar a ele na GWU. Em 1936, Gamow e Teller publicaram o que ficou conhecido como " regra de seleção Gamow-Teller " para decaimento beta . Durante sua estada em Washington, Gamow também publicou importantes artigos científicos com Mário Schenberg e Ralph Alpher . No final da década de 1930, os interesses de Gamow se voltaram para a astrofísica e a cosmologia .

Em 1935, nasceu o filho de Gamow, Igor Gamow (em um livro de 1947, a dedicatória de Gamow era "Para meu filho IGOR, que preferencialmente seria um caubói"). George Gamow se naturalizou americano em 1940. Ele manteve sua associação formal com a GWU até 1956.

Durante a Segunda Guerra Mundial, Gamow não trabalhou diretamente no Projeto Manhattan produzindo a bomba atômica , apesar de seus conhecimentos sobre radioatividade e fusão nuclear . Ele continuou a ensinar física na GWU e como consultor para a Marinha dos Estados Unidos.

Gamow estava interessado nos processos de evolução estelar e na história inicial do Sistema Solar . Em 1945, ele foi co-autor de um artigo de apoio ao trabalho do físico teórico alemão Carl Friedrich von Weizsäcker sobre a formação planetária no início do Sistema Solar. Gamow publicou outro artigo no jornal britânico Nature em 1948, no qual desenvolveu equações para a massa e o raio de uma galáxia primordial (que normalmente contém cerca de cem bilhões de estrelas, cada uma com uma massa comparável à do Sol).

Nucleossíntese Big Bang

O trabalho de Gamow liderou o desenvolvimento da quente teoria do "big bang" do universo em expansão. Ele foi o primeiro a empregar as soluções não estáticas de Alexander Friedmann e Georges Lemaître para as equações gravitacionais de Einstein, descrevendo um universo de densidade de matéria uniforme e curvatura espacial constante. O avanço crucial de Gamow proporcionaria uma reificação física da ideia de Lemaître de um quantum primordial único. Gamow fez isso presumindo que o universo primitivo era dominado pela radiação e não pela matéria. A maior parte do trabalho posterior em cosmologia é fundada na teoria de Gamow. Ele aplicou seu modelo à questão da criação dos elementos químicos e à subsequente condensação da matéria em galáxias, cuja massa e diâmetro ele foi capaz de calcular em termos de parâmetros físicos fundamentais, como a velocidade da luz c , de Newton. constante gravitacional G , constante de estrutura fina de Sommerfeld α e constante de Planck h .

O interesse de Gamow pela cosmologia surgiu de seu interesse anterior na geração de energia e na produção e transformação de elementos nas estrelas. Este trabalho, por sua vez, evoluiu de sua descoberta fundamental de tunelamento quântico como o mecanismo de decaimento alfa nuclear , e sua aplicação dessa teoria ao processo inverso para calcular taxas de reação termonuclear.

A princípio, Gamow acreditava que todos os elementos poderiam ser produzidos no estágio inicial de temperatura e densidade muito altas do universo. Mais tarde, ele revisou sua opinião sobre a força das evidências convincentes apresentadas por Fred Hoyle e outros, de que elementos mais pesados ​​que o lítio são amplamente produzidos em reações termonucleares em estrelas e em supernovas. Gamow formulou um conjunto de equações diferenciais acopladas descrevendo seu processo proposto e atribuiu, como tópico de dissertação de doutorado, a seu aluno de graduação Ralph Alpher a tarefa de resolver as equações numericamente. Esses resultados de Gamow e Alpher apareceram em 1948 como o artigo Alpher – Bethe – Gamow . Antes de seu interesse se voltar para a questão do código genético, Gamow publicou cerca de vinte artigos sobre cosmologia. O primeiro foi em 1939 com Edward Teller na formação da galáxia, seguido em 1946 pela primeira descrição da nucleossíntese cósmica. Ele também escreveu muitos artigos populares, bem como livros acadêmicos sobre este e outros assuntos.

