George Gamow - George Gamow

George Gamow
George Gamow.jpg
Född
Georgiy Antonovich Gamov

( 1904-03-04 )4 mars 1904 ( OS 20 februari 1904)
Död 19 augusti 1968 (1968-08-19)(64 år)
Medborgarskap Sovjetunionen ,
USA
Alma mater Leningrad State University
Känd för Gamow -faktor
Gamow – Teller -övergång
Alpher – Bethe – Gamow -papper
Alfa -förfall
Vätskedroppsmodell
Kvanttunnel
Big Bang
One Two Three ... Infinity
Utmärkelser Kalingapriset (1956)
Vetenskaplig karriär
Fält Fysiker , vetenskapsförfattare
Institutioner University of Göttingen
Niels Bohr Institute
Cavendish Laboratory
George Washington University
University of California, Berkeley
University of Colorado Boulder
Doktorand Alexander Friedmann
Doktorander Ralph Asher Alpher
Vera Rubin

George Gamow (4 mars 1904-19 augusti 1968), född Georgiy Antonovich Gamov ( ryska : Георгий Антонович Гамов ), var en ukrainsk-rysk född amerikansk polymat , teoretisk fysiker och kosmolog . Han var en tidig förespråkare och utvecklare av Lemaîtres Big Bang -teori . Han upptäckte en teoretisk förklaring av alfaförfall genom kvanttunnel , uppfann vätskedroppsmodellen och den första matematiska modellen för atomkärnan och arbetade med radioaktivt sönderfall , stjärnbildning , stjärnnukleosyntes och Big Bang -nukleosyntes (som han tillsammans kallade nukleokosmogenes ), och molekylär genetik .

I mitten och sen karriär riktade Gamow mycket av hans uppmärksamhet på undervisning och skrev populära böcker om vetenskap, inklusive One Two Three ... Infinity och Mr Tompkins -serien (1939–1967). Några av hans böcker finns fortfarande på tryck mer än ett halvt sekel efter deras ursprungliga publicering.

Tidigt liv och karriär

Gamow föddes i Odessa , ryska imperiet . Hans far undervisade i ryska språk och litteratur på gymnasiet, och hans mamma undervisade i geografi och historia på en flickskola. Förutom ryska lärde Gamow att tala lite franska från sin mamma och tyska av en lärare. Gamow lärde sig engelska på collegeåren och blev flytande. De flesta av hans tidiga publikationer var på tyska eller ryska, men han använde senare engelska både för tekniska papper och för lekmän.

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 fick Gamow vänner med tre andra studenter i teoretisk fysik, Lev Landau , Dmitri Ivanenko och Matvey Bronshtein . De fyra bildade en grupp som de kallade Three Musketeers , som träffades för att diskutera och analysera de banbrytande artiklarna om kvantmekanik som publicerades under dessa år. Senare använde han samma fras för att beskriva gruppen Alpher, Herman och Gamow.

Efter examen arbetade han med kvantteori i Göttingen , där hans forskning om atomkärnan utgjorde grunden för hans doktorsexamen. Han arbetade sedan vid Theoretical Physics Institute vid Köpenhamns universitet från 1928 till 1931, med en paus för att arbeta med Ernest Rutherford vid Cavendish Laboratory i Cambridge . Han fortsatte att studera atomkärnan (föreslog modellen "flytande droppe" ), men arbetade också med stjärnfysik med Robert Atkinson och Fritz Houtermans .

År 1931 valdes Gamow till en motsvarande medlem av Sovjetunionens 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 utformades under ledning och direkt deltagande av Igor Kurchatov , Lev Mysovskii och Gamow. År 1932 överlämnade Gamow och Mysovskii ett utkast till design för övervägande av Radiuminstitutets akademiska råd, som godkände det. Cyklotronen var inte klar förrän 1937.

Bragg Laboratory -personal 1931: WH Bragg (sittande, mitten): fysikern 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 strålningsutsläpp kända för att ha vissa karakteristiska energier. År 1928 hade Gamow i Göttingen löst teorin om alfaförfallet i en kärna via tunneling , 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 resultaten som Gamow uppnådde.

