Был, по-видимому, лишь один человек, три открытия которого заслуживали быть отмеченными Нобелевскими премиями, который не получил не только их, но и куда менее значительных наград. Награды и почести за эти открытия и их приложения и развитие получили другие, продолжившие его работы. Это — Георгий Антонович Гамов, столетие которого отмечается 4 марта 2004 года, а три его основных, «Нобелевских» открытия включают теорию квантовых туннельных переходов, на основе которой, в частности, были развиты представления о работе квантовых устройств современного хай-тека, теорию Большого Взрыва, т.е. происхождения и развития Вселенной, и теорию генетического кода, т.е. способов передачи наследственной информации в живых объектах, включая человека.
Нобелевские премии по науке (в отличие от премий Мира, да отчасти, пожалуй, и по литературе) давно уже считаются высшей и наиболее объективной наградой за крупные открытия. Но премии присуждаются людьми, и потому досадные пропуски, а иной раз и пристрастия или даже некое давление на членов Нобелевского комитета — неизбежны. За прошедшие 103 года этих премий удостоены более двухсот физиков, и поразительно мало было допущено ошибок. Можно, однако, назвать ряд уч?ных, эти премии заслуживших, но по тем или иным причинам их не удостоенных, таких как А. Зоммерфельд, П. Ланжевен или Э. Хаббл. В некоторых случаях премия присуждалась, но не всем авторам открытия. Так, обойд?нными оказались Л.И. Мандельштам и Г.С. Ландсберг, Лиза Майтнер (е? называют «еврейской бабушкой» атомной бомбы), В.И. Векслер, Ю. Нееман.
Очень редко уч?ному удаются два достижения высшего класса. Дважды лауреатами стали всего четверо: Мария Кюри (физика и химия), Л. Полинг (химия и премия Мира), Дж. Бардин (обе по физике), Ф. Сэнджер (обе по химии). Удивительно, что этой чести не удостоился Альберт Эйнштейн, получивший премию за квантовою теорию света, а непремированными остались полностью изменившие науку и философию современности частная и общая теории относительности.
И был, по-видимому, лишь один человек, три открытия которого заслуживали быть отмеченными Нобелевскими премиями, который не получил не только их, но и куда менее значительных наград. Награды и почести за эти открытия и их приложения и развитие получили другие, продолжившие его работы. Это — Георгий Антонович Гамов, столетие которого отмечается 4 марта 2004 года, а три его основных, «Нобелевских» открытия включают теорию квантовых туннельных переходов, на основе которой, в частности, были развиты представления о работе квантовых устройств современного хай-тека, теорию Большого Взрыва, т.е. происхождения и развития Вселенной, и теорию генетического кода, т.е. способов передачи наследственной информации в живых объектах, включая человека.
Георгий Гамов родился в Одессе. Отец его преподавал русский язык и литературу в гимназии, среди его учеников был Л.Д. Троцкий, помянувший об этом в автобиографии. Происхождение сво? Гамовы вели от запорожских казаков, так что Г.А., неисправимый шутник, включил в автобиографию репродукцию с известной картины Репина.
Мать Георгия рано умерла и воспитанием, тщательныи и широким, занимался отец. О полученном им образовании говорит и знание языков — в анкете Гамов писал: «читает и переводит со словар?м — древнегреческий, читает и может объясняться — французский, владеет свободно — немецкий, английский, датский». Однокашники отмечали его образованность, умение писать и рассказывать. И это не слова: научно-популярные книги Г.А. Гамова, написанные по-английски, завоевали широкую популярность, а единственная награда, которой он был удостоен, это первая премия Калинги, самая престижная премия по популяризации науки, присуждаемая ЮНЕСКО.
Книг в доме Гамовых было много, мальчик начитался Жюль Верна: «В возрасте семи лет я... мечтал о путешествии на Луну... Уже в то время мною было сделано некоторое исследование по физике: я пытался сконструировать электрический звонок, присоединяя обычный маленький звонок к электрической батарейке»1.
Он увлекся телескопом и микроскопом, и вскоре совершил свое первое открытие. Предоставим слово Гамову: «Однажды отец купил мне маленький микроскоп, и я решил провести важный эксперимент по проверке церковной догмы. В русском православии считается, что во время причастия красное вино и хлеб, опущенный в него, превращаются в кровь и плоть нашего спасителя, Иисуса Христа. Как-то раз священник дал мне чуточку превращ?нного вина и крошку хлеба на позолоченной ложке, я сохранил кусочек хлебной крошки за щекой, быстро прибежал домой и положил е? под микроскоп. Для сравнения я заранее приготовил маленькую хлебную крошку, вымоченную в красном вине. Смотря в микроскоп, я не мог увидеть разницы между двумя образцами. Микроструктура двух кусочков хлебе была совершенно одинаковой и совсем не походила на микроструктуру тонких кусочков моей кожи, которую я предварительно срезал с пальца острым ножом. Цвет образца, который я прин?с из церкви, был вс? ещ? красноватым, но мой микроскоп был недостаточно сильным, чтобы увидеть в него отдельные эритроциты. Поэтому это было только полу-доказательство, но я думаю, это был эксперимент, который сделал меня уч?ным.»