Em 1948, ele publicou um artigo que trata de uma versão atenuada do conjunto acoplado de equações que descrevem a produção do próton e do deutério a partir de nêutrons térmicos. Por meio de uma simplificação e usando a proporção observada de hidrogênio para elementos mais pesados, ele foi capaz de obter a densidade da matéria no início da nucleossíntese e, a partir disso, a massa e o diâmetro das primeiras galáxias. Em 1953, ele produziu resultados semelhantes, mas desta vez com base em outra determinação da densidade da matéria e da radiação, na época em que se tornaram iguais. Neste artigo, Gamow determinou a densidade da radiação de fundo residual, a partir da qual uma temperatura atual de 7 K foi prevista - um valor que era um pouco mais do que o dobro do valor atualmente aceito.

Em 1967, ele publicou reminiscências e recapitulações de sua própria obra, bem como da obra de Alpher e Robert Herman (ambos com Gamow e também independentemente dele). Isso foi motivado pela descoberta da radiação cósmica de fundo por Penzias e Wilson em 1965; Gamow, Alpher e Herman sentiram que não receberam o crédito que mereciam por suas previsões teóricas de sua existência e origem. Gamow ficou desconcertado pelo fato de que os autores de uma comunicação explicando o significado das observações de Penzias / Wilson não reconheceram e citaram o trabalho anterior de Gamow e seus colaboradores.

DNA e RNA

Em 1953, Francis Crick , James Watson , Maurice Wilkins e Rosalind Franklin descobriram a estrutura de dupla hélice da macromolécula de DNA . Gamow tentou resolver o problema de como a ordenação de quatro bases diferentes ( adenina , citosina , timina e guanina ) nas cadeias de DNA pode controlar a síntese de proteínas a partir de seus aminoácidos constituintes. Crick disse que as sugestões de Gamow o ajudaram a pensar sobre o problema. Conforme relatado por Crick, Gamow observou que as 4 3 = 64 permutações possíveis das quatro bases do DNA, tomadas três de cada vez, seriam reduzidas a 20 combinações distintas se a ordem fosse irrelevante. Gamow propôs que essas 20 combinações poderiam codificar os vinte aminoácidos que, ele sugeriu, poderiam ser os únicos constituintes de todas as proteínas. A contribuição de Gamow para resolver o problema da codificação genética deu origem a modelos importantes de degeneração biológica .

O sistema específico que Gamow estava propondo (chamado de "diamantes de Gamow") provou ser incorreto. Os tripletos deveriam estar sobrepostos, de modo que na sequência GGAC (por exemplo), GGA pudesse produzir um aminoácido e GAC outro, e também não degenerado (significando que cada aminoácido corresponderia a uma combinação de três bases - em qualquer ordem). O trabalho posterior de sequenciamento de proteínas provou que esse não poderia ser o caso; o verdadeiro código genético não se sobrepõe e se degenera, e mudar a ordem de uma combinação de bases muda o aminoácido.

Em 1954, Gamow e Watson co-fundaram o RNA Tie Club . Tratava-se de um grupo de discussão de importantes cientistas preocupados com o problema do código genético, que contava entre seus membros os físicos Edward Teller e Richard Feynman . Em seus escritos autobiográficos, Watson mais tarde reconheceu a grande importância da iniciativa perspicaz de Gamow. No entanto, isso não o impediu de descrever essa personalidade pitoresca como um "maluco", brincalhão de cartas, cantor de limerick, bebedeira e brincalhão "diabinho gigante".

Carreira e vida atrasadas

Túmulo de Gamow no Cemitério Green Mountain, Boulder, Colorado, EUA
Torre George Gamow na Universidade de Colorado Boulder

Gamow trabalhou na George Washington University de 1934 a 1954, quando se tornou professor visitante na University of California, Berkeley . Em 1956, mudou-se para a University of Colorado Boulder , onde permaneceu pelo resto de sua carreira. Em 1956, Gamow se tornou um dos membros fundadores do Comitê de Estudos de Ciências Físicas (PSSC), que mais tarde reformou o ensino de física no ensino médio nos anos pós- Sputnik . Também em 1956, ele se divorciou de sua primeira esposa. Gamow mais tarde se casou com Barbara Perkins (editora de uma de suas editoras) em 1958.

