Fortællingen om den glade fysiker George Gamow og det kolde universs kolde ånde

Fortællingen om den glade fysiker George Gamow og det kolde universs kolde ånde

Nick. Gorkavyy
"Science and Life" №8, 2016

Andre videnskabelige fortællinger Nick. Gorky se i "Science and Life" № 11, 2010, № 12, 2010, № 1, 2011, № 2, 2011, № 3, 2011, № 4, 2011, № 5, 2011, № 6, 2011, № 9, 2011, nr. 11, 2011, nr. 6, 2012, nr. 7, 2012, nr. 8, 2012, nr. 9, 2012, nr. 10, 2012, nr. 12, 2012, nr. 1, 2013, nr. 11, 2013, nr. 1, 2014, nr. 2, 2014, nr. 3, 2014, nr. 7, 2014, nr. 8, 2014, nr. 10, 2014, nr. 12, 2014, nr. 1, 2015, nr. 4, 2015, nr. 5, 2015, nr. 6, 2015, nr. 7, 2015, nr. 9, 2015, nr. 1, 2016, nr. 2, 2016, nr. 3, 2016, nr. 6, 2016.

"Rumsdetektiver" – en ny bog af Nikolai Nikolaevich Gorkavy, en forfatter, doktor i fysiske og matematiske videnskaber. Hendes figurer er kendt for læsere af science fiction trilogien "Astrovityanka" og videnskabelige fortællinger offentliggjort i tidsskriftet 2010-2014; i № 1, 4-7, 9, 2015; i № 1, 2, 3, 6, 2016

Georgy Antonovich Gamov. Foto: Wikimedia Commons

Efter at have lagt sig ned, var Andrei og Galatea parat til at lytte til den næste aftenhistorie.

"Denne historie begyndte i Odessa under en artillerikanonade," sagde Dzintar og, ved at åbne bogen, læste de første linjer:

– I dag går du ikke i skole – de skyder igen på gaderne. Uanset hvordan tropperne landede … – sagde far til sin søn ængsteligt …

Skoleårene Georgy Gamow, som blev født i Odessa i 1904 i en gymnasielærers familie, faldt hovedsagelig på Første Verdenskrig. Derefter mindede han: "Min træning var sporadisk, da klasser ofte blev aflyst, da Odessa blev bombarderet af fjendtlige skibe,eller når den græske, franske og britiske ekspeditionsstyrke gik til bajonet angreb på de vigtigste gader i de hvide, røde og selv grønne russiske militære styrker, eller når russiske tropper i forskellige farver kæmpede indbyrdes …. "Men alt dette ikke forhindre Georgi blive involveret i fysik, astronomi . og biologi skole, han dimitterede i 1921 og indskrevet i Matematik institut for Fysik og matematik Fakultet Imperial Novorossiysk (1933 – Odessa). universitetet i de turbulente år på universitetet havde ikke råd studiet ntam høje uddannelsesniveau, så Gamow besluttede at gå til Petrograd, hvor han hørte efter stagnationen i de revolutionære år begyndte at genoplive fysisk videnskab. Hans far solgte familien sølv til at give ham penge til rejsen. George nåede Petrograd og trådte universitetet. Den 1926 han dimitterede fra Fysik og matematik Fakultet dengang allerede Leningrad state University (byen blev omdøbt Petrograd til Leningrad i 1924). Den unge mand viste sig en talentfuld teoretiker, og han blev optaget i graduate skole, og to år senere blev sendt på en seks-måneders praktikophold i Tyskland, til den berømte fysiker Max Born.I de seks måneders arbejde lavede Gamow sin første alvorlige opdagelse – han byggede på kvantet usikkerhedsprincippet teorien om alfa-forfald af atomkerner.

– Jeg forstår ikke! – udbrød Galatea.

Dzintar forklarede:

– Atomkerner består af positivt ladede protoner og neutrale neutroner. Protoner afviser hinanden på grund af den samme elektriske ladning, så kernen ser ud til at være opløsning. Men dette forhindres af magtfulde kræfter, som tiltrækker partikler til hinanden. Faktisk blev en mur bygget omkring atomets kerner, som ikke tillader dets indbyggere at "scatter". Ikke desto mindre har eksperter fastslået, at tunge atomkerner kan gennemgå alfaaffald, det vil sige producere en alfapartikel bestående af to protoner og to neutroner og være kernen i et heliumatom. Kun teoretikerne kunne ikke forstå, hvordan alfa partiklen bryder gennem en uimodståelig ved første blikvæg.

