Георгий Гамов — советский и американский исследователь, чьи работы, по сути, заложили основу современной космологии. Физик-теоретик предложил модель горячей Вселенной, объяснил процесс ее зарождения и предсказал существование реликтового излучения. А еще ученого называют одним из тех, кто сыграл значимую роль в развитии нынешней молекулярной биологии. Ниже рассказываем обо всем по порядку.
Ради учебы сына папа продал фамильное серебро
Георгий Гамов родился в 1904 году в Одессе в семье учителей. Отец будущего физика, Антон Михайлович, преподавал русский язык и литературу. Мать — Александра Арсеньевна — историю и географию.
Впрочем, даже если не брать в расчет сложный исторический контекст тогдашнего периода, назвать детство Георгия безоблачным вряд ли уместно. Когда мальчику было девять лет, Александры не стало — воспитанием сына с того момента занимался только папа.
Георгий в раннем детстве
Тот довольно рано осознал: сыну поддаются точные и естественные науки — физика, астрономия, биология. Закончив школу, в 1921 году Георгий поступает на математическое отделение физико-математического факультета местного университета. Пробыв там недолго, юноша решает ехать учиться в Петроград. Часть источников утверждает, что ради переезда сына Антону Михайловичу пришлось продать часть фамильного серебра.
Но дело, как показала практика, того стоило. Георгий перевелся на физико-математическое отделение Петроградского университета. Там парень, например, стал членом «джаз-банды» — так себя называла группа талантливых студентов-физиков, с которыми Георгий подружился.
А еще молодой человек учился у действительно крупных ученых того времени, включая Александра Фридмана — автора первой нестационарной модели Вселенной. Забегая чуть вперед: идеи Фридмана послужат основой для будущих самых известных работ Гамова.
Гамов в юности
Заканчивал обучение Георгий уже в Ленинградском государственном университете (город переименовали в 1924-м). Молодого теоретика, к тому моменту успевшего недолго поработать метеорологом-наблюдателем и преподавателем физики, приняли в аспирантуру. А еще через два года направили на стажировку в немецкий Геттинген к известному физику Максу Борну.
За шесть месяцев работы Гамов сделал первое серьезное открытие — построил на квантовом принципе неопределенности теорию альфа-распада атомных ядер.
Альфа-распад — вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит испускание дважды магического ядра гелия, альфа-частицы.
Гамов теоретически применил модельный потенциал для альфа-радиоактивного ядра и вывел из фундаментальных принципов соотношение между периодом полураспада и энергией вылетающих альфа-частиц, это соотношение было ранее установлено эмпирически и известно как закон Гейгера — Неттолла.
Эта работа принесла Гамову известность в научных кругах, причем и за пределами СССР. После немецкой стажировки Георгий побывал в Копенгагене и увиделся там с еще одним известным физиком, Нильсом Бором. Тот предложил Гамову стипендию и еще одну, уже годичную, стажировку — в результате ученый задержался в Европе до весны 1931 года, возвращаясь домой лишь наездами. За несколько лет Георгий также успеет побывать в Лейдене, Кембридже и познакомиться со многими выдающимися учеными, укрепляя собственный профессиональный авторитет.
«Для зарубежных коллег мужчина стал Джорджем»
Последнее, видимо, в том числе позволило Гамову стать членом-корреспондентом Академии наук СССР по отделению математических и естественных наук — причем в возрасте всего 28 лет. На тот момент, как утверждают источники, Георгий выступал самым молодым специалистом из когда-либо выдвинутых на это звание (хотя через несколько лет физика лишат этого статуса, но обо всем по порядку).
Сотрудники лаборатории Брэгга. В центре сидит Брэгг, стоят: первый слева — Лебедев, последний справа — Гамов. 1931 год
Физик вместе с коллегами продолжал инновационные исследования в Ленинграде, читал лекции. К примеру, вместе с коллегами предложил проект разработки первого ускорителя элементарных частиц — циклотрона. Установку запустили, но намного позднее, в 1937-м. И уже без Гамова.
Несмотря на достижения и определенную известность, ученого перестали выпускать за пределы страны. Например, в октябре 1931-го ему не одобрили выезд в Рим на международную конференцию по ядерной физике — доклад Гамова пришлось зачитывать другому участнику. На сайте Санкт-Петербургского государственного университета уточняется: «[Это] послужило впоследствии одной из причин, по которой он решил покинуть СССР». Кроме того, некоторые из теорий Гамова, как заявляется, якобы противоречили преобладающей марксистской философии, диалектическому материализму.
Гамов — третий справа. Ленинград, 1929 год
К 1932-му Георгий успел жениться и предпринять две попытки покинуть страну. В обоих случаях — неуспешные, но в одном — потенциально опасную: из Крыма на байдарке в Турцию. Эта «кампания» едва не закончилась трагедией. Море начало серьезно волноваться, и ученого с супругой Любовью прибило к берегу лишь через сутки. Мероприятие, впрочем, осталась почти незамеченным и, к их удаче, практически безнаказанным.
