НАУКА
ГАМОВ
Большой взрыв
42
ГАМОВ большой взрыв
Расширяющееся
42 знание
D4AGOSTINI
ГАМОВ
Большой взрыв
ГАМОВ
Большой взрыв
Расширяющееся
знание
НАУКА. ВЕЛИЧАЙШИЕ ТЕОРИИ
Наука. Величайшие теории: выпуск 42: Расширяющееся
знание. Гамов. Большой взрыв. / Пер. с исп. — М.: Де Агости-
ни, 2015. — 152 с.
Георгий Гамов входит в число тех избранных, чья жажда
знания влечет их в глубины самых разнообразных дисци-
плин. Эмигрировавший в США советский ученый постиг как
мир бесконечно малого, так и бесконечность самой Вселен-
ной: он изучал атомное ядро, и его вклад стал основой для
раскрытия секретов генетического кода. В астрофизике он
определил модели, которые прояснили образование энергии
звезд и их эволюцию, а также отстаивал гипотезу Большого
взрыва, объясняющую происхождение Вселенной, и позже
она была подтверждена многочисленными аргументами.
ISSN 2409-0069
© Antonio М. Lallena Rojo, 2014 (текст)
© RBA Collecionables S.A., 2014
© ООО «Де Агостини», 2014-2015
Иллюстрации предоставлены:
Age Fotostock: 51 (вверху), 69 (вверху; внизу), 103 (внизу),
131 (вверху справа), 139; Album: 26; Centre for Material Texts:
105; G. Coopmans/AIP Emilio Segre Visual Archives: 109; Joan
Pejoan (инфографика); NASA/Theophilus Britt Griswold/
WMAP Science Team: 103 (вверху); Архив RBA: 25 (вверху
справа), 28,93, 131 (вверху слева; внизу); Американская эн-
циклопедия, т. 17: 25 (внизу); Борис Кустодиев/ Коллекция
Капицы, Москва: 65; Датский институт кинематографии:
47; ДорисУлманн: 133; Ливерморская национальная лабора-
тория им. Э. Лоуренса: 77; Лос-Аламосская национальная
лаборатория: 86; Отделение физики/Колорадский универ-
ситет, Боулдер: 25 (вверху слева), 39; Серж Лачинов:
51 (внизу).
Все права защищены.
Полное или частичное воспроизведение
без разрешения издателя запрещено.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ ............................................ 7
ГЛАВАХ. Эмиграция................................... 15
ГЛАВА 2. Гамов в Кембридже ......................... 43
ГЛАВА 3. Модель Большого взрыва .................... 71
ГЛАВА 4. В поисках неизвестного кода.................из
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ	141
УКАЗАТЕЛЬ ........................................... 143

Введение
Пол века, прошедшие с 1865 по 1915 год, без сомнения, можно
считать самыми важными для современной физики. В 1865 го-
ду Максвелл сформулировал знаменитые уравнения, описы-
вающие явления электромагнетизма и позже названные его
именем, и таким образом инициировал первую из трех великих
«революций» физики, которые произошли в те годы. С этого
момента постепенно закладывались основы (как эксперимен-
тальные, так и теоретические) для двух других революций:
теории относительности, сформулированной Эйнштейном,
и квантовой теории, становлению которой способствовали
Планк, Де Бройль, Шрёдингер, Гейзенберг, Дирак, Бор и сам
Эйнштейн. Эти теории в корне изменили прежний взгляд
на природу и определили предпосылки для новых эксперимен-
тальных процедур, техники анализа, для проблем и их реше-
ний, с результатами которых мы сталкиваемся сегодня даже
в повседневной жизни.
Среди многочисленных изменений, вызвавших опреде-
ленные вопросы, ответы на которые пришлось искать в свете
этих новых теорий, а также стратегий, разработанных для их
решения, одно привлекает особое внимание. Когда сравнивают
области интереса физиков, работавших после 1865 года, и тех,
чья научная карьера развивалась до названного года, обнару-
живается разница, связанная с тем, что мы могли бы назвать
7
«специализацией». На самом деле одним из следствий этих
революций был отход от научного гуманизма, характерный
для физиков (и ученых в целом) до середины XIX века. Пре-
жде в различных областях знания пытались решить проблемы
внешне непохожих дисциплин, что давало исследователям
общие представления о природе — действительно, во многих
университетах физику называли натуральной философией.
Но с этого момента ученые специализировались уже
на конкретных областях знания и стали реже взаимодейство-
вать (в лучшем случае) с коллегами, этим областям чуждыми.
Такой подход оказался неотъемлемой характеристикой ис-
следований в XX веке и породил отдельные сферы научного
интереса, в которые почти не проникали идеи из других сфер
той же дисциплины или других наук. К счастью, уже в конце
столетия, но в особенности на заре XXI века ученые осознали,
что данный подход явно обедняет науку, и сегодня междисци-
плинарность чрезвычайно поощряется при финансировании
исследовательских проектов, а с каждым днем все более при-
вычным явлением становится объединение ученых, специали-
зирующихся в самых разных областях и работающих вместе
для достижения общих целей.
Тем не менее история науки знает примеры, которые в эту
систему не вписываются. Один из недавних и самых извест-
ных — без сомнения, пример Ричарда Фейнмана, лауреата
Нобелевской премии по физике 1965 года за работу в области
квантовой электродинамики, посвятившего при этом довольно
много времени ряду других научных областей, включая биоло-
гию.
Той же линии придерживался чуть менее известный ге-
рой нашей книги. Георгий Антонович Гамов (1904-1968) был
одним из этих «отставших от времени» ученых, выступавших
против абсолютной специализации. Любознательность этого
человека, к счастью для нас, привела его к работе с чрезвычай-
но разно-образными проблемами.
Уроженец Одессы, Гамов пережил революцию 1917 года,
выдержал всевозможные трудности, последовавшие за ней,
8
ВВЕДЕНИЕ
и в итоге эмигрировал в США, изменив свое имя на английский
вариант Джордж.
Для физики первой половины XX века Гамов — личность
исключительная. Эту исключительность, по его собственным
словам, он проявлял с молодых лет. В апреле 1968 года, за че-
тыре месяца до смерти ученого, в большом интервью, которое
взял у него историк науки Чарльз Уэйнер, прояснились мно-
гие детали его жизни. В какой-то момент Уэйнер задал Гамову
вопрос о зарождении его интереса к физике и астрономии —
не был ли он пробужден учителями в школе? — на что Гамов
ответил:
«Нет. Дело в том, что я всегда был на шаг впереди. Когда в школе
преподавали алгебру, дома я изучал дифференциальные уравне-
ния. Я познакомился с теорией относительности Эйнштейна еще
будучи школьником. Она [физика] просто меня интересовала».
В основном Гамов был физиком-теоретиком: он работал
в области ядерной физики, но также рассматривал ее при-
менение к астрофизике и космологии. Однако первые иссле-
довательские шаги в университете молодой человек сделал
в сторону физики экспериментальной, хотя, как он сам призна-
вал, здесь у него никогда не наблюдалось особых достижений.
Но этот интерес остался у Гамова навсегда, и в автобиографии
он рассказывает о своих редких «встречах» с эксперимен-
тами. Первый — пожалуй, самый любопытный — имел место,
когда отец подарил маленькому Георгию микроскоп. Однажды
во время причастия в церкви он сохранил во рту смоченную
в вине облатку, чтобы дома выяснить, правда ли хлеб и вино
после освящения превращаются в плоть и кровь Христа. Маль-
чик положил образец под микроскоп и сравнил его с подобным,
заготовленным заранее и не задействованным в таинстве при-
частия. Он смог констатировать идентичность этих образцов,
в отличие от тонкого слоя кожи, который он срезал с поду-
шечки своего пальца. Гамов отмечал, что именно этот эпизод
определил его желание стать ученым. И, без сомнения, он на-
всегда сделал его скептиком.
ВВЕДЕНИЕ
9
Чуть раньше произошла его первая встреча с астрофизи-
кой: в 1910 году, поднявшись на крышу дома, он увидел комету
Галлея. Воспоминания об этом исключительном переживании
он хранил всю жизнь.
Научные достижения Гамова были выдающимися. Пер-
вые значительные работы он провел в рамках ядерной физики,
которая в то время только делала первые шаги. Сначала он
объяснил а-распад с помощью туннельного эффекта (кван-
тового механизма, не имеющего аналогов в классической фи-
зике). Важно подчеркнуть, что эта работа была опубликована
в 1928 году, задолго до открытия нейтрона Чедвиком, которое
многие расценивают в качестве отправной точки ядерной фи-
зики как независимой дисциплины.
Также немаловажно, что он сформулировал капельную мо-
дель ядра (имеющую большое значение для описания ядерного
распада) и вместе с Теллером вывел правила отбора 0-распада,
названные его именем.
В области астрофизики он работал над механизмами, от-
вечающими за производство энергии в звездах, и проблемами
звездной эволюции. Далее, полностью погрузившись в космо-
логию, он оказался одним из первых сторонников теории, ко-
торая гласит, что изначально Вселенная пребывала в горячем
и плотном состоянии, и предсказал существование космиче-
ского микроволнового фонового излучения температуры в не-
сколько градусов Кельвина. Кроме того, он применил знания
в области ядерной физики, чтобы на основе ядерных реакций,
произошедших в первые мгновения после Большого взрыва,
вычислить распространенности водорода и гелия во Вселен-
ной.
К 1954 году с ним произошло то, что в автобиографии
Гамов называет «экстравагантным отклонением в биологию».
После того как Крик и Уотсон объявили о своем открытии
структуры двойной спирали молекулы ДНК, он начал выяс-
нять, как информация о наследовании, которая проявляется
в четырех основаниях, образующих значимую часть молекулы,
передается 20 аминокислотам, из которых состоят белки, «ве-
щества жизни».
10
ВВЕДЕНИЕ
Несмотря на то что Гамов был одним из лучших знатоков
ядерной физики своего времени, он не участвовал в Проекте
Манхэттен и в период Второй мировой войны продолжал пре-
подавательскую деятельность в Вашингтоне, хотя и выступал
в качестве консультанта американского флота по вопросам
обычных взрывчатых веществ. В то время он общался с Эйн-
штейном, который консультировал тот же отдел. Годы спустя
Георгий Антонович участвовал в проекте изготовления водо-
родной бомбы, которым руководили Теллер и Улам.
Помимо научной деятельности, Гамов делал огромную
работу популяризатора науки, за что в 1956 году получил Ка-
линговскую премию, присуждаемую ЮНЕСКО. Среди самых
известных публикаций выделяются четыре, повествующие
о научных приключениях мистера Томпкинса — увлеченного
физикой банковского служащего. В целом его наследие как по-
пуляризатора состоит из 20 книг и десятков статей в журнале
Scientific American.
Согласно исследователю Нельсону X. Ф. Бибу с отделения
математики Университета Юты (США), тщательно изучившего
наследие ученого, авторству Гамова принадлежат 500 работ,
из которых более 200 — статьи в научных журналах. Среди его
соавторов — лауреаты Нобелевской премии по физике Чедвик,
Блох, Ландау, Бете и Чандрасекар, лауреаты Нобелевской пре-
мии по химии Резерфорд и Астон, лауреат Нобелевской пре-
мии по физиологии и медицине Дельбрюк.
Гамов скончался в Боулдере (Колорадо) 19 августа
1968 года от болезней. Башня, в которой расположено отделе-
ние физики Колорадского университета, названа его именем.
С 1971 года там ежегодно проводится конференция памяти
Георгия Гамова, в которой принимают участие ученые первого
порядка, многие из них — лауреаты Нобелевской премии.
Вера Рубин, знаменитый американский астроном (Гамов
был руководителем ее докторской диссертации), вспоминала
о нем:
«Он не умел ни писать, ни считать. Он не сразу сказал бы вам,
сколько будет 7x8. Но его ум был способен понимать Вселенную».
ВВЕДЕНИЕ
11
Автобиографию Гамов завершил размышлением, не остав-
ляющим сомнения в том, какой была его жизненная и научная
позиция, и подчеркивающим многоотраслевой интерес, кото-
рый сопровождал его всю жизнь:
«Получал ли я удовольствие от написания научно-популярных
книг? Да. Считаю ли я это своим главным занятием? Нет. Мой
главный интерес состоит в том, чтобы ставить и решать про-
блемы природы — физические, астрономические или биологиче-
ские. Но чтобы «продвинуться» в научном исследовании, нужно
вдохновение, нужна идея. При этом хорошие, вдохновляющие
идеи появляются не каждый день. Когда у меня нет новых идей
для продолжения работы, я пишу книги; когда приходит плодо-
творная научная идея, процесс написания книг идет медленно.
Во всяком случае, как я уже говорил, я опубликовал в целом
20 научно-популярных книг и 2 еще находятся сейчас в работе —
одна по космологии и эта автобиография. Популярные книги
принесли мне Калинговскую премию за популяризацию науки
(присуждается ЮНЕСКО), результатом которой стала очень
интересная и приятная лекционная поездка в Индию и Японию.
Если включить сюда три научных труда по ядерной физике, будет
25 книг; этого вполне достаточно для одной человеческой жизни.
Я не собираюсь писать еще книги. Одна из причин этого состоит
в том, что я написал практически обо всем, что знаю. Но есть сла-
бая надежда, что я смогу опубликовать поваренную книгу или
руководство по охоте на крупного зверя».
12
ВВЕДЕНИЕ
1904 Георгий Антонович Гамов появляется
на свет 4 марта в Одессе.
1922 Поступает в Новороссийский (Одес-
ский) университет, где изучает ма-
тематику. Продолжает образование
в Петроградском университете.
1928 Отправляется на стажировку в Гёт-
тингенский, а затем в Копенгаген-
ский университет. Публикует статью
*0 квантовой теории атомных ядер»,
в которой формулирует теорию
а-распада.
1929 Получает стипендию фонда Рокфел-
лера в Кембриджском университете,
где работает в Кавендишской лабо-
ратории. В «Трудах Лондонского
королевского общества» публикует
«Размышления о строении атомного
ядра», предлагая первую капельную
модель, серьезно повлиявшую на опи-
сание деления ядра.
1931 Женится на Любови Вохминцевой,
с которой разведется в 1955 году. Воз-
вращается в Ленинградский универси-
тет.
1932 Вместе с женой безуспешно пытается
покинуть СССР на байдарке. Через
год присутствует на Сольвеевском
конгрессе в Брюсселе и, воспользовав-
шись возможностью, не возвращается
на родину.
1934 Вступает в должность профессора
в Университете Джорджа Вашингтона,
которую будет занимать до 1956 года.
1936 Теллер и Гамов публикуют в The
Physical Review работу под названием
«Правила отбора для ft-распада».
1940 Получает американское гражданство.
1946 Публикует статью «Расширяющаяся
Вселенная и происхождение элемен-
тов», которую многие считают нача-
лом современной космологии. Два года
спустя совместно с Альфером и Бете
публикует «Происхождение химиче-
ских элементов», где предлагает новую
модель Вселенной.
1952 Выходит в свет книга Гамова «Создание
Вселенной», объединившая в себе все
статьи на эту тему, в числе других рас-
сматривается теория Большого взрыва.
1954 Пишет статью «Синтез белков молекул
ДНК», своеобразное вторжение в об-
ласть генетики.
1956 Становится профессором Колорад-
ского университета, живет в штате
Колорадо до самой смерти. ЮНЕСКО
присуждает ему Калинговскую премию
за вклад в популяризацию науки.
1958 Женится на Барбаре Перкинс.
1968 Уходит из жизни 19 августа в Боулдере,
Колорадо.
ВВЕДЕНИЕ
13

ГЛАВА 1
Эмиграция
Гамов родился в царской России,
проявил свои способности еще в школьном
возрасте и, несмотря на революцию 1917 года
и гражданскую войну, вопреки сложностям, которые
повлекло за собой установление советского режима,
в университете зарекомендовал себя как подающий
надежды исследователь. С самого начала Гамов
интересовался квантовой теорией и изучал
ее в Ленинградском университете. В 1928 году
он посетил Институт теоретической физики
в Гёттингене, где познакомился с выдающимися
физиками того времени, на которых сумел
произвести неизгладимое впечатление.

После революции 1917 года Одесса — родной город Гамова —
пережила несколько военных оккупаций (украинскими нацио-
налистами, англичанами, французами, белогвардейцами), пока
в 1920 году в результате действий Красной армии не была окон-
чательно присоединена к Украинской Советской Социалисти-
ческой Республике, которая позже вошла в состав СССР. Это
было время лишений — голода, холеры, тифа, — но от одной
беды горожане страдали особенно — от нехватки питьевой
воды. Одесса расположена в довольно сухой зоне, и вода по-
ступала в город из реки Днестр посредством станций, которые
накачивали воду в резервуары. По ряду причин, в особенности
из-за задержки в поставках угля, который обеспечивал работу
насосов, в водоснабжении наблюдались частые перебои, и го-
рожане брали питьевую воду у общественных источников, для
чего приходилось подолгу стоять в очереди с ведрами и кани-
страми.