После школы Гамов поступает в Одесский университет, но вскоре переводится в Петроград. Здесь он слушает лекции гениального, рано умершего А.А. Фридмана, математика и метеоролога, воздухоплавателя и физика, того, кто первым показал, что из общей теории относительности следует вывод о расширении Вселенной.
Университетский курс Гамов прошел за три года, окончил его в 1924 г. и занялся, в ожидании лучшего, вопросами отбраковки оптического стекла в Государственном Оптическом институте — однако экспериментальная работа не шла: «Все эти неудачи в моей экспериментальной работе в конце концов убедили меня, что недостаточно просто желания иметь собственную комнату в институте, чтобы стать физиком-экспериментатором, и я также понял тщетность моего плана быть наполовину экспериментатором и наполовину теоретиком.»
В 1928 г. Ленинградский университет получил, благодаря Фонду Рокфеллера, возможность командировать одного из молодых сотрудников в Германию, в Г?ттинген, одну из столиц, наряду с Копенгагеном, Мюнхеном и Лейденом, квантовой физики.
Как пишет Гамов, он в один из первых же дней проч?л свежую статью Р?зерфорда о ядерных реакциях при бомбардировке урана быстрыми альфа-частицами тория. Альфа-частицы, ядра атома гелия, испускаемые при радиоактивном распаде некоторых элементов, в то время были единственным орудием исследований атомных ядер.
Проблема состояла вот в ч?м. Уран сам при распаде испускает альфа-частицы, но их энергия примерно вдвое меньше, чем частиц, испускаемых торием, которыми Р?зерфорд облучал ядра урана. Почему же более энергичные частицы не проникают в то ядро, откуда вылетают более медленные, т.е. почему в ядре существует некий барьер, пропускающий частицы только в одну сторону, как он может быть устроен?
Дело еще в том, что если рассчитывать в рамках классической теории энергию альфа-частицы, испущенной ядром тория, то она должна быть равна 26 МэВ (миллионов электрон-вольт), а на опыте оказывалось, что она около 5 МэВ, что явно недостаточно для вылета из ядра. Единственное объяснение, которое смог придумать Р?зерфорд, состояло в аналогии с выходом большого судна из порта: альфа-частица может выйти потому, что е? тянут несколько «буксиров», а вот снаружи таких «буксиров» нет и поэтому во-внутрь е? ничто не затягивает. А вот что это за «буксиры», какова их природа — это оставалось абсолютно непонятным!
Гамов сразу же понял всю слабость такого объяснения: нужно ли вводить какие-то новые сущности? Ведь только-только, как объяснял Макс Борн, становилось ясно, что в квантовой области все состояния описываются так называемыми волновыми функциями, квадрат которых (точнее, квадрат модуля) да?т вероятность нахождения частицы в той или иной точке. А эти самые волновые функции ядерных частиц на границе ядра не обрываются, не могут резко обращаться в нуль, но тогда для ядерных частиц существует вероятность оказаться снаружи, вне ядра, хотя энергии для такого перехода у них и недостаточно.
Попробуем пояснить это чисто квантовое явление чуть подробнее. Если за высокой, непроницаемой и абсолютно гладкой стеной находится узник, то единственный способ сбежать из тюрьмы состоит в том, чтобы подпрыгнуть выше стены, т.е. получить энергию для такого подъ?ма. А в квантовой теории положение иное: всегда, как мы теперь знаем благодаря Гамову, существует вероятность, пусть и малая, «просочиться» сквозь стену на уровне своего роста, «туннелировать» сквозь не?.
Явления туннелирования лежат в основе термоядерных реакций, множества процессов в квантовой электронике — в полупроводниках, сверхпроводящих контактах и т.д., и т.д.
Для того, чтобы оттенить новаторство Гамова, заметим, что эффекты туннелирования наблюдались, фактически, много раньше: еще Ньютон видел «незаконное» явление нарушенного полного отражения, частичного захода света в область, в классической теории запрещенную. Но никто на протяжении более двухсот лет не смог эти явления объяснить... Заметим, что подход Гамова к этим явлениям используется до сих пор: так, ему посвящен ряд статей в октябрьском, 2003 года, выпуске престижного International Journal of Theoretical Physics — редкий случай долголетия научных идей.