– Det er lige så mærkeligt, som om satellitten overvandt det jordiske og gik ind i rummet uden et lanceringsbil! – sagde Andrey.

"En meget nøjagtig sammenligning," roste Dzintars søn. – Arbejdet udgivet af den franske fysiker Louis de Broglie, ifølge hvilken hver partikel er en bølge på samme tid, hjalp med at løse problemet med alfaforfald. Gamow hjalp (se"Science and Life", nr. 2, 2016, artikel "Hertugen de Broglies tal, der opdagede verdens mest underlige bølger" – Ca.. Ed.). Gamow foreslået: Hvis alfapartiklen også er en bølge, så kan den være uden for den potentielle barriere.

– Det er en bølge, som i modsætning til en partikel, kan overlappe gennem en mur? – spurgte Andrei.

– Det er rigtigt. Dette arbejde bragte Gamow berømmelse. Efter en vellykket praktikplads i Tyskland i Leningrad rejste han til København for en dag for at se den legendariske fysiker Niels Bohr. Efter at have talt med en ung videnskabsmand tilbød Bor ham et stipendium til et års praktik på sit institut. Som et resultat drev Gamow i Europa frem til foråret 1931. Han rejste til Leiden, Cambridge og mødte mange fremtrædende forskere.

Laboratoriepersonale U.G. Bragg (sidder i midten); stå – først til venstre A. A. Lebedev, sidst til højre – G. A. Gamov. 1931. Fra arkiver af akademiker A. A. Lebedev

Georgy Antonovich vendte tilbage til Sovjetunionen som en berømt teoretisk fysiker, aviser skrev om ham, og digte var dedikeret til ham. I marts 1932 blev Gamow, som kun var 28 år, valgt til et tilsvarende medlem af USSRs videnskabsakademi, og han er stadig den yngste fysiker, der nogensinde er valgt til akademiet.Samme år foreslog Georgy Antonovich sammen med sin kollega L. V. Myslovsky fra VG Khlopin Radium Institut et projekt om at skabe den første elementære partikelaccelerator, cyklotronen, ikke kun i Rusland, men også i Europa, og i 1937 blev installationen lanceret .

Trods alle præstationer og berømmelse i Europa stoppede Gamow udgivelsen i udlandet. For eksempel blev han i oktober 1931 forbudt at rejse til Rom til en international kongres om atomfysik, og Gamows rapport blev læst for ham af en anden kongresdeltager, Max Delbrück. Gamow blev fornærmet. Han havde brug for frihed, primært til at kommunikere med fremragende fysikere, der arbejder i Europa og USA. Georgy Antonovich begyndte at søge en mulighed for at rejse til udlandet med sin kone, selvom det var ulovligt. Efter at have gennemgået forskellige muligheder, sommeren 1932, gik gamerne på ferie til Krim og besluttede at gå derfra ad søvejen til den tyrkiske kyst med kano. Men stærke bølger og headwinds forhindrede deres desperat dristige begivenhed. To dage senere rejste en storm en kano med udmattede rejsende til Krim kysten nær Balaklava Bay.

I 1933 blev ideen om Gamow at gå i udlandet stadig sandt.Berømte fysikere Niels Bor og Paul Langevin inviterede ham til Bruxelles for at deltage som delegeret fra Sovjetunionen i arbejdet i den syvende Solvay-kongres, og han mirakuløst lykkedes at rejse til udlandet med sin kone. Gamow kom aldrig tilbage til Sovjetunionen. For sine oversøiske kolleger blev han George Gamow. Et år senere flyttede han til den amerikanske hovedstad, hvor han ledede afdelingen for teoretisk fysik ved George Washington University. Der udarbejdede Gamow en række vigtige videnskabelige artikler og lavede to visionære beslutninger: han ansat Edward Teller, som han mødtes på Bohr Instituttet og afholdt en årlig konference om teoretisk fysik, hvor 20-30 fremragende videnskabsmænd deltog.