Однажды, когда Гамов стоял в одной такой очереди, к нему
подошел английский матрос и спросил, за чем стоят все эти
люди. Когда тот ответил, что эта очередь за водой, англича-
нин направился к своему кораблю, пришвартованному в не-
скольких метрах, и из шланга за считаные секунды наполнил
емкости. Разумеется, все стоявшие в очереди немедленно обра-
тились к моряку с просьбой наполнить и их ведра тоже, что тот
ЭМИГРАЦИЯ
17
любезно сделал. Вернувшись домой, Гамов обнаружил непри-
ятный сюрприз: вода, которую он принес, была соленой, скорее
всего она происходила из той самой бухты. По его признанию,
с этих пор он стал ценить «своеобразный» английский юмор.
И, возможно, именно тогда в нем зародилось то лукавое остро-
умие, ставшее его неотъемлемой чертой.
ДЕТСТВО
Георгий Антонович Гамов родился 4 марта 1904 года в Одессе,
портовом городе, в 1794 году основанном Екатериной Великой
на северо-западном побережье Черного моря. Александра Ар-
сеньевна, его мать, была учительницей истории и географии
в женской гимназии, единственной дочерью из пятерых детей
Арсения Лебединцева, Новороссийского митрополита (Ново-
россией называлось северное Причерноморье, принадлежав-
шее Российской империи с конца XVIII века), главы одесского
кафедрального собора. Все ее братья получили серьезное обра-
зование: Виктор стал военным, Владимир — городским судьей,
Александр — преподавателем латыни и греческого, Семен —
химиком.
Отец Гамова, Антон Михайлович, был сыном полковника,
коменданта военного округа Кишинёва. Три его брата стали
военными, была и сестра. Отучившись в Одесском универси-
тете, Антон Гамов стал учителем русского языка и литературы
в гимназии для мальчиков. В первый год учительства среди его
учеников был Лейб Давидович Бронштейн (известный затем
под псевдонимом Лев Троцкий), один из лидеров Октябрьской
революции 1917 года.
Роды, в результате которых на свет появился Георгий, были
трудными, и врачам пришлось прибегнуть к кесареву сечению.
Выбирая между жизнью матери и жизнью ребенка, врачи при-
няли решение отдать все силы спасению матери, но соседке
было известно, что неподалеку проводит свой отпуск знамени-
тый московский хирург, она отправилась за ним и привела его
18
ЭМИГРАЦИЯ
в дом Гамовых. Все происходило на столе в домашней библио-
теке, и Георгий всегда шутил, что, должно быть, это предопреде-
лило его жизнь, в течение которой он столько писал.
После столь тяжелых родов Александра Арсеньевна боль-
ше не могла иметь детей. Она умерла, когда Георгию было де-
вять лет, накануне Первой мировой войны. До того момента
образованием мальчика занимались родители. Мать обучала
его французскому, одна приходящая гувернантка преподавала
общие предметы, а другая — немецкий язык. После смерти ма-
тери Георгий стал посещать гимназию, где учительствовал его
отец.
НОВОРОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Революция 1917 года обозначила начало возмущений, вылив-
шихся в бесконечную череду конфликтов, усложнивших по-
вседневную жизнь: нехватка продовольствия, перебои в работе
гимназии и так далее. Несмотря на это, Георгию удалось завер-
шить образование, окончить гимназию в 1920 году и почти сра-
зу же поступить в Одесский университет. Так как его интерес
уже сосредоточился на физике, он выбрал физико-математи-
ческий факультет. Однако имела место любопытная аномалия:
математические курсы благополучно вели педагоги Шатунов-
ский (высшая алгебра), Каган (многомерная геометрия) и Ра-
бинович (теория относительности), в то время как физические
курсы были приостановлены. Профессор Кастерин, заведую-
щий физической кафедрой, отказывался вести занятия, потому
что в его распоряжении не было ассистента для демонстраци-
онных экспериментов и необходимой аппаратуры для их осу-
ществления.
В сложившихся обстоятельствах Гамов погрузился в изу-
чение математики. Среди многих баек того времени, когда
в университете пытались наладить нормальную деятельность,
примечательны две, описанные ученым в автобиографии. Пер-
вая — о профессоре Шатуновском. Однажды на лекции он
ЭМИГРАЦИЯ
19
спросил студента: «Если вы умножите пять извозчиков на три
подсвечника, что получится?» Студент растерялся, а профес-
сор воскликнул: «Это просто: 15 извозчико-подсвечников». Га-
мов отмечает, что эпизод дал ему первое представление об ана-
лизе размерности, основном инструменте в физике.
Лекции Кагана проходили по вечерам, то есть в боль-
шинстве случаев в полумраке, учитывая нехватку освещения
и отсутствие электричества. Так что, как говорил Каган, «мно-
гомерную фигуру нельзя нарисовать на доске». После лекции
студенты шли по коридорам со свечками и перелезали через
ограду, поскольку к тому моменту ворота уже были закрыты.
Когда несмотря ни на что молодые люди все же получили хоро-
МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ И АНАЛИЗ РАЗМЕРНОСТИ
Международная система единиц включает семь основных единиц, кото-
рые приведены в следующей таблице.
Величина	Единица		Размерность
	Название С	Символ	
Длина	метр	м	L
Масса	килограмм	кг	М
Время	секунда	с	т
Сила электрического тока	ампер	А	1
Термодинамическая температура	кельвин	К	Q
Количество вещества	моль	моль	N
Сила света	кандела	кд	J
Каждая основная единица соответствует основной величине. Все про-
чие величины и соответствующие единицы — производные. Так, единица
измерения скорости — 1 м/с (не имеет специального названия). Единица
измерения физической величины, «сила», — это ньютон, обозначается
символом Н и равна 1 Н = 1 кг • м/с2. Все основные величины связаны
с размерностью, представленной символом в соответствующем столбце
таблицы. Если d — длина ножки стола, то его размерность — [d] = L.
20
ЭМИГРАЦИЯ
шие оценки, Каган заметил: «Это доказывает, что воображение
важнее освещения».
Но Георгий хотел изучать физику, особенно теоретическую,
и в 1922 году решил перевестись в Петроградский университет.
После революции его отец был вынужден вернуться в гим-
назию, но уже не как учитель, а как сторож. Новая власть
лишила его права на пенсию, ему пришлось вновь выйти на ра-
боту, чтобы получать крошечную зарплату. Материальное по-
ложение семьи резко изменилось, и чтобы оплатить сыну билет
до Петрограда, Антону Гамову пришлось продать домашнее се-
ребро.
И если Т — это период колебания маятника, то его размерность равна
[7] = Т. Размерность величины мы записываем в квадратных скобках.
Размерность производной величины выражается в зависимости от раз-
мерностей соответствующих основных величин. Например, если v — это
скорость автомобиля (которую мы вычисляем в виде частного пройден-
ного расстояния и истекшего времени), получается: [v] = LT1. Анализ
размерности — это анализ размерностей величин, входящих в состав
уравнений физики (и в целом любой научной области), он представляет
собой основной инструмент. Его суть в том, что все уравнения должны
быть однородными, то есть размерности величин слева и справа от знака
равенства уравнения должны быть одними и теми же. Потенциал анализа
в некоторых случаях позволяет пойти дальше проверки верности урав-
нения (что является основным) и найти правильную зависимость между
задействованными величинами.
Рассмотрим пример: мы хотим найти выражение для центростре-
мительного ускорения движущегося тела, которое проходит по круговой
траектории радиуса г со скоростью постоянной величины v. Поскольку
задействованные величины — две указанные, г и v, в общем виде, за ис-
ключением одной безразмерной константы, мы можем записать, что
ускорение задано: а = Г” v". Поскольку уравнение должно быть однород-
ным, [а] = [Г1 Vя], а так как размерность ускорения равна LT-2, получается:
LT-2=(L)m (LT1)" = (L)m+n (Т)-"
и, следовательно, л = 2илэ = -1. То есть а = v2/r, что является верным
выражением.
ЭМИГРАЦИЯ
21
ПЕТРОГРАДСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Прибывший в Петроград в июле 1922 года Гамов был зачислен
на физико-математический факультет. Чтобы покрыть быто-
вые расходы (обучение в университете было бесплатным), он
стал искать работу, которая не помешала бы учебе. Бывший
коллега отца по одесской гимназии, профессор Оболенский,
который тогда преподавал метеорологию в Лесном институте,
предложил ему место служащего на метеорологической стан-
ции. Работа состояла в фиксации данных температуры, ат-
мосферного давления, скорости и направления ветра и других
параметров три раза в день (в 6 утра, в полдень и в 6 вечера).
Работа не требовала большой самоотдачи, и юноша мог совме-
щать ее с учебой.
Однако Гамов, все еще полный решимости специализи-
роваться на теоретической физике, вскоре рассорился с Обо-
ленским, который уже видел его метеорологом, и уволился.
Практически сразу ему предложили временно замещать лекто-
ра по физике в Артиллерийской школе Красной армии. Прави-
ла этого учреждения требовали, чтобы весь штат сотрудников
имел воинские звания, что сказывалось на жаловании, и Геор-
гий был возведен в чин полковника Красной армии с правом
(и обязанностью) носить форму в подобающих случаях. К со-
жалению, не сохранилось ни одного снимка Гамова в мундире.
Совмещая работу в Артиллерийской школе с занятиями
в университете, в 1925 году Гамов получил диплом и был ре-
комендован в аспирантуру. За этой рекомендацией Гамов обра-
тился к профессору Рождественскому, директору Физического
института. Так как он закончил обучение за три года (вместо
положенных четырех), а число аспирантских стипендий было
ограничено, Рождественский посоветовал ему выждать год
и таким образом избежать конкуренции с более «старыми»
студентами. Гамов был не против подождать, но истекал срок
его договоренности с Артиллерийской школой, и он нуждался
в работе. Рождественский предложил молодому человеку
должность в недавно созданном Оптическом институте, кото-
22
ЭМИГРАЦИЯ
рым также руководил. Тогда же он предложил ему приступить
к написанию диссертации.
Так Георгий погрузился в чисто экспериментальную дея-
тельность. Иногда он шутил о причинах, побудивших его из-
брать рабочую линию, столь далекую от теоретической физики:
у студентов-экспериментаторов была собственная гардероб-
ная, а теоретикам приходилось оставлять верхнюю одежду
при входе в институт.
Год ожидания принес Георгию еще один сюрприз. Комис-
сариат просвещения нового правительства изменил учебные
планы по всем специальностям и включил в них два новых
курса: «История мировой революции» и «Диалектический ма-
териализм». Гамову, который официально все еще числился
студентом, пришлось сдавать оба экзамена.
В Оптическом институте Георгий выполнял работу техни-
ческого характера, заключалась она в том, чтобы из больших
кусков стекла отбирать бездефектные фрагменты для произ-
водства высокоточных оптических приборов. Дефектом здесь
считались прожилки, слегка отличающееся от плотности стек-
ла, которые нельзя увидеть невооруженным глазом, поскольку
стеклянные блоки были неровными и непропорциональными.
Гамов разработал метод обнаружения прожилок, который со-
стоял в погружении блоков в стеклянный же контейнер с жид-
костью с идентичным показателем преломления, что и у стекла.
В итоге свет не преломлялся на поверхности стекло-жидкость,
и блоки оказывались практически не видны, в то время как
прожилки проступали со всей четкостью, и можно было отко-
лоть бездефектные фрагменты.
В качестве темы для диссертации Рождественский предло-
жил Гамову исследовать аномальные изменения коэффициен-
та преломления газов, когда используется свет с длиной волны,
приближающейся к длине волны линий поглощения элемента,
образующего соответствующий газ. Это привело его к работе
с интерферометрами и прочими высокоточными оптически-
ми приборами, а также с калиевыми газоразрядными лампа-
ми (он приступил к изучению калия) и к попыткам сфотогра-
фировать образующиеся рисунки интерференции. Ему так
ЭМИГРАЦИЯ
23
и не удалось продвинуться в этом, и в итоге Рождественский
поручил ее другому студенту, Прокофьеву, который закончил
исследование и опубликовал в 1927 году статью «Аномальная
дисперсия в главной серии калия (отношение дисперсионных
констант красного и фиолетовых дублетов)» в немецком жур-
нале Zeitschrift furPhysik (указав Гамова соавтором).
ТРИ МУШКЕТЕРА
Однако это была не первая публикация, в которой Георгий вы-
ступал соавтором. Годом ранее в том же журнале появилась
статья под названием «О волновой теории материи» Гамова
и Иваненко. В ней они исследовали возможность рассмотрения
волновой функции, введенной Эрвином Шрёдингером, для
описания динамики квантовой системы как пятого измерения,
которое можно добавить к четырем измерениям релятивист-
ской системы Минковского (три пространственных измерения
плюс время). Однако у этой гипотезы не было ни продолже-
ния, ни дополнительных результатов.
Зато статья имела следствие, касающееся транслитерации
фамилии Гамов. Кириллическое написание Гамов на латинице
должно бы иметь вид Gamov. Однако журнал, в котором опу-
бликовали работу, был немецким, и Георгий заменил конечную
«V» (по-немецки читается как «ф») на «w>, соответствующую
русскому звуку «в». И с того времени его фамилия латинскими
буквами записывается как Gamow.
В 1924 году Георгий Гамов и его друг Дмитрий Иваненко,
еще один великий физик XX века, встретились в Ленинград-
ском университете (Ленин умер 24 января того же года, и го-
род переименовали в Ленинград) со Львом Ландау — также
выдающейся фигурой в науке. Втроем они образовали группу,
известную как «три мушкетера». Друзья не только вместе раз-
влекались, играя в теннис, плавая или проводя время за про-
смотром голливудских фильмов, но также почти ежедневно
24
ЭМИГРАЦИЯ
ВВЕРХУ СЛЕВА:
Портрет
трехлетнего
Гамова, Одесса,
1907 год.
ВВЕРХУ СПРАВА:
Студент Гамов
в Петрограде.
Здесь ученый
встретил своих
близких друзей
Дмитрия
Иваненко и Льва
Ландау. Вместе
они стали
известны как
«три мушкетера».
ВНИЗУ:
В1922 году
Гамов переехал
в Петроград,
чтобы изучать
теоретическую
физику,
и параллельно
ему приходилось
подрабатывать.
На фото —
Российская
национальная
библиотека
в Петрограде,
около 1920 года.
ЭМИГРАЦИЯ
25
ДМИТРИЙ ДМИТРИЕВИЧ ИВАНЕНКО (1904-1994)
Русский физик Дмитрий Ива-
ненко внес важный вклад
в ядерную физику, теорию
полей и теорию гравитации.
Он родился в 1904 году в Пол-
таве и в 1924 году поступил
в Ленинградский универси-
тет, который окончил через
три года. С 1927 по 1930 год
он работал в Физико-ма-
тематическом институте
Академии наук СССР, где со-
трудничал с Ландау, Фоком
и Амбарцумяном. В1932 году
он первым предположил, что
атомное ядро состоит из про-
тонов и нейтронов, и спустя
некоторое время в совмест-
Иваненко (справа) с советским физиком
Василием Фурсовым, 1975 год.
ной работе с Галоном сформулировал гипотезу оболочечной структуры
ядра. Вместе с Таммом в 1934 году он выдвинул предположение, что взаи-
модействие между частицами может происходить посредством обмена
с другими частицами массой (на этой работе лауреат Нобелевской премии
по физике 1949 года Юкава основывал свою теорию о мезонном обмене
в ядерном взаимодействии).
Ссылка в Сибирь
В1935 году в связи с «большой чисткой», которую после убийства Кирова
запустил Сталин, Иваненко был арестован и сослан в Томск, где препода-
вал в местном университете до 1938 года. В последующие годы он рабо-
тал в Уральском государственном университете, в Екатеринбурге, затем
в Киевском университете, а с 1943 года — в МГУ им. М. В. Ломоносова.
