George Gamow

George Gamow ( à Odessa, Empire russe - à Boulder, Colorado, États-Unis), né Gueorgui Antonovitch Gamov (en russe : Георгий Антонович Гамов), est un physicien théoricien, astronome, cosmologiste et vulgarisateur scientifique américano-ukrainien. Il a proposé la théorie de la radioactivité α par l'effet tunnel quantique. Il a effectué des recherches sur la formation des étoiles, la nucléosynthèse stellaire, la nucléosynthèse primordiale à la suite du Big Bang, le fond diffus cosmologique de micro-ondes, et la génétique au niveau moléculaire.

George Gamow
Naissance
Odessa (Empire russe)
Décès
Boulder, Colorado (États-Unis)
Nationalité soviétique, américain
Domaines Astronome, Physicien, journaliste scientifique, écrivain, Cosmologiste
Renommé pour Fond diffus cosmologique
Effet tunnel
Big Bang
Distinctions Prix Kalinga

Vie et travaux

Il est le fils d'un professeur de lettres et le cousin de Jacques Bergier[1]. Il étudie à l'université de Novorossia, puis à Pétrograd où il étudie avec Alexandre Friedmann, un cosmologiste renommé. Il s'intéresse alors à la mécanique quantique et à la théorie de la relativité.

Théorie quantique de la radioactivité

En 1928, muni d'une bourse, il part travailler à Göttingen avec Max Born, faisant des avancées dans la compréhension de la radioactivité α. Deux mois plus tard, il rejoint Niels Bohr à Copenhague. Il émet l'idée d'un noyau atomique se comportant comme un fluide nucléaire, modèle repris presque une décennie plus tard par Bohr. En 1929, il obtient une nouvelle bourse et il rejoint Ernest Rutherford à l'université de Cambridge. Il développe l'idée de l'effet tunnel afin de faire interagir des protons pour obtenir des noyaux de numéro atomique plus élevé. Il y rencontre John Cockcroft, qui construit peu après le premier accélérateur de particules, parvenant ainsi à valider le modèle de Gamow en réussissant une transmutation du lithium 7.

Au début du XXe siècle, on savait que chaque substance radioactive avait une demi-vie fixe, et que les rayonnements émis possèdent certaines énergies caractéristiques. En 1928 Gamow résout la théorie de la radioactivité α par l'effet tunnel de la nouvelle mécanique quantique de Schrödinger.

Selon la mécanique classique, la particule α (alpha) est confinée au noyau à cause de la grande énergie requise pour échapper le puits de potentiel nucléaire très fort, de sorte que l'émission spontanée n'aurait pas lieu. Dans la mécanique quantique, cependant, il existe une probabilité non nulle que la particule puisse « creuser un tunnel » à travers la paroi du puits de potentiel, et alors s'échapper. Gamow résout l'équation de Schrödinger pour un potentiel modèle du noyau, et déduit une relation entre la demi-vie du noyau radioactif et l'énergie de la particule α émise. Cette relation correspond à la loi de Geiger et Nuttall, déjà observée expérimentalement.

Déménagement aux États-Unis

En 1931, il retourne à Moscou pour faire renouveler son visa mais ce dernier est refusé. Il rencontre Lyubov Vokhminzeva qu'il épouse peu après. Il travaille alors à l'université de Leningrad en physique, mais s'oppose aux conceptions de son supérieur hiérarchique, ce qui lui vaut de quitter son poste.

En 1933, il est invité au congrès Solvay et obtient à sa grande surprise un visa : il quitte alors définitivement l'Union soviétique avec sa femme en la faisant passer pour sa secrétaire[2]. Il obtient un poste de professeur à l'université George Washington à Washington, district de Columbia, où il travaille sur la physique nucléaire, avec Edward Teller, et la cosmologie. Il acquiert la nationalité américaine en 1940. En 1943, il participe à la construction de la bombe atomique américaine à Los Alamos.

L'astrophysique et le Big Bang

Le , avec son étudiant Ralph Alpher, il publie un article capital sur la formation des éléments au cours des premières phases de l'expansion de l'Univers, participant ainsi à l'élaboration de la théorie du Big Bang. Gamow, assisté de Alpher, décrit l'univers d'origine, le Ylem, comme une « soupe dense de neutrons et de protons ». Ils démontrent que les quantités actuelles de l'hydrogène et l'hélium dans l'univers peuvent être expliquées par les réactions nucléaires qui ont eu lieu durant le Big Bang.

