Одесит Георгій Гамов посприяв початкові наукової революції у двох галузях — космології та генетиці. І хоча йому самому не довелося стати нобелівським лауреатом, проте він щедро «роздавав» премії своїм послідовникам.
Як у човні переплисти Чорне море, як зрозуміти, що відбулося у Всесвіті в першу мить його існування, як католицька церква визначила переможця у наукових дебатах — розкриваємо у нашій статті про видатних науковців.
Одеський період
Георгій (Джорж) Гамов, якого зазвичай кликали Джо, народився в Одесі 4 березня 1904 року. Перші роки його життя видалися вельми щасливими, він був єдиною дитиною у заможній шанованій родині. Дід по батькові був полковником царської армії, батько закінчив Одеський університет та викладав словесність у гімназії, дід по матері був митрополитом, настоятелем Одеського собору.
У 1913 році родину спіткала трагедія: померла мати Георгія, а за рік спалахнула Перша світова війна. Для малого хлопця настало важке десятиліття. В Одесі вирували холод і голод: не вистачало навіть питної води через перебої в роботі помп, а всі дерева колись зеленого міста зрубали для обігріву.
Та навіть у такі важкі часи Джо намагався здобути освіту. У 1922 році він вступив до Одеського університету, щоб вивчати фізику, але всі заняття були скасовані через недоступність інструментів і матеріалів. Лекції з математики читали у темряві, бо не було електроенергії. Почувши, що у Петрограді справи кращі, Гамов вирішив перевестися до тамтешнього університету. Батько продав останнє родинне срібло та відрядив сина у дорогу.
Навчання Джо змушений був поєднувати з роботою. У 1924-му він викладав фізику в артилерійській школі. Його оформили як польового армійського полковника, видали військову форму та будьонівку з червоною зіркою. І хоча викладав він у ранзі полковника лише рік, але ця історія вплинула на його кар’єру в майбутньому.
Втеча на Захід
Після закінчення університету Гамов вступив до аспірантури, а в 1928 році отримав тримісячну стипендію на навчання у Геттінгені — стародавньому німецькому місті університетів. Європейська наукова спільнота побачила у молодому фізикові неабиякий потенціал, що дозволило йому отримати ще кілька більш тривалих стипендій. Загалом Георгій пробув у Європі три роки. Над своїми науковим дослідженнями він працював в Оксфордському університеті та Інституті теоретичної фізики у Копенгагені. Джо планував продовжити дослідження за кордоном, проте термін дії його візи закінчувався. Радянське посольство у Копенгагені рекомендувало йому повернутися в СРСР, щоб отримати новий паспорт. Вчений приїхав на батьківщину, але у видачі документа йому відмовили, відтак він став невиїзним.
Часи змінилися. Сталінізм перетворився на репресивну машину навіть у такій абстрактній галузі, як теоретична фізика. Підозрювали кожного, хто мав бажання виїхати за кордон.
Якось Джо читав популярну лекцію з квантової механіки у Будинку вчених. Його перервали посеред розповіді про співвідношення невизначеності Гейзенберга. Слухачів відпустили, а вченому заборонили порушувати цю тему, оскільки вона не відповідала догмам діалектичного матеріалізму.
Гамов почав обдумувати план втечі. Одного ясного літнього ранку, разом із молодою дружиною Любов’ю Вохмінцевою (в родинному колі її називали Ро, як грецьку літеру), він сів у двомісний човен та з кримського берега повеслував у напрямку Туреччини. Вночі другого дня їхньої подорожі почався шторм. Джо щосили намагався утримати човен, а Ро вичерпувала воду. Під ранок вони побачили піщаний берег і з останніх сил допливли туди. Подружжя опинилося лише за кілька кілометрів від місця, звідки стартувало.
Через рік Джо та Ро таки вдалося втекти. Певну роль у цьому зіграв Нільс Бор. За його ініціативою Поль Ланжеван, керівник елітного Сольвеївського конгресу, у 1933 році звернувся до радянського керівництва з побажанням, щоб Гамова як представника СРСР направили на науковий захід, аби вчений взяв у ньому участь. План спрацював. Джо отримав паспорт і дозвіл разом з дружиною відвідати Брюссель. Звідти він більше не повернувся.
Якби вчений не виїхав зі сталінського Радянського Союзу 1933 року, то майже гарантовано був би заарештований під час репресій кінця 1930-х. Найкращий друг Джо — фізик Лев Ландау — в той час мало не загинув, провівши рік у в’язниці.
Від ядерної фізики до ядерної астрономії
На початку літа 1934 року подружжя на пароплаві прибуло до Сполучених Штатів. Того ж року Джо став до роботи в Університеті Джорджа Вашингтона. Першим проєктом професора Гамова була організація щорічної неформальної конференції з теоретичної фізики, яку частково фінансував університет. З роками захід набув популярності, його відвідували десятки чинних і майбутніх нобелівських лауреатів.