В 1944 году вместе с Померанчуком ученый предсказал синхротронное
излучение как эффект, связанный с движением электронов с релятивист-
скими скоростями в магнитных полях. В 1950-е годы вместе с Гейзенбер-
гом (1901-1976) он разрабатывал нелинейную теорию полей, опираясь
на некоторые свои работы, опубликованные в 1938 году, и предложил
обобщение уравнения Дирака. В сотрудничестве с рядом ученых зани-
мался теорией гиперядер (1956) и предложил гипотезу кварковых звезд
(1965). В 1983 году в совместной работе с Сарданашвили применил тео-
рию Янга — Миллса об основных взаимодействиях для объяснения гра-
витации. Скончался 30 декабря 1994 года в Москве.
26
ЭМИГРАЦИЯ
встречались, чтобы обсудить актуальные открытия в области
теоретической физики.
Закончив экспериментальную работу по оптике, Гамов
перешел под начало профессора Круткова, который в качестве
темы диссертации предложил ему «изучение адиабатической
инвариантности квантового маятника с ограниченными ам-
плитудами». Как вспоминал Гамов, «задача была крайне нуд-
ной, и несмотря на все мои старания, я не смог вызвать в себе
какого-либо энтузиазма к ее решению». Тема работы полно-
стью основывалась на «старой» квантовой теории, а новые вея-
ния теоретической физики были, без сомнения, намного более
привлекательными.
Шел 1925 год. Модель атома Бора, которая с 1913 года опре-
деляла прогресс в атомной и квантовой физике, в свете новых
экспериментальных данных начала сдавать позиции. Тогда воз-
никли две внешне различные, даже альтернативные, теории, од-
нако со временем выяснилось, что они дают те же результаты.
Первой была матричная механика, предложенная Вернером
Гейзенбергом (1901-1976), 24-летним немецким физиком.
Второй — волновая механика, изначально сформулированная
французом Луи-Виктором Де Бройлем (1892-1987), а затем
улучшенная австрийцем Эрвином Шрёдингером (1887-1961).
Обе теории основывались на одной и той же физике и различа-
лись только математическим языком, ее выражавшим.
Сосредоточившись вместе с Иваненко и Ландау на новых
квантовых теориях, Георгий окончательно отложил диссер-
тацию в сторону. Полное отсутствие прогресса в исследова-
тельской работе обращало на себя внимание и грозило отчис-
лением из аспирантуры. Однако профессор Орест Хвольсон
предложил отправить Гамова в Гёттингенский университет,
один из центров разработки квантовой теории. Предложение
поддержали Юрий Крутков и другие преподаватели, и в июне
1928 года молодой ученый уехал в Германию.
ЭМИГРАЦИЯ
27
ЛЕВ ДАВИДОВИЧ ЛАНДАУ (1908-1968)
Советский физик Ландау родился
в Баку 22 января 1908 года. Его отец
был промышленным инженером,
а мать — врачом. В14 лет он поступил
в Бакинский государственный универ-
ситет, где изучал физику, математику
и химию, а 1924 году перевелся в Ле-
нинградский университет, который
окончил в 1927-м. В 1929 году, полу-
чив стипендии от советского прави-
тельства и Рокфеллеровского фонда,
он отправился в Гёттинген и Лейпциг,
а позже в Копенгаген, где работал
с Бором. С1932 по 1937 год занимал
пост заведующего кафедрой теоре-
тической физики Харьковского поли-
технического института. Там вместе
со своим студентом, Евгением Лиф-
шицем, приступил к написанию «Курса
теоретической физики», монументального произведения в десяти томах.
Хотя Ландау был арестован во время сталинской чистки, благодаря со-
действию научного сообщества ему удалось избежать процесса, и его
назначили заведующим теоретическим отделом Института физических
проблем, основанного в 1934 году профессором Капицей. Ландау воз-
главлял группу ученых, участвовавших в разработке ядерной и термоя-
дерной бомб, за что удостоился Сталинской премии в 1949 и 1953 годах,
а вскоре ему было присвоено звание Героя социалистического труда.
Выдающийся вклад
Прежде всего Ландау сформулировал метод матрицы плотности в кван-
товой механике (одновременно с фон Нейманом и независимо от него),
разработал квантовые теории диамагнетизма, сверхтекучести, фазовых
переходов второго рода, сверхпроводимости (вместе с Виталием Гинзбур-
гом, лауреатом Нобелевской премии 2003 года) и Ферми-жидкости. Он
изучал явления в плазме, одно из которых — затухание — было названо
его именем. В квантовой теории полей энергия, при которой константа
связи, измеряющая силу взаимодействия, становится бесконечной, се-
годня известна как полюс Ландау.
В январе 1962 года он попал в автокатастрофу и два месяца находился
в коме. В том же году ему присудили Нобелевскую премию за «пионерские
исследования в теории конденсированного состояния, в особенности
жидкого гелия». Ученый ушел из жизни 1 апреля 1968 года.
28
ЭМИГРАЦИЯ
ГЁТТИНГЕН
Переплыв Балтийское море на корабле из Ленинграда в Сви-
немюнде (сегодня польский порт Свиноуйсьце), Гамов пересел
на поезд до Гёттингена и по прибытии очутился на празднике,
который устраивал для преподавателей и аспирантов директор
Института теоретической физики университета. Директором
был не кто иной, как профессор Макс Борн (1882-1970), лауре-
ат Нобелевской премии по физике 1954 года за основополага-
ющие исследования в области квантовой механики и в особен-
ности за статистическую интерпретацию волновой функции.
Тремя годами ранее, когда была разработана новая кван-
товая теория, Гёттинген стал центром притяжения ученых.
В институте преподавали или по крайней мере часто его посе-
щали выдающиеся физики вроде Гейзенберга, Вигнера, Дирака,
Паули, Ферми и Вайскопфа. В то время в Гёттингене наблюда-
лось неистовое оживление, и многие физики были привлечены
к разработке квантовой механики и к описанию динамики ато-
мов и молекул — физических систем, в которых теория с самого
начала показала наилучшие результаты.
Однако Гамову было некомфортно в столь многолюдном
месте. Кроме того, вычисления достигли относительно высо-
кого математического уровня, что ему также не нравилось.
В автобиографии он приводит историю с Шатуновским, своим
преподавателем алгебры в Одессе. Однажды профессор со-
вершил арифметическую ошибку в операции, представлен-
ной на доске, и однокурсник Георгия обратил на это внимание.
Шатуновский парировал: «Это не работа математика — делать
правильные арифметические операции; это работа банковских
бухгалтеров». Похоже, этот ответ был усвоен Гамовым в полной
мере: ученый признавался, что его ничуть не удивляло, когда
при умножении 7 на 8 он сам получал 45.
Как бы то ни было, он принялся искать область примене-
ния квантовой механики, которая только зарождалась, и нашел
то, что определило его наиболее значительные научные дости-
жения. Этой областью стала ядерная физика. В то время знания
об атомном ядре были очень неполными. Сегодня нам известно,
ЭМИГРАЦИЯ
29
что оно состоит в основном из протонов и нейтронов. У первых
положительный заряд +е, равный по величине заряду элек-
трона, в то время как вторые нейтральны. Подобная система,
очевидно, была бы нестабильной, поскольку протоны взаимно
отталкивались бы. Однако нуклоны (именно так называются
составляющие ядра, протоны и нейтроны) взаимодействуют
между собой с некоей силой (называемой ядерным взаимодей-
ЯДЕРНАЯ НОМЕНКЛАТУРА И РАДИОАКТИВНОСТЬ
Атомное ядро — это скопление протонов и нейтронов, которое содержит
большую часть массы атома и вокруг которого вращаются атомные элек-
троны. Оно обозначается как\, где/ — атомный номер, или число про-
тонов, N — число нейтронов, а А = Z + N — массовое число. X обозначает
символ химического элемента нейтрального атома, в котором находится
рассматриваемое ядро. Все ядра, имеющие одинаковое Z и отличное N,
называются изотопами, поскольку они соответствуют одному и тому же
атому периодической таблицы. Поскольку информация, предоставляемая
атомным номером Z и символом элемента X, является исчерпывающей,
надпись обычно упрощают, используя АХ, и число нейтронов задано N =
= А - Z. Радионуклид — это ядро, которое спонтанно испускает частицы
и/или излучение, трансформируясь в другое ядро либо переходя в другое
состояние того же ядра. Это свойство радионуклида называется радио-
активностью; она включает в себя а- и p-распады, снятие возбуждения у,
деление и другие нечастые явления. В первом случае ядро испускает
а-частицу, то есть ядро 4Не:
Л у	л-4 у , 4ii_
Z^N	Z-2* N-2 2mc?2-
p-распад включает в себя три процесса: р+, р~ и электронный захват, со-
ответствующие реакции которых следующие:
e'+v,
e* + v,
aY + e'	AX + v
z 'n * C	v-
В первом случае нейтрон ядра трансформируется в протон и испуска-
ются электрон (е~) и антинейтрино (v). Во втором протон трансформируется
зо
ЭМИГРАЦИЯ
ствием), которая имеет характер притяжения, таким образом
допуская существование стабильных ядер. Но в 1928 году ней-
трон еще не был открыт; это произошло только в 1932 году,
когда его существование провозгласил английский физик
Джеймс Чедвик (1891-1974), и это открытие принесло ему
Нобелевскую премию 1935 года. Поскольку единственными
в ту пору известными частицами были а-частицы, протоны
в нейтрон, испускаются позитрон (е+) и нейтрино (v). В последнем случае
ядро захватывает электрон атома, в котором оно находится, трансформи-
руя один из своих протонов в нейтрон и испуская нейтрино. Уравнение сня-
тия возбуждения у следующее:
4-V
Z^N
В этом случае ядро, возбужденное из-за какого-то предшествующего
ядерного процесса, теряет возбуждение до какого-то меньшего состояния
энергии с испусканием у-излучения (фотонов). Наконец, деление, то есть
основной процесс производства ядерной энергии сегодня, предполагает,
что ядро делится на два, каждое из которых имеет массовое число порядка
половины значения А делящегося ядра, при этом испускаются нейтроны
и у-излучение. Все радионуклиды имеют характерный период полурас-
пада. Этот период — время, которое требуется радиоактивному образцу,
чтобы сократить вдвое число содержащихся в нем радиоактивных ядер.
Его обычно обозначают символом t1/2. В связи с этим получаем константу
радиоактивного распада:
. 0,639
Л ™.
fl/2
Наконец, важно указать, что единица измерения энергии в ядерной
физике т- это электронвольт (эВ) и кратные ему единицы. Один эВ — это
энергия, которую приобретает электрон, когда ускоряется на разницу по-
тенциалов в 1 В, и она равна 1,602 • 10-19 Дж; 1 кэВ (килоэлектронвольт)
и 1 МэВ (мегаэлектронвольт) — это 1000 и 1000000 эВ соответственно.
Для измерения расстояний используется дольная единица метра, фемто-
метр (1 фм = 10-15 м), то есть одна биллиардная доля метра.
ЭМИГРАЦИЯ
31
и электроны, ядерные модели включали в себя соответствую-
щее их число, чтобы заряды и массы ядер имели значения, ко-
торые были получены экспериментально. Однако эти модели
представляли сложности при объяснении некоторых результа-
тов, которые давали эксперименты.
а-ЧАСТИЦЫ, ЗАКОН ГЕЙГЕРА — НЭТТОЛА
И ЭКСПЕРИМЕНТ РЕЗЕРФОРДА
Новозеландский физик Эрнест Резерфорд (1871-1937) от-
крыл а-частицы в конце XIX века в Кембридже. В процессе
а-распада эти частицы испускаются многими радиоактивными
материалами, состоящими из тяжелых элементов, таких как
уран, торий или радий. В 1909 году Резерфорд и его студент
Томас Ройдс доказали, что а-частицы — это ядра гелия с по-
ложительным зарядом величиной 2е и массой, превышающей
массу протона приблизительно в четыре раза.
Один из самых интересных результатов в отношении
а-распада — это эмпирический закон, предложенный немецким
физиком Хансом Вильгельмом Гейгером (1882-1945) и англи-
чанином Джоном Митчелом Нэттолом (1890-1958) в 1911 году.
Как раз тогда же Резерфорд, будучи аспирантом, в соответ-
ствии с результатами экспериментов, за два года до этого
полученных Гейгером и Марсденом, выдвинул гипотезу су-
ществования атомного ядра. Закон Гейгера — Нэттола гласит:
чем больше период полураспада радионуклида, испускающего
а-частицу, тем меньше его энергия, и наоборот. В связи с этим
действительно примечательны конкретные числовые значе-
ния. Так, например, ядро 232Th испускает а-частицы энергией
в 4,01 МэВ и имеет период полураспада t 2 = 14000 миллио-
нов лет, в то время как для другого изотопа тория, 218Th, t =
= 0,1 миллионных секунды, а а-частицы, которые он испускает,
имеют 9,67 МэВ энергии. То есть приблизительный коэффици-
ент 2 для энергии предполагает коэффициент 1024 для периода
полураспада. Происходит это в основном из-за того, что зависи-
32
ЭМИГРАЦИЯ
мость между энергией испускаемых а-частиц и периодом полу-
распада соответствующего радиоактивного ядра принадлежит
к типу «экспоненциальных убывающих» зависимостей, так что
если представить десятичный логарифм от £1/2 относительно
энергии испускаемой а-частицы, экспериментальные данные
остаются плавными убывающими линиями, почти прямыми.
На рисунке 1 представлена система, соответствующая не-
которым изотопам Ро, Rn, Ra, Th и U — все они имеют четное
число протонов и электронов.
Как уже было сказано, Гамов искал первую проблему ядер-
ной физики, которая привлекла бы его, и спустя некоторое
время нашел и решил ее. Через несколько дней после прибы-
тия в Гёттинген он прочитал в библиотеке статью Резерфорда,
опубликованную годом ранее, в которой тот описывал экспе-
риментальные результаты, полученные при бомбардировке об-
разцов материи а-частицами. Резерфорд запускал а-частицы,
испускаемые радиоактивным ядром RaC' (сегодня известен
как изотоп 214Ро), через природный уран, более чем на 99%
состоящий из атомов, ядро которых представляет собой 238U.
Поскольку а-частицы заряжены положительно, как и атом-
ные ядра, при приближении они отталкиваются последними.
За несколько лет до этого Резерфорд установил, что процесс
Период
полураспада
некоторых
а-радиоактивных
изотопов
в зависимости
от энергии
испускаемых
а-частиц. Заметно,
как кривые,
соответствующие
каждому элементу,
представляют
собой очень
плавную
зависимость.
ЭМИГРАЦИЯ
33
взаимодействия, который вступает в игру, когда атомные ядра
бомбардируются заряженными частицами, может быть описан
очень точно с использованием только закона Кулона. В ходе
упомянутого эксперимента Резерфорд выяснил, что его фор-
мула остается справедливой для а-частиц, испускаемых 214Ро,
которые имеют энергию в 7,88 МэВ. Действительно, простой
подсчет указывал на то, что эти а-частицы приближаются
на расстояние примерно в 35 фм от ядра-цели и затем рассеи-
ваются, не производя на него никакого воздействия.
Для новозеландского ученого этот результат противоре-
чил тому факту, что сам 238U также является радиоактивным
изотопом, испускающим а-частицы в 4,27 МэВ энергии. Вновь
расчет, подобный ранее упомянутому, позволял доказать: для
описания характеристик испускаемых частиц, наблюдаемых
в эксперименте, достаточно того, чтобы эти а-частицы исхо-
дили из положения на расстоянии примерно 60 фм от центра
ядра. Как возможно, чтобы а-частицы в 7,88 МэВ не могли пре-
одолеть электростатическое отталкивание ядер 238U после та-
кого приближения к ним, притом что это радиоактивное ядро
испускало а-частицы намного меньшей энергии на значитель-
но большем расстоянии?
Резерфорд нашел решение головоломки в своей планетар-
ной модели ядра, ранее позволившей ему объяснить многие
ядерные реакции, которые он изучал вместе со своими колле-
гами в знаменитой Кавендишской лаборатории в Кембридже.
Узнав, из чего состоит ядро атомов, мы раскроем один
из самых больших секретов, которые только существуют,
за исключением тайны жизни.
Эрнест Резерфорд
Резерфорд предположил, что 238U образован положительно
заряженным ядром, вокруг которого на расстоянии 60-70 фм
вращаются несколько а-частиц, и каждая из них включает два
электрона; следовательно, они оказываются нейтрализован-
34
ЭМИГРАЦИЯ
ными. В процессе распада одна из этих а-частиц-спутников
теряет свои два электрона, которые притягиваются и погло-
щаются положительным ядром, в то время как а-частица, те-
перь заряженная положительно, отталкивается самим ядром,
приобретая энергию, наблюдаемую в эксперименте. Напротив,
а-частицы 214Ро, которыми бомбардировалась цель (уран), пе-
ресекали облако нейтральных а-частиц-спутников, не подвер-
гаясь никакому воздействию и приближаясь к ядру, пока не до-
стигали ранее упомянутого расстояния и тогда отталкивались.
