George Gamow

George Gamow (4 Mart 1904 – 19 Ağustos 1968), Odessa'da doğup Colorado'da hayatını kaybeden Rus asıllı Amerikalı kuramsal fizikçi ve kozmologdur. Rusça adı Georgiy Antonoviç Gamov'dur. Çalışmaları atom çekirdeğinden yıldızlara, evrenin ilk anlarından genetik şifreye uzanan şaşırtıcı genişlikte bir alana yayılır. Alfa bozunmasını kuantum tünellemesiyle açıkladı, öğrencisi Ralph Alpher'le birlikte kimyasal elementlerin evrenin sıcak ve yoğun başlangıcında nasıl oluşabileceğini hesapladı, DNA'daki bilginin nasıl şifrelendiği sorusuna da kafa yordu. Bay Tompkins kitaplarıyla da kuşaklar boyu okura modern fiziği sevdirdi.

Odessa'dan Göttingen'e

Gamow, 4 Mart 1904'te o zamanlar Rusya İmparatorluğu'na bağlı olan Odessa'da doğdu. 1922-1923'te Odessa'daki Fizik ve Matematik Enstitüsü'nde, 1923-1929 arasında da Leningrad Üniversitesi'nde okudu. Burada danışmanı, genişleyen evren çözümleriyle tanınan Alexander Friedmann oldu; ancak Friedmann 1925'te hayatını kaybetti.

Alfa bozunması: çekirdekten "sızan" parçacık

Bazı ağır çekirdekler kendiliğinden bir alfa parçacığı, yani iki proton ve iki nötrondan oluşan bir helyum çekirdeği fırlatır. 1920'lerin sorunu şuydu: bozunmada açığa çıkan enerji tipik olarak 4-9 MeV düzeyindeyken, parçacığı çekirdekte tutan elektriksel itme engeli yaklaşık 25 MeV'lik bir duvar gibidir. Klasik fiziğe göre parçacığın bu duvarı aşmaması gerekir.

Gamow 1928'de Göttingen'deyken, matematikçi Nikolai Koçin'in yardımıyla bu sorunu kuantum mekaniği ile çözdü. Kuantum dünyasında parçacık engelin üzerinden atlamak zorunda değildir; belli bir olasılıkla engelin içinden "tünelleyerek" dışarı çıkabilir. Aynı dönemde Ronald Gurney ve Edward Condon da bozunmanın kuantum yasalarının doğal bir sonucu olduğunu gösterdi. Gamow'un kuramı, bozunmanın yarı ömrüyle salınan enerji arasında daha önce yalnız deneylerle bulunmuş olan Geiger-Nuttall yasasını temel ilkelerden türetti. Çekirdeğe dışarıdan yaklaşan parçacıkların bu elektriksel engeli tünelleme yoluyla aşma olasılığı bugün Gamow faktörü adıyla anılıyor; bu kavram çekirdeklerin birleştiği nükleer füzyon tepkimelerinin hesabında da kullanılır.

1928-1931 arasında Kopenhag'da Niels Bohr'un Kuramsal Fizik Enstitüsü'nde ve Cambridge'de Ernest Rutherford'un Cavendish Laboratuvarı'nda çalıştı. Bu dönemde atom çekirdeğini bir sıvı damlasına benzeten "sıvı damla" modelini önerdi; bu, çekirdeğin ilk matematiksel modeli sayılır.

Sovyetler Birliği'nden kaçış

1931'de ülkesine döndüğünde parlak bir gelecek görünüyordu: 28 yaşında SSCB Bilimler Akademisi'ne muhabir üye seçildi, 1931-1933 arasında Leningrad'daki Radyum Enstitüsü'nde çalıştı ve 1937'de tamamlanan, Avrupa'nın ilk siklotronunun tasarımında yer aldı. Ancak aynı yıl İtalya'daki bir bilim toplantısına gitmesine izin verilmedi. Gamow 1931'de Sovyet fizikçi Lyubov Vohmintseva ile evlendi.

1932'de iki kez kano ile kaçmayı denedi: biri Karadeniz'i geçip Türkiye'ye, öteki Murmansk'tan Norveç'e ulaşmak içindi. İkisi de başarısız oldu. Fırsat 1933'te geldi: Brüksel'deki 7. Solvay Konferansı'na katılma izni aldı ve Marie Curie'nin yardımıyla yurt dışındaki kalışını uzatmayı başardı. Bir daha Sovyetler Birliği'ne dönmedi.

