George Gamow

George Gamow
George Gamow.jpg
Född
Georgiy Antonovich Gamov

( 1904-03-04 ) 4 mars 1904 ( OS 20 februari 1904)
dog 19 augusti 1968 (1968-08-19) (64 år)
Medborgarskap
Sovjetunionen USA
Alma mater Leningrad State University
Känd för
Makar)
Rho (m. 1931, div. 1956) Barbara (m. 1958)
Barn 1 ( Igor Gamow )
Utmärkelser Kalingapriset (1956)
Vetenskaplig karriär
Fält Fysiker , vetenskapsskribent
institutioner
Doktorand rådgivare Alexander Friedmann
Doktorander
Signatur
Solvay1933Signature Gamow.jpg

George Gamow (4 mars 1904 – 19 augusti 1968), född Georgiy Antonovich Gamov ( ukrainska : Георгій Антонович Гамов , rysk : Георгий Антонович Гамович Гамович Гамович Гамович Гамович Гамович Гамович ), var en och amerikansk polykolog , en och amerikansk polykolog . st . Han var en tidig förespråkare och utvecklare av Lemaîtres Big Bang- teori . Han upptäckte en teoretisk förklaring av alfasönderfall genom kvanttunnel , uppfann vätskedroppsmodellen och den första matematiska modellen av atomkärnan , och arbetade med radioaktivt sönderfall , stjärnbildning , stjärnnukleosyntes och Big Bang-nukleosyntes (som han gemensamt kallade nucleocosmogenesis ), och molekylär genetik .

Under sin mellersta och sena karriär riktade Gamow mycket av sin uppmärksamhet på undervisning och skrev populära böcker om vetenskap, inklusive One Two Three... Infinity and the Mr Tompkins series of books (1939–1967). Några av hans böcker finns fortfarande i tryck mer än ett halvt sekel efter deras ursprungliga publicering.

Tidigt liv och karriär

Gamow föddes i Odessa , ryska imperiet . Hans far undervisade i ryskt språk och litteratur på gymnasiet, och hans mamma undervisade i geografi och historia på en skola för flickor. Förutom ryska lärde sig Gamow att tala lite franska av sin mamma och tyska av en handledare. Gamow lärde sig engelska under sina collegeår och blev flytande. De flesta av hans tidiga publikationer var på tyska eller ryska, men han använde senare engelska för både tekniska tidningar och för lekmannapubliken.

Han utbildades vid Institutet för fysik och matematik i Odessa (1922–23) och vid universitetet i Leningrad (1923–1929). Gamow studerade under Alexander Friedmann i Leningrad fram till Friedmanns tidiga död 1925, vilket krävde att han bytte avhandlingsrådgivare. På universitetet blev Gamow vän med tre andra studenter i teoretisk fysik, Lev Landau , Dmitri Ivanenko och Matvey Bronshtein . De fyra bildade en grupp som de kallade de tre musketörerna , som träffades för att diskutera och analysera de banbrytande artiklarna om kvantmekanik som publicerades under dessa år. Han använde senare samma fras för att beskriva gruppen Alpher, Herman och Gamow.

Efter examen arbetade han med kvantteori i Göttingen , där hans forskning om atomkärnan låg till grund för doktorsexamen. Han arbetade sedan vid det teoretiska fysikinstitutet vid Köpenhamns universitet från 1928 till 1931, med ett uppehåll för att arbeta med Ernest Rutherford vid Cavendish Laboratory i Cambridge . Han fortsatte att studera atomkärnan (föreslog "vätskedroppemodellen" ), men arbetade också med stjärnfysik med Robert Atkinson och Fritz Houtermans .

1931 valdes Gamow till motsvarande medlem av USSRs vetenskapsakademi vid 28 års ålder – en av de yngsta i dess historia. Under perioden 1931–1933 arbetade Gamow på den fysiska avdelningen vid Radiuminstitutet (Leningrad) under ledning av Vitaly Khlopin [ ru ] . Europas första cyklotron designades under ledning och direkt deltagande av Igor Kurchatov , Lev Mysovskii och Gamow. År 1932 lämnade Gamow och Mysovskii ett utkast till design för behandling av Radiuminstitutets akademiska råd, som godkände det. Cyklotronen var inte färdig förrän 1937.