Резерфорд опубликовал эту гипотезу в 1927 году в жур-
нале Philosophical Magazine в статье «Структура радиоактив-
ного атома и происхождение а-лучей», и именно она привлекла
внимание Гамова.
ТЕОРИЯ а-РАСПАДА
В автобиографии Гамов приводит достойный упоминания
комментарий: «Прежде чем я закрыл журнал, я уже знал, что
в действительности происходит в таком случае». Так или иначе,
в немецком журнале Zeitschrift fUr Physik Гамов опубликовал
верную интерпретацию эксперимента Резерфорда в статье
«О квантовой теории атомных ядер», датированной 29 июля
1928 года и полученной редакцией журнала 2 августа, спустя
всего два месяца после его прибытия в Гёттинген.
В статье Гамов не только сосредоточивается на экспе-
рименте Резерфорда, но и пытается просветить читателей,
возможно несведущих в квантовой теории. Для начала он
рассматривает простую ситуацию, в которой, однако, присут-
ствуют фундаментальные составляющие проблемы интересу-
ющей его ядерной физики: частица, обладающая некоторой
кинетической энергией, пересекающая прямоугольный потен-
циальный барьер (см. рисунок 2). Опыт, приобретенный в Ле-
нинграде вместе с Иваненко и Ландау, позволил ему решить эту
задачу, как это принято считать, простым способом.
Затем он изучает динамику частицы, пересекающей
два симметричных потенциальных барьера (см. рисунок 3).
ЭМИГРАЦИЯ
35
РИС. 2
РИС.3
РИСУНОК 2:
Воспроизведение
рисунка из статьи
Гамова,
в которой он
объясняет
процесс
а-распада. Гамов
использовал эту
иллюстрацию для
решения
проблемы
передачи через
ограниченный
потенциальный
барьер.
РИСУНОК 3:
На этом рисунке
Гамов
иллюстрирует
решение в случае
симметричного
потенциала
с двумя
прямоугольными
барьерами.
Наконец, ученый вплотную подходит к ядерной проблеме.
Хотя он не знал в подробностях форму ядерного потенциала
вблизи ядра, решение первых двух простых проблем позволило
ему установить схему для случая взаимодействия а-частиц
с ядрами. В конце статьи Гамов объясняет:
«Известно, что если изобразить логарифм константы распада
относительно энергии испускаемой частицы, все точки опреде-
ленного радиоактивного ряда лежат на прямой линии [см. рису-
нок 4]. Для различных рядов получаем различные параллельные
линии. Эмпирическая формула гласит:
lg k = Const + b Е,
где b — константа, общая для всех радиоактивных рядов. Экспе-
риментальное значение b (вычисленное из Ra — А и Ra) следу-
ющее:
b = 1,02 10+7.
экспер. ’
Если подставить значение энергии Ra — А в нашу формулу, полу-
чим:
b = 0,7 10+7.
тсор. ’
Соответствие на уровне величины показывает, что основные
предположения нашей теории должны быть верны».
36
ЭМИГРАЦИЯ
Ядра, к которым Гамов при-
менил модель, сегодня известны
как 208Ро (Ra - А) и 226Ra (Ra).
И действительно, его выводы
верны.
Примечательно, что в бла-
годарностях в конце статьи Га-
мов воздает должное Борну,
позволившему ему работать
в институте Гёттингена, но пре-
жде выражает признательность
советскому коллеге, математику
Николаю Кочину, тем летом также посетившему немецкий го-
род, за помощь с математическими выкладками. В автобиогра-
фии Георгий вспоминает, что основной математической труд-
ностью было вычисление интеграла
/dr(l - а/г)1/2.
Удивленный такой просьбой, Кочин признался, что не по-
ставил бы зачет студенту, не сумевшему решить столь эле-
ментарную задачу, однако помог Гамову и, когда статья была
опубликована, сетовал, что, рассказав коллегам, в чем состояла
его помощь, стал объектом насмешек с их стороны.
Рисунок
из статьи
Гамова,
в которой он
объясняет
процесс
а-распада. Здесь
показан
логарифм
константы
распада
различных
а-радиоактивных
изотопов ряда
радия
в зависимости
от энергии
испускаемых
а-частиц.
ТУННЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ
Явление, описанное Гамовым, известно в физике как туннель-
ный эффект. Однако в статье оно названо иначе. Англичанин
Рональд Уилфрид Гёрни (1898-1953) и американец Эдвард
Улер Кондон (1902-1974), работавшие в ту пору в Принстон-
ском университете, опубликовали в журнале Nature краткое
сообщение о выведении модели, практически идентичной мо-
дели Гамова. Статья, озаглавленная «Механика волн и радиоак-
тивный распад», датирована 30 июля 1928 года, днем позже,
чем Георгий подписал свою. Эти авторы также не упоминают
о туннельном эффекте.
ЭМИГРАЦИЯ
37
Похоже, это название стали использовать лишь спустя не-
сколько лет, и теоретическую формулировку этого явления не-
редко приписывают Гамову, Герни и Кондону Однако первые
работы, в которых была представлена эта идея, принадлежат
немецкому физику Фридриху Хунду (1896-1997), известно-
му своим вкладом в изучение структуры атомов и молекул.
В 1927 году он опубликовал в Zeitschrift fiir Physik работу
из трех частей, озаглавленную «Об интерпретации молекуляр-
ного спектра», в которой предложил двойную потенциальную
скважину в одном измерении, чтобы смоделировать химиче-
скую связь. Уже в этих статьях Хунд отметил экспоненциаль-
ную зависимость вероятности того, что частицы пересекут по-
тенциальные барьеры (Гамов также вывел ее в своей работе
об а-распаде).
В том же году другой немецкий физик, Лотар Нордгейм,
опубликовал в Zeitschrift fiir Physik статью под названием
«О теории термической эмиссии и отражении электронов в ме-
таллах», в которой применил туннельный эффект для описа-
ния электронной эмиссии металлов.
Еще до того как в проблему вмешался Гамов, знаменитый
Джулиус Роберт Оппенгеймер (1904-1967), научный руково-
дитель Проекта Манхэттен, в рамках которого велась разра-
ботка американской атомной бомбы, опубликовал в том же году
статью «О квантовой теории автоэлектрических токов намаг-
ничивания» в журнале «Труды Национальной академии наук Со-
единенных Штатов Америки», в которой также рассматривал
понятие туннельного эффекта, не называя его открыто.
Несмотря на то что Герни и Кондон вывели ту же теорию,
что и Гамов, они ошиблись в двух моментах. Первая ошибка
заключается в их предположении, будто (3-распад может быть
описан в рамках той же самой теории. Однако данное ядерное
явление намного сложнее, и Гамов знал это. Вторая — в том,
что они установили разницу между процессом, происходящим,
когда а-частица «выходит» из ядра (в а-распаде), и процессом,
который проявляется, когда она «пытается войти в него» (как
в случае с экспериментом Резерфорда). По сути Герни и Кондон
утверждали, что а-частица «сталкивается с барьером 1020 раз
38
ЭМИГРАЦИЯ
Гамову
посчастливилось
работать
в лучших
научных центрах
своего времени,
где исследо-
валась
и развивалась
ядерная физика,
столь
интересовавшая
его в молодые
годы, и везде его
блестящий ум
был оценен
по достоинству.
ЭМИГРАЦИЯ
39
КВАНТОВЫЙ ЭФФЕКТ
Туннельный эффект — без сомнения, одно из самых известных кванто-
вых явлений, учитывая то очарование, которое он излучает, поскольку
он невозможен в повседневном макроскопическом мире, управляемом
классической механикой Ньютона. Посмотрим, в чем он состоит. С телом
массой т, которое движется со скоростью v, связана величина, называе-
мая кинетической энергией и в классической механике определяемая как
T=mv2/2.
Это положительная величина (или нулевая, когда тело находится в состо-
янии покоя). Телам, в зависимости от положения, которое они занимают,
также может быть назначен другой вид энергии, потенциальная энергия,
U, которая может быть определена, только если на тело действуют кон-
сервативные силы. Примеры сил этого типа: гравитация, сила упругости,
электрическая и магнитная силы. Другие привычные силы, например сила
трения, движущая сила двигателей или мышечная сила, — это неконсер-
вативные силы. Предположим, что потенциальная энергия тела, которое
перемещается в каком-то направлении, имеет форму, представленную
на рисунке. Как видно, в зависимости от положения, в котором находится
тело, его потенциальная энергия, U(x), приобретает различные значения,
обнаруживая максимумы и минимумы. В физике сумма кинетической и по-
тенциальной энергии называется общей механической энергией. Основ-
ной результат известен как теорема о сохранении общей механической
энергии, в ней говорится, что если на тело воздействуют только консерва-
тивные силы, его общая механическая энергия сохраняется. То есть в таких
обстоятельствах тело движется так, что его общая энергия не изменяется,
независимо от того, каковы его положение и скорость. Например, тело
имеет общую энер-
гию, равную Е±, ко-
торая, как мы видим
на рисунке, больше
его потенциальной
энергии в любой
точке, где оно может
находиться. Кинети-
ческая энергия этого
тела варьируется
в зависимости от его
положения и обозна-
чена Т^х) = Е±- U(x).
Следовательно, ско-
рость тела задана
v = 2[E±-U(x)]1/2/m.
40
ЭМИГРАЦИЯ
Так как Et больше U(x), мы можем вычислить квадратный корень, и ско-
рость будет иметь действительное положительное значение. При этой
общей энергии тело может «свободно* (конечно, в соответствии с зако-
нами ньютоновской механики) занимать любое положение х. Если общая
энергия тела равна Е2, ситуация меняется. Тело может двигаться (как
и раньше) в любую точку в зонах слева от и справа от Р2. Как видно,
в этих положениях общая энергия Е2 больше потенциальной энергии U(x),
и можно получить скорость. Однако в точках, расположенных между и Р2,
происходит противоположное: U(x) больше Е2; нам пришлось бы вычислять
квадратный корень из отрицательной величины, и, следовательно, ско-
рость оказалась бы не действительной, а мнимой величиной и не была бы
«правомерной*. Точки Рх и Р2 называются точками классического отступле-
ния, и когда тело достигает их, оно сталкивается с потенциальным барье-
ром, мешающим ему продолжать движение в этом направлении. Подобная
ситуация складывается, когда тело имеет общую энергию Е3 (в этом случае
появляются три точки классического отступления) и Е4 (с единственной точ-
кой отступления).
Отличие от квантовой механики
В квантовой механике дело обстоит иначе. Динамика тела управляется
волновой функцией, модуль которой в квадрате сообщает нам вероятность
того, что тело находится в определенном положении. В областях, разре-
шенных в классической теории, волновая функция описывает движущееся
тело так же, как и в классической механике; однако в квантовой теории
всегда есть отличная от нуля вероятность, что тело находится в точке об-
ласти, запрещенной в классической теории. Насколько было известно
Гамову, волновая функция в этих областях соответствует убывающей
экспоненциальной функции, и если только запрещенная область не бес-
конечна (как в примере на рисунке справа отточки отступления для энер-
гии Е4), волновая функция позволяет «соединить* разрешенные области
с обеих сторон от запрещенной зоны. Получается, будто на своем пути тело
нашло туннель, позволяющий ему пересечь (с некоторой вероятностью, ко-
торую можно вычислить и измерить) потенциальный барьер.
Туннельный эффект на практике
Туннельный эффект проявляется в случае потенциальных барьеров ши-
риной несколько нанометров, и на нем основаны многие технические
устройства, широко используемые сегодня. Среди прочих можно упомя-
нуть туннельный микроскоп, транзисторы, светодиоды и так далее. Многие
явления, связанные со сверхпроводимостью и с физикой полупроводни-
ков, такие как эффект Джозефсона или холодное испускание электронов,
с радиоактивностью и с некоторыми типами спонтанной мутации, наблю-
даемой в молекуле ДНК, происходят из квантового туннельного эффекта.
ЭМИГРАЦИЯ
41
в секунду», когда пытается выйти, в то время как «каждая
из них ударяется только один раз», когда они пытаются вой-
ти. На основе этой гипотезы в своей работе, принятой в печать
в феврале 1929 года в The Physical Review, они исключили воз-
можность объяснения с помощью той же самой теории явле-
ния искусственной радиоактивности после бомбардировки
ядер а-частицами. Однако Гамов написал в ноябре 1928 года
и опубликовал в июле 1929 года в Zeitschrift fiir Physik статью
«О квантовой теории атомного деления», в которой применил
свою модель к этому процессу. Следовательно, он не только
смог объяснить закон Гейгера — Нэттола, но также добился обо-
снования наблюдений Резерфорда в его эксперименте. И это
еще не все: своим описанием процесса дисперсии заряженных
частиц по ядрам он указал путь, который в 1932 году позволил
английскому физику Джону Дугласу Кокрофту (1897-1967)
и ирландцу Эрнесту Уолтону (1903-1995) построить в Кем-
бридже первый ускоритель протонов. В 1951 году оба получи-
ли Нобелевскую премию по физике за свою пионерскую рабо-
ту над трансмутацией атомных ядер с помощью искусственно
ускоренных атомных частиц.
По словам Ханса Бете, великого немецкого ученого, лау-
реата Нобелевской премии по физике 1967 года, обе работы
Гамова могут считаться первым успешным применением кван-
товой теории в области ядерной физики.
В его августовской статье 1928 года о планетарной моде-
ли Резерфорда говорится следующее: «Но это предположение
кажется не очень естественным и едва ли может оказаться ис-
тинной картиной». Гипотезу Резерфорда, мирового авторитета
в области ядерной физики, разгромил 24-летний юнец. Талан-
ты молодого советского физика предстали во всей красе.
42
ЭМИГРАЦИЯ
ГЛАВА 2
Гамов в Кембридже
В сентябре 1928 года Гамов поехал
в Копенгаген, чтобы познакомиться с Бором.
Впечатлившись его работой по применению
квантовой механики к ядерной физике, знаменитый
датчанин предложил ему стипендию и возможность
поработать в своем институте. Гамов продолжал
исследования в прежней области, а с 1929
по 1931 год жил в Кембридже, где присоединился
к исследовательской группе Резерфорда. После
этого он отправился в Ленинград, а в 1933 году
поехал на Сольвеевский конгресс по ядерной
физике и больше не вернулся на родину.

Летом 1932 года Гамов с женой проводили отпуск в санатории
советской Комиссии по оказанию помощи ученым в Крыму, не-
далеко от Ялты. В спортивной секции им удалось достать бай-
дарку — под предлогом испытаний ее в открытом море. Такие
маломерные судна начали производить на московской фабрике
совсем недавно. В течение недель они учились управлять ею
и в тайне ото всех запасались продовольствием и водой из рас-
чета на несколько дней плавания. Однажды июльским днем,
когда море было спокойным, предупредив в санатории, что
не вернутся ночевать, поскольку отправятся на ближайшую об-
серваторию, они попробовали пересечь Черное море. Это была
их первая попытка бежать из СССР. План заключался в том,
чтобы доплыть до турецкого берега (до него было чуть больше
250 километров). Первый день прошел очень хорошо, но с на-
ступлением ночи начался шторм, который продлился весь сле-
дующий день, и супруги чуть не погибли. Они плыли вслепую,
потому что метеорологические данные тогда были закрытой
информацией, и любые вопросы вызвали бы подозрение. При-
ключение закончилось на пляже в Крыму, всего в 100 киломе-
трах к востоку от того места, где началось их путешествие. Им
удалось убедить всех в том, что шторм расстроил их изначаль-
ные планы (что было правдой), и дабы избежать каких-либо
подозрений, они даже представили отчет, в котором сообщали,
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
45
что байдарка показала себя очень хорошо, правда, не годится
для бурного моря.
КОПЕНГАГЕН, КЕМБРИДЖ И ВОЗВРАЩЕНИЕ В РОССИЮ
В сентябре 1928 года у Георгия закончились практически все
деньги, и он был вынужден покинуть Гёттинген и выехать в Ле-
нинград. Но прежде чем вернуться в СССР, он решил на два
дня заглянуть в Копенгаген, чтобы познакомиться с великим
физиком Нильсом Бором, которым так восхищался.
В автобиографии Гамов вспоминает, что смог встретиться
с ним благодаря секретарше Бора, Элизабет Шульц. У руково-
дителя Института теоретической физики в те дни был очень
плотный график, но Георгию удалось увидеться с ним после
того, как через госпожу Шульц он попросил Бора найти свобод-
ное время для короткой встречи, поскольку денег ему хватало
только на один день в Копенгагене. Бор принял Гамова, заинте-
ресовался его работой об а-распаде и в ходе беседы предложил
ему стипендию фонда Карлсберга на год, и Георгий сразу же
согласился.
