Jorge Gamow

George Gamow (a veces Gammoff ; nacido Georgiy Antonovich Gamov ; en ruso : Гео́ргий Анто́нович Га́мов ; 4 de marzo [ 20 de febrero según el calendario antiguo ] de 1904 – 19 de agosto de 1968) fue un polímata soviético y estadounidense , físico teórico y cosmólogo . Fue uno de los primeros defensores y desarrolladores de la teoría del Big Bang de Georges Lemaître . Gamow descubrió una explicación teórica de la desintegración alfa mediante el efecto túnel cuántico , inventó el modelo de gota líquida (el primer modelo matemático del núcleo atómico ), trabajó en la desintegración radiactiva , la formación estelar , la nucleosíntesis estelar , la nucleosíntesis del Big Bang (que él denominó colectivamente nucleocosmogénesis ) y predijo la existencia de la radiación cósmica de fondo de microondas y la genética molecular . ^{[ 2 ] [ 3 ]}  

En la etapa intermedia y final de su carrera, Gamow dedicó gran parte de su tiempo a la enseñanza y escribió obras de divulgación científica , como «Uno, dos, tres... infinito» y la serie del Sr. Tompkins . Algunos de sus libros siguen publicándose más de medio siglo después de su publicación original. Las Conferencias en Memoria de George Gamow en la Universidad de Colorado en Boulder se imparten en su honor.

Gamow nació en Odessa, en el Imperio ruso (actualmente Odesa , Ucrania). Su padre enseñaba lengua y literatura rusas en escuelas secundarias , y su madre, geografía e historia en una escuela para niñas. Además del ruso, Gamow aprendió francés gracias a su madre y alemán con un tutor. Aprendió inglés durante sus años universitarios y llegó a dominarlo. La mayoría de sus primeras publicaciones fueron en alemán o ruso, pero posteriormente utilizó el inglés tanto para artículos técnicos como para el público general.

Se formó en el Instituto de Física y Matemáticas de Odessa ^{[ 4 ]} (1922-1923) y en la Universidad de Leningrado (1923-1929). Gamow estudió con Alexander Friedmann en Leningrado , hasta la temprana muerte de este en 1925, lo que le obligó a cambiar de director de tesis. En la universidad, Gamow entabló amistad con 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 reunía para debatir y analizar los innovadores trabajos sobre mecánica cuántica publicados durante esos años. Posteriormente, utilizó la misma expresión para describir al grupo de Alpher , Herman y Gamow.

Tras su graduación, trabajó en teoría cuántica en Gotinga , donde su investigación sobre el núcleo atómico sentó las bases de su doctorado. Posteriormente, trabajó en el Instituto de Física Teórica de la Universidad de Copenhague entre 1928 y 1931, con una pausa para colaborar con Ernest Rutherford en el Laboratorio Cavendish de Cambridge . Continuó estudiando el núcleo atómico (proponiendo el modelo de la "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, siendo uno de los más jóvenes de su historia. ^{[ 5 ] [ a ] ​​[ b ]} Durante el período 1931-1933, Gamow trabajó en el Departamento de Física del Instituto del Radio en Leningrado, dirigido por Vitaly Khlopin . El primer ciclotrón de Europa fue diseñado bajo la dirección y participación directa de Igor Kurchatov , Lev Mysovskii y Gamow. En 1932, Gamow y Mysovskii presentaron un borrador del diseño para su consideración por el Consejo Académico del Instituto del Radio, que lo aprobó. El ciclotrón no se completó hasta 1937. ^{[ 6 ]}

A principios del siglo XX, se sabía que los materiales radiactivos tenían tasas de desintegración exponencial características, 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 desintegración alfa de un núcleo por efecto túnel , con la ayuda matemática de Nikolai Kochin . ^{[ 7 ] [ 8 ]} El problema también fue resuelto de forma independiente por Ronald W. Gurney y Edward U. Condon . ^{[ 9 ] [ 10 ]} Sin embargo, Gurney y Condon no lograron los resultados cuantitativos obtenidos por Gamow.