Washington yılları: çekirdekten yıldızlara

Gamow 1934'te ABD'ye yerleşti ve George Washington Üniversitesi'nde profesör oldu; Edward Teller'ı da üniversiteye o getirdi. 1940'ta ABD vatandaşı oldu ve George Washington'daki görevini 1956'ya kadar sürdürdü. 1936'da Teller ile birlikte beta bozunmasıyla ilgili, bugün Gamow-Teller seçim kuralı olarak bilinen çalışmayı yayımladı. 1935-1947 arasında düzenlediği küçük kuramsal fizik toplantıları da önem kazandı: 1939'daki toplantıda Niels Bohr, çekirdek bölünmesinin (fisyon) keşfini duyurdu. İkinci Dünya Savaşı sırasında ABD Donanması'na danışmanlık yaptı.

1930'ların sonunda ilgisi astrofizik ve kozmolojiye kaydı. Robert Atkinson ve Fritz Houtermans ile yıldız fiziği üzerine çalıştı, Brezilyalı fizikçi Mário Schenberg ile önemli makaleler yazdı; "Urca süreci" de bu dönemin bilinen katkıları arasında sayılır.

Alfa, beta, gama: elementlerin kozmik kökeni

Gamow, Friedmann ve Georges Lemaître'in Einstein denklemlerinden bulduğu, durağan olmayan evren çözümlerini alıp önemli bir varsayım ekledi: ilk evrene madde değil ışınım hâkimdi. Bu yaklaşımla 1939'dan başlayarak kozmoloji üzerine yaklaşık 20 makale yayımladı.

En ünlüsü, doktora öğrencisi Ralph Alpher'le hazırladığı ve 1 Nisan 1948'de Physical Review dergisinde yayımlanan "Kimyasal Elementlerin Kökeni" başlıklı kısa makaledir. Makaleye göre Büyük Patlama, nötronların art arda yakalanmasıyla, kütleyi her seferinde bir birim artırarak hidrojen, helyum ve daha ağır elementleri gözlenen oranlarda üretebilirdi. Gamow, çalışmaya katılmamış olan Hans Bethe'nin adını da yazar listesine ekledi; böylece imzalar Yunan alfabesinin ilk üç harfine, alfa-beta-gamaya benzedi. Gamow bunu şöyle açıklamıştı:

"It seemed unfair to the Greek alphabet to have the article signed by Alpher and Gamow only"

(Makalenin yalnız Alpher ve Gamow imzasını taşıması Yunan alfabesine haksızlık gibi göründü.)

Şaka herkesi güldürmedi: Alpher, Bethe'nin adının kendi katkısını gölgede bırakacağından kaygılandı ve bu kırgınlığını 1999'da bile dile getirdi. Kuramın bilimsel bir zayıf noktası da vardı. Kütle numarası 5 ve 8 olan kararlı bir çekirdek bulunmadığı için, merdivenin bu basamakları eksikti ve nötron yakalama zinciri helyumun ötesine geçemiyordu. Erken evrende hangi elementlerin nasıl oluştuğuna dair bugünkü tablo Büyük Patlama nükleosentezi sayfasında anlatılıyor.

Arka plan ışımasının öngörüsü

Sıcak bir başlangıç, geride evreni dolduran soğumuş bir ışıma bırakmış olmalıydı. Alpher ve meslektaşı Robert Herman da bu ışıma üzerine hesaplar yaptı. Gamow 1953'te bu kalıntı ışımanın yoğunluğundan bugünkü sıcaklığını yaklaşık 7 kelvin olarak öngördü. Bugün kabul gören değer yaklaşık 2,7 kelvindir. Kozmik mikrodalga arka plan ışıması, 1965'te Bell Laboratuvarları'nda Arno Penzias ve Robert Woodrow Wilson tarafından bulundu; ikili 1978'de Nobel Fizik Ödülü'nü aldı. Gamow, kendi öngörüsüne yeterince atıf yapılmadığını düşündü. Bu hikâyenin tamamı Büyük Patlama'nın tarihçesi sayfasında.