Однако все указывает на то, что Гамов обращался к Бору
за несколько месяцев до этой встречи. Согласно историку нау-
ки Роджеру Стьюеру, корреспонденция Бора содержит письмо
от июля 1928 года, в котором Георгий интересуется возможно-
стью работы в Институте теоретической физики в Копенгагене
и просит помочь с получением соответствующей визы. Как бы
то ни было, Гамов продлил свое пребывание вне СССР на весь
учебный 1928-1929 год.
Гамова больше всего поразила полная свобода в Институте.
Не было четкого времени прихода утром и тем более ухода ве-
чером. Каждый мог работать над чем хотел. На одного человека,
однако, такая свобода не распространялась — на ассистента
Бора. По воспоминаниям Георгия, Бору требовалось разгова-
ривать с кем-то, чтобы выразить мысли ясным образом, а также
он не очень любил математические выкладки и потому поручал
46
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
их своему собеседнику. Благодаря этой детали Гамов был «вне
опасности», поскольку постарался довести до сведения Бора,
НИЛЬС ХЕНРИК ДАВИД БОР (1885-1962)
Датский физик Нильс Бор внес фун- J ’ . < \ •	• . - . л/ j *
даментальный вклад в понимание
структуры атомов и квантовой меха-
ники. В1922 году он получил Нобелев-
скую премию по физике за «заслуги
в изучении строения атомов и про-
исходящего от них излучения». Бор
родился в Копенгагене в 1885 году,
поступил в университет в 1903 году
и в 1911-м защитил докторскую дис-
сертацию по электрической теории
металлов. В 1912 году он женился
на Маргрете Норлунд, которая родила
ему шестерых детей. Один из них, Оге
(1922-2009), также был удостоен
Нобелевской премии по физике
в 1975 году. В 1913 году Нильс Бор
сформулировал свою планетарную ‘	>
модель атома, положив в ее основу
новаторские гипотезы, предполагав-
шие фундаментальные изменения в физике. В трех статьях, опублико-
ванных в 'Философском журнале», он приходил к выводу, что существуют
стабильные круговые орбиты электронов вокруг ядра и что испускание
фотонов с определенной энергией имеет место, только когда электроны
переходят с одной орбиты на другую. Это позволило ему объяснить не-
которые экспериментальные данные, на тот момент бывшие в его рас-
поряжении. В1918 году Бор добился от датского правительства создания
Института теоретической физики (ныне Институт Нильса Бора) на основе
частных вложений различных предприятий, в особенности фонда Карлс-
берга. В 1920 году, едва начав работу, это учреждение стало центром
современной физики. Во время нацистской оккупации Дании Бору при-
шлось бежать в Швецию и Великобританию, позже он стал членом бри-
танской комиссии, которая участвовала в Проекте Манхэттен. В начале
1950-х годов он внес вклад в создание Европейского центра ядерных
исследований (ЦЕРН). Ученый умер в 1962 году. В его честь был назван
борий — химический элементе атомным номером 107, синтезированный
в 1981 году.
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
47
что не обладает способностями
к математике.
Прежде чем уехать из Гет-
тингена, Георгий углубился
в проблему а-распада вместе
со своим другом, австрийским
физиком Фрицем Хоутерман-
сом (1903-1966). Они произ-
вели некоторые расчеты это-
го процесса на основе более
детального описания ядерного
потенциала (см. рисунок 1), ко-
торый они воплотили в работе,
озаглавленной «О квантовой
механике радиоактивных ядер».
Воспроизведение
иллюстрации
из работы Гамова
и Хоутерманса,
где показан
ядерный
потенциал,
рассматриваемый
ими в расчетах
а-распада.
Статья была закончена в сентябре 1928 года, как раз перед
отъездом Гамова в Копенгаген, и в 1929 году ее опубликовали
в Zeitschrift fur Physik.
В октябре 1928 года увидела свет его первая копенгаген-
ская работа, «О квантовой теории атомного деления», и в ней
он рассматривал возможность деления атомных ядер посред-
ством бомбардировки а-частицами.
Эту статью можно считать одной из вех в строительстве
ускорителей частиц. Но внимание Бора, пожалуй, привлек тот
факт, что теория Гамова довольно хорошо объясняла многие
экспериментальные данные, в последние годы полученные Ре-
зерфордом и его группой путем столкновения с различными
целями а-частиц, испускаемых радиоактивными ядрами. Бор
понял, что Георгию важно поехать в Кембридж и пообщаться
с Резерфордом и его коллегами (хотя могла выйти неловкость,
учитывая, что молодой человек недавно опроверг планетарную
модель Резерфорда). Кроме того, новозеландец не любил тео-
ретиков; он считал, что теория хороша, только если проста на-
столько, чтобы ее понял официант.
Визит состоялся в первые недели 1929 года, и, как и в слу-
чае с Бором, Георгий произвел прекрасное впечатление на чле-
нов группы Резерфорда. Его даже пригласили поучаствовать
48
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
в грядущем заседании по ядерной физике, организованном
Королевским обществом. На собрании он изложил свои по-
следние расчеты по экспериментам, которые проводились в Ка-
вендишской лаборатории. Это стало важным событием в жизни
молодого ученого.
По возвращении в Копенгаген он участвовал в междуна-
родной встрече, устроенной Бором в апреле, и стал соиска-
телем стипендии фонда Рокфеллера, в случае ее получения
намереваясь углубиться в исследование ядерной структуры,
p-распада и происхождения у-излучения. К запросу были при-
ложены рекомендации Бора и Резерфорда, и с этого момента
Георгий решил, что стипендия у него в кармане. Так и про-
изошло. Но поскольку обучение было назначено на следую-
щую осень, а стипендия Карлсберга подходила к концу, в мае
1929 года он вернулся в Ленинград.
Дома его ждал радостный прием, причем не только в уни-
верситете. В автобиографии Георгий приводит несколько ком-
ментариев, которые появились в газетах: «Сын рабочего класса
объяснил самый маленький механизм в мире — ядро атома»;
«Советский парень показал Западу, «что может собственных
Платонов и быстрых разумом Невтонов российская земля
рождать». Даже в «Правде», официальной газете коммунисти-
ческой партии, на первой полосе было опубликовано стихотво-
рение в его честь.
В последующие месяцы у Георгия было время навестить
отца в Одессе и друзей в Ленинграде. Учитывая его славу, он
без труда получил визу на повторный выезд из СССР, чтобы
воспользоваться предоставленной стипендией. Университет-
ская комиссия не чинила ему препятствий и дала разрешение
на годичное пребывание в Кавендишской лаборатории. Итак,
в сентябре 1929 года он снова поехал в Кембридж, хотя вместо
предусмотренного года его визит в Западную Европу продлил-
ся до весны 1931-го.
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
49
КАПЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ЯДРА
В декабре 1928 года, в последние дни в Гёттингене, Георгий за-
думал модель ядра, которая с течением времени получила боль-
шое распространение, — «капельную» модель.
Согласно Гамову, ядро образовано множеством а-частиц,
которые, будучи положительно заряженными, взаимно оттал-
киваются из-за силы Кулона. Но когда они находятся на не-
большом расстоянии друг от друга, сила притяжения позволяет
компенсировать электростатическое отталкивание. Ввиду ки-
нетической и потенциальной энергий а-частицы подвергались
давлению вне ядра, но оставались внутри него из-за действия
«поверхностного натяжения», точно так же, как это происхо-
дит с каплей жидкости. Эта гипотеза позволяет вычислить об-
щую энергию ядра («капли») в зависимости от числа содержа-
щихся в нем а-частиц или — что то же самое — от его атомной
массы. Впервые эта модель упомянута в статье «Размышления
о строении атомного ядра», опубликованной в апрельском
номере 1929 года журнала «Труды Лондонского королевского
общества», содержащего выступления участников собрания,
на которое Гамов был приглашен в ходе своего первого визита
в Кембридж.
В марте 1930 года Гамов опубликовал статью «Кривая де-
фекта массы и состав ядра» (также в «Трудах Лондонского ко-
ролевского общества»), в которой количественно разработал
свою модель. Сегодня мы знаем, что стабильные ядра связаны
благодаря сильному ядерному взаимодействию, которое со-
единяет нейтроны и протоны, побеждая отталкивание между
протонами. Чтобы отделить ядро, нужна некая энергия, энер-
гия связи, В (Z, N), которая зависит от числа протонов, Z, и ней-
тронов, N, рассматриваемого ядра. Другими словами, стабиль-
ное ядро имеет меньшую энергию, чем все образующие его
протоны и нейтроны, отделенные достаточно для того, чтобы
не взаимодействовать даже в состоянии покоя. В соответствии
со знаменитым уравнением, которым мы обязаны Эйнштейну,
любая энергия Е имеет массу, равную т = Е/с2. И дефект мас-
сы — это масса, соответствующая энергии связи:
50
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
ВВЕРХУ:
С1928
по 1931 год
Гамов имел
возможность
наблюдать
за ходом
исследований
в области
квантовой
физики в двух
самых значимых
международных
центрах —
Кавендишской
лаборатории
в Кембридже
и в Институте
теоретической
физики
в Копенгагене
(сегодня
Институт Нильса
Бора).
На фото —
сотрудники
датского
института. Слева
направо: Гамов,
Лауритсен, Бор,
Расмуссен,
Чандрасекар
и Клейн.
ВНИЗУ:
Рабочая группа
Кавендишской
лаборатории,
руководитель
Уильям Брэгг
(сидит в центре).
Гамов стоит
справа
с трубкой,
1931 год.
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
51
ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ
Свободная поверхность жидкостей имеет свойство, связанное с характе-
ристиками взаимодействия между их молекулами, которое называется
поверхностным натяжением. Рассматриваемое явление проявляется
в ряде ситуаций, легко воспроизводимых на практике. Так, если положить
на поверхность воды тонкую проволоку, она не утонет, несмотря на то
что гидростатическое давление, оказываемое водой (которое, согласно
принципу Архимеда, равно весу объема вытесненной воды), меньше
веса проволоки. Поверхностное натяжение используют также водомерки
(Hydrometra stagnorum) — насекомые, способные «ходить» по воде. Хотя
внешне поверхность жидкости имеет некоторое сходство с натянутой
пленкой, молекулярное поведение различается. В случае с упругой плен-
кой любая ее деформация, вызванная, например, размещением на ней
тела, провоцирует отделение молекул друг от друга. В случае с жидко-
стями, когда их поверхность деформируется по той же причине, молекулы
поверхности сохраняют имеющееся между ними расстояние, а молекулы
внутри жидкости занимают пространство, оставленное молекулами по-
верхности. В первом случае именно силы упругости, которые действуют
между молекулами пленки и стремятся соединить их снова, поддержи-
вают ее структуру; кроме того, эти силы тем больше, чем больше деформа-
ция. В случае с жидкостями именно притяжение, которому подвергаются
молекулы поверхности со стороны ближайших молекул внутри жидкости,
отвечает за то, что поверхность не разрывается. Некоторые свойства
жидкостей — как, например, угол, образуемый их поверхностью с твердой
стенкой, с которой они соприкасаются (см. рисунок), сферическая форма
жидких капель, или капиллярность, — связаны с поверхностным натяже-
нием, которое модифицируется под действием изменения температуры
или присутствия инородных веществ, но не зависит от площади поверх-
ности жидкости.
Жидкость смачивает твердое тело Жидкость не смачивает твердое тело
(6 < 90°)	(6 > 90°)
Угол соприкосновения между каплей жидкости и твердым телом. В таких жидкостях, как
вода, то есть тех, которые «смачивают», угол соприкосновения меньше 90°, в то время
как в тех, которые «не смачивают» (например, ртуть), этот угол больше 90°.
52
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
bm(Z,N) = B(Z,N)/c2.
В конце 1920-х годов английский химик и физик Фрэн-
сис Уильям Астон (1877-1945), лауреат Нобелевской премии
по химии 1922 года, получил значительное число эксперимен-
тальных данных о массах многих изотопов, которые он иден-
тифицировал с помощью масс-спектрометра, изготовленного
им в Кавендишской лаборатории, где с 1910 года он работал
по приглашению Томсона. Гамов использовал эти данные
в своей работе. Стоит напомнить, что в то время еще не был
открыт нейтрон и считалось, будто ядра состоят из протонов,
или а-частиц, и электронов. Но даже при этом расчет, произ-
веденный Гамовым, очень интересен, поскольку в нем исполь-
зованы все инструменты, разработанные в рамках квантовой
механики. Вначале ученый игнорировал электроны и исходил
из ядра, состоящего из Na а-частиц. Кинетическую энергию
каждой из них он вывел на основе принципа неопределенно-
сти Гейзенберга и потенциальной энергии, воспользовавшись
так называемой теоремой о вириале, которая гласит, что для
определенных типов потенциала взаимодействия (вроде то-
го, что предполагался для случая а-частиц) потенциальная
энергия каждой частицы в два раза больше ее кинетической
энергии с изменением знака. С другой стороны, приравняв вы-
численное по формуле Дебая поверхностное натяжение к вну-
треннему давлению, полученному на основе кинетической
энергии а-частиц, он смог найти выражение, связывающее ра-
диус ядра с ЛП/3. Следовательно, внутренняя энергия а-частиц
оказывалась отрицательной, то есть соответствовала притя-
жению во взаимодействии между ними и была пропорцио-
нальной Na'/3- Кроме того, а-частицы взаимно отталкиваются,
и электростатическая энергия Кулона на поверхности ядра по-
ложительна и пропорциональна Уа1/3.
Так Гамов смог вычислить общую энергию, то есть сумму
внутренней энергии и энергии электростатического отталкива-
ния, для различных ядер, то есть для различных значений Na,
и получил значения, представленные закрашенной зоной
на рисунке 2, которые, как видно, не очень хорошо согласуются
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
53
Иллюстрация
из статьи Гамова
о капельной
модели. Показаны
общие энергии
различных
изотопов
(в единицах массы
водорода)
в зависимости
от а-частиц
в изотопе.Точки
представляют
собой
экспериментальные
данные Астона,
а закрашенная
эона показывает
результат Гамова.
с данными Астона (представленными точками): минимум рас-
чета Гамова представлен для Аа~15, в то время как в экспери-
ментальных данных это же значение получалось при 30-35
а-частицах.
В свете этих результатов он модифицировал модель, из ко-
торой исходил, и включил в нее электроны, роль которых из-
начально игнорировал. Следуя результатам австро-венгерского
физика Гвидо Бека, определившего число ядерных электронов,
которые должны были содержать многие известные на тот мо-
мент ядра, он вычислил общую энергию вновь в зависимости
от Na и выяснил, что можно значительно приблизиться к соот-
ветствию данным Астона.
Открытие нейтрона в 1932 году Чедвиком предполагало
значительное изменение в становлении капельной модели.
Сначала Гейзенберг, лауреат Нобелевской премии 1932 года
за важный вклад в квантовую механику, а затем его студент,
фон Вайцзеккер (1912-2007), распространили модель с учетом
роли нейтрона в ядре. В 1935 году в статье «О теории ядерных
54
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
масс», опубликованной в Zeitschrift fiir Physik, фон Вайцзеккер
привел свою знаменитую полуэмпирическую формулу масс —
выражение, позволяющее вычислить массу ядер в зависимости
от числа образующих его протонов и нейтронов, в котором учи-
тываются различные параметры, влияющие на массу (объем,
поверхность, асимметрия, заряд и спаривание).
До этого времени интерес сосредоточивался на определе-
нии дефектов массы, то есть на статических свойствах модели.
Но с 1936 года начался второй этап в истории капельной мо-
дели: теперь изучали ее динамические характеристики, анали-
зировали возмущения ядра. Первое событие новой фазы
связано с Бором, в том же году опубликовавшем в журнале
Nature работу «Захват нейтрона и строение ядра», в которой
изложил свою теорию составного ядра с учетом очень значи-
мого факта, открытого за два года до этого итальянским физи-
ком Энрико Ферми (1901-1954): в противоположность
выводам, которые можно было бы сделать на основе простых
энергетических аргументов, медленные нейтроны (то есть с не-
большой энергией) более эффективны, чем быстрые (с боль-
шой энергией) для производства определенных ядерных
реакций. Таким образом, нейтрон, сталкивающийся с ядром,
передает ему свою энергию, заставляя поверхность (только по-
верхность) колебаться, а температуру увеличиваться; далее ис-
пускается нейтрон, причем так, что ядро охлаждается, чтобы
в итоге испустить у-излучение, благодаря чему ядро возвраща-
ется в свое исходное энергетическое состояние с температурой,
которой оно обладало до столкновения. Этот процесс взаимо-
действия был описан в работе «О превращениях атомных ядер,
вызванных столкновениями с материальными частицами (Г).