Em 1959, Gamow, Hans Bethe e Victor Weisskopf apoiaram publicamente a reentrada de Frank Oppenheimer no ensino de física universitária na Universidade do Colorado , quando o medo vermelho começou a desaparecer ( J. Robert Oppenheimer era o irmão mais velho de Frank Oppenheimer, e ambos haviam trabalhado no Projeto Manhattan antes de suas carreiras na física serem prejudicadas pelo macarthismo ). Enquanto estava no Colorado, Frank Oppenheimer tornou-se cada vez mais interessado no ensino de ciências por meio de experimentos práticos simples e acabou se mudando para San Francisco para fundar o Exploratorium . Gamow não viveria para ver a inauguração deste inovador museu de ciências por seu colega, no final de agosto de 1969.

Em seu livro de 1961, The Atom and its Nucleus , Gamow propôs representar o sistema periódico dos elementos químicos como uma fita contínua, com os elementos em ordem de número atômico enrolados em uma hélice tridimensional cujo diâmetro aumentou gradativamente (correspondendo ao linhas da tabela periódica convencional).

Gamow continuou a ensinar na Universidade do Colorado em Boulder e se concentrou cada vez mais em escrever livros didáticos e livros sobre ciências para o público em geral. Depois de vários meses de problemas de saúde, cirurgias no sistema circulatório, diabetes e problemas no fígado, Gamow estava morrendo de insuficiência hepática , que ele chamava de "elo fraco" que não suportava os outros estresses.

Em uma carta escrita a Ralph Alpher em 18 de agosto, ele havia escrito: "A dor no abdômen é insuportável e não para". Antes disso, houve uma longa troca de cartas com seu ex-aluno, na qual ele buscava uma nova compreensão de alguns conceitos usados ​​em seu trabalho anterior, com Paul Dirac. Gamow confiou em Alpher para uma compreensão mais profunda da matemática.

Em 19 de agosto de 1968, Gamow morreu aos 64 anos em Boulder, Colorado , e foi enterrado lá no cemitério Green Mountain. A torre do departamento de física da Universidade do Colorado em Boulder leva o seu nome.

Vida pessoal

Gamow teve um filho, Igor Gamow , com sua primeira esposa Rho. O filho mais tarde se tornou professor de microbiologia na Universidade do Colorado , além de inventor.

Gamow era um brincalhão conhecido, que gostava de piadas e reviravoltas humorísticas incorporadas a publicações científicas sérias. Sua pegadinha mais famosa foi o jornal pioneiro Alpher – Bethe – Gamow , que era sério em seu estilo e conteúdo. No entanto, Gamow não resistiu a acrescentar seu colega Hans Bethe à lista de autores, como um trocadilho com as três primeiras letras do alfabeto grego .

Gamow era ateu.

Escritos

Gamow foi um escritor científico de grande sucesso, com vários de seus livros ainda sendo impressos mais de meio século após sua publicação inicial. Como educador, Gamow reconheceu e enfatizou princípios fundamentais que dificilmente se tornariam obsoletos, mesmo com a aceleração do ritmo da ciência e da tecnologia. Ele também transmitiu uma sensação de entusiasmo com a revolução na física e outros tópicos científicos de interesse do leitor comum. O próprio Gamow esboçou as muitas ilustrações para seus livros, que adicionaram uma nova dimensão e complementaram o que ele pretendia transmitir no texto. Ele não tinha medo de introduzir a matemática sempre que fosse essencial, mas tentou evitar dissuadir leitores em potencial, incluindo um grande número de equações que não ilustravam pontos essenciais.

Em 1956, ele recebeu o Prêmio Kalinga da UNESCO por seu trabalho na popularização da ciência com sua série de livros Mr. Tompkins ... (1939–1967), seu livro One, Two, Three ... Infinity e outras obras.

Antes de sua morte, Gamow estava trabalhando com Richard Blade em um livro-texto Basic Theories in Modern Physics , mas o trabalho nunca foi concluído ou publicado com esse título. Gamow também estava escrevendo My World Line: An Informal Autobiography , que foi publicado postumamente em 1970.