Clásicamente, la partícula está confinada al núcleo debido al alto requerimiento de energía para escapar del pozo de potencial nuclear muy fuerte . También clásicamente, se requiere una cantidad enorme de energía para separar el núcleo, un evento que no ocurriría espontáneamente. Sin embargo, en mecánica cuántica , existe una probabilidad de que la partícula pueda "atravesar por efecto túnel" la pared del pozo de potencial y escapar. Gamow resolvió un modelo de potencial para el núcleo y derivó de primeros principios una relación entre la vida media del proceso de evento de desintegración alfa y la energía de la emisión, que había sido descubierta previamente empíricamente y se conocía como la ley de Geiger-Nuttall . ^{[ 11 ]} Algunos años más tarde, el nombre de factor de Gamow o factor de Gamow-Sommerfeld se aplicó a la probabilidad de que las partículas nucleares entrantes atraviesen por efecto túnel la barrera de Coulomb electrostática y experimenten reacciones nucleares.

Gamow trabajó en varias instituciones soviéticas antes de decidir huir de la Unión Soviética debido a la creciente opresión. En 1931, se le negó oficialmente el permiso para asistir a una conferencia científica en Italia. Ese mismo año, se casó con Lyubov Vokhmintseva (en ruso : Любовь Вохминцева ), otra física soviética, a quien apodó "Rho" por la letra griega rho . Gamow y su esposa pasaron gran parte de los dos años siguientes intentando abandonar la Unión Soviética, con o sin permiso oficial. Niels Bohr y otros amigos invitaron a Gamow a visitarlos durante este período, pero Gamow no pudo obtener permiso para marcharse.

Gamow declaró posteriormente que sus dos primeros intentos de desertar con su esposa tuvieron lugar en 1932 e implicaron un viaje en kayak : primero, una travesía planeada de 250 kilómetros a través del Mar Negro hasta Turquía , y segundo, un intento desde Murmansk hasta Noruega . El mal tiempo frustró ambos intentos, pero las autoridades no se percataron de ellos. ^{[ 12 ]}

En 1933, a Gamow se le concedió repentinamente permiso para asistir a la 7.ª Conferencia Solvay de Física en Bruselas . Insistió en que su esposa lo acompañara, llegando incluso a afirmar que no iría solo. Finalmente, las autoridades soviéticas cedieron y les expidieron pasaportes. Ambos asistieron y, con la ayuda de Marie Curie y otros físicos, lograron prolongar su estancia. Durante el año siguiente, Gamow trabajó temporalmente en el Instituto Curie de la Universidad de Londres y en la Universidad de Michigan .

En 1934, Gamow y su esposa se mudaron a los Estados Unidos. Se convirtió en profesor de la Universidad George Washington (GWU) ese mismo año y reclutó al físico Edward Teller de Londres para que se uniera a él en la GWU. ^{[ 13 ]} En 1936, Gamow y Teller publicaron lo que se conoció como la " regla de selección de Gamow-Teller " para la desintegración beta . Durante su estancia en Washington, Gamow también publicó importantes artículos científicos con Mário Schenberg y Ralph Alpher . A finales de la década de 1930, los intereses de Gamow se habían orientado hacia la astrofísica y la cosmología .

Cuando fue reclutado por la Universidad George Washington, Gamow inició la Conferencia de Washington sobre Física Teórica , una serie de pequeñas conferencias que tuvieron lugar entre 1935 y 1947 y que reunieron a expertos en física teórica para debatir diversos temas. ^{[ 14 ]} Durante la conferencia de 1939, Bohr anunció públicamente el descubrimiento de la fisión nuclear . ^{[ 14 ]}

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 vaquero"). George Gamow se naturalizó estadounidense en 1940. Mantuvo su vínculo formal con la Universidad George Washington hasta 1956.

Durante la Segunda Guerra Mundial, Gamow continuó impartiendo clases de física en la Universidad George Washington y trabajó como consultor para la Marina de los Estados Unidos.