Общие теоретические заметки», опубликованной Бором и его
ассистентом Фрицем Калькаром в датском журнале в 1937 году.
То ли потому что Бор думал, будто осуществленное примене-
ние капельной модели отличается от рассмотренного Гамовым,
Гейзенбергом и фон Вайцзеккером за несколько лет до этого
для расчета дефектов массы, то ли просто из-за забывчивости,
однако идеи этих авторов Бор и Калькар не процитировали.
Бор также не упомянул их в своей работе «Механизм деления
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
55
ядра», которую опубликовал в 1939 году совместно с американ-
ским физиком Джоном Арчибальдом Уилером в The Physical
Review. Так авторство капельной модели оказалось приписано
Бору и Калькару. Другие авторы, например Бете, не возмути-
лись такой несправедливостью, и история оказалась необъек-
тивной в данном вопросе.
Говоря об этой модели, сыгравшей основополагающую
роль в развитии ядерной физики, нельзя не упомянуть австрий-
цев Лизу Мейтнер (1878-1968) и ее племянника Отто Фриша
(1904-1979). В декабре 1938 года они проводили рождествен-
ские каникулы с друзьями в Кунгэльве, в 17 километрах к северу
МАСС-СПЕКТРОМЕТР
Масс-спектрометрия — это аналитическая техника, целью которой явля-
ется получение спектра масс атомов и молекул, составляющих образец
материала. Она широко применяется в химии и физике. Для этого исполь-
зуются приборы, называемые масс-спектрометрами. Их работа основы-
вается на том факте, что когда заряженная частица пересекает область
пространства, в котором присутствует однородное магнитное поле, она
следует по круговой траектории радиуса г = mv/ (qB), где m — масса ча-
стицы, v — ее скорость, q — ее заряд, а В — интенсивность магнитного
поля. В масс-спектрометре имеется источник, производящий поток частиц
(ионов атомов или молекул), из которых состоит изучаемый образец. Для
ионизации этих атомов и молекул существуют различные техники: бом-
бардировка электронами или использование лазеров. Как только пучок
сформирован, он ускоряется, пока все ионы не достигнут одной и той же
кинетической энергии. Входя в область магнитного поля, они отклоняются,
следуя круговым траекториям, имеющим тем больший радиус, чем больше
их масса и чем меньше их заряд. Другими словами, самые легкие ионы
отклоняются в большей степени, чем самые тяжелые, а ионы с большим
зарядом отклоняются больше, чем менее заряженные. Когда они выхо-
дят из зоны действия электрического поля, они разделены в зависимости
от индивидуального соотношения масса/заряд, так их идентифицируют.
Обычно у значительной части ионов, произведенных в источнике, один
и тот же заряд, поэтому можно отделить их на детекторе в зависимости
от их массы. Масс-спектрометрия берет свое начало в исследованиях раз-
рядов газов, которые привели немецкого физика Ойгена Гольдштейна
(1850-1930) к обнаружению анодных лучей, образованных положи-
тельными ионами. В 1913 году Дж. Дж. Томсон (1856-1940) открыл два
56
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
от шведского Гетеборга. За несколько дней до этого Мейтнер
получила письмо от Отто Гана (1879-1968), немецкого химика
(ставшего лауреатом Нобелевской премии по химии 1944 года
за открытие ядерного деления). Он сообщал, что продолжил
эксперименты, которые начал с ней, до того как ей пришлось
уехать из Германии после прихода нацистов к власти, вместе
с немецким химиком Фрицем Штрассманом (1902-1980), и что
после бомбардировки урана нейтронами они получили барий.
Тогда Мейтнер и ее племянник поняли, что происходит в про-
цессе, который изучают Ган и Штрассман, и дали верное его
объяснение на основе капельной модели.
изотопа Ne, когда пропускал поток ионизированного неона через электри-
ческое, а также магнитное поле. Наиболее успешно масс-спектрометрию
применяли в открытии изотопов. Здесь стоит упомянуть ученика Томсона,
Фрэнсиса Астона (он смог идентифицировать большое число природных
изотопов и получил дефекты массы, которые пригодились Гамову для про-
верки справедливости его капельной модели), а также канадца Артура
Демпстера, открывшего изотоп 235U. Оба разработали собственные спек-
трометры, а Демпстер установил их теоретические основы и базовую кон-
струкцию, которая используется и сегодня.
Схема масс-спектрометра: представление схемы тройного коллектора, подготовленного
для анализа СО2.
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
57
В первые дни 1939 года Фриш, вернувшись в Копенгаген,
где он работал с Бором, рассказал своему наставнику о его
с Мейтнер идеях. Бор воскликнул: «Какими дураками мы бы-
ли! Мы должны были увидеть это раньше!»
ДЕЛЕНИЕ ЯДРА
Деление ядра — это реакция, в которой тяжелое ядро делится на два или
более ядер меньшей массы, также испуская другие частицы, такие как ней-
троны. В процессе производится значительное количество энергии в виде
излучения и кинетической энергии фрагментов, которая используется
на ядерных станциях для генерирования электрической энергии. Ядерные
процессы, вызывающие деление ядра, имеют различный характер. В слу-
чае с ураном, больше всего применяемым как топливо на современных
ядерных станциях, самое эффективное — бомбардировать ядра 235U «тер-
мическими» нейтронами, кинетическая энергия которых очень мала, по-
рядка 0,025 эВ. Вероятность того, что после поглощения нейтрона такого
типа ядро 235U разделится, очень высока. Природный уран состоит в основ-
ном из 238U (на более чем 99%), а из 235U — на 0,7%, и еще меньший про-
цент приходится на 234U. Вероятность того, что ядро 238U разделится, когда
поглотит термический нейтрон, практически нулевая, и хотя она увеличи-
вается с энергией нейтрона, она в лучшем случае намного меньше, чем
ранее упомянутая вероятность для 235U. Следовательно, самый эффектив-
ный способ получения энергии — использование термических нейтронов.
Но для этого необходимы две вещи. Во-первых, нужно «обогатить» природ-
ный уран, чтобы доля 235U была как можно больше. Во-вторых, требуется
пользоваться нейтронами, которые производятся после каждого деления
для обеспечения новых делений. Поскольку нейтроны испускаются после
деления на большой энергии, необходимо сократить ее, чего добиваются
с использованием «замедляющего» материала. Лучшие замедлители —
это материалы с низкими атомными номерами (вода, графит и так далее),
которые при расположении вокруг урана превращают произведенные
во время деления нейтроны в термические нейтроны, способные гене-
рировать новые деления. Другие ядра, такие как 239Ри, имеют наиболее
высокую для нейтронов средней энергии вероятность деления, и, следова-
тельно, нет необходимости задействовать замедлители. Реакторы, в кото-
рых в качестве топлива используется плутоний, по этой причине намного
меньше, и именно их обычно устанавливают на атомных подводных лодках.
58
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
СНОВА В КЕМБРИДЖЕ И В КОПЕНГАГЕНЕ
По возвращении в Кембридж на стипендию Рокфеллера Григо-
рий купил мотоцикл BSA, на котором потом объездил Англию
и Шотландию в компании многих друзей, в том числе Ландау,
навестившего его в начале лета 1930 года. Георгий чувствовал
себя здесь как дома: за год до этого, во время своего короткого
Как в первом, так и во втором случае становится возможной цепная реак-
ция: нейтроны, сгенерированные в процессе деления, производят новые
деления, которые генерируют новые деления, и так далее.
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
59
визита, он завоевал доверие исследователей — и самых моло-
дых, и самых опытных, и, конечно, самого главного из них.
Убежденный в справедливости новой квантовой теории,
особенно благодаря блестящим результатам Гамова, давшего
объяснение его экспериментам с а-частицами, Резерфорд за-
думался о возможности бомбардировки ядер искусственно
ускоренными частицами и их разбиении. Если бы такой экс-
перимент был возможен, открылась бы рабочая линия с много-
численными возможностями: можно было бы ускорить большое
ОБЪЯСНЕНИЕ МЕЙТНЕР И ФРИША
Объяснение ядерного деления, которое предложили Мейтнер и Фриш, по-
явилось в Nature в начале 1939 года. В этой статье они впервые ввели
термин деление для обозначения изучаемой реакции — из-за ее сходства
с процессом, в результате которого клетка делится пополам. Они отмечали:
с учетом результатов Гана и Штрассмана, когда среди продуктов, получен-
ных при бомбардировке урана нейтронами, появились изотопы бария, ло-
гично предположить, что ядро урана раздробилось на два намного более
легких ядра со сходными массами. Для объяснения этого дробления Мейт-
нер и Фриш воспользовались капельной моделью. Вот отрывок из этой
фундаментальной статьи:
«Этот результат сложно понять сразу. [...] Испускание за короткий пе-
риод времени большого числа заряженных частиц следует исключить
из-за низкой проницаемости «кулоновского барьера», указанного тео-
рией а-распада Гамова.
Однако в основе настоящих идей о поведении тяжелых ядер лежит
полностью отличное и по сути классическое видение этих новых про-
цессов распада. С учетом близкой упаковки и интенсивного взаимо-
обмена энергией ожидается, что частицы в тяжелом ядре движутся
коллективно: это несколько похоже на движение жидкой капли. Если
движение становится достаточно интенсивным при добавлении энер-
гии, эта капля может разделиться на две меньшие.
При рассмотрении энергий, задействованных в деформации ядер,
было использовано понятие поверхностного натяжения ядерной мате-
рии, и его значение было оценено из простых соображений, связанных
с ядерными силами. Однако следует помнить, что поверхностное на-
тяжение заряженной капельки уменьшается ее зарядом, и приблизи-
тельная оценка показывает: поверхностное натяжение ядер, которое
60
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
количество ионов, начиная с протонов (ионов водорода) и за-
канчивая ионами, полученными на основе более легких атомов.
Ключевой вопрос был прост: какую энергию нужно сообщить
этим ионам, чтобы число произведенных реакций оказалось до-
статочно большим для того, чтобы позволить наблюдать их эф-
фекты? Резерфорд знал, к кому нужно обратиться. Он вызвал
Гамова к себе в кабинет и задал ему вопрос о том, какая энер-
гия требуется в случае необходимости ускорения протонов.
Тот хорошо знал ответ: проницаемость потенциального ядер-
уменьшается с увеличением ядерного заряда, может оказаться нуле-
вым для атомных номеров порядка 100.
Следовательно, представляется возможным, что ядро урана имеет
только небольшую стабильность в форме и после захвата нейтрона
может разделиться на два ядра приблизительно одинакового размера
(в зависимости от точного соотношения размеров более утонченных
структурных характеристик и, возможно, от случая). Эти два ядра будут
взаимно отталкиваться и приобретут общую кинетическую энергию
примерно в 200 МэВ, что вычисляется на основе зарядов и радиусов
ядра. [...] То есть весь процесс «деления* может быть описан в абсо-
лютно классическом виде, без рассмотрения квантовых «туннельных
эффектов*, которые были бы на самом деле чрезвычайно малыми,
с учетом величины задействованных масс*.
Ядерное возбуждение
dooooo*o°o
----------------------------------------------------------->
Время
Согласно капельной модели, после столкновения с внешней частицей тяжелое
ядро возбуждается и образуется состояние колебания, которое деформирует
«каплю» и вызывает ее «деление».
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
61
ного барьера пропорциональна бомбардируемому атомному
номеру и заряду снаряда и обратно пропорциональна его ско-
рости. Значит, протону, сталкивающемуся с заданным ядром,
понадобится 1/16 энергии а-частицы, чтобы произвести тот же
эффект, что и она. Резерфорд удивился простоте ответа. Он вы-
звал Кокрофта и Уолтона и дал им поручение: «Постройте мне
ускоритель в миллион эВ, и мы сможем разбить ядро лития без
проблем». Задача была выполнена, и в результате они получили
Нобелевскую премию.
Так просто? Я думал, Вам придется исписать кучу страниц
своими проклятыми формулами!
Резерфорд — когда услышал ответ Гамова на вопрос о том, какая энергия необходима
для УСКОРЕНИЯ ПРОТОНОВ
Гамову же не удалось продвинуться в заявленной при по-
лучении стипендии теме: понимание процессов ядерного 0-
и у-излучения. Тогда он приступил к работе над тем, что затем
стало его первой книгой — «Атомное ядро и радиоактивность».
Книгу выпустило издательство Clarendon Press в серии физи-
ческих монографий, основанной британским астрономом Аль-
фредом Фаулером и русским физиком Петром Капицей. Хотя
предисловие датировано 1 мая 1931 года, книга увидела свет
только следующей осенью (по-видимому, задержка вызвана
исправлением ошибок на английском языке, которым Георгий
в то время не очень хорошо владел). Далекий от классического
видения ядерной физики, Гамов выражал свое мнение, порой
шедшее вразрез с моделью строения ядра, принятой тогда боль-
шинством. Так, он выказывал сомнения в том, что электроны
являются составными частями всех известных ядер, за исклю-
чением ядра водорода (которое образовано одним-единствен-
ным протоном).
Чтобы подчеркнуть свои сомнения, в рукописи каждый
раз при упоминании такой гипотезы он рисовал череп с двумя
скрещенными костями. В печатной книге этот мрачный сим-
62
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
вол заменила буква «S», которая означала: автор считает мысль
умозрительной.
Книга в основном повторяла изложение капельной моде-
ли, опубликованное в его статьях годом ранее, поэтому каза-
лось, что в этом исследовании нет никакого движения вперед.
В любом случае, то была одна из первых книг на обозначен-
ную тему, и практически сразу она стала отправной точкой для
ядерной физики, которая тогда находилась в очень примитив-
ной фазе развития.
Летом 1930 года Георгий снова уехал в Копенгаген. Его
стипендия в Кембридже подошла к концу, и Бор получил сред-
ства на финансирование пребывания этого молодого ученого
в своем институте. Бор обратился к советскому послу в Дании
с просьбой продлить визу Гамова еще на полгода, и она была
удовлетворена.
ПОСЛЕДНЕЕ ВОЗВРАЩЕНИЕ В СССР
Летом 1931 года, когда Георгий больше не мог откладывать свое
возвращение в СССР, он приехал домой с мыслью немедленно
запросить новую визу, чтобы присутствовать на двух между-
народных научных съездах. Вот-вот должны были состояться
конференции в Германии и в Италии, на которые он был при-
глашен, чтобы изложить свои последние результаты.
Однако ситуация в СССР значительно изменилась, и, в от-
личие от прошлого раза, никто не приветствовал его и не радо-
вался его присутствию. Ему также было отказано в разрешении
на выезд, на которое он рассчитывал и в получении которого
его уверял посол. Так что ему пришлось не только отменить за-
планированное на лето путешествие на мотоцикле по Европе,
но и уже в СССР сражаться с разным инстанциями, пытаясь
добиться желаемого выезда. Больше всего Гамова поразило, что
новое советское правительство уже не поддерживало хорошие
отношения с учеными, как в первые послереволюционные годы,
когда если соотечественника ценили на Западе, им гордились
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
63
и на родине. Теперь наука была вовлечена в противостояние
капиталистическому миру, общение с иностранными учеными
расценивалось как предательство, и те немногие, кто выезжал,
получали задание «шпионить» и доносить о западных дости-
жениях, естественно, не выдавая ни одной детали прогресса со-
ветской пролетарской науки.