Uma coleção de escritos de Gamow foi doada à The George Washington University em 1996. Os materiais incluem correspondência, artigos, manuscritos e materiais impressos de e sobre George Gamow. A coleção está atualmente sob os cuidados do Centro de Pesquisa de Coleções Especiais da GWU, localizado na Biblioteca Estelle e Melvin Gelman .

Livros

Popular

  • O Nascimento e Morte do Sol (1940, revisado em 1952)
  • A Biografia da Terra (1941)
  • One Two Three ... Infinity (1947, revisado em 1961), Viking Press (copyright renovado por Barbara Gamow, 1974), Dover Publications, ISBN  0-486-25664-2 , ilustrado pelo autor. Dedicado a seu filho, Igor Gamow , continua sendo um dos mais bem recebidos do gênero ciência popular. O livro vai da matemática à biologia , à física , à cristalografia e muito mais.
  • A Lua (1953)
  • Gamow, George; Stern, Marvin (1958). Puzzle-Math . Viking Press. ISBN 978-0-333-08637-7.
  • Biografia da Física (1961)
  • Gravity (1962) Dover Publications, ISBN  0-486-42563-0 . Perfis de Galileo , Newton e Einstein
  • A Planet Called Earth (1963)
  • A Star Called the Sun (1964)
  • Trinta anos que abalaram a física: a história da teoria quântica , 1966, Dover Publications, ISBN  0-486-24895-X .
  • My World Line: An Informal Autobiography (1970) Viking Press, ISBN  0-670-50376-2

Série Mr Tompkins

Ao longo desses livros, o Sr. Tompkins é apresentado como "CGH Tompkins" para enfatizar a noção de física cGh .

  • Mr Tompkins no País das Maravilhas (1940) Originalmente publicado em série na revista Discovery (Reino Unido) em 1938.
  • Sr. Tompkins explora o átomo (1945)
  • Sr. Tompkins Aprende os Fatos da Vida (1953), sobre biologia
  • Mr Tompkins em Paperback (1965), combina Mr Tompkins no País das Maravilhas com Mr Tompkins Explores the Atom , Cambridge University Press, edição Canto de 1993 com prefácio de Roger Penrose
  • Mr. Tompkins Inside Himself (1967), uma versão reescrita de Mr. Tompkins Learns the Facts of Life dando uma visão mais ampla da biologia, incluindo desenvolvimentos recentes em biologia molecular. Co-autoria de M. Ycas.
  • The New World of Mr Tompkins (1999), co-autor Russell Stannard atualizou Mr Tompkins em Paperback ( ISBN  9780521630092 é uma capa dura)

Livros didáticos de ciências

  • A Constituição de Núcleos Atômicos e Radioatividade (1931)
  • Estrutura de núcleos atômicos e transformações nucleares (1937)
  • Energia atômica na vida cósmica e humana (1947)
  • Teoria do Núcleo Atômico e Fontes de Energia Nuclear (1949) co-autor CL Critchfield
  • A Criação do Universo (1952)
  • Matter, Earth and Sky (1958)
  • Coautor de Física: Fundações e Fronteiras (1960) John M. Cleveland
  • O Atom e seu Núcleo (1961)
  • O Sr. Tompkins fica sério: The Essential George Gamow (2005). editado por Robert Oerter, Pi Press, ISBN  0-13-187291-5 . Incorpora material da matéria, terra e céu e o átomo e seu núcleo . Apesar do título, este livro não faz parte da série Mr. Tompkins .

Veja também

Referências

Leitura adicional

  • Entrevistas com Ralph A. Alpher e Robert C. Herman conduzidas por Martin Harwit em agosto de 1983, para os Arquivos da Biblioteca Niels Bohr, Instituto Americano de Física, College Park, Maryland.
  • "Ralph A. Alpher, Robert C. Herman, e a Predição da Radiação de Fundo Cósmica de Microondas," Physics in Perspective, 14 (3), 300-334, 2012, por Victor S. Alpher.

links externos