Gamow estaba interesado en los procesos de evolución estelar y la historia temprana del Sistema Solar . En 1945, fue coautor de un artículo que apoyaba el trabajo del físico teórico alemán Carl Friedrich von Weizsäcker sobre la formación planetaria en el Sistema Solar primitivo. ^{[ 15 ]} 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 del Sol). ^{[ 16 ]}

El trabajo de Gamow condujo al desarrollo de la teoría del "big bang" caliente del universo en expansión. Fue el primero en emplear las soluciones no estáticas de Alexander Friedmann y Georges Lemaître de las ecuaciones gravitacionales de Einstein que describen un universo de densidad de materia uniforme y curvatura espacial constante. El avance crucial de Gamow proporcionaría una reificación física de la idea de Lemaître de un cuanto primordial único. Gamow lo hizo asumiendo que el universo temprano estaba dominado por la radiación en lugar de por la materia. ^{[ 17 ]} 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 ^{[ 18 ]} y a la subsiguiente condensación de la materia en galaxias, ^{[ 19 ]} cuya masa y diámetro pudo calcular en términos de parámetros físicos fundamentales, como la velocidad de la luz c , la constante de gravitación newtoniana G , la constante de estructura fina α , y la constante de Planck h .

El interés de Gamow por la cosmología surgió de su interés previo en la generación de energía y la producción y transformación de elementos en las estrellas. ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]} Este trabajo, a su vez, evolucionó a partir de su descubrimiento fundamental del efecto 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 temprana del universo, caracterizada por temperaturas y densidades muy elevadas. Posteriormente, revisó esta opinión basándose en la contundente evidencia presentada por Fred Hoyle y otros, que indicaba que los elementos más pesados ​​que el litio se producen principalmente en reacciones termonucleares en estrellas y supernovas. Gamow formuló un conjunto de ecuaciones diferenciales acopladas que describían el proceso propuesto y asignó, como tema de su tesis doctoral, a su estudiante de posgrado Ralph Alpher la tarea de resolver numéricamente dichas ecuaciones. Estos resultados de Gamow y Alpher aparecieron en 1948 como el artículo Alpher-Bethe-Gamow . ^{[ 23 ]} ( Hans Bethe no fue coautor, pero Gamow lo mencionó en ausencia para evocar las tres primeras letras del alfabeto griego). Antes de que su interés se centrara en la cuestión del código genético, Gamow publicó alrededor de veinte artículos sobre cosmología. El primero data de 1939, con Edward Teller, sobre la formación de galaxias, ^{[ 24 ]} seguido en 1946 por la primera descripción de la nucleosíntesis cósmica. También escribió numerosos artículos de divulgación, así como libros de texto académicos sobre este y otros temas. ^{[ 25 ]}

En 1948, publicó un artículo que trataba sobre una versión atenuada del conjunto acoplado de ecuaciones que describen la producción del protón y el deuterón a partir de neutrones térmicos. Mediante una simplificación y utilizando la relación observada de hidrógeno a 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. ^{[ 26 ]} 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. ^{[ 27 ]} 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 memorias y una recapitulación de su propio trabajo, así como del trabajo de Alpher y Robert Herman (tanto con Gamow como de forma independiente). ^{[ 28 ]} Esto fue motivado por el descubrimiento de la radiación cósmica de fondo de microondas por Penzias y Wilson en 1965; Gamow, Alpher y Herman sintieron que no recibieron el reconocimiento que merecían por sus predicciones teóricas sobre su existencia y origen. A Gamow le desconcertó que los autores de una comunicación ^{[ 29 ]} que explicaba la importancia de las observaciones de Penzias/Wilson no reconocieran ni citaran el trabajo previo de Gamow y sus colaboradores.

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 el orden 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. ^{[ 30 ]} Crick ha dicho que las sugerencias de Gamow lo ayudaron en su propia reflexión sobre el problema. ^{[ 31 ]} Como relata Crick, ^{[ 32 ]} 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. ^{[ 33 ]} 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 . ^{[ 34 ] [ 35 ]}

El sistema específico que Gamow proponía (conocido como "diamantes de Gamow") resultó ser incorrecto. Se suponía que los tripletes se superpondrían, de modo que en la secuencia GGAC (por ejemplo), GGA podría producir un aminoácido y GAC otro, y además no serían degenerados (es decir, cada aminoácido correspondería a una combinación de tres bases, en cualquier orden). Estudios posteriores de secuenciación de proteínas demostraron que esto no podía ser así; el verdadero código genético no se superpone y es degenerado, y cambiar el orden de una combinación de bases sí modifica el aminoácido.

En 1954, Gamow y Watson cofundaron el RNA Tie Club . Este era un grupo de discusión de científicos destacados interesados ​​en el problema del código genético, que contaba entre sus miembros con los físicos Edward Teller y Richard Feynman . En sus escritos autobiográficos, Watson reconoció posteriormente la gran importancia de la perspicaz iniciativa de Gamow. Sin embargo, esto no le impidió describir a esta peculiar personalidad como un «gigante diablillo» que jugaba a las cartas, cantaba limericks, bebía sin parar y gastaba bromas pesadas. ^{[ 36 ]}

Gamow trabajó en la Universidad George Washington desde 1934 hasta 1954, año en que se convirtió en profesor visitante en la Universidad de California, Berkeley . En 1956, se trasladó a la Universidad de Colorado Boulder , donde permaneció el resto de su carrera. Ese mismo año, Gamow fue uno de los miembros fundadores del Comité de Estudio de Ciencias Físicas (PSSC), que posteriormente reformó la enseñanza de la física en la escuela secundaria tras el lanzamiento del Sputnik .

En 1959, Gamow, Hans Bethe y Victor Weisskopf apoyaron públicamente el regreso de Frank Oppenheimer a la docencia de física universitaria en la Universidad de Colorado , cuando el miedo al comunismo comenzaba a desvanecerse ( J. Robert Oppenheimer era el hermano mayor de Frank Oppenheimer, y ambos habían trabajado en el Proyecto Manhattan antes de que sus carreras en física se vieran truncadas por el macartismo ). ^{[ 37 ] : 130} Durante su estancia en Colorado, Frank Oppenheimer se interesó cada vez más en la enseñanza de la ciencia a través de experimentos prácticos sencillos, y finalmente se trasladó a San Francisco para fundar el Exploratorium . ^{[ 37 ] : 130–152} Gamow no llegó a ver la inauguración de este innovador museo de ciencias por parte de su colega a finales de agosto de 1969. ^{[ 37 ] : 152}

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 ordenados según su número atómico enrollados en una hélice tridimensional cuyo diámetro aumentaba gradualmente (correspondiente a las filas más largas de la tabla periódica convencional).

Gamow continuó impartiendo clases en la Universidad de Colorado Boulder y se centró cada vez más en escribir libros de texto y de divulgación científica para el público general. Tras varios meses de mala salud, cirugías en el sistema circulatorio, diabetes y problemas hepáticos, Gamow se estaba muriendo de insuficiencia hepática , a la que él mismo había llamado el "eslabón débil" que no pudo soportar las demás presiones.

En una carta escrita a Ralph Alpher el 18 de agosto, escribió: «El dolor abdominal es insoportable y no cesa». Previamente, había mantenido un largo intercambio epistolar con su antiguo alumno, en el que buscaba una nueva comprensión de algunos conceptos utilizados en su trabajo anterior con Paul Dirac. Gamow recurría a Alpher para profundizar en su comprensión de las matemáticas.

El 19 de agosto de 1968, Gamow falleció a los 64 años en Boulder, Colorado , ^{[ 38 ]} y fue enterrado allí en el cementerio Green Mountain. La torre del departamento de física de la Universidad de Colorado en Boulder lleva su nombre.

Gamow tuvo un hijo, Igor Gamow , con su primera esposa, Rho, en 1935. Igor se convirtió más tarde 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 bromista conocido que disfrutaba gastando bromas y añadiendo giros humorísticos a publicaciones científicas serias. ^{[ 39 ] [ 40 ]} Su broma más famosa fue el artículo pionero de Alpher, Bethe y Gamow (1948), que era serio en su estilo y contenido. Sin embargo, Gamow no pudo resistirse a añadir a su colega Hans Bethe a la lista de autores, haciendo un juego de palabras con las tres primeras letras del alfabeto griego . ^{[ 39 ] [ 41 ] [ 40 ]}

Gamow era ateo. ^{[ 42 ] [ 43 ]}

Gamow fue un divulgador científico de gran éxito, con varios de sus libros aún en imprenta más de medio siglo después de su publicación inicial. Como educador, Gamow reconoció y enfatizó principios fundamentales que difícilmente quedarían obsoletos, incluso con el ritmo acelerado de la ciencia y la tecnología. También transmitió entusiasmo por la revolución en la física y otros temas científicos de interés para el lector común. El propio Gamow dibujó las numerosas ilustraciones de sus libros, que añadieron una nueva dimensión y complementaron lo que pretendía transmitir en el texto. No temía introducir las matemáticas cuando era esencial, pero procuraba no desanimar a los lectores potenciales incluyendo un gran número de ecuaciones que no ilustraran puntos esenciales.

En 1946, Gamow fue un defensor de los vuelos espaciales tripulados impulsados ​​por energía atómica. ^{[ 44 ]} "Podríamos prepararnos para un viaje a la Luna y a varios planetas de nuestro sistema solar en una cómoda nave espacial impulsada por energía atómica". También escribió: "Los combustibles químicos ordinarios que podrían usarse en el motor de dicha nave espacial no podrían darle la velocidad necesaria...". ^{[ 45 ]} Para 1965, moderó sus expectativas, aunque reiteró su pronóstico sobre la energía atómica:

Si bien en un futuro no muy lejano podríamos estudiar las formas de vida que se hayan desarrollado en Marte y Venus (los planetas más habitables del sistema solar) mediante un viaje aventurero a estos planetas en una nave espacial propulsada por energía nuclear, la cuestión de la posible existencia y las formas de vida en otros mundos estelares a cientos y miles de años luz de distancia probablemente seguirá siendo para siempre un problema científico irresoluble. ^{[ 46 ]}

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

Su libro, La creación del universo , se publicó por primera vez en 1952 y concluía: «Se tardó menos de una hora en crear todos los átomos del universo, unos cientos de millones de años en crear las estrellas y los planetas, pero tres mil millones de años en crear al hombre». ^{[ 47 ] [ 48 ]}

En 1956, la UNESCO le otorgó el Premio Kalinga por su labor de divulgación científica con su serie de libros «El señor Tompkins...» (1939-1967), su libro «Uno, dos, tres... infinito» y otras obras. ^{[ 1 ]}

Antes de su muerte, Gamow trabajaba con Richard Blade en un libro de texto titulado * Teorías básicas de la física moderna* , pero la obra nunca se completó ni se publicó con ese título. Gamow también estaba escribiendo * Mi línea del mundo: una autobiografía informal* , que se publicó póstumamente en 1970.

En 1996 , se donó una colección de escritos de Gamow a la Universidad George Washington. El material incluye correspondencia, artículos, manuscritos y publicaciones impresas, tanto de George Gamow como sobre él. Actualmente, la colección se encuentra bajo la custodia del Centro de Investigación de Colecciones Especiales de la Universidad George Washington, ubicado en la Biblioteca Estelle y Melvin Gelman . ^{[ 49 ]}

• Conferencias en memoria de George Gamow
• Proceso de Urca
• Ylem

• Entrevistas realizadas a Ralph A. Alpher y Robert C. Herman por Martin Harwit en agosto de 1983 para los archivos de la Biblioteca Niels Bohr del Instituto Americano de Física, en College Park, Maryland.
• "Ralph A. Alpher, Robert C. Herman y la predicción de la radiación cósmica de fondo de microondas", Physics in Perspective, 14(3), 300–334, 2012, por Victor S. Alpher.

• Ciclo de conferencias en memoria de Gamow (Universidad de Colorado Boulder) : incluye un enlace a un documental sobre Gamow, presentado por su hijo Igor Gamow.
• Reseña biográfica (en PDF )
• Libros de Gamow archivados el 7 de agosto de 2011 en la Wayback Machine.
• Bibliografía anotada de George Gamow procedente de la Biblioteca Digital Alsos para Asuntos Nucleares.
• Monumento a Gamow en la Universidad George Washington.
• Transcripción de una entrevista de historia oral con George Gamow, archivada el 24 de noviembre de 2009 en Wayback Machine : una entrevista extensa, realizada unos meses antes de la muerte de Gamow; incluye recuerdos sobre su familia, educación, carrera y escritura.
• Gamow, 25 de abril de 1968, Instituto Americano de Física, Biblioteca y Archivos Niels Bohr.
• Memoria biográfica de la Academia Nacional de Ciencias
• Bowley, Roger; Merrifield, Michael; Padilla, Antonio (Tony). "αβγ – El documento Alfa Beta Gamma" . Sesenta símbolos . Brady Haran para la Universidad de Nottingham .