Anecdotiquement, Gamow inclut dans les signataires Hans Bethe, qui n'a aucunement participé à la rédaction de l'article, juste pour faire un jeu de mot sur les auteurs : Alpher, Bethe et Gamow (alpha, bêta et gamma…), prouvant, une fois de plus, son caractère facétieux.

Peu après, Alpher et Robert Herman prédisent que la rémanence du Big Bang aurait refroidi après des milliards d'années pour remplir l'univers avec un rayonnement persistant vers 5 degrés au-dessus du zéro absolu. Finalement, l'observation effective de ce fond diffus cosmologique par Arno Penzias et Robert Wilson en 1964 fournit une confirmation de la théorie du Big Bang[3].

Le code génétique

À partir de 1950, Gamow s'intéresse à la génétique. Il fait l'hypothèse, dès 1954, de la relation possible entre code génétique et séquence des protéines.

Après la découverte de 1953 de la structure de l'ADN par Francis Crick et James D. Watson, Gamow aborde le problème du code génétique, c'est-à-dire la relation entre les quatre bases (adénine, cytosine, thymine et guanine) aux chaînes de l'ADN et le contrôle de la séquence des acides aminés qui constituent les protéines. Crick a indiqué que les suggestions de Gamow ont aidé sa propre réflexion sur ce problème. Tel que décrit par Crick, Gamow a suggéré en premier que les vingt combinaisons des quatre bases de l'ADN pris trois à la fois correspondent aux vingt acides aminés utilisés pour former les protéines. Cette suggestion a amené Crick et Watson à énumérer les vingt acides aminés qui sont communs à la plupart des protéines.
Cependant le système détaillé proposé par Gamow, surnommé les « diamants de Gamow », se révèle inexact par la suite.

En 1956, Gamow rejoint l'université du Colorado et rédige une autobiographie publiée à titre posthume en 1970.

Publications

On compte une dizaine de ses ouvrages, dont plusieurs ont été réédités, en français comme en anglais. Outre des ouvrages scientifiques de haute volée, il a écrit plusieurs séries de livres de vulgarisation, les M. Tompkins, où les rêves d'un modeste employé de banque sont prétextes à des voyages au cœur de la science. Malgré certains aspects volontairement naïfs, il ne s'agit pas de livres pour enfants : ils contiennent nombre d'équations mathématiques qu'Albert Einstein n'aurait pas reniées. Certains d'entre eux ont été réactualisés par Russell Stannard après la mort de Gamow.

  • Un, deux, trois... l'infini [« One, two, three... infinity »] (trad. de l'anglais par Junior et Maurice Gauzit), Paris, Dunod, , 282 p. (ISBN 978-2-84225-221-2, OCLC 490990286)
    Réédition complétée, Cassini, 2018, 368 p.
  • M. Tompkins au pays des merveilles : Histoire de c, G et h [« Mr. Tompkins in wonderland »] (trad. de l'anglais par Geneviève Guéron, ill. John Hookham), Paris, Dunod, , 98 p. (OCLC 716581738)
  • Monsieur Tompkins explore l'atome (trad. de l'anglais par Geneviève Guéron), Paris, dunod, (OCLC 878117711)
  • Monsieur Tompkins s'explore lui-même (trad. de l'anglais), Paris, dunod, , 98 p. (OCLC 716581738)
  • (en) Mr Tompkins in Paperback (Cambridge University Press, rééd.1993) (ISBN 0-521-44771-2)
  • M. Tompkins (Dunod, 2007) (ISBN 2-10-001399-8)
  • Le nouveau monde de M.Tompkins (Ed. Le Pommier, 2002) (ISBN 2-7465-0086-8)
  • Trente années qui ébranlèrent la physique - Histoire de la théorie quantique, Dunod, 1968

Notes et références

  1. Bergier, Jacques, 1912-1978., Je ne suis pas une légende, Paris, Retz, , 239 p. (ISBN 2-7256-0228-9 et 978-2-7256-0228-8, OCLC 4504145, lire en ligne), p. 34
  2. Étienne Klein, Il était sept fois la révolution : Albert Einstein et les autres (Biographie), Paris, Flammarion, , 237 p. (ISBN 978-2-08-210343-5 et 2-082-10343-9, OCLC 75960088, notice BnF no FRBNF39941601), p. 37
  3. (en) Alaina G. Levine, « Arno Penzias and Robert Wilson. The Large Horn Antenna and the Discovery of Cosmic Microwave Background Radiation », sur APS Physics (American Physical Society), (consulté le ).

Voir aussi

Bibliographie

Articles connexes

  • Ylem, la substance fondamentale

Liens externes

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