Deltagere af den syvende Solvay-kongres i Bruxelles. G. A. Gamov står i midten i sidste række. 1933. Foto: Benjamin Couprie / Wikimedia Commons / PD

Den ungarske teoretiske fysiker Edward Teller, der flyttede til Amerika på invitation af Gamow, spillede efterfølgende en afgørende rolle i skabelsen af ​​en atom- og termonuklear bombe i USA. "Jeg værdsatte Gamow," skrev han og mindede om disse år. "Han skabte en ny teori hver dag, hvilket gjorde ham lig med noget naturligt element.Men hvis teorien var nonsens, som det i de fleste tilfælde viste sig, kunne man sige det direkte til Gamow, uden omstændigheder. I modsætning til mange genier afviste Joe sine teorier lige så let som han havde skabt. I sjældne tilfælde, da jeg ikke kunne afvise hans ide, skrev vi en fælles artikel. Normalt var det godt, fordi Gamow havde en god smag ved at vælge temaer. "

The George Gamow Tower ved University of Colorado. Foto: Madhava, 1947 / Wikimedia Commons / CC-A-SA-4.0

Sådanne enestående fysikere som Niels Bohr, Enrico Fermi, Subramanian Chandrasekhar kom til Gamov på konferencen. Gamou Charles Critchfield og den berømte amerikanske fysiker Hans Bethe deltog i den bemærkelsesværdige 1938-konference om astrofysik og atomreaktioner til Solen. De var bestemt til at lave opdagelser, som alle ventede på. Edward Teller mindede om: "Som et resultat af konferencen lavede Critchfield den korrekte antagelse om reaktionen mellem protoner som en kilde til solenergi … Kort efter konferencen han (Hans Bethe. Ca.. Ed.) offentliggjorde et vigtigt dokument om de diskuterede emner, som beskrev den rolle, som carbon spiller i cyklusen af ​​stjernens termonukleære reaktioner.Dette arbejde har spillet en vigtig rolle i Hans Nobelpris. "

Omslaget til bogen af ​​G. A. Gamow om Big Bang og den varme model til dannelsen af ​​universet. Disse ideer er nu generelt accepteret. Billeder af Nicholas Gorkavy

I 1930'erne mødte Gamow Einstein. Fra sin ungdom var han interesseret i den generelle relativitetsteori og var endog en elev af grundlæggeren af ​​moderne kosmologi Alexander Alexandrovich Friedman. Efter samtaler med Einstein vågnede Gamows interesse for kosmologi med ny kraft. Hans mest fremragende videnskabelige præstation på dette område er ideen om en varm model af universet. Lidt senere introducerede Gamow begrebet Big Bang som begyndelsen af ​​universets ekspansion i form af en varm sky "ulema" – som forskeren kaldte en hypotetisk protomat fra en blanding af neutroner, protoner, elektroner og lyskvanta. Derudover udviklede Georgy Antonovich en realistisk ordning for dannelse af kemiske elementer under Big Bang, hvilket viser, at astrofysikere ikke kun kan bestemme stjernernes kemiske sammensætning, men også selve universets kemiske sammensætning samt se på de første minutter i vores verden.

George Gamow fulgte en simpel og forståelig ordning for universets dynamik, herunder den tidligere kompressionskreds. I sin bog Oprettelse af universet skrev han: "Vi kan stille os to vigtige spørgsmål: Hvorfor var vores univers i så høj komprimeret tilstand og hvorfor begyndte det at ekspandere? Det enkleste og mest matematisk korrekte svar er, at Great Compression, som stedet i vores universums tidlige historie var resultatet af et sammenbrud, der opstod i en endnu tidligere æra, og at den nuværende ekspansion blot er en "fjedrende" rebound, der begyndte, så snart den maksimale mulige tæthed blev nået. "

Universets koncept, der vokser efter en stærk sammentrækning, er helt smuk, men mekanismen for "elastisk rebound" i Gamows tid blev endnu ikke forstået. Kun en meget modig person kunne udtrykke overvejelse om en sådan tilbagesendelse før offentliggørelsen af ​​dens virkelige mekanisme.

Nogle forskere afviste ideen om eksplosiv dannelse af universet, idet de troede at det observerede faktum af dets ekspansion ikke betyder, at det plejede at være et lille og tæt objekt, der senere eksploderede.