Життя родини за океаном налагоджувалося. 4 листопада 1935 року Ро народила сина Рустема Ігоря.
Георгій Гамов упритул підійшов до розуміння процесів поділу ядра, він перший почав розглядати ядро як краплину «ядерного плину», що коливається, а це стало ключем до припущення можливості розщеплення його надвоє. Згодом Джо міг стати учасником Мангеттенського проєкту й створювати атомну бомбу, проте на заваді став ранг польового полковника радянської армії. Можливість приєднатися до програми з’явилася вже після Хіросіми.
У середині 30-х Гамов вирішив залишити ядерну фізику і взятися за якусь нову наукову проблему. Як він зазначав в одному з останніх інтерв’ю: «Мені подобається бути піонером. Я вирішив обрати ніким не зайняту нішу, тож зупинився на ядерній фізиці. Але потім ця галузь набула популярності, тож я перейшов до ядерної астрономії, ядерної астрофізики, космології».
На той момент процеси у ядрах зір здавалися Гамову слушною темою. У 1938 році Ганс Бете довів, що енергія Сонця походить переважно з ядерного циклу перетворення водню на гелій. Однак питання про те, як утворилися всі інші хімічні елементи, залишалося відкритим. Бете наголосив, що в звичайних зорях не можуть формуватися елементи, важчі за гелій. А якщо так, то звідки ж вони беруться?
Джо висунув гіпотезу про те, що вони сформувалися в первісному, дуже густому Всесвіті, буквально в перші секунди після початку його розширення.
Всесвіт після першої миті
Логічним продовженням теми для Гамова стало дослідження питання, які ж процеси мали місце на початку існування Всесвіту, до того, як утворилися зорі, планети та навіть атоми? Учений поєднав знання з космології, загальної теорії відносності та ядерної фізики. Таким чином він вперше висунув обґрунтоване припущення про те, що насправді відбувалося у Всесвіті після першої миті.
Сценарій Гамова починається з густого газу нейтронів. З плином часу вони розпадаються на протони й електрони, у результаті подальших об’єднань протонів із нейтронами утворюються все більші й більші ядра. Врешті Всесвіт, що далі розширюється і охолоджується, досягає точки, коли електрони починають зв’язуватися з ядрами. Так з’являються атоми.
Формування ядер почалося зі зниженням температури Всесвіту до точки, коли нейтрон і протон змогли зв’язуватися один з одним та утворювати дейтрон (ядро важкого стабільного ізотопу водню — дейтерію). Ця позначка становила майже мільярд градусів за Цельсієм. Відтоді, згідно з припущенням Гамова, у Всесвіті, що холонув і розширювався, почалося стрімке формування важчих ядер.
За цими результатами Георгій Гамов та його аспірант Ральф Алфер у 1948 році підготували коротку статтю. Вона була опублікована 1 квітня та стала класичним жартом Джо. Хоча всю роботу зробили Алфер і Гамов, останній не втримався від альтераційного звернення до грецької абетки: він вніс до переліку авторів ім’я свого друга Ганса Бете. Так з’явилася славнозвісна «альфа-бета-гамма-стаття». Бете спокійно сприйняв звістку про цю публікацію й навіть назвав жарт вишуканим.
1967 року Бете став першим астрофізиком, який отримав Нобелівську премію з фізики «за внесок у теорію ядерних реакцій, а надто за відкриття, що стосувалися виробництва енергії у зорях».
Того ж року до команди Алфера і Гамова приєднався молодий фізик Боб Герман. Втім, він відмовився змінювати прізвище на «Делтер», як того хотів Джо.
Працюючи разом, науковці зрозуміли, що вони забули внести в енергетичний баланс раннього Всесвіту фотони. А це був суттєвий недолік, бо фотони — кванти електромагнітного проміння — мають енергію, пропорційну до температури за умов, подібних до яких формуються ядра.
Церква за теорію Гамова
Поки Гамов з колегами боролися з труднощами й намагалися довершити свою картину еволюції Всесвіту, до їхніх турбот додалася конкурентна теорія. Якщо модель Джо базувалася на розширенні Всесвіту, що почалося в результаті вибуху, то інша модель проголошувала, що Всесвіт не мав початку і не матиме кінця. Її авторами були тріо кембриджських науковців: Герман Бонді, Томас Голд і Фред Гойл — математик, інженер і фізик, відповідно.
Гойл, який активно пропагував свою теорію «вічного Всесвіту», в серії лекцій на телеканалі Бі-Бі-Сі глузливо назвав уявлення Гамова щодо походження Всесвіту «Великим вибухом». За іронією долі, давши теорії свого супротивника таке пам’ятне ім’я, Гойл мимоволі популяризував її.