Кроме того, с наивысшим вниманием отслеживалось любое
отклонение от диалектического материализма — официальной
доктрины. Хорошо известный факт этой эпохи — наложение
запрета на теорию относительности, отрицающей эфир — эле-
мент, существование которого «доказывал» диалектический
материализм. Квантовая механика была признана идеалистиче-
ПЕТР ЛЕОНИДОВИЧ КАПИЦА (1894-1984)
Петр Капица родился в Кронштадте 8 июля 1894 года. Во время Первой
мировой войны он работал водителем скорой помощи и в результате смог
завершить образование лишь в 1918 году. В начале 1920-х годов он по-
ехал в Кембридж, где работал в Кавендишской лаборатории с Резерфор-
дом и встретился с Гамовым. В1927 году он женился на Анне Алексеевне
Крыловой, дочери известного русского математика и инженера-корабле-
строителя. В 1929 году он вступил в Королевское общество и в том же
году стал членом-корреспондентом Академии наук СССР. Он был первым
директором Мондовской лаборатории, которую Королевское общество уч-
редило по настоянию Резерфорда (открылась в 1933 году). Обладая неве-
роятными способностями к конструированию приспособлений различного
применения, он мог генерировать ультраинтенсивные магнитные поля
с помощью прибора, за очень короткий период времени нагнетающего
ток очень высокого напряжения в специальные магниты. В Кембридже он
систематически изучал воздействие этих магнитных полей на различные
элементы периодической таблицы. В 1934 году он ненадолго вернулся
в Россию, но больше не получил разрешения на выезд. Советское прави-
тельство учредило Институт физических проблем и выкупило часть экспе-
риментального оборудования, которое Капица оставил в Англии. Это стало
возможным благодаря содействию Резерфорда, и так Капице удалось про-
должить рабочую линию, начатую в Кембридже, — исследование физики
низких температур. В том же году он разработал метод, позволяющий полу-
чить жидкий гелий в количестве, достаточном для проведения эксперимен-
тов. В 1937 году он открыл сверхтекучесть жидкого гелия, и этот эффект
64
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
ской и буржуазной теорией, которую требовалось адаптировать
к диалектическому материализму, и к использованию и пре-
подаванию допускалась только волновая механика Шрёдин-
гера. В биографии Гамова имели место два эпизода, связанные
с конфликтом этих теорий, — к счастью, без серьезных послед-
ствий для него. По возвращении из Западной Европы Гамова
его статус в Ленинградском университете изменился. Он был
назначен исследователем в Физико-математическом инсти-
туте Академии наук, а также получил должность преподава-
теля в университете. Однажды его коллега Матвей Бронштейн
(советский физик-теоретик, расстрелян в 1938 году) показал
ему и Ландау недавно вышедшую из печати «Большую совет-
также отметили канадцы Джон Аллен и Дон Майзнер, в тот год работав-
шие в Мондовской лаборатории. Сверхтекучесть — это состояние материи,
при котором она ведет себя как жидкость с практически нулевой вязко-
стью, что в случае с гелием (а именно с 4Не) происходит при температуре
ниже 2,17 К. Работы Капицы
в этой области принесли ему
Нобелевскую премию по фи-
зике в 1978 году за его «фун-
даментальные изобретения
и открытия в области физики
низких температур*, эту на-
граду он разделил с Арно
Алланом Пензиасом и Ро-
бертом Вудро Вильсоном, от-
крывателями космического
микроволнового фонового
излучения.
Портрет русских ученых, лауреатов
Нобелевской премии Петра
Капицы (слева) и Николая
Семенова кисти Бориса
Кустодиева (1921).
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
65
скую энциклопедию». В томе, который он принес, была статья
о световом эфире, написанная Борисом Гессеном, профессором
физики МГУ, историком и философом науки (Гессен был боль-
шим другом Игоря Тамма, советского физика, получившего
Нобелевскую премию в 1958 году вместе с Павлом Черенковым
и Ильей Франком за открытие и интерпретацию эффекта Вави-
лова — Черенкова). Статья привлекла внимание Бронштейна,
поскольку понятие эфира было практически искоренено из фи-
зики уже несколько лет назад, как только получила известность
теория относительности Эйнштейна. Тогда Ландау, Бронштейн,
Иваненко, Гамов и еще два студента отправили Гессену «по-
здравительную» телеграмму, в которой насмешливо сообщали,
что, прочитав эту замечательную статью, увлеклись изучением
эфира и с нетерпением ждут его исследований по флогистону,
теплороду и электрическим флюидам. Реакция была намного
более жесткой, чем они ожидали: Коммунистическая академия
объявила их контрреволюционерами и инициировала судебное
разбирательство. Несмотря на то что Гамов написал письмо
Сталину, пытаясь отстоять свою позицию и указать вождю
на положение, в котором оказалась теоретическая физика из-за
постоянных нападок со стороны философов, называющих себя
материалистами, Ландау и Бронштейн были осуждены и ли-
шились работы преподавателей в Политехническом институте,
хотя и сохранили свои должности исследователей в Радиевом
институте. Дело Гамова зависело от Академии наук, и если оно
и получило продолжение, то никаких заметных санкций к нему
применено не было.
Однажды Гамова пригласили прочитать цикл лекций о но-
вой квантовой теории перед неподготовленной аудиторией.
Когда он заговорил об отношениях неопределенности Гейзен-
берга, один из философов-материалистов из Дома ученых, где
проходило мероприятие, перебил его и распустил публику,
не дав лектору закончить. Гамов сразу же получил четкие ин-
струкции больше не упоминать об отношениях неопределен-
ности в публичных выступлениях.
66
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
ЛЮБОВЬ ВОХМИНЦЕВА
Тем временем конгресс в Германии уже прошел, но Георгий про-
должал жадно ожидать визу, чтобы поехать на конгресс в Рим,
куда его пригласил Гульельмо Маркони. Пока его запрос на-
ходился на рассмотрении, он решил навестить отца и в итоге
провел лето в Крыму. В сентябре он вернулся в Москву, но по
вопросу визы его продолжали «кормить завтраками», и в итоге
поездка в Италию тоже не состоялась.
Именно во время этих хождений по мукам он познакомил-
ся с Любовью Вохминцевой, выпускницей факультета физики
МГУ, на которой женился в ноябре 1931 года, через пару меся-
цев после знакомства.
Тогда же Бор вновь пригласил Гамова в Копенгаген, чтобы
«обсудить важные аспекты ядерной физики». Однако ему опять
отказали в визе и объяснили это тем, что поездка плохо отра-
зится на его успехах в университете. К тому времени уже было
ясно, что Гамовых не желают выпускать и возможность поки-
нуть СССР ничтожно мала, если она вообще есть. И именно
тогда супруги начали планировать стратегию бегства на Запад.
Их первая попытка в июле 1932 года, как уже было сказано, за-
кончилась провалом. В январе следующего года они собрались
реализовать новую попытку, попробовав пересечь финскую
границу на санях или на лыжах. Однако супруги осознали, что
лыжный забег выше их физических возможностей, а вариант
с санями отпал сам собой, когда стало известно, что извозчики,
взяв плату за поездку, доставляли своих пассажиров прямиком
на пограничный пост, где получали дополнительные деньги
за их выдачу. Еще одна попытка была запланирована на следу-
ющее лето, в этот раз уже на моторной лодке до биологической
морской станции недалеко от норвежской границы. Но уже
попав на станцию, они обнаружили, что советский морской
флот строит поблизости базу подводных лодок, и исследова-
тельский центр закрывается.
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
67
ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ВЫЕЗД ИЗ СССР
Вернувшихся в Ленинград супругов ждал приятный сюрприз:
правительство назначает Гамова делегатом и отправляет его
на Сольвеевский конгресс по ядерной физике, который дол-
жен был состояться в Брюсселе в октябре того года. Георгия
пригласили прочитать лекцию «Строение и свойства атомных
ядер». Потратив столько времени на организацию плана бег-
ства, они не верили своему счастью. Хотя сомнений не было:
Гамову предписано явиться в Наркомпрос, чтобы получить за-
гранпаспорт, визу и билет на поезд.
По словам Гамова, поначалу он вовсе не собирался бежать
и был бы рад вернуться на родину, если бы власти не препят-
ствовали его свободной работе, перемещению и поддержа-
нию связей с коллегами в других уголках света. Но давление
диалектического материализма оказалось слишком сильным:
«Я не хотел быть сосланным в концентрационный лагерь в Си-
бирь из-за взглядов на мировой эфир, квантовомеханический
принцип неопределенности или хромосомную наследствен-
ность». Рано или поздно это случилось бы, останься он в СССР.
Но, конечно же, Гамов не хотел оказаться в Брюсселе без
жены. Так что он стал хлопотать о получении паспорта и для
нее. Сперва он навестил в Москве Николая Бухарина, с кото-
рым был знаком, поскольку тот как-то присутствовал на его
лекции о роли термоядерных реакций в производстве энергии
на Солнце и звездах. Положение Бухарина в то время было
не самым заметным, и единственное, что этот бывалый ком-
мунист смог сделать для Гамова, — организовать ему встречу
с Молотовым. В назначенный день его провели в кабинет пред-
седателя Совнаркома. Тот поинтересовался темой брюссель-
ской лекции и задал вопрос о причине визита. Гамов ответил,
что хочет, чтобы жена сопровождала его в поездке. Конечно, он
мог бы назвать ее своим секретарем (поскольку она тоже фи-
зик), однако на самом деле все по-другому: просто его супруга
никогда не была за границей, а им так хотелось после лекции
посетить Париж, чтобы она увидела Лувр и Фоли-Бержер
и, конечно же, сделала некоторые покупки. Молотов, которому
68
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
ВВЕРХУ:
Джон Кокрофт
в Кавендишской
лаборатории рядом
с ускорителем
частиц, большим
достижением
в эксперименталь-
ной области
ядерной физики.
ВНИЗУ:
Джон Кокрофт
и Георгий Гамов
работают
в Кавендишской
лаборатории
в Кембридже,
возглавляемой
Резерфордом.
Теория туннельного
эффекта,
предложенная
Гамовым,
подсказала путь
Кокрофту
и Уолтону,
построившим
первый ускоритель
протонов
и удостоенных
за это Нобелевской
премии по физике
в 1951 году.
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
69
понравилась «искренность» Гамова, пообещал, что в октябре
оба паспорта будут готовы.
Но все оказалось не так просто. Когда Георгий вернулся
за документами, ему сообщили, что супруге в визе отказано.
Георгию объяснили, что эта виза создала бы прецедент, ведь
тогда все жены ученых захотят выезжать заграницу с мужьями,
а этого нельзя допустить. И тогда обнадеженный обещаниями
Молотова, он пошел ва-банк и заявил чиновнику, что не поедет
в Брюссель, если оба паспорта не будут готовы. Через несколь-
ко дней, несмотря на то что Гамов уже ожидал ареста за отказ
от поручения правительства, назначившего его делегатом (как
он узнал позже, целью было поддержание отношений СССР
с французскими учеными), оба паспорта были готовы, и в се-
редине октября 1933 года Гамовы навсегда уехали из СССР.
На поезде они сперва прибыли в Хельсинки, затем в Копенга-
ген и, наконец, в Брюссель.
70
ГАМОВ В КЕМБРИДЖЕ
ГЛАВА 3
Модель Большого взрыва
По окончании Сольвеевского конгресса
Гамов принялся искать работу. Пробыв некоторое
время в Париже, затем снова в Кембридже и Копенгагене,
он посетил Мичиганский университет, где прочитал курс
лекций. Оттуда ученый прибыл в Вашингтонский
университет, в котором впоследствии преподавал
22 года. В этот период интересы Гамова
сосредоточились на вопросах эволюции
звезд и космологии, и, как и в области
ядерной физики, здесь он оставил
более чем примечательный след.

Первого апреля 1948 года в журнале The Physical Review была
опубликована статья под любопытным названием «Проис-
хождение химических элементов», подписанная Альфером
из Университета Джонса Хопкинса, Бете из Корнелльского
университета и Гамовым из Университета Джорджа Вашинг-
тона. На самом деле работа, изложенная в этой короткой статье,
была осуществлена Гамовым и Ральфом Альфером (1921 —
2007), в то время бывшим его аспирантом, а Бете, похоже,
не участвовал ни в исследовании, ни в написании статьи. Более
того, он ничего об этом не знал. Причина, почему Бете был ука-
зан в качестве автора,— просто очередная шутка из тех, что так
любил Гамов. Фамилии Альфера, Бете и Гамова созвучны трем
основным процессам радиоактивного излучения (а-0-у) и трем
первым буквам греческого алфавита. Это особенно забавляло
Георгия Антоновича, и он предложил Альферу включить Бете
в число соавторов. Тот был против, резонно заметив, что ука-
зание Бете, уже в ту пору авторитетного физика, затмит тот
факт, что в статье в основном представлена работа самого Аль-
фера, но в итоге все же согласился. Бете оценил шутку, хотя
Гамов как-то рассказывал, что когда представленная в статье
теория была забыта, «доктор Бете начал всерьез задумываться
о том, чтобы сменить фамилию на Захариас». Гамов пытался
убедить другого своего коллегу, Германа, сменить фамилию
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
73
на Дельтер, чтобы продолжить игру с буквой 6, но безуспешно.
Однако в статье «Орелятивистской космологии», появившейся
в 1949 году в специальном номере Review of Modem Physics,
приуроченном к 70-летию Эйнштейна, Гамов пишет: «Теория
нейтронного захвата о происхождении атомных видов, недавно
разработанная Альфером, Бете, Гамовым и Дельтером, предпо-
лагает, что...» Неисправим.
В ПОИСКАХ РАБОТЫ
Участие Гамова в XIII Сольвеевском конгрессе не было осо-
бенно значимым. Безусловно, время, минувшее с той поры, как
он вернулся в СССР в 1931 году, и различные отвлекающие
от науки факторы отдалили его от перворазрядного исследова-
ния, в которое он был вовлечен в Кембридже. Так что его речь
о у-излучении не вызвала интереса у присутствующих.
Когда конгресс завершился, Гамов озаботился поиском
работы с перспективой на будущее, к тому же нужно было ре-
шить, где жить. Он снова обратился к Бору, уверенный в том,
что тот не откажет в помощи. Но Бор потребовал от него вер-
нуться в СССР. Авторитетный французский физик, организа-
тор конгресса профессор Ланжевен (1872-1946), политические
убеждения которого позволяли ему поддерживать добрые от-
ношения с советскими властями, ходатайствовал за Гамова
и именно по этой причине он относительно легко получил визы.
Бор намекнул, что поскольку Ланжевен дал слово, у Гамова нет
другого выбора, кроме как вернуться. Но в столь непростой
ситуации Гамову вновь улыбнулась удача. Вместе с другими
участниками конгресса он был гостем на ужине у Кюри и из-
ложил все свои беды хозяйке дома. Та вызвалась поговорить
с Ланжевеном на следующий день и сдержала обещание, кроме
того, предложила Георгию двухмесячную стипендию в Инсти-
туте Пьера Кюри в Сорбонне. За Парижем последовали визиты
в Кавендишскую лабораторию и институт Бора в Копенгагене.
В начале лета Гамовы отбыли в США, поскольку Георгия Ан-
74
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
тоновича пригласили читать курс лекций в Мичиганском
университете. Гамов надеялся, что в течение шести недель
курса он получит новое предложение, но этого не случилось.
Эрнест Лоуренс, американский физик-экспериментатор, лау-
реат Нобелевской премии по физике 1939 года за изобретение
циклотрона, безуспешно хлопотал о должности для него в уни-
верситете Беркли.
Хорошо известно, что физики-теоретики не могут работать
с экспериментальным оборудованием, потому что оно
ломается, как только они до него дотрагиваются.
Георгий Гамов
К концу сентября, когда он уже собирался вернуться в Ев-
ропу, ему представилась возможность посетить Вашингтон
и провести семинар по ядерной теории в Институте Карнеги.
Семинар организовал Мерле Туве (1901-1982), геофизик, друг
Лоуренса, который к тому времени построил ускоритель про-
тонов Ван де Граафа в Отделе земного магнетизма Института
Карнеги. Туве рассудил, что Гамов может помочь в интерпре-
тации экспериментальных результатов, которые предоставляет
ускоритель, и убедил Клойда Марвина, президента Универси-
тета Джорджа Вашингтона, предложить ему место преподава-
теля. Так что семинар был организован для того, чтобы испы-
тать Гамова как физика.
Туве относительно легко добился своей цели. Марвин
хотел, чтобы в его университете пустила корни «современная
физика», а Туве заметил, что теоретическая физика (которой
действительно требуются только карандаш, бумага и немного
денег на поездки и конференции) намного дешевле, чем экс-
периментальная. Марвин предложил Гамову место преподава-
теля-почасовика, пообещал, едва представится возможность,
дать ему кафедру и выполнить две его просьбы: назначить
ему в сотрудники физика-теоретика, которого он выберет сам,
и оказать организационную и финансовую поддержку для про-
ведения ежегодной международной конференции, на которой
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
75
могли бы присутствовать ведущие специалисты в определен-
ных отраслях знания. Так осенью 1934 года он приступил к ра-
боте в Университете Джорджа Вашингтона, а на следующий
год, в апреле, состоялась первая международная конференция,
посвященная актуальным проблемам ядерной физики. Среди
присутствовавших следует выделить Бете, Дирака, Уленбека,
Барлетта, Финберга, Силарда, Ланде, Брейта, Гаудсмита, Лоу-
ренса, Кондона, Нордгейма и Раби, не считая Гамова, Теллера
и Туве.