I 1948 udviklede teorien om Big Bang,Gamow, sammen med sine medspillere, forudsagde eksistensen af ​​termisk stråling tilbage efter afkøling af det unge og varme univers. Eksplosionen, der gav universet op, blev ledsaget af en flash kraftig elektromagnetisk stråling fra de korteste bølger. Det var en meget varm strålestråle eller en strålingssky af en meget varm krop – selve universet. Da det ekspanderede, afkølet skyen, og universet blev til et næsten tomt mørkt sted med øer af stjerner. Efter årtusinder efter big bang er den termiske stråling afkølet betydeligt, og den er blevet kaldt "relict", det vil sige "tilbage fra tidligere tider". Ifølge estimaterne af Gamow selv var Ralph Alfer og Robert Herman, der var involveret i dette arbejde med ham, baggrundsstrålingen lig med strålingen af ​​en sort krop med en temperatur på kun få grader Kelvin.

– Det er nu, universet skinner som et Planck-lys (se "Videnskab og liv nr. 7, 2015, artiklen" Max Planck's Tale, som i lyset af elektrolampe har fundet sin konstante "- Ca.. Ed.) men meget koldt? – Andrey specificeret.

– Ja. I den populære artikel "Fysik i dag" kaldte Gamow figuren i 3K (3 grader Kelvin),og det viste sig at være en usædvanlig præcis forudsigelse.

Memorial plakat til ære for George Gamow på George Washington University. Foto: physics.columbian.gwu.edu

Amerikanske fysiker Stephen Weinberg skrev i den berømte bog De første tre minutter. En moderne kig på universets oprindelse: "Gamow, Alfer og Herman fortjener stor respekt blandt andet fordi de seriøst ønsket at acceptere det tidlige univers og udforskede, hvad den berømte fysiske love om de første tre minutter. "

Alle tre var reelle kandidater til Nobelprisen for at forudsige CMB og estimere dens temperatur. Det er synd, at Gamow-gruppen ikke modtog den fortjente anerkendelse for deres bidrag til studiet af universets ældste lys. En af grundene til dette var Gamows omdømme som en lunefuld mand, en utrættelig joker og en vild med vittigheder, langt fra altid harmløse. Det er for eksempel kendt, at han ved at skrive en artikel om reliksstråling med Alfer og Herman inkluderede medforfatterne og fysikeren Bethe for sjov, så de første bogstaver af efternavnet falder sammen med de første bogstaver i det græske alfabet: Alfer, Bethe, Gamow.Desuden overtalte han Herman til at ændre navnet til Delter og blive den fjerde i artiklen, men han nægtede fladt …

Et andet eksempel. Da Gamow blev valgt som medlem af USAs National Academy of Sciences sendte han en videnskabelig artikel om biologi til akademiets tidsskrift, medforfatteren som påpegede den fiktive Mr. Tompkins, et tegneseriefigur i sine populære videnskabelige bøger. Akademiet afviste under en snedig påskud artiklen – forresten, et interessant, ganske Nobel-niveau. Så fjernede Gamow Tompkins fra medforfatterne og offentliggjorde det i rapporter fra Det Kongelige Videnskabsakademi, hvoraf han også var medlem.

I denne artikel fremsatte forskeren ideen om en genetisk kode. På det tidspunkt var det kendt, at proteiner består af tyve typer af aminosyrerester, hvis sekvens i en lang proteinkæde bestemmes af DNA eller af et molekyle af deoxyribonukleinsyre, bæreren af ​​genetisk information, der også repræsenterer en lang kæde, men kun fra fire typer nukleotidrester. Gamow foreslog, at cellen anvender en genetisk kode, der oversætter DNA's fire bogstaver i proteinens tyve bogstaver.Ifølge hans hypotese skal denne kode være triplet, det vil sige et sæt af tre forskellige tilstødende nukleotider i DNA-kæden.

– Sentry! – råbte Galatea. – Jeg drukner i nukleotider og aminosyrer!

"Jeg vil forklare det nu," beroligede Dzintara hende. – Alle levende organismer, da de blev indsamlet fra en række proteiner af forskellige strukturer og formål. Men alle proteiner er sammensat af 20 typer af aminosyrerester.