Статья Гамова была сразу же опубликована, по его словам, основную часть работы он выполнил за два дня, сумев к тому же впервые вычислить радиус атомного ядра. Но Гамов не был бы Гамовым, если бы не вспомнил потом такие детали своей работы: «Для оценки этой формулы нужно было вычислить интеграл выражения, а я не знал, как это сделать. Поэтому я пош?л навестить своего друга Н. Кочина — русского математика, который тоже проводил лето в Г?ттингене. Он не мог поверить, что я не могу взять такого простого интеграла, и сказал, что поставил бы «неуд» любому студенту, который не справился бы с такой элементарной задачей. После того, как я написал статью для публикации, в конце е? я выразил благодарность Кочину за помощь в математических расч?тах. Позже, когда статья появилась, он написал мне, что стал посмешищем среди своих друзей, когда те узнали, какого рода «интеллектуальную» математическую помощь он оказал мне.»
Первое же практическое применение этого туннельного перехода произошло так. В лаборатории Р?зерфорда работал Дж. Кокрофт, вместе с П.Л. Капицей он разрабатывал мощные магниты и решил применить их для ускорения тех же альфа-частиц и исследования с их помощью атомных ядер. Но как это сделать? Ведь альфа-частица и ядро одинаково заряжены и потому друг от друга отталкиваются. Значит, и близко подойти не смогут. Но тут Кокрофт прочитал статью Гамова о том, что альфа-частицы могут туннелировать из ядра сквозь барьер. Когда они встретились, Кокрофт расспросил его о возможности обратного процесса: туннелировании альфа-частиц малой энергии в ядро, несмотря на силы отталкивания. Гамов подсчитал, что такие случаи можно обнаружить, если направить на ядро достаточно большое число альфа-частиц, т.е. фактически обосновал возможность и полезность создания ускорителей альфа-частиц. В 1932 г. ускоритель Кокрофта-Уолтона был построен (его создание и полученные результаты увенчаны Нобелевской премией по физике 1951 г., Гамов в решении Нобелевского комитета даже не упоминался. Впрочем, за открытия, в основе которых лежат явления туннелирования, присуждено с тех пор ряд премий.)
Гамов продолжал заниматься в Г?ттингене ядерной физикой: предложил первую модель ядра как капли жидкости (такие модели до сих пор используются при расчете ядерных реакций), вместе с другими разрабатывал теорию ядерных реакций в зв?здах. Затем, на обратном пути в Лениград, Гамов знакомится с Н. Бором, который добивается для него еще одной годичной командировки. Работа кипит, статьи выходят одна за другой.
В 1931 г. Гамов возвращается в Лениград, где начинает работать с И.В. Курчатовым и А.И. Алихановым в Лениградском Физико-Техническом институте, где директором был тогда А.Ф. Иоффе. Там уже работает Л.Д. Ландау. Он на четыре года младше, но явно опережает свой возраст. Полезно вспомнить, что сотрудниками Физтеха в это время уже являются знаменитые Я.И. Френкель и В.А. Фок, но они заметно старше и Гамова, и Ландау. Последние, по-видимому, слишком разные — во всяком случае, у них лишь одна совместная статья: Ландау виртуозно владеет математической техникой и с самого начала своей деятельности стремится в равной степени и на одной основе охватить вс? здание физики, воспитать учеников по образу своему и подобию. Гамов по складу ума скорее интуитивист и индивидуалист, его интересуют качественные закономерности, его математическая техника довольно слаба (в этом из великих уч?ных своего времени он схож, наверное, лишь с Нильсом Бором). К физтеховскому периоду относятся многочисленные истории и анекдоты, бытующие до сих пор в научном фольклоре, о бесчисленных его шутках, карикатурах (Гамов нередко иллюстрировал ими свои популярные книги). Необычным, по тому времени, было его поведение: экстравагантный в манерах и одежде, он выделялся из группы физтеховской молод?жи, этого «детского сада» «Папы» Иоффе. Это видно и на фотографиях: высокий стройный блондин с трубкой в зубах, в популярных на Западе гольфах и элегантной куртке — английский джентльмен на фоне характерной тогда своей серостью рабоче-крестьянской одежды.
На родине Гамов получает определ?нное признание: в 1932 г., в возрасте 28 лет его избирают членом-корреспондентом Всесоюзной академии наук (так она тогда называлась). Но еще раньше, в 1931 г., произошло, по словам Гамова, «римское фиаско»: ему не разрешили поездку в Италию, на конгресс, куда был представлен его доклад по физике ядра. Гамов понял, что политический климат в стране меняется, стиль советской жизни его явно не устраивал, и он стал взвешивать возможности эмиграции (к слову, отличия между ним и Ландау, двумя великими физиками одного поколения, и в том, что Ландау — во всяком случае, до ареста в 1937 — был ярым сторонником коммунизма, даже думал о борьбе с вождями, исказившими его идеалы).
В том же 1931 г. Гамов женился, его избраницей стала студентка-математик Любовь Вахминцева, которую он называл Ро. Но и это событие он не может описывать серь?зно: «Причина нашей женитьбы была основана на законах генетики или, можно сказать, хиромантии. Дело в том, что расположение тр?х линий на моих ладонях имеет вполне определ?нный смысл для цыганских предсказателей судьбы. Однако, на обеих моих руках две нижние линии никогда не сходятся, в то время как у большинства они сходятся... Так вот, на обеих ладонях Ро линии не сходились, так же, как не сходились, как она сказала мне, линии на руках е? отца. Возник вопрос о том, является ли эта характеристика наследственной, и существовал единственный возможный способ найти ответ. И в самом деле, когда значительно позже, в ночь на 4 ноября 1935 г., я примчался в родильный покой женского госпиталя в Джорджтауне, чтобы впервые увидеть моего новорожд?нного сына Рустема-Игоря, сестра, которая вынесла мне реб?нка, была крайне удивлена, когда первым делом я посмотрел на его ладони. На обеих ладонях линии не сходились вместе!»
Женитьба означала, что уезжать за границу надо вдво?м. Поскольку официально сделать это представлялось невозможным, супруги решили бежать. Первоначальный план, переход по сухопутью в Финляндию, был быстро признан нереальным. Гамовы решаются на более фантастический — переплыть на байдарке из Крыма в Турцию: Гамов — одессит и уверен в сво?м мореходных знаниях.
Они совместно едут, как будто на отдых, в Крым, запасаются продовольствием и безлунной ночью, вооружившись одним компасом, отправляются в путь. Может, авантюра и удалась бы, но помешала погода. Начинается осенняя буря, выгрести против таких волн невозможно и их нес?т на крымские скалы. Хорошо, что подвернулись рыбаки. Незадачливых путешественников вытащили и даже поверили в случайность романтической поездки: никому в голову даже не пришло, что эти двое молодых людей плыли — на байдарке! — в Турцию...
В 1933 году они с женой добиваются вс? же разрешения на поездку в Бельгию на международный конгресс: Гамов в одиночку ехать отказывается, а его доклад должен закрепить славу советской науки. Разрешение им, по просьбе Бухарина (того просил П. Ланжевен), дал лично Молотов. Уехав на конгресс, Гамов затем переезжает в Париж для работы, по приглашению Марии Кюри, в Институте радия.
Здесь решается вопрос о том, возвращаться в СССР или нет. П. Ланжевен, выдающийся уч?ный и искренний сторонник советской власти, говорит Гамову, что он обязан вернуться: Ланжевен поручился за него — ситуация безвыходная, подвести Ланжевена Гамов не может. К счастью, о конфликте узна?т Мария Кюри: она-то ведь урожд?нная подданная Российской империи и куда лучше прекраснодушного идеалиста понимает, что может ждать Гамова по возвращении. И Ланжевен сда?тся — Гамовы могут оставаться, попр?ки он перенес?т.
Вскоре Гамов переезжает в Кембридж к Р?зерфорду, затем в Копенгаген к Бору, а потом в Америку — читать лекции в Мичиганском университете. В Россию он уже никогда не возвращался.
В США он становится профессором Университета Джорджа Вашингтона в Вашингтоне, где и протекала основная часть его научной работы. Здесь Гамов начинает активно сотрудничать с Э. Теллером, замечательным физиком, эмигрантом из Венгрии, в будущем «отцом американской водородной бомбы». Теллер яростный антикоммунист и, как он признался впервые в интервью 2003 г., такая позиция возникла у него еще в 1919 году, во время коммунистического путча в Венгрии, но укрепилась под влиянием бесед с Гамовым и известий об аресте Ландау в СССР.
Теллер никогда не стеснялся высказывать свое мнение о советском строе, особенно после начала «холодной войны»: он настоял на разработке водородной бомбы, утверждая — и, как позже подтвердилось, правильно, — что СССР обязательно такую сверхбомбу создадут. Поэтому от него отвернулись, объявили ему бойкот многие «либеральные» американские ученые, а в советской прессе Теллера именовали только кровожадным империалистом, потенциальным людоедом и т.п. Открытая неприязнь либеральных коллег, нередкая клевета на него сопровождали Теллера до конца жизни.
Гамов был гораздо осторожней в высказываниях, но вс? равно в газетных статьях 40-50-ых годов его называли: «мракобес и прислужник мирового империализма Джордж Гэмоу!». Истиной в этих инвективах было только то, что в Америке его называли Джорджем, это написание сохраняется сейчас и в русских переводах его книг.
Совместно они построили один из вариантов теории радиоактивного распада: правила Гамова-Теллера так и вошли в ядерную физику. Но еще большее влияние на дальнейшее оказал переход их интересов к астрофизике: в последней совместной работе Гамов и Теллер разрабатывают теорию определ?нного типа зв?зд, красных гигантов.
Дело в том, что при сжатии первоначального газового облака, в основном из водорода, в протозвезду этот газ разогревается и начинает, как всякое нагретое тело, испускать электромагнитное излучение, давление которого на газ должно вести к расширению протозвезды. Таким образом уже на ранних этапах эволюции возникают две противоборствующие силы: гравитационного сжатия и радиационного давления. К тому же, при достижении определенной критической температуры, в звезде начинаются процессы ядерного синтеза: в основном это превращение четыр?х ядер водорода в ядро гелия, главный источник излучения зв?зд. Картина достаточно сложная, е? исследование продолжается немало лет и по сию пору не может считаться законченным.
Еще в 1911 году датский астроном-самоучка Э. Герцшпрунг и независимо американский астроном Г.Н. Рассел заметили, что существует некая связь между видимым цветом зв?зд и излучаемой ими энергией. Расположение всех зв?зд на графике с осями цвет-светимость (оба зависят от температуры звезды) называется с тех пор диаграммой Герцшпрунга-Рассела, а разгадка ее особенностей — одна из главных задач астрофизики: сейчас принимается, что нормальные, т.е. достаточно большие звезды в ходе своей эволюции проходят из правого нижнего угла диаграммы к левому верхнему, меняя по ходу развития свои светимость и цвет. Такие зв?зды находятся, как говорят, на главной последовательности (наше Солнце — примерно в е? середине), существуют, однако, и добавочные ветви. Первым, по воспоминаням знаменитого астронома В. Бааде, взаимосвязь такой ветви малых, по размеру, зв?зд с главной последовательностью разгадал Гамов: сообщил об этом в частном письме и даже не стал публиковать. Опубликовали они с Теллером только теорию красных гигантов как зв?зд (к ним относится известная с древности яркокрасная Бетельгейзе), в которых берут начало цепочки термоядерных процессов.
Теорию эволюции зв?зд Гамов развивал и потом. Неожиданное е? подтверждение принесло чрезвычайно редко наблюдаемое явление — взрыв сверхновой 1987 г. в Большом Магеллановом Облаке, ближайшей к нам галактике. Оказалось, что интенсивность потока нейтрино, дошедших к нам из нее, как раз подтверждает теорию взрыва зв?зд, развитую Гамовым вместе с Ш?нбергом еще в 1941 г.
Последовательную теорию ядерных реакций в зв?здах построил Г. Бете, получивший за это Нобелевскую премию в 1967 г. В последующем Бете, эмигрант из Германии, возглавил теоретические работы по атомной бомбе, но Гамова к ним не привл?к. Это удивительный факт, но подобное было и в СССР, где крупнейший теоретик-ядерщик Я.И. Френкель к «атомному» проекту не был допущен. Думается, что в обоих случаях главную роль играли личные отношения. В работах по водородной бомбе Гамов, в отличие от Френкеля, участвовал.
Гамов долгое время интересовался астрофизикой и от не? уже переш?л к проблемам космологии, тем, над которыми еще в 20-ых годах работал в Петрограде, как мы помним, А.А. Фридман.
С космогонией, т.е. с представлениями о том, как возникла Вселенная (и возникла ли когда-то вообще или существовала вечно), дело обстояло сложно: Второй закон термодинамики, в котором уже никто не сомневался, утверждает, что все процессы в мире идут так, что энергия от более горячих тел переходит к более холодным, но ни в коем случае не наоборот. Значит, температуры различных тел должны постепенно сближаться, источники свободной энергии истощаться. Но если Вселенная существует вечно, то все эти источники должны были давным-давно иссякнуть, а зв?зды — потухнуть! Так почему они вс? же существуют? Можно ли придумать что-либо помимо некоего акта Творения?
После создания Эйнштейном в 1916 году общей теории относительности появились некоторые новые возможности. А.А. Фридман в 1922-24 годах (и независимо аббат Ж. Леметр в 1927) наш?л, что уравнения Эйнштейна приводят к решению, в котором вся Вселенная первоначально сосредоточена в одной точке, которую назвали «Папа-атом», а затем она начинает расширяться — так появляются галактики и зв?зды в них. Таким образом, противоречия с термодинамикой снимаются — Вселенная вовсе не существует вечно, потому е? источники энергии и не успели еще истощиться. Сам Эйнштейн изначально рассматривал Вселенную как некое статическое, не меняющееся во времени образование, для чего изменил свои же уравнения. Он вначале считал работу Фридмана ошибочной, но потом с ним согласился. Однако, физика — наука экспериментальная: физики привыкли многократно повторять свои измерения, чтобы избежать ошибок. А как проверить такую основополагающую теорию?
Великий астроном Эдвин Хаббл доказал своими тщательными измерениями, во-первых, что давно известные туманности, ранее считавшиеся всего лишь облаками газа (например, туманность Андромеды), являются галактиками, ничуть не меньшими нашей и удал?нными порой на миллиарды световых лет, а во-вторых, что эти галактики движутся и удаляются от нас со скоростями, тем большими, чем дальше они от нас находятся. А это вместе означает, что некогда все галактики, вся материя Вселенной могла находиться в одной точке. Но почему и как она вдруг столь прихотливо распределилась по миру?
И вот тут на сцену вступает Джордж Гамов. Он показывает, что этот самый Папа-атом должен был не просто начать вдруг расширятся во Вселенную (так называемая «холодная модель»), а должен был взорваться — модель Биг-Бэнга, Большего Взрыва, как он е? назвал. Модель эту он изложил в заметке 1946 г., а затем в статье 1948 г. «Происхождение химических элементов», написанной вместе с его учеником Ральфом Альфером.
Статья эта дала Гамову возможность пошутить. Как пишет известный физик А. Абрахам, близко его знавший, Гамов и Альфер «...выбрали соавтором Бете (не спрося его) лишь потому, что Гамову понравилась комбинация «альфа, бета, гамма»... Как позже вспоминал Гамов, он просил своего сотрудника Германа, также работавшего над этой теорией, сменить фамилию на «Дельтер», чтобы ряд был полным, но тот «...с тупым упрямством отказывался», как сокрушался Гамов». Теория эта довольно долго так и цитировалась: «...согласно теории альфа-бета-гамма...».
Шутка эта далеко не единственная. Тот же Абрахам вспоминает и такое: «Он был большой шутник. Например, в своей книге о строении ядра, выпущенной издательством Оксфордского университета в 1937 году, он ссылается на публикацию Ландау в несуществующем журнале «Червоный гудок», название которого он выдумал», а зарубежные библиотеки пытались выписать новый журнал со странным названием...
Теория Гамова позволила распределить по времени и по температуре стадии образования Вселенной: сейчас общепринятыми являются выражения (и, конечно, теории): «стадия образования кварков», «стадия нуклеосинтеза», «отделение излучений», «формирование групп галактик» и т.д.
Первоначально споры между сторонниками «холодной» и «горячей» моделей долго не утихали.
Если такой взрыв имел место, то с самого начала должно было существовать и электромагнитное излучение, распределение частот которого соответствовало температуре в момент создания. Но, по мере расширения Вселенной, частоты этого первичного (его назвали «реликтовым») излучения должны были, вследствие е? остывания, убывать и, к настоящему времени, по оценкам Гамова, соответствовать температуре около шести-семи градусов Кельвина, т.е. быть сосредоточены в районе длин волн в несколько сантиметров.
Заключение это казалось едва ли проверяемым, а теория Гамова многим представлялась совершенно фантастической. Ещ? в начале 60-х, в статье в журнале «Успехи физических наук», посвящ?нной моделям Вселенной, в особенности своей, «холодной», великий советский физик Я.Б. Зельдович назов?т Гамова, автора «горячей модели», «человеком жалкой судьбы». (К неприятию его теории присоединялась и сохранявшаяся долгие годы неприязнь со стороны многих коллег-физиков, вызванная «невозвращенчеством».) Однако в 1965 году А.А. Пензиас и Р.В. Вильсон, конструировавшие антенны для радиотелескопов, обнаруживают равномерно идущее со всех направлений электромагнитное излучение, соответствующее температуре в 2,3 градуса Кельвина! Тщательные поиски неисправностей аппаратуры или посторонних шумов ни к чему не привели. Теоретики в соседнем университете посоветовали им посмотреть старые уже статьи Гамова. Пензиас и Вильсон поняли, что они совершили нежданное открытие: это было именно то излучение, свидетельствующее о Большом Взрыве, которое предсказал Гамов и за которое они получили Нобелевскую премию в 1978 г., уже после его смерти.
В первой статье Пензиас и Вильсон даже не упомянули имени Гамова. Через несколько месяцев, когда Гамов председательствовал на конференции по этому излучению, он изящно заявил о сво?м приоритете. Этот эпизод сам Пензиас описал так: «Свои замечания он завершил комментариями, которые, если мне не изменяет память, звучали примерно так: “Если я потерял монетку, а кто-то другой нашел монетку, я не сумею доказать, что она принадлежала мне. Но я-то потерял монетку в том самом месте, где ее нашли.” Последовали долгие и продолжительные аплодисменты из зала.» Это была вторая Нобелевская премия, которой Гамов не был удостоен... Теперь нужно перейти к третьему замечательному открытию Гамова и к третьей неполученной премии. Эта работа связана с его интересом к теории чисел.
Он пишет: «Будучи ещ? студентом в Одессе, я собирался стать математиком, и для меня настоящая «чистая» математика ассоциировалась с такими е? областями, как теория чисел, топология и теория множеств. Но так называемые исчисления, охватывающие обыкновенные, в частных производных и интегро-дифференциальные уравнения, никогда не были для меня хоть сколько-то привлекательными, и я всегда терялся в них. Разумеется, я знал, что они абсолютно необходимы для решения сложных научных и инженерных задач, но вс? равно не любил их».
Поэтому довольно долго Гамов занимался, если можно так выразиться, нумерологией: как и великий физик П.А.М. Дирак он верил, что можно найти некие достаточно простые соотношения между основными физическими величинами и они смогут просто объяснить основные законы мироздания — увлечение, связанное у обоих с любовью к теории чисел.
И вот «...В 1954 году я сделал довольно экстравагантное отклонение в биологию. Это был год, когда американский биолог Джеймс Уотсон и британский кристаллограф Френсис Крик успешно сконструировали правильную модель ДНК... Прочитав в Nature в мае 1953 г. статью Уотсона и Крика, которая объясняла, как наследственная информация хранится в молекулах ДНК в форме последовательности четыр?х групп, известных как «основания»... я задался вопросом, как эта информация переводится в последовательность двадцати аминокислот, которые образуют молекулы протеина. Простая идея, которая пришла мне в голову, состояла в том, что можно «получить 20 из 4» подсч?том числа всех возможных триплетов, образующихся из четыр?х различных сущностей.»
Тут, конечно, требуются некоторые пояснения. Уже довольно давно было установлено, что наследственные элементы должны содержаться в хромосомах клеток и что в них, помимо белков, имеются длинные молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Но как они соотносятся друг с другом? Где хранится наследственная информация и как такие малые особенности организма, как форма линий на ладони, передаются потомкам? Задача не менее, если не более сложная, чем происхождение Вселенной!
Но мы не можем вдаваться здесь в историю этих поисков (они великолепно, хоть и не совсем беспристрастно, описаны в книге Дж. Уотсона «Двойная спираль»). Для нас сейчас важно только напомнить, что, как показали Уотсон и Крик, две длинные молекуля ДНК свиваются в длинную двойную спираль, участки которой соединяются мостиками: либо парой пуринов аденин-гуанин (АГ), либо парой пирамидинов цитозин-тимин (ЦТ)2. Эта спираль может раскручиваться и разделяться на две длинные молекулы, к каждой из которых пристраиваются недостающие части, таким образом происходит удвоение хромосом — теперь они могут разойтись в две тождественные, если не считать возможных «сбоев» конструкции, клетки. Итак, начинает проясняться механизм дублирования наследственного материала, но как в этом материале записана информация? Имеется всего два типа соединительных мостиков между молекулами ДНК, сами молекулы, в первом приближении, совершенно однородны по всей длине, а информацию хранят колоссальную — вот вам и проблема!
Гамов подходит к этой проблеме с позиций столь любимой им теории чисел: имеется двадцать разных аминокислот и две пары оснований. Так может быть каждой аминокислоте соответствует сколько-то оснований-мостиков?
Перебираются разные возможности, и в итоге Гамов придумывает «Первичный алфавит» ДНК: каждой аминокислоте соответствует своя комбинация трех оснований. Так, если возьмем первую букву каждой пары, то какой-то аминокислоте соответствует комбинация ААА, второй — ААЦ, третьей — АЦА и т.д. Ну, а если при этом учесть тождественность зеркальных отображений и некоторые другие тонкости, то получается как раз 20 трехбуквенных сочетаний, соответствующих 20 аминокислотам. Таким образом, первичный код ДНК построен: теперь можно подсчитать, сколько всего комбинаций возможно и доказать, что они достаточны для хранения и передачи всех наследственных свойств! Гениальное открытие всегда кажется чрезвычайно простым и естественным, когда уже сделано, так что даже странно, как это столь долго никто до него не додумывался!
По какому-то недосмотру цензуры эта статья Джорджа Гамова была сразу же переведена на русский и опубликована в СССР — мы можем свидетельствовать об ажиотаже, охватившем тогда научное сообщество: такое простое и элегантное решение проблемы говорило о гениальности автора!
Существование именно трехбуквенного кода ДНК, каждое такое «слово» было названо кодоном, было подтверждено экспериментально в начале 60-ых годов. Нобелевской премии 1968 года были удостоены американские биохимики М.У. Ниренберг, Р.У. Холли и Х.Г. Корана — имя Гамова опять-таки не всплывало...
И после открытия кода ДНК Гамов продолжал интенсивно работать, сочетая исследовательскую деятельность и преподавание. Как-то он придумал для своих студентов занимательную игру: представьте себе цивилизацию высокого уровня, в которой не додумались только до одной вещи — до введения вращающихся элементов, в частности, кол?с. Спрашивается, какие механизмы и машины будут изобретены такой цивилизацией, как там будут жить люди (постановка задачи похожа на аксиомы евклидовой геометрии)? Студенты увлеклись этой игрой — писались даже романы об особенностях жизни в таком обществе, но между делом было сделано немало вполне практичных изобретений...
Гамов написал ряд книг, иллюстрируя их нередко своими остроумными рисунками и фотографиями. Они пользуются во вс?м мире огромной популярностью. Э. Теллер охарактеризовал их так: «Георгий Гамов... был физиком с редкостным чувством вкуса. По оценке Бете, человека, помешанного на точности, научно-популярные книжки Гамова точны процентов на 90. Я подозреваю, что книжка, точная на 99 и 44 сотых процента, может оказаться ужасно нудной.»
Георгий Антонович Гамов скончался 20 августа 1968 года в возрасте 64 лет от болезни печени, виною тому была, вероятно его любовь ко всем жизненным удовольствиям, в том числе, и даже особенно, к горячительным напиткам.
Наград при жизни, кроме премии Калинги, он не удостаивался, Нобелевские премии он не получил (они не присуждаются посмертно, единственное исключение — премия Мира 1961 года Дага Хаммаршельда, генсека ООН, погибшего в авиакатастрофе). Одна несправедливость была с запозданием исправлена: в 1990 г. имя Гамова восстановлено в списках членов Академии наук СССР, откуда было вычеркнуто в 1938.
Почему же вс?-таки при жизни он не был удостоен ни одной из тех наград, которые полностью заслужил? Можно думать, что неполученные Нобелевские премии — это в большой мере плата Гамова за его эмиграцию, за право жить как он хотел, что явно не прибавляло друзей и почитателей по обе стороны «железного занавеса».
Но с позиций вечности — вс? это не существенно. Время — безжалостный, но единственно объективный судья в науке. Оно убирает мелочи — чисто личные особенности человека, оставляя лишь созданное им. И в этом смысле Георгий Антонович Гамов — человек Великой судьбы, ибо его идеи — все оказались верными.
В виде приложения к нашему очерку привед?м несколько фраз из книги воспоминаний знаменитого польско-американского математика Станислава Улама «Приключения математика», Москва, РХД, 2001. Он дружил с Гамовым в последние годы и живо описывает некоторые его особенности:
«В н?м не было ничего от бездушного сухаря. Воистину «тр?хмерный» человек, он источал энергию, был полон жизни и очень неравнодушен к обильной пище, любил анекдоты и коварные шутки, которым мог отдаваться, не зная меры... Было удивительно наблюдать, как при тех сложных и труднопостигаемых уровнях, на которых применялась нами математика, он мог заходить так далеко в использовании интуитивных образов и аналогий, черпая их из исторических и даже художественных сопоставлений...
Будучи стопроцентным дилетантом в области биологии (некоторые его завистники сказали бы, что даже шарлатаном), Гамов, следуя своим поразительно непогрешимым инстинктам, предложил несколько идей о том, как на самом деле работает генетический код... В его деятельности, помимо всех других выдающихся его достоинств, можно усмотреть, пожалуй, последний пример дилентатизма в науке, представленного в столь грандиозном масштабе...
Всем его письменным трудам присущ естественный поток идей, простое, лишенное витиеватости, представление, легкий, ни в коем случае не громоздкий, занимательный, но никогда не фривольный стиль. Он писал легко, быстро... После обеда он любил читать для своих друзей славянского происхождения длинные отрывки из русской поэзии: он мог целый час декламировать Пушкина или Лермонтова.»
Книги Гамова на русском языке (помимо указанной автобиографии): «Приключения мистера Томпкинса», «Мистер Томпкинс внутри самого себя» (совместно с М. Ичесом), «Занимательная математика» (совместно с М. Стерном), «Биография физики», «Звезда по имени Солнце», «Планета, называемая Землей», «Сотворение Вселенной», «Атом и его составляющие», «Атомная энергия (во Вселенной и в человеческой жизни)», вышли и выходят в Издательстве РХД (Москва — Ижевск).
Источник: Иудея.Ру
Замечания/предложения
Сайт создан и поддерживается
Клубом Еврейского Студента
Международного Еврейского Общинного Центра
«Мигдаль»
.
Адрес:
г. Одесса,
ул. Малая Арнаутская, 46-а.
Тел.:
(+38 048) 770-18-69,
(+38 048) 770-18-61.
Председатель правления центра
«Мигдаль» —
Кира Верховская
.