Klassiskt är partikeln begränsas till kärnan på grund av kravet hög energi för att undkomma den mycket starka kärn potential väl . Även klassiskt krävs det en enorm mängd energi för att dra isär kärnan, en händelse som inte skulle inträffa spontant. Inom kvantmekanik 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 de första principerna ett samband mellan halveringstiden för alfa-sönderfallsprocessen och energin i utsläppet, som tidigare hade upptäckts empiriskt och var känt som Geiger – Nuttallagen . Några år senare tillämpades 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 bestämde sig för att fly Sovjetunionen på grund av ökat förtryck. År 1931 nekades han officiellt tillstånd att delta i en vetenskaplig konferens i Italien. 1931 gifte han sig också med Lyubov Vokhmintseva ( ryska : Любовь Вохминцева ), en annan fysiker i Sovjetunionen, som han kallade "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 innebar att försöka kajak : först en planerad 250 kilometer paddel över Svarta havet till Turkiet , och ytterligare ett försök från Murmansk till Norge . Dåligt väder skakade båda försöken, men de hade inte uppmärksammats av myndigheterna.

År 1933 fick Gamow plötsligt tillstånd att delta i den sjunde Solvay -konferensen om fysik i Bryssel . Han insisterade på att få sin fru att följa med honom, till och med säga att han inte skulle gå ensam. Så småningom gav de sovjetiska myndigheterna upp och utfärdade pass till paret. De två deltog och ordnade att förlänga sin vistelse, med hjälp av Marie Curie och andra fysiker. Under nästa år fick Gamow tillfälligt arbete vid Curie Institute , University of London och University of Michigan .

Flytta till Amerika

År 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 gå med honom på GWU. År 1936 publicerade Gamow och Teller det som blev känt som " Gamow -Teller urvalsregel " för betaförfall . 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 mot astrofysik och kosmologi .

År 1935 föddes Gamows son, Igor Gamow (i en bok från 1947 var Gamows engagemang "Till min son IGOR, som hellre skulle vara en cowboy"). George Gamow blev en 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 hans kunskap om radioaktivitet och kärnfusion . Han fortsatte att undervisa i fysik vid GWU och konsulterade för US Navy.

Gamow var intresserad av processerna för stjärnutveckling och solsystemets tidiga historia . År 1945 var han medförfattare till ett papper som stöder verk av den tyska teoretiska fysikern Carl Friedrich von Weizsäcker om planetbildning i det tidiga solsystemet. Gamow publicerade en annan tidning 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 på Einsteins gravitationsekvationer som beskriver ett universum med enhetlig materietäthet och konstant spatial krökning. Gamows avgörande framsteg skulle ge en fysisk reifiering av Lemaîtres idé om en unik urkvant. 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 grundas i Gamows teori. Han tillämpade sin modell på frågan om skapandet av de kemiska elementen och på den efterföljande kondensationen av materia till galaxer, vars massa och diameter han kunde beräkna i termer av de grundläggande fysiska parametrarna, såsom ljusets hastighet c , Newtons gravitationskonstant G , Sommerfelds fina struktur konstant α och Plancks konstant h .

Gamows intresse för kosmologi uppstod från hans tidigare intresse för energiproduktion och elementproduktion och transformation i stjärnor. Detta arbete utvecklades i sin tur från hans grundläggande upptäckt av kvanttunnel som mekanism för kärnkrafts alfa -sönderfall 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 skulle kunna produceras i universums mycket höga temperatur och densitet. Senare reviderade han denna åsikt med styrkan i övertygande bevis som Fred Hoyle och andra framförde, att element som är tyngre än litium till stor del produceras i termonukleära reaktioner i stjärnor och i supernovaer. Gamow formulerade en uppsättning kopplade differentialekvationer som beskriver hans föreslagna process och tilldelade sin doktorand Ralph Alpher , som doktorandavhandling, uppgiften att lösa ekvationerna numeriskt. Dessa resultat av Gamow och Alpher framkom 1948 som Alpher -Bethe -Gamow -papperet . 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 ett papper om en försvagad version av den kopplade uppsättningen ekvationer som beskriver produktionen av proton och deuteron från termiska neutroner. Med hjälp av en förenkling och med hjälp av det observerade förhållandet mellan väte och tyngre grundämnen kunde han erhålla materialets densitet vid början av nukleosyntes och därav massan och diametern på de tidiga galaxerna. År 1953 gav han liknande resultat, men den här gången baserade på en annan bestämning av tätheten av materia och strålning, vid den tidpunkt då de blev lika. I detta papper bestämde Gamow densiteten för reliktbakgrundsstrålningen, från vilken en nuvarande temperatur på 7 K förutspåddes-ett värde som var något mer än dubbelt det nu accepterade värdet.