Andrey ville hjælpe sin søster:

– Og du bruger en analogi – tykke bøger er skrevet med kun 30 bogstaver!

– Det er rigtigt. I 1953 viste berømte biologer James Watson og Francis Crick, at arvelig information er indeholdt i DNA – et molekyle, der på trods af sin enorme længde kun består af fire typer byggesten-nukleotider.

– Krypteret bog, som kun brugte fire bogstaver! – Andrei tilføjede igen.

– Gamow indså, at der skal være kode – en måde at skabe 20 aminosyrerester ved hjælp af 4 nukleotider.

– Han gættede, at vi har brug for en ordbog til at oversætte ord fra et, fire bogstaver, sprog til et andet, tyve bogstaver! – udbrød Andrew.

– Ikke rigtig. Jeg kan godt lide din boganalogi, men på tidspunktet for Gamow kunne ingen læse disse genetiske bøger, og spørgsmålet om oversættelse var endnu ikke et spørgsmål. Mens sammenlignet to alfabeter.Forestil dig at vi har to krypterede bøger i vores hænder, skrevet med forskellige alfabeter, og vi ved, at du kan få en tyvebogstaver tekst fra fire bogstaver. Men hvordan præcist? Hvis en aminosyrerest i et protein svarede til en type nukleotid i DNA, kunne DNA med sine fire nukleotider kun programmere fire aminosyrerester og ikke to dusin. Og hvis vi antager, at hver aminosyrerest er kodet af et par to nukleotider, ville der være 16 mulige varianter. Dead End? Nej! Gamow foreslog, at hver aminosyrerest bestemmes af en triplet – et sæt af tre nukleotider. Resultatet er 64 kombinationer af nukleotid tripler – de er mere end nok til 20 aminosyrerester. Således foreslog Gamow en "ordbog" til oversættelse af bogstaverne i et ukendt sprog til bogstaverne i et andet ukendt sprog. Fire nukleotider af DNA betegnet med bogstaver En, D, C, T. De tre nucleotider af CAG svarer til aminosyren glutamin, og tripleten af ​​AAG svarer til aminosyrelysinet. Sådan programmerer fire bogstaver DNA placeringen af ​​tyve aminosyrer i proteinkæden.

– Nu forstår jeg! – Galatea nikkede.

– Et vigtigt makromolekyle – en mægler mellem DNA og proteiner – er RNA eller ribonukleinsyre. Gamow syntes at være sjovt at skabe en rigtig "RNA-klub" på tyve (ved antallet af kendte aminosyrer) fremtrædende biologer og fysikere, der arbejdede i genetik. Et særpræg ved et medlem af RNA-klubben var et specielt fremstillet slips med et mønster af RNA og en pin.

Efterfølgende blev Gamow-hypotesen glimrende bekræftet – i oktober 1968 modtog amerikanske forskere Robert Holly, Har Quran og Marshall Nirenberg Nobelprisen for at etablere den genetiske kode.

DNA (deoxyribonukleinsyre) – Makromolekyler, der tilvejebringer opbevaring, overførsel og gennemførelse af genetiske oplysninger i levende organismer.

RNA (ribonukleinsyre) – makromolekyler, der er involveret i kodningen af ​​genetisk information og programmering af proteinsyntese og er formidlere i overførslen af ​​information fra DNA til proteiner.

– Det er, de fandt ud af, hvilke kombinationer af tre nukleotider svarer til tyve aminosyrerester? – spurgte Andrei.

– Det er rigtigt. Desværre døde Gamow i august 1968, to måneder før Nobelprisen blev tildelt for at dechifrere den genetiske kode.En af opdagere af den spiralformede struktur af DNA, nobelprisvinder James Watson, skrev i 2001 en bog om begivenhederne i disse år kaldes "Gener, Piger, og Gamow. Efter den dobbelte helix." I det understregede han rollen som Gamow på at læse den mekanisme af arvelighed og bragte fotokopier af breve videnskabsmand skrevet af Francis Crick og sig selv i 1960'erne.