DNA'nın şifresi

1953'te James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins ve Rosalind Franklin'in çalışmalarıyla DNA'nın çift sarmal yapısı ortaya konunca Gamow yeni bir bulmacaya yöneldi: dört harfli bir "alfabe", proteinleri oluşturan 20 amino asidi nasıl tarif edebilirdi? DNA'nın dört bazı üçerli gruplar hâlinde alındığında 4³ = 64 farklı dizilim çıkar; Gamow, sıra önemsenmezse bu sayının tam 20'ye düştüğünü fark etti. "Gamow elmasları" adı verilen, üçlülerin birbirine bindiği modeli sonradan yanlış çıktı. Yine de Crick, Gamow'un önerilerinin kendi düşüncesine yardımcı olduğunu söylemiştir. Gamow 1954'te Watson ile birlikte, Edward Teller ve Richard Feynman'ın da aralarında bulunduğu "RNA Kravat Kulübü" adlı tartışma grubunu kurdu.

Bay Tompkins ve popüler bilim

Gamow'un en geniş kitleye ulaşan yanı yazarlığıydı. Görelilik ve kuantum dünyasının tuhaflıklarını gündelik bir dille anlatan Bay Tompkins öyküleri 1938'de Discovery dergisinde dizi olarak başladı, 1940'ta Mr Tompkins in Wonderland adıyla kitaplaştı; seriyi Mr Tompkins Explores the Atom (1945) gibi kitaplar izledi. 1947'de oğlu Igor'a adadığı ve resimlerini kendisinin çizdiği One Two Three... Infinity'yi yayımladı. The Birth and Death of the Sun (1940), The Creation of the Universe (1952) ve kuantum devriminin öyküsünü anlatan Thirty Years That Shook Physics (1966) öteki tanınmış kitapları arasındadır. UNESCO, bilimi halka sevdirme çabaları nedeniyle 1956'da ona Kalinga Ödülü'nü verdi.

Colorado yılları ve mirası

1954'te Kaliforniya Üniversitesi Berkeley'de misafir profesör olarak bulunan Gamow, 1956'da Colorado Üniversitesi Boulder'a geçti ve kariyerinin geri kalanını orada sürdürdü. Aynı yıl Fizik Bilimleri Çalışma Komitesi'nin (PSSC) kurucu üyeleri arasında yer aldı.

Aylarca süren sağlık sorunlarının ardından 19 Ağustos 1968'de Boulder'da karaciğer yetmezliğinden hayatını kaybetti ve şehirdeki Green Mountain Mezarlığı'na defnedildi. Otobiyografisi My World Line ölümünden sonra, 1970'te yayımlandı. Colorado Üniversitesi'nin fizik bölümü kulesi bugün onun adını taşıyor; üniversitede onun adına George Gamow Anma Konferansları düzenleniyor. Ay'ın uzak yüzünün kuzey yarımküresinde yer alan, yaklaşık 129 kilometre çapındaki aşınmış Gamow krateri de ona adanmıştır.

Verileri göster

1904	Odessa'da doğdu
1928	Alfa bozunması kuramı
1933	Solvay'dan sonra dönmedi
1934	George Washington Üniv.
1948	Alpher-Bethe-Gamow makalesi
1954	RNA Kravat Kulübü
1956	Kalinga Ödülü, Colorado
1968	Boulder'da öldü

Neden önemli?

Gamow, kuantum tünellemesini çekirdek fiziğine taşıyarak hem radyoaktif bozunmanın hem de çekirdek tepkimelerinin anlaşılmasına temel bir araç kazandırdı. Evrenin sıcak bir başlangıçtan genişlediği fikrini ölçülebilir öngörülere, yani element bolluklarına ve kalıntı ışımaya bağlayan öncü çalışmaların arkasındaydı. Fikirlerinin hepsi doğru çıkmasa da kitaplarıyla bilimi laboratuvarın dışına taşıdı.

Kısaca

• 1904'te Odessa'da doğdu; Leningrad'da Alexander Friedmann'ın öğrencisiydi.
• 1928'de alfa bozunmasını kuantum tünellemesiyle açıkladı; çekirdeğin sıvı damla modelini önerdi.
• 1933'te Solvay Konferansı'ndan sonra Sovyetler Birliği'ne dönmedi, 1934'te ABD'ye yerleşti.
• 1948'de Ralph Alpher'le elementlerin Büyük Patlama'daki kökenini işleyen "alfa-beta-gama" makalesini yayımladı.
• 1953'te kalıntı ışımanın sıcaklığını yaklaşık 7 kelvin olarak öngördü; ışıma 1965'te bulundu.
• DNA'nın şifresi üzerine öncü fikirler ortaya attı; Bay Tompkins kitaplarıyla 1956'da Kalinga Ödülü'nü aldı.