Bragg Laboratory personal 1931: WH Bragg (sittande, mitten): fysiker A. Lebedev (längst till vänster), G. Gamow (längst till höger)

Radioaktivt avfall

I början av 1900-talet var radioaktiva material kända för att ha karakteristiska exponentiella sönderfallshastigheter, eller halveringstider. Samtidigt var strålningsemissioner kända för att ha vissa karakteristiska energier. År 1928 hade Gamow i Göttingen löst teorin om alfasönderfallet av en kärna via tunnling , med matematisk hjälp från Nikolai Kochin . Problemet löstes också oberoende av Ronald W. Gurney och Edward U. Condon . Gurney och Condon uppnådde dock inte de kvantitativa resultat som Gamow uppnådde.

Klassiskt sett är partikeln begränsad till kärnan på grund av det höga energibehovet för att undkomma den mycket starka kärnpotentialen . Också klassiskt krävs det en enorm mängd energi för att dra isär kärnan, en händelse som inte skulle inträffa spontant. Inom kvantmekaniken finns det dock en sannolikhet att partikeln kan "tunnla genom" väggen i den potentiella brunnen och fly. Gamow löste en modellpotential för kärnan och härledde från första principer ett förhållande mellan halveringstiden för alfa-sönderfallshändelseprocessen och energin för emissionen, som tidigare hade upptäckts empiriskt och var känd som Geiger- Nuttall-lagen . Några år senare användes namnet Gamow-faktor eller Gamow–Sommerfeld-faktor på sannolikheten för att inkommande kärnpartiklar tunnlar genom den elektrostatiska Coulomb-barriären och genomgår kärnreaktioner.

Avhopp

Gamow arbetade på ett antal sovjetiska anläggningar innan han beslöt att fly från Sovjetunionen på grund av ökat förtryck. 1931 nekades han officiellt tillstånd att delta i en vetenskaplig konferens i Italien. Också 1931 gifte han sig med Lyubov Vokhmintseva ( ryska : Любовь Вохминцева ), en annan fysiker i Sovjetunionen, som han gav smeknamnet "Rho" efter den grekiska bokstaven . Gamow och hans nya fru tillbringade stora delar av de kommande två åren med att försöka lämna Sovjetunionen, med eller utan officiellt tillstånd. Niels Bohr och andra vänner bjöd in Gamow på besök under denna period, men Gamow kunde inte få tillstånd att lämna.

Gamow sa senare att hans första två försök att hoppa av med sin fru var 1932 och involverade att försöka paddla kajak : först en planerad 250-kilometers paddling över Svarta havet till Turkiet , och ytterligare ett försök från Murmansk till Norge . Dåligt väder omintetgjorde båda försöken, men de hade inte uppmärksammats av myndigheterna.

1933 fick Gamow plötsligt tillstånd att delta i den 7:e Solvay-konferensen om fysik i Bryssel . Han insisterade på att hans fru skulle följa med honom och sa till och med att han inte skulle gå ensam. Så småningom gav de sovjetiska myndigheterna efter och utfärdade pass för paret. De två deltog och arrangerade förlängning av vistelsen, med hjälp av Marie Curie och andra fysiker. Under det följande året fick Gamow tillfälligt arbete vid Curie Institute , University of London och University of Michigan .

Flytta till Amerika

1934 flyttade Gamow och hans fru till USA. Han blev professor vid George Washington University (GWU) 1934 och rekryterade fysikern Edward Teller från London för att ansluta sig till GWU. 1936 publicerade Gamow och Teller vad som blev känt som " Gamow-Teller urvalsregeln" för beta-förfall . Under sin tid i Washington skulle Gamow också publicera stora vetenskapliga artiklar med Mário Schenberg och Ralph Alpher . I slutet av 1930-talet hade Gamows intressen vänt sig mot astrofysik och kosmologi .

1935 föddes Gamows son, Igor Gamow (i en bok från 1947 var Gamows dedikation "Till min son IGOR, vem skulle hellre vara en cowboy"). George Gamow blev naturaliserad amerikan 1940. Han behöll sin formella koppling till GWU fram till 1956.

Under andra världskriget arbetade Gamow inte direkt på Manhattanprojektet som producerade atombomben , trots sin kunskap om radioaktivitet och kärnfusion . Han fortsatte att undervisa i fysik vid George Washington University och konsulterade för den amerikanska flottan.

stjärnutvecklingens processer och solsystemets tidiga historia . 1945 var han medförfattare till ett dokument som stödde arbete av den tyske teoretiske fysikern Carl Friedrich von Weizsäcker om planetbildning i det tidiga solsystemet. Gamow publicerade en annan artikel i den brittiska tidskriften Nature 1948, där han utvecklade ekvationer för massan och radien för en urgalax (som vanligtvis innehåller cirka hundra miljarder stjärnor, var och en med en massa som är jämförbar med solens).

Big Bang nukleosyntes

Gamows arbete ledde utvecklingen av den heta "big bang"-teorin om det expanderande universum. Han var den tidigaste som använde Alexander Friedmanns och Georges Lemaîtres icke-statiska lösningar av Einsteins gravitationsekvationer som beskrev ett universum av enhetlig materiedensitet och konstant rumslig krökning. Gamows avgörande framsteg skulle ge ett fysiskt tingsliggörande av Lemaîtres idé om ett unikt urkvantum. Gamow gjorde detta genom att anta att det tidiga universum dominerades av strålning snarare än av materia. Det mesta av det senare arbetet inom kosmologi är grundat i Gamows teori. Han tillämpade sin modell på frågan om skapandet av de kemiska grundämnena och på den efterföljande kondenseringen av materia till galaxer, vars massa och diameter han kunde beräkna i termer av de grundläggande fysikaliska parametrarna, såsom ljusets hastighet c , Newtons gravitationskonstanten G , Sommerfelds finstrukturkonstant α och Plancks konstant h .

Gamows intresse för kosmologi uppstod från hans tidigare intresse för energigenerering och elementproduktion och omvandling i stjärnor. Detta arbete utvecklades i sin tur från hans grundläggande upptäckt av kvanttunnelering som mekanismen för nukleärt alfasönderfall , och hans tillämpning av denna teori på den omvända processen för att beräkna hastigheter för termonukleär reaktion.

Till en början trodde Gamow att alla grundämnen kunde produceras i universums tidiga tidiga stadium av temperatur och täthet. Senare reviderade han denna åsikt på styrkan av övertygande bevis som framförts av Fred Hoyle och andra, att grundämnen tyngre än litium till stor del produceras i termonukleära reaktioner i stjärnor och i supernovor. Gamow formulerade en uppsättning kopplade differentialekvationer som beskrev hans föreslagna process och tilldelade sin doktorand Ralph Alpher uppgiften att lösa ekvationerna numeriskt som en doktorsavhandling. Dessa resultat av Gamow och Alpher dök upp 1948 som tidningen Alpher-Bethe-Gamow . Innan hans intresse vände sig till frågan om den genetiska koden publicerade Gamow ett tjugotal artiklar om kosmologi. Den tidigaste var 1939 med Edward Teller om galaxbildning, följt 1946 av den första beskrivningen av kosmisk nukleosyntes. Han skrev också många populära artiklar samt akademiska läroböcker om detta och andra ämnen.

1948 publicerade han en artikel som handlade om en försvagad version av den kopplade uppsättningen ekvationer som beskriver produktionen av protonen och deuteronen från termiska neutroner. Genom en förenkling och genom att använda det observerade förhållandet mellan väte och tyngre grundämnen kunde han erhålla materiens densitet vid början av nukleosyntesen och från detta de tidiga galaxernas massa och diameter. År 1953 producerade han liknande resultat, men den här gången baserade på en annan bestämning av densiteten av materia och strålning, vid den tidpunkt då de blev lika. I denna artikel bestämde Gamow tätheten av reliktbakgrundsstrålningen, från vilken en nuvarande temperatur på 7 K förutspåddes – ett värde som var något mer än två gånger det för närvarande accepterade värdet.

1967 publicerade han reminiscenser och sammanfattningar av sitt eget arbete samt Alphers och Robert Hermans arbete (både med Gamow och även oberoende av honom). Detta föranleddes av upptäckten av den kosmiska bakgrundsstrålningen av Penzias och Wilson 1965; Gamow, Alpher och Herman kände att de inte fick den beröm de förtjänade för sina teoretiska förutsägelser om dess existens och källa. [ citat behövs ] Gamow blev förvirrad av det faktum att författarna till ett meddelande som förklarade betydelsen av Penzias/Wilson-observationerna misslyckades med att känna igen och citera Gamows och hans medarbetares tidigare arbete. [ citat behövs ]

DNA och RNA

1953 upptäckte Francis Crick , James Watson , Maurice Wilkins och Rosalind Franklin den dubbla helixstrukturen hos DNA- makromolekylen. Gamow försökte lösa problemet med hur ordningen av fyra olika baser ( adenin , cytosin , tymin och guanin ) i DNA-kedjor kan styra syntesen av proteiner från deras ingående aminosyror. Crick har sagt att Gamows förslag hjälpte honom i hans eget tänkande om problemet. Som berättat av Crick, observerade Gamow att de 4 3 = 64 möjliga permutationerna av de fyra DNA-baserna, tagna tre åt gången, skulle reduceras till 20 distinkta kombinationer om ordningen var irrelevant. Gamow föreslog att dessa 20 kombinationer skulle kunna koda för de tjugo aminosyrorna som, han föreslog, mycket väl kan vara de enda beståndsdelarna i alla proteiner. Gamows bidrag till att lösa problemet med genetisk kodning gav upphov till viktiga modeller för biologisk degeneration .

Det specifika system som Gamow föreslog (kallat "Gamows diamanter") visade sig vara felaktigt. Tripletterna var tänkta att vara överlappande, så att GGA i sekvensen GGAC (till exempel) kunde producera en aminosyra och GAC en annan, och även icke-degenererad (vilket innebär att varje aminosyra skulle motsvara en kombination av tre baser – i vilken ordning som helst). Senare proteinsekvenseringsarbete visade att detta inte kunde vara fallet; den sanna genetiska koden är icke-överlappande och degenererad, och att ändra ordningen på en kombination av baser förändrar aminosyran.

1954 grundade Gamow och Watson RNA Tie Club . Detta var en diskussionsgrupp av ledande forskare som berörde problemet med den genetiska koden, som bland sina medlemmar räknade fysikerna Edward Teller och Richard Feynman . I sina självbiografiska skrifter erkände Watson senare den stora betydelsen av Gamows insiktsfulla initiativ. Detta hindrade honom dock inte från att beskriva denna färgstarka personlighet som en "galen", korttricksspelande, limericksjungande, spritsugande, praktiskt skämtande "jätteimper".

Sen karriär och liv

Gamows grav på Green Mountain Cemetery, Boulder, Colorado, USA
George Gamow Tower vid University of Colorado Boulder

Gamow arbetade vid George Washington University från 1934 till 1954, då han blev gästprofessor vid University of California, Berkeley . 1956 flyttade han till University of Colorado Boulder , där han stannade under resten av sin karriär. 1956 blev Gamow en av grundarna av Physical Science Study Committee (PSSC), som senare reformerade undervisningen i gymnasiefysik under åren efter Sputnik .

År 1959 stödde Gamow, Hans Bethe och Victor Weisskopf offentligt Frank Oppenheimers återinträde i undervisningen i högskolefysik vid University of Colorado , när den röda skräcken började blekna ( J. Robert Oppenheimer var äldre bror till Frank Oppenheimer, och båda av dem hade arbetat på Manhattan Project innan deras karriärer inom fysik spårade ur av McCarthyism ). Medan han var i Colorado blev Frank Oppenheimer alltmer intresserad av att undervisa i vetenskap genom enkla praktiska experiment, och han flyttade så småningom till San Francisco för att grunda Exploratorium . Gamow skulle inte leva på att se sin kollegas öppnande av detta innovativa nya vetenskapsmuseum i slutet av augusti 1969.

I sin bok The Atom and its Nucleus från 1961 föreslog Gamow att representera de kemiska elementens periodiska system som ett kontinuerligt band, med elementen i ordning efter atomnummer lindade i en tredimensionell spiral vars diameter ökade stegvis (motsvarande den längre rader i det konventionella periodiska systemet).

Gamow fortsatte sin undervisning vid University of Colorado Boulder och fokuserade alltmer på att skriva läroböcker och böcker om vetenskap för allmänheten. Efter flera månader av ohälsa, operationer i cirkulationssystemet, diabetes och leverproblem, höll Gamow på att dö av leversvikt , som han hade kallat den "svaga länken" som inte kunde stå emot de andra påfrestningarna.

I ett brev som skrevs till Ralph Alpher den 18 augusti hade han skrivit: "Smärtan i buken är outhärdlig och slutar inte". Dessförinnan hade det varit en lång brevväxling med hans tidigare student, där han sökte en ny förståelse av några begrepp som användes i hans tidigare arbete, med Paul Dirac. Gamow förlitade sig på Alpher för djupare förståelse av matematik.

Den 19 augusti 1968 dog Gamow vid 64 års ålder i Boulder, Colorado , och begravdes där på Green Mountain Cemetery. Fysikavdelningstornet vid University of Colorado i Boulder är uppkallat efter honom.

Privatliv

Gamow fick en son, Igor Gamow , med sin första fru Rho 1935. Deras son blev senare professor i mikrobiologi vid University of Colorado , såväl som en uppfinnare.

1956 skilde sig Gamow från sin fru Rho. 1958 gifte han sig med Barbara Perkins , redaktör för en av hans förläggare.

Gamow var en välkänd skojare, som njöt av praktiska skämt och humoristiska vändningar inbäddade i seriösa vetenskapliga publikationer. Hans mest kända upptåg var banbrytande tidningen Alpher–Bethe–Gamow (1948), som var seriös till sin stil och innehåll. Gamow kunde dock inte motstå att lägga till sin kollega Hans Bethe till listan över författare, som en ordlek på de tre första bokstäverna i det grekiska alfabetet .

Gamow var ateist.

Skrifter

Gamow var en mycket framgångsrik vetenskapsskribent, med flera av hans böcker fortfarande i tryck mer än ett halvt sekel efter deras första publicering. Som utbildare erkände och betonade Gamow grundläggande principer som sannolikt inte skulle bli föråldrade, även när takten inom vetenskap och teknik ökade. Han förmedlade också en känsla av spänning med revolutionen inom fysik och andra vetenskapliga ämnen av intresse för den vanliga läsaren. Gamow skissade själv de många illustrationerna till sina böcker, vilket gav en ny dimension till och kompletterade det han tänkt förmedla i texten. Han var orädd att introducera matematik där det var nödvändigt, men han försökte undvika att avskräcka potentiella läsare genom att inkludera ett stort antal ekvationer som inte illustrerade väsentliga punkter.

1946 var Gamow en förespråkare för mänsklig rymdfärd som drevs av atomenergi. "Vi kan förbereda oss för en resa till månen och till olika planeter i vårt solsystem i ett bekvämt raketskepp som drivs av atomkraft." Han skrev också "de vanliga kemiska bränslena som kunde användas i motorn till ett sådant raketskepp kunde omöjligt ge det den nödvändiga hastigheten...". År 1965 modererade han sina förväntningar även om han återställde sin prognostik för atomkraft:

Medan vi kanske kan studera de livsformer som kan ha utvecklats på Mars och Venus (de bästa "beboliga" planeterna i solsystemet) inom en inte alltför avlägsen framtid med hjälp av en äventyrlig resa till dessa planeter på en "kärnkraft" kraftdrivet rymdskepp," frågan om den möjliga existensen och livsformerna i andra stjärnvärldar hundratals och tusentals ljusår bort, kommer förmodligen för alltid att förbli ett olösligt vetenskapsproblem.

Vid den tiden var rymdkapplöpningen igång med konventionella kemiska raketer.

Hans bok, The Creation of the Universe , publicerades första gången 1952 och avslutade: "Det tog mindre än en timme att göra alla atomer i universum, några hundra miljoner år att göra stjärnorna och planeterna men tre miljarder år att göra man."

1956 tilldelades han Kalingapriset av UNESCO för sitt arbete med att popularisera vetenskapen med sin Mr. Tompkins...- serie av böcker (1939–1967), sin bok One, Two, Three...Infinity och andra verk.

Före sin död arbetade Gamow med Richard Blade på en lärobok Basic Theories in Modern Physics, men arbetet blev aldrig färdigt eller publicerat under den titeln. Gamow skrev också My World Line: An Informal Autobiography, som publicerades postumt 1970.

En samling av Gamows skrifter donerades till The George Washington University 1996. Materialet inkluderar korrespondens, artiklar, manuskript och tryckt material både av och om George Gamow. Samlingen är för närvarande under vård av GWU:s Special Collections Research Center, beläget i Estelle och Melvin Gelman Library .

Böcker

Populär

  • The Birth and Death of the Sun (1940, reviderad 1952)
  • The Biography of the Earth (1941)
  • Atomenergi i kosmiskt och mänskligt liv (1946)
  •   One Two Three ... Infinity (1947, reviderad 1961), Viking Press (upphovsrätten förnyad av Barbara Gamow, 1974), Dover Publications, ISBN 0-486-25664-2 , illustrerad av författaren. Tillägnad hans son, Igor Gamow , är den fortfarande en av de mest väl mottagna någonsin i den populärvetenskapliga genren. Boken går från matematik till biologi , till fysik , kristallografi och mer.
  • Månen (1953)
  •   Gamow, George; Stern, Marvin (1958). Pussel-Matte . Viking Press. ISBN 978-0-333-08637-7 .
  •   Biografi om fysik Harper & Brothers (1961) ASIN B000UULZIG
  •   Gravity (1962) Dover Publications, ISBN 0-486-42563-0 . Profiler av Galileo , Newton och Einstein
  • A Planet Called Earth (1963)
  • En stjärna som heter solen (1964)
  •   Thirty Years That Shook Physics: The Story of Quantum Theory , 1966, Dover Publications, ISBN 0-486-24895-X .
  •   My World Line: An Informal Autobiography (1970) Viking Press, ISBN 0-670-50376-2

Mr Tompkins -serien

Genom dessa böcker introduceras Mr Tompkins som "CGH Tompkins" för att betona begreppet cGh-fysik .

  • Mr Tompkins in Wonderland (1940) publicerades ursprungligen 1938 i serieform i Discovery magazine (UK)
  • Mr Tompkins utforskar atomen (1945)
    • Mr Tompkins i Paperback (1965), kombinerar Mr Tompkins in Wonderland med Mr Tompkins Explores the Atom , Cambridge University Press; 1993 Canto-utgåva, förord ​​av Roger Penrose
    •   The New World of Mr Tompkins (1999), medförfattare Russell Stannard uppdaterade Mr Tompkins i Paperback ( ISBN 9780521630092 inbunden)
  • Mr Tompkins Learns the Facts of Life (1953), om biologi
    • Mr. Tompkins Inside Himself (1967), medförfattare Martynas Yčas reviderade Mr Tompkins Learns the Facts of Life ger en bredare syn på biologi, inklusive den senaste utvecklingen inom molekylärbiologi
Title page of a 1949 copy of "Theory of Atomic Nucleus and Nuclear Energy-Sources"
Titelsidan på en kopia från 1949 av "Theory of Atomic Nucleus and Nuclear Energy-Sources"

Naturvetenskapliga läroböcker

  • The Constitution of Atomic Nuclei and Radioactivity (1931)
  • Atomkärnors struktur och kärnomvandlingar (1937)
  • Atomenergi i kosmiskt och mänskligt liv (1947)
  • Theory of Atomic Nucleus and Nuclear Energy Sources (1949) medförfattare CL Critchfield
  • The Creation of the Universe (1952)
  • Matter, Earth and Sky (1958)
  • Physics: Foundations & Frontiers (1960) medförfattare John M. Cleveland
  • Atomen och dess kärna (1961)
  •   Mr. Tompkins Gets Serious: The Essential George Gamow (2005). redigerad av Robert Oerter, Pi Press, ISBN 0-13-187291-5 . Innehåller material från materia, jord och himmel och Atomen och dess kärna . Trots titeln är den här boken inte en del av Mr. Tompkins -serien.

Se även

Vidare läsning

  • Intervjuer med Ralph A. Alpher och Robert C. Herman utförda av Martin Harwit i augusti 1983 för arkivet vid Niels Bohr Library, American Institute of Physics, College Park, Maryland.
  • "Ralph A. Alpher, Robert C. Herman, and the Prediction of the Cosmic Microwave Background Radiation," Physics in Perspective, 14(3), 300–334, 2012, av Victor S. Alpher.

externa länkar