Теорія усталеного стану Всесвіту багатьом здавалася більш вдалою з погляду філософії та науки. Проте й у теорії Великого вибуху також були свої прихильники. Одним із них виявився Папа Пій ХІІ. Звертаючись до Папської академії наук, він обрав переможця у наукових дебатах, заявивши, що ідея Всесвіту з раптовим початком — це доказ існування Творця.
Докази теорії Великого вибуху
У науці часто так буває: одна людина бачить проблему, друга її формулює, групи вчених намагаються знайти відповідь, а тоді хтось один пропонує чітку та зрозумілу розгадку. Експериментально довести теорію Великого вибуху змогли вже інші продовжувачі справи Гамова.
У 1963 році молоді дослідники Арно Пензіас і Роберт Вільсон, які працювали в лабораторіях Белла у штаті Нью-Джерсі, отримали дозвіл на використання радіотелескопа, що забезпечував зв’язок із нещодавно запущеним супутником Echo 1. Лабораторії Белла спонсорували як фундаментальні, так і прикладні дослідження. Їхня стратегія полягала в тому, що коли талановитим науковцям дати волю займатися будь-якими темами, то, працюючи заради наукового пошуку, вони можуть створити й ринкові інструменти. Яскравим взірцем дієвості такої політики стало відкриття транзистора.
За допомогою телескопа Пензіас і Вільсон почали вивчати радіовипромінювання зір нашої Галактики. Та для початку їм потрібно було позбутися фонового шуму, який вони постійно реєстрували під час спостережень. Вчені доклали чимало зусиль, але він так і не зникав. Астрономи зрозуміли, що реєструють реальне випромінювання з космосу, але й гадки не мали, що воно означає.
Водночас група з чотирьох дослідників у Принстонському університеті під керівництвом Роберта Діке дійшла висновку, що від ранніх подій в історії Всесвіту має залишитися «електромагнітний слід». Молодий принтонський теоретик Джим Піблз дослідив, яких саме променів варто сподіватися, якщо Всесвіт справді почався з Великого вибуху. Він підготував звіт на початку 1965 року, здійснивши ті ж самі розрахунки, що і група Гамова п’ятнадцять років тому, тільки ретельніше і з точнішими даними.
Невдовзі Принстонська група довідалася про шуми невизначеного походження, відкриті Пензіасом і Вільсоном. Приїхавши до Лабораторій Белла, вчені одразу збагнули, що їх випередили.
Фізики домовилися подати до друку одразу дві статті: одну — від групи з Лабораторій Белла з описом спостережень, другу — від принстонської групи з теоретичним тлумаченням даних. Побачивши ці дві статті, Джо зрадів і водночас розлютився. Зрадів з приводу відкриття, а розлютився через те, що йому, Алферу та Герману не віддали належного за їхнє передбачення.
У 1978 році Арно Пензіас і Роберт Вільсон розділили Нобелівську премію з фізики «за відкриття космічного мікрохвильового фонового випромінювання». В 2019-му нобелівський комітет присудив чергову премію з фізики, половину якої отримав Джеймс Піблз «за теоретичні відкриття у фізичній космології».
Гамов і ДНК
Ці «нобелівки» — далеко не всі нагороди, пов’язані з Гамовим. Він мав надзвичайну наукову інтуїцію та проникливість бачити те, що для інших було закритою книгою. У 1953 році зацікавлення вченого «піонерськими» дослідженнями привело його до іншої царини — генетики. Хоча теорія Гамова щодо будови амінокислот була хибною, проте він спонукав до роздумів науковців, які заклали основи сучасного уявлення про цю галузь.
У 1954 році Гамов став ініціатором створення так званого Краваткового клубу РНК. Товариство мало налічувати 20 учасників, кожен з яких діставав прізвисько з назвою амінокислоти (наприклад, Джо став «аланіном»). Цими прізвиськами вони підписували листи, в яких йшлося про РНК. Джо замовив учасникам спеціальні краватки та шпильки з першими трьома літерами амінокислот, а також канцелярське приладдя з гаслом «Іди до кінця або не починай». Двоє з учасників Краваткового клубу — Френсіс Крік і Джеймс Ватсон — з’ясували принципи того, як насправді ДНК бере участь у синтезі білків, за що 1962 року були також відзначені Нобелівською премією.
Лише наукових відкриттів йому було мало: Джо став блискучим популяризатором науки та видав майже два десятки книжок для широкої аудиторії. В 1968 році Георгій Гамов залишив цей світ у Болдері (штат Колорадо), будучи всесвітньо відомим.
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