Через год Гамова все-таки включили в состав советской делегации на Сольвеевский конгресс в Брюсселе. Жену отпускать с Георгием сперва не хотели, но в итоге согласились — больше в СССР супруги не возвращались. Два месяца они провели в Париже, еще некоторое время — в Кембридже и Копенгагене. В итоге летом 1934 года ученый переезжает в США и начинает читать лекции на физическом факультете Мичиганского университета. Для зарубежных коллег мужчина становится Джорджем Гамовым.
«Концепция горячего начала остается основой физики космоса»
Еще через год Гамов перебирается в Вашингтон, где возглавляет кафедру теоретической физики в Университете имени Джорджа Вашингтона. Одновременно исследователь организовывает проведение ежегодных конференций, на которые собирались крупнейшие физики со всего мира. В определенный момент он даже знакомится с Эйнштейном.
Гамов во взрослом возрасте и на склоне лет
Важным решением исследователя также стало приглашение на одну из подобных конференций его старого знакомого по копенгагенским временам — физика-теоретика Эдварда Теллера. Впоследствии тот включится в знаменитый «Манхэттенский проект» по разработке атомной бомбы, а еще позднее возглавит программу по созданию термоядерной (водородной) бомбы — и привлечет в этот проект Гамова.
Впрочем, основные работы ученого связаны с космологией. Кратко: вместе с Теллером «Джордж» сначала обобщает теорию бета-распада Ферми, затем строит первую последовательную теорию эволюции звезд с термоядерным источником энергии, параллельно изучает роль нейтрино в процессах, происходящих при вспышках новых и сверхновых звезд, и снова вместе с Теллером предлагает теорию строения красных гигантов.
Эдвард Теллер
Но, как станет понятно позднее, наиболее выдающимся научным достижением Гамова окажется теория горячей модели Вселенной (1947—1948 годов). Она изменила всю космологию, объяснив происхождение химических элементов и предсказав существование космического «эха» Большого взрыва.
Сегодня исследования реликтового излучения продолжаются для изучения аномалий и проверки теорий инфляции, развивающих идеи Гамова. Несмотря на новые данные об ускоренном расширении и темной энергии, концепция горячего начала остается основой физики космоса.
Основные положения теории горячей модели Вселенной Гамова:
1. Начальное состояние: Вселенная возникла из сверхплотного и экстремально горячего состояния (первичного огненного шара), а не из холодного вещества, как считалось ранее.
2. Доминирование излучения: на ранних этапах плотность энергии излучения (фотонов) значительно превышала плотность энергии обычного вещества.
3. Первичный нуклеосинтез: высокая температура позволила протекать термоядерным реакциям в первые минуты после взрыва. Гамов рассчитал, что именно так образовались легкие элементы: около 75% водорода и 25% гелия.
4. Предсказание реликтового излучения: Гамов и его коллеги (Альфер и Герман) предсказали, что по мере расширения и остывания Вселенной должно было остаться фоновое тепловое излучение. Согласно теории, это излучение «оторвалось» от вещества, когда Вселенная стала прозрачной, и сегодня его можно зафиксировать в радиодиапазоне.
Подтверждение
В 1964–1965 годах реликтовое излучение было обнаружено Пензиасом и Вильсоном (Нобелевская премия 1978 года), что подтвердило правоту модели Гамова и сделало ее общепринятой.
«Сыграл роль в развитии молекулярной биологии»
В середине 1950-х исследователь также заинтересовался, мягко говоря, непрофильной для себя стороной научной деятельности — вопросами генетики. И, как ни странно, оказался успешен и на этом поприще. Если точнее, Гамов принял участие в разработке концепции генетического кода, сыграв роль в развитии молекулярной биологии.
Георгий понял, что структура основных строительных блоков клетки — белков, состоящих из 20 основных аминокислот, — должна быть зашифрована в последовательности из четырех возможных нуклеотидов, которые входят в состав молекулы ДНК.
На фото справа: Энрико Ферми и Гамов
Ученый показал, что при сочетании четырех нуклеотидов тройками получаются 64 различные комбинации, чего достаточно для «записи наследственной информации». Таким образом, он был одним из первых, кто предположил кодирование аминокислотных остатков триплетами нуклеотидов. Впоследствии Гамов также предложил конкретную схему реализации генетического кода, но дальнейшие исследования показали, что эта модель не согласуется с опытными данными.
И тем не менее предположение Гамова о триплетном кодировании информации в молекуле ДНК подтвердили в 1961 году. К 1967 году генетический код окончательно расшифровали, а в октябре 1968-го Роберту Холли, Хару Коране и Маршаллу Ниренбергу присудили Нобелевскую премию за эту работу — Георгий не дожил до этого момента всего два месяца.
В середине 1950-х годов Гамов развелся с женой, но до этого у пары родился сын Игорь — он стал профессором микробиологии. Георгий женился во второй раз, переехал из Вашингтона в Боулдер, где работал профессором Колорадского университета. Также получил от ЮНЕСКО премию Калинга за популяризацию науки.
Георгия «Джорджа» Гамова не стало 19 августа 1968 года. Одно из зданий, возведенных на территории Университета Колорадо, носит название «Башня Гамова». В 1990 году он был посмертно восстановлен в звании члена-корреспондента Академии наук СССР.
Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро
Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. ga@onliner.by