1967 publicerade han påminnelser och sammanfattningar av hans eget arbete samt Alpher och Robert Herman (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 ansåg att de inte fick den kredit de förtjänade för sina teoretiska förutsägelser om dess existens och källa. Gamow förvirrades av det faktum att författarna till ett meddelande som förklarade betydelsen av Penzias/Wilson -observationerna inte lyckades känna igen och citera Gamows och hans medarbetares tidigare arbete.

DNA och RNA

I 1953, Francis Crick , James Watson , Maurice Wilkins och Rosalind Franklin upptäckte dubbelspiral struktur 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. I likhet med Crick observerade Gamow att de 4 3 = 64 möjliga permutationerna av de fyra DNA -baserna, tagna tre åt gången, skulle reduceras till 20 olika kombinationer om ordningen var irrelevant. Gamow föreslog att dessa 20 kombinationer skulle kunna koda för de tjugo aminosyrorna som, föreslog han, 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. Trillingarna skulle överlappa varandra, så att i sekvensen GGAC (till exempel) kunde GGA producera en aminosyra och GAC en annan, och även icke-degenerera (vilket innebär att varje aminosyra skulle motsvara en kombination av tre baser-i vilken ordning som helst). Senare proteinsekvenseringsarbete visade att så inte kunde vara fallet; den sanna genetiska koden är icke-överlappande och urartad, och att ändra ordningen för en kombination av baser ändrar aminosyran.

År 1954 grundade Gamow och Watson RNA Tie Club . Detta var en diskussionsgrupp av ledande forskare som var bekymrade över problemet med den genetiska koden, som bland sina medlemmar räknades fysikerna Edward Teller och Richard Feynman . I sina självbiografiska skrifter erkände Watson senare den stora vikten av Gamows insiktsfulla initiativ. Detta hindrade emellertid inte honom från att beskriva denna färgstarka personlighet som en "galet", kortspel, limerick-sjungande, sprit-svällande, praktiskt skämtande "jätteimp".

Sen karriär och liv

Gamows grav på Green Mountain Cemetery, Boulder, Colorado, USA
George Gamow -tornet 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 resten av sin karriär. 1956 blev Gamow en av de grundande medlemmarna i Physical Science Study Committee (PSSC), som senare reformerade undervisningen i gymnasiefysik efter Sputnik- åren. 1956 skilde han sig också från sin första fru. Gamow gifte sig senare med Barbara Perkins (redaktör för ett av hans förlag) 1958.

År 1959 stödde Gamow, Hans Bethe och Victor Weisskopf offentligt Frank Oppenheimers återinträde för att lära ut fysik vid college vid Colorado University , när Red Scare började blekna ( J. Robert Oppenheimer var Frank Oppenheimers äldre bror, och båda hade arbetat på Manhattan -projektet innan deras karriär inom fysik spårade ur av McCarthyism ). Medan han var i Colorado blev Frank Oppenheimer alltmer intresserad av att lära sig vetenskap genom enkla praktiska experiment, och han flyttade så småningom till San Francisco för att grunda Exploratorium . Gamow skulle inte leva med att se sin kollegas öppnande av detta innovativa nya vetenskapsmuseum i slutet av augusti 1969.

I hans 1961 bok The Atom och dess Nucleus föreslog Gamow representerar periodiska systemet av de kemiska element som en kontinuerlig tejp, med elementen i ordning av atomnummer lindad runt i en tredimensionell spiral, vars diameter ökas 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 månaders ohälsa, operationer i cirkulationssystemet, diabetes och leverproblem, dog Gamow av leversvikt , som han kallade den "svaga länken" som inte tål de andra påfrestningarna.

I ett brev till Ralph Alpher den 18 augusti hade han skrivit "Smärtan i buken är outhärdlig och slutar inte". Före detta hade det varit ett långt brevväxling med sin tidigare elev, där han sökte en ny förståelse för 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 64 år gammal i Boulder, Colorado , och begravdes där på Green Mountain Cemetery. Fysikavdelningstornet vid University of Colorado i Boulder är uppkallat efter honom.

Privatliv

Gamow hade en son, Igor Gamow , med sin första fru Rho. Sonen blev senare professor i mikrobiologi vid University of Colorado , liksom uppfinnare.

Gamow var en välkänd upptågare, som gladde sig över praktiska skämt och humoristiska vändningar inbäddade i seriösa vetenskapliga publikationer. Hans mest kända upptåg var banbrytande Alpher -Bethe -Gamow -papper , som var seriöst i sin stil och innehåll. Gamow kunde dock inte låta bli att lägga till sin kollega Hans Bethe på listan över författare, som en ordlek på de tre första bokstäverna i det grekiska alfabetet .

Gamow var ateist.

Skrifter

Gamow var en mycket framgångsrik vetenskapsförfattare, med flera av hans böcker fortfarande på tryck mer än ett halvt sekel efter deras första publicering. Som pedagog erkände och betonade Gamow grundläggande principer som osannolikt skulle bli föråldrade, trots att vetenskapens och teknikens takt accelererade. Han förmedlade också en känsla av spänning med revolutionen i fysik och andra vetenskapliga ämnen av intresse för den vanliga läsaren. Gamow själv skisserade de många illustrationerna för sina böcker, vilket tillförde en ny dimension till och kompletterade det han tänkte förmedla i texten. Han var inte rädd för att införa 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.

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

Före hans död arbetade Gamow med Richard Blade på en lärobok Grundläggande teorier i modern fysik , men arbetet slutfördes aldrig eller publicerades 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 omfattas för närvarande av GWU: s specialsamlingsforskningscenter, som ligger i Estelle och Melvin Gelman -biblioteket .

Böcker

Populär

  • Solens födelse och död (1940, reviderad 1952)
  • Jordens biografi (1941)
  • One Two Three ... Infinity (1947, reviderad 1961), Viking Press (upphovsrätt förnyad av Barbara Gamow, 1974), Dover Publications, ISBN  0-486-25664-2 , illustrerad av författaren. Tillägnad sin son, Igor Gamow , är det fortfarande en av de mest väl mottagna någonsin inom populärvetenskapliga genren. Boken slingrar sig från matematik till biologi , till fysik , kristallografi och mer.
  • Månen (1953)
  • Gamow, George; Stern, Marvin (1958). Puzzle-Math . Viking Press. ISBN 978-0-333-08637-7.
  • Biografi om fysik (1961)
  • Gravity (1962) Dover Publications, ISBN  0-486-42563-0 . Profiler av Galileo , Newton och Einstein
  • A Planet Called Earth (1963)
  • En stjärna kallade solen (1964)
  • Trettio år som skakade fysik: 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

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

  • Mr Tompkins in Wonderland (1940) Ursprungligen publicerad i serieform i tidningen Discovery (Storbritannien) 1938.
  • Mr Tompkins Utforskar Atomen (1945)
  • Mr Tompkins Learns the Facts of Life (1953), om biologi
  • Mr Tompkins in Paperback (1965), kombinerar Mr Tompkins in Wonderland med Mr Tompkins Explores the Atom , Cambridge University Press, 1993 Canto edition med förord ​​av Roger Penrose
  • Mr Tompkins Inside Himself (1967), en omskriven version av Mr Tompkins Learns the Facts of Life som ger en bredare syn på biologi, inklusive den senaste utvecklingen inom molekylärbiologi. Medförfattare av M. Ycas.
  • The New World of Mr Tompkins (1999), medförfattare Russell Stannard uppdaterade Mr Tompkins i pocket ( ISBN  9780521630092 är en inbunden)

Vetenskapliga läroböcker

  • Konstitutionen för atomkärnor och radioaktivitet (1931)
  • Struktur för atomkärnor och kärnkraftstransformationer (1937)
  • Atomenergi i kosmiskt och mänskligt liv (1947)
  • Theory of Atomic Nucleus and Nuclear Energy Sources (1949) medförfattare CL Critchfield
  • Universets skapelse (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 denna bok inte en del av Mr. Tompkins -serien.

Se även

Referenser

Vidare läsning

  • Intervjuer med Ralph A. Alpher och Robert C. Herman utförda av Martin Harwit i augusti 1983 för arkiven vid Niels Bohr Library, American Institute of Physics, College Park, Maryland.
  • "Ralph A. Alpher, Robert C. Herman, och förutsägelsen av den kosmiska mikrovågsbakgrundstrålningen," Physics in Perspective, 14 (3), 300–334, 2012, av Victor S. Alpher.

externa länkar