Astrofysiker Joseph Shklovsky sagde:

Jeg betragter G. A. Gamow en af ​​de største russiske fysikere fra det 20. århundrede. Til sidst er videnskabsmanden kun de konkrete resultater af hans arbejde. Anvendelse af fodboldanalogi, ikke elegante feints og dribling, men målte mål er af stor betydning. Dette er grusomheden af ​​videnskaben. Gamow- udødeliggjort dit navn tre udestående "mål": 1) teorien om alfahenfald mere generelt – "underbarrier processer" (1928), 2) teorien om "hot univers", og som en konsekvens det, – forudsigelse CMB (1948 g .), opdagelsen af ​​hvilke i 1965 markerede en ny fase i kosmologi, og 3) opdagelse af fænomenet af den genetiske kode (1953) – grundlaget for moderne biologi.

– Og uden anelse vandt han Nobelprisen. Dette er uretfærdigt! – Galatea frynser.

– Ja, mange forskere mener også det.Hvis du ikke tager højde for Kalinga-prisen for populariseringen af ​​videnskaben, modtog den fremragende teoretiske fysiker Georgy Antonovich Gamov ingen priser og priser for hans videnskabelige arbejde og forblev tre gange vinderen af ​​Nobelprisen. I mellemtiden kan listen over "Nobel" -resultater fra Gamow tilføjes til hans hypotese, at Big Bang er resultatet af den tidligere store sammenbrud, og den nuværende udvidelse af universet er en slags elastisk rebound efter at have nået den maksimale kompression. Denne hypotese har ikke modtaget tilstrækkelig teoretisk og observatorisk bekræftelse, men måske er det her, at nøglen til hemmeligheden bag dannelsen af ​​vores verden ligger.

Georgiy Antonovich Gamov (1904-1968) – Sovjet og amerikansk teoretisk fysiker, astrofysiker og populariserende videnskab, der arbejdede i Rusland, Europa og USA. Forfatteren af ​​den første kvantitative teori om alfaaffald, en af ​​grundlæggerne af teorien om det varme univers, en af ​​pionererne for anvendelsen af ​​nuklear fysik på spørgsmålene om evolutionen af ​​stjerner, opdageren af ​​den genetiske kode.

Edward teller (1908-2003) – amerikansk fysiker af ungarsk oprindelse. En af skaberne af atomvåben i USA.

Hans Bethe (1906-2005) – Amerikansk fysiker med tysk oprindelse.Vinder af Nobelprisen i fysik i 1967, som han modtog for sit arbejde med termonukleare reaktioner i stjernerne.

Paul Langevin (1872-1946) – Fransk fysiker, Pierre Curie-elev.

Alexander Alexandrovich Fridman (1888-1925) – Russisk og sovjetfysiker og matematiker, grundlægger af moderne kosmologi. Jeg løst Einstein-ligningen og viste, at vores univers er ikke-stationært og ekspanderende.

Ralph Alfer (1921-2007) – Amerikansk teoretisk fysiker, A. A. Gamow. Medforfatter af forudsigelsen af ​​mikrobølge baggrundsstråling og dens temperatur.

Robert Herman (1914-1997) – Amerikansk teoretisk fysiker. Medforfatter Gamow og Alfer på artikler, der forudsiger eksistensen af ​​reliksstråling med en temperatur på flere grader Kelvin.

James Watson (f. 1928) – amerikansk biolog, medforfatter af opdagelsen i 1953 sammen med Francis Crick (1916-2004) af DNA-strukturen, vinder af Nobelprisen i fysiologi og medicin fra 1962.

Robert Holly (1922-1993) – amerikansk biokemist. Vinder af Nobelprisen i Fysiologi og Medicin i 1968 for afkodning af den genetiske kode.

Har Quran (1922-2011) – amerikansk og indisk biolog, vinder af nobelprisen i fysiologi og medicin i 1968 for afkodning af den genetiske kode.

Marshall Nirenberg (1927-2010) – Amerikansk biokemiker og genetiker. Vinder af Nobelprisen i Fysiologi og Medicin i 1968 for afkodning af den genetiske kode.

Lyudmila G. Karachkina (f. 1948) – astronom af Krim Astrophysical Observatory, opdageren af ​​130 nye asteroider, tre af dem opkaldt efter George Gamow, Peter Kapitsa og Sergey Kapitsa. Hun opdagede asteroid Gamow nummer 8816 den 17. december 1984. Dette navn blev officielt vedtaget af den internationale astronomiske union.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: