George Gamow

George Gamow
George Gamow
Naissance	4 mars 1904 Odessa (Russie impériale)
Décès	19 août 1968 (à 64 ans) Colorado (USA)
Nationalité	soviétique, américain
Champs	Astronome, Physicien, journaliste scientifique, écrivain, Cosmologiste
Renommé pour	Fond diffus cosmologique Effet tunnel Big Bang
Distinctions	Prix Kalinga
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George Gamow (4 mars 1904, Odessa (alors en Russie impériale) – 19 août 1968, Boulder (Colorado, aux États-Unis), né Gueorgui Antonovitch Gamov (en russe : Георгий Антонович Гамов), est un physicien théorique, astronome, cosmologiste et vulgarisateur scientifique américano-russe. Il a proposé la théorie de la radioactivité alpha par l'effet tunnel quantique. Il a effectué des recherches sur la formation des étoiles, la nucléosynthèse stellaire, la nucléosynthèse primordiale suite au Big Bang, le fond diffus cosmologique de micro-ondes, et la génétique au niveau moléculaire.

Vie et travaux

Il est le fils d'un professeur de lettres. Il étudie à l'université d'Odessa, puis à Saint-Pétersbourg 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 20e 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 peut "creuser un tunnel" à travers la paroi du puits de potentiel, et alors 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 il obtient un visa : il quitte alors définitivement l'Union soviétique avec sa femme. Il obtient un poste de professeur à l'université George Washington à Washington (District de Columbia), où il travaille sur la physique nucléaire 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

En 1948, 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. L'observation éventuelle de ce fond diffus cosmologique par Arno Penzias et Robert Wilson en 1964 fournit une confirmation de la théorie du Big Bang.

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 (adenine, 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 exact proposé par Gamow, surnommé les "Diamants de Gamow" ("Gamow's Diamonds") se révèle inexact par la suite.

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

Bibliographie

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.

• (en) One Two Three... Infinity (Dover Publications, © renewed 1974) (ISBN 0-486-25664-2)
• (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

Voir aussi

• Ylem, la substance fondamentale

Sources

• E Klein, Il était sept fois la révolution, chapitre I « George Gamow, joyeux passe frontière », éditions Flammarion, 2005.

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