ПОСЛЕДНИЙ ВКЛАД В ЯДЕРНУЮ ФИЗИКУ
Одним из организаторов конференций по теоретической физи-
ке был венгр Эдвард Теллер, который работал в Университете
Джорджа Вашингтона с 1935 по 1941 год. Именно его выбрал
Гамов себе в сотрудники на том начальном этапе в Америке.
Они познакомились в Копенгагене в 1933 году и сразу подру-
жились. В 1934 году Теллер преподавал химию в Лондонском
университете и одновременно с приглашением Гамова получил
еще одно — от двух других старых друзей, Вигнера и фон Ней-
мана, которые предлагали ему должность в Принстоне. Однако
Теллер выбрал первое. Гамову тогда едва исполнилось 30, Тел-
леру — 26.
Два года Гамов и Теллер вместе работали над вопросами ба-
зовой ядерной физики, а именно с характеристиками 0-распада.
Их наиболее значимый вклад пришелся на 1936 год, когда они
опубликовали работу «Правила отбора для ft-распада» в жур-
нале The Physical Review. В этой работе они обобщили теорию,
которую за несколько лет до этого разработал Ферми, чтобы
объяснить имевшиеся в распоряжении экспериментальные
результаты в отношении этого типа радиоактивного распада.
Как было показано ранее, в 0-распаде протон ядра трансфор-
мируется в нейтрон, или наоборот, испуская позитрон и ней-
трино (распад 0+) в первом случае и электрон и антинейтрино
(распад 0 ) — во втором. Согласно Ферми, протон и нейтрон,
76
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
ЭДВАРД ТЕЛЛЕР (1908-2003)
Эдвард Теллер родился в 1908 в Бу-
дапеште в еврейской семье, его
родителями были адвокат и пиа-
нистка. С детства мальчик проявлял
способности к математике. Он уехал
из Венгрии по политическим мотивам
в 1926 году, получил образование
в Университете Карлсруэ в области
химической инженерии и степень док-
тора в Лейпцигском университете
за работу о квантовом подходе к мо-
лекулярному иону водорода, которую
он осуществил под руководством Гей-
зенберга в 1930 году. В1933 году ему
удалось бежать из Германии в Копен-
гаген, где он год проработал с Бором. С1935 по 1941 год он сотрудничал
с Гамовым в Университете Джорджа Вашингтона. Этот период отмечен
его важным вкладом в физику и химию; следует выделить эффект Яна —
Теллера (соответствует модификации геометрии некоторых молекул из-за
представляемой ими электронной конфигурации), теорию Брунауэра —
Эммета — Теллера (объясняет адсорбцию молекул газа твердыми поверх-
ностями) и правила отбора Гамова — Теллера (которые распространяли
теорию Ферми о 0-распаде).
Водородная бомба
Почти с самого начала Теллер участвовал в Проекте Манхэттен, целью
которого было изготовление американской ядерной бомбы. В 1946 году
он перебрался в Чикагский университет, где работал с Ферми и начал раз-
вивать проект, сделавший его известным, — водородную бомбу. После
первого советского ядерного испытания в 1949 году президент Трумэн
запустил программу по изготовлению фузионной бомбы. Теллер работал
вместе с польским физиком Станиславом Уламом, и им принадлежит пер-
вая конструкция объекта, датируемая 1950 годом. В 1954 году Теллер
свидетельствовал против бывшего научного руководителя Проекта Ман-
хэттен Оппенгеймера в процессе по обвинению его в государственной
измене. После того эпизода Теллера бойкотировала большая часть на-
учного сообщества, и он посвятил себя консультированию правительства
и американской армии. Ученый активно участвовал в комитетах по изу-
чению использования ядерных взрывчатых материалов в мирных целях
и выступал апологетом «звездных войн* — стратегической оборонной
инициативы, которую начал президент Рейган. Теллер умер в Стэнфорде
(Калифорния) в сентябре 2003 года.
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
77
задействованные в процессе (так же как и остальные нуклоны
материнских и дочерних ядер), являются чистыми свидетелями
процесса распада, и кроме изменения заряда, остальные кван-
товые числа не испытывают никакой модификации. В част-
ности, так называемый полный угловой момент ядра останется
неизменным. Гамов и Теллер проанализировали радиоактив-
ную цепочку распада Th-B (сегодня известного как 212РЬ). По-
средством распада Р" (см. рисунок 1) Th-B переходит в Th-C
(212Bi), занимая два из его возбужденных состояний. Они ли-
шаются возбуждения, испуская у-излучение, пока не дости-
гают основного состояния. Далее Th-C разделяется, с одной
стороны, посредством а-распада до Th-C" (208Т1), а с другой —
посредством Р до Th-C' (212Ро), вновь занимая возбужденные
состояния этого ядра. Цепочка замыкается распадом Р Th-C"
и а-распадом Th-C', обоих до Th-D, который на самом деле яв-
ляется 208РЬ, стабильным изотопом свинца.
Гамов и Теллер поняли, что гипотеза Ферми не позволяет
верно описать экспериментальные значения угловых момен-
тов ядерных состояний, задействованных в этой радиоактив-
Адаптированное
схематическое
представление
а* и 0-распада
Th В до Th D
из статьи Гамова
и Теллера.
Показаны
энергии
возбуждения
различных
возбужденных
уровней каждого
ядра, а также
вероятности
0-перехода
на этих уровнях
(числа
в скобках).
РИС.1
Энергия возбуждения
(МэВ)
----1,802-----(0,02)
----1,623 ----(0,04)
----0,726-----(0,14)
______________(0,80)
(^-трансформации
Д «-трансформации
I у-переходы
78
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
ной цепочке. В своей статье они развили теорию, предпола-
гая, что некую роль в процессе играют протоны и нейтроны,
и выяснили, что тогда возможны другие переходы, в которых
угловой момент задействованных ядерных состояний спосо-
бен меняться на ±1 (угловой момент «измеряется» в едини-
цах Л/2л, где h — постоянная Планка). Это равносильно то-
му, что электрон и нейтрино испускаются таким образом, что
их спины параллельны, в то время как в гипотезе Ферми они
антипараллельны. С учетом этих новых переходов экспери-
ментальная информация об упомянутой цепочке тория могла
быть описана верно. Новые переходы с тех пор известны как
переходы Гамова — Теллера и во многих процессах 0-распада
конкурируют с переходами типа Ферми. Например, 0-распад
свободного нейтрона на 82 % принадлежит типу Гамова — Тел-
лера и на 18% типу Ферми.
В апреле 1937 года вышло второе издание монографии Га-
мова о ядерной физике, на этот раз под названием «Строение
атомных ядер и ядерные трансформации». Однако в предисло-
вии к книге ученый уже не выражал того энтузиазма к «горя-
чим точкам» ядерной физики, как в первом издании, что свиде-
тельствовало об изменении его научных интересов.
ПРИТЯЖЕНИЕ ЗВЕЗД
Вполне вероятно, что те же самые причины, которые побудили
его заниматься ядерной физикой по прибытии в Гёттинген,
подтолкнули его отступить от базовой ядерной физики и об-
ратиться к ядерной астрофизике и космологии: вычисления
в ядерной физике слишком усложнялись, что претило его вкусу
и было выше его возможностей.
После первой конференции 1935 года следующие два съез-
да — 1936 и 1937 годов — Гамов, Туве и Теллер посвятили моле-
кулярной физике и проблемам элементарных частиц, а также
ядерной физике соответственно. Но приступив к организации
конференции 1938 года, Гамов осознал, что хочет развивать
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
79
идею связи между ядерными процессами и энергией звезд.
Он был уверен, что решение кроется в нескольких специфи-
ческих ядерных реакциях, которые позволили бы объяснить
производство энергии, питающей звезды. Тема была не нова:
еще в 1925 году в книге «Внутренний состав звезд» Эддингтон
выдвинул гипотезу, что именно превращение водорода в гелий
отвечает за внутреннюю энергию Солнца и других звезд.
У Гамова рождались исключительные идеи — вне
зависимости от того, был он прав или ошибался. Он чаще
ошибался, чем угадывал, но это всегда было интересно. Когда
его идея не оказывалась неверной, она являлась не только
истинной, но и новой.
Эдвард Теллер
Гамову это видение проблемы также не было чуждо.
В марте 1929 года его друг Хоутерманс вместе с британским
физиком и астрономом Робертом д’Эскуром Аткинсоном изу-
чали возможность того, что энергия, высвобождаемая звездами,
может производиться бурными столкновениями между ядрами,
которым способствуют высокие температуры, существующие
в них. Они написали Гамову, чтобы тот помог им с расчетами,
и договорились встретиться на горнолыжной базе в австрий-
ских Альпах. Проблема Хоутерманса и Аткинсона состояла
в определении вероятности того, что протон войдет в легкое
ядро, будет захвачен им, а излишек энергии окажется выпущен
в виде у-излучения. Очевидно, что основа всего процесса сво-
дилась к допущению, что протон проникнет в ядро благодаря
туннельному эффекту, о котором Хоутерманс знал благодаря
знакомству с Гамовым в Копенгагене. Однако отсутствие на тот
момент знания реальной структуры ядра (нейтрон еще не был
открыт, и считалось, будто ядро состоит из протонов и электро-
нов, что порождало множество проблем при интерпретации не-
которых экспериментальных результатов) привело к тому, что
80
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
обе гипотезы, озвученные Гамовым своим коллегам для прове-
дения расчетов, оказались ошибочными.
С одной стороны, для вычисления вероятности того, что
протон в звездных условиях столкнется с ядром, они восполь-
зовались тем же выражением, которое Гамов рассматривал для
объяснения экспериментов Резерфорда о столкновении
а-частиц с ядрами, согласно которому это вероятность порядка
квадрата ядерного диаметра. Однако следовало бы воспользо-
ваться квадратом длины волны де Бройля частиц, выступаю-
щих в качестве снарядов. В то время как длина волны де Бройля
а-частиц была порядка ядерного диаметра, длина волны уско-
ренных протонов при приблизительно оцененной температуре
звезд, — примерно 20 миллионов градусов (в 100 раз больше),
поэтому истинный результат был недооценен в 10000 раз.
С другой стороны, он посоветовал коллегам использовать фор-
мулу дипольного излучения Томсона: она соответствовала
предположению, что испускание радиации вызвано наличе-
ствующими в ядре противоположными колеблющимися заря-
дами. На самом деле действительное излучение квадрупольное,
и его интенсивность меньше дипольного излучения в 10000 раз;
следовательно, оценка Хоутерманса и Аткинсона превосходит
верный результат этого коэффициента. Итак, случайное объе-
динение этих двух ошибок позволило сделать прогноз, который
Хоутерманс и Аткинсон опубликовали в том же году в Zeitschrift
furPhysik, и он оказался верным.
С тех пор Гамов не терял интереса к проблеме производства
звездной энергии. Так, в 1933-м, в тот же год, когда он навсегда
покинул СССР, вместе со своим другом Ландау Гамов опу-
бликовал в Nature статью «Внутренняя температура звезд»,
в которой, используя результаты Аткинсона и Хоутерманса,
они оценивали верхнюю температурную границу внутри звезд.
Но именно после приезда в Вашингтон Георгий Антонович все-
рьез задумался о том, чтобы углубиться в эту тему.
В декабре 1937 года, как раз перед четвертой конференци-
ей, он закончил две статьи. Первая, под названием «Звездная
модель с избирательным термоядерным источником», была
опубликована в Astrophysical Journal, а вторую, «Источники
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
81
ядерной энергии и звезд-
ная эволюция», напечата-
ли в The Physical Review.
В обоих материалах Гамов
рассматривал возможные
следствия производства
энергии в звездах из то-
го, что реакции с большей
вероятностью происхо-
дят, когда протоны имеют
меньшую энергию, чем та,
что сосредоточена в центре
звезды, поскольку темпе-
ратура ниже, чем суще-
ствующая в этой зоне.
В принятой тогда «мо-
дели точечного источника»
Схематичное
представление
модели звезды
со слоем
производства
энергии.
устанавливалось, что
большая часть производимой энергии сосредоточена вблизи
центра звезды, где температура и, следовательно, скорость
протонов более высокие. Хотя тогда Гамов не нашел никакой
реакции, подтвердившей бы его гипотезу, он все же проанали-
зировал потенциальные следствия этой модели, как если бы
она существовала. И вывод состоял в том, что в таком случае
производство энергии происходит по большей части в сфериче-
ском слое, расположенном на некотором расстоянии от центра,
некоторой ширины (см. рисунок 2), и эти величины зависят
от критической температуры, при которой реакция наиболее
вероятна. Кроме того, при такой структуре звезда была бы ста-
бильной.
КОНФЕРЕНЦИЯ В ВАШИНГТОНЕ 1938 ГОДА
С 21 по 23 марта 1938 года проходила четвертая конференция
по теоретической физике, ей было дано название «Звездная
82
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
энергия и ядерные процессы». Чтобы добиться гарантированно-
го успеха, Гамов постарался превратить это мероприятие в меж-
дисциплинарную встречу, на которой специалисты по пробле-
ме внутреннего строения звезд, такие как Чандрасекар, Мензел,
Штерн и Стрёмгрен, встретились лицом к лицу с исследовате-
лями в области ядерных процессов, такими как Бете, Брейт,
Хафстад, Нейман и сами Гамов, Теллер и Туве.
К разочарованию Гамова, казалось, никто на конференции
не выказал интереса к его модели наибольшего производства
энергии во внутреннем сферическом слое звезд, и, следова-
тельно, также не обсуждалось, какой могла быть эта «волшеб-
ная» ядерная реакция, имевшая свойства, необходимые для
подтверждения модели. Но в результате дискуссий свершился
факт, изменивший прежний взгляд на производство энергии
в звездах: Бете полностью погрузился в проблему и через не-
сколько месяцев нашел отличное решение, которое объясняло
имевшиеся экспериментальные результаты. Работа, которую
он провел по возвращении в Корнелльский университет, при-
несла ему Нобелевскую премию по физике 1967 года за вклад
в теорию ядерных реакций, в особенности за открытия, связан-
ные с производством энергии в звездах. В автобиографии Га-
мов рассказывает, что тогда, на конференции 1938 года, Бете
«ничего не знал о внутренности звезд, но всё — о внутренности
ядра». Действительно, изначально он даже не собирался при-
сутствовать, поскольку тема его не интересовала, но Теллер
убедил Бете поучаствовать. То, что он передумал «в послед-
нюю минуту», сыграло решающую роль.
По сути, Бете определил два цикла реакций синтеза, ко-
торые отвечают за производство звездной энергии. Первый,
цикл протон-протон (р-р), изначально предложил Чарльз
Критчфилд, аспирант Теллера, который сотрудничал также
с Гамовым. Критчфилд столкнулся с трудностями в расчетах
и обратился за помощью к присутствовавшему на конференции
Бете, который разбирался в математике гораздо лучше Гамова
и решил проблему. Опубликованная в The Physical Review со-
вместно с Критчфилдом статья была озаглавлена «Образова-
ние дейтронов из сочетания протонов». Через некоторое время
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
83
Бете открыл второй цикл — углерод-азот-кислород (C-N-O) —
и в 1939 году опубликовал в The Physical Review статью «Про-
изводство энергии в звездах». Оба цикла, включающие в себя
различные ядерные реакции синтеза, заканчиваются образова-
нием 4Не и, кроме того, производят энергию. И если в цикле р-р
в исходной реакции протоны соединяются, чтобы затем имел
ЦИКЛЫ ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГИИ В ЗВЕЗДАХ
Энергию в звездах обеспечивают два основных цикла: цикл р-р и цикл C-N-O.
Оба были проанализированы Бете в 1938 году. Цикл р-р начинается с ре-
акции
Жч^Н-^Н + еЧ-у.
Она маловероятна, поскольку в процессе образуется ядро 2Не, который
распадается р+ на 2Н (хотя самое вероятное, что он распадется на два про-
тона). Эта реакция конкурирует со следующей:
ЧНч-е-ч-Ш->2Нч-у,
вероятность которой примерно в 400 раз меньше, зато она обладает боль-
шей энергией для ее продуктов. На втором этапе произведенный дейтрон
объединяется с другим протоном по реакции
^ч-Ж-^Неч-у.
С этого момента существуют четыре возможных пути, которые представ-
лены в таблице ниже, равно как и температурный диапазон, где каждая
из температур обозначает производство звездной энергии.
Цикл р-р		
Путь	Реакции	Т (миллионы градусов)
1	3Не+3Не-»4Не+1Н+1Н	10-14
II	3Не+4Не-*7Ве+у 7Ве+е_ -»7Li+v 7Li + 1H-»4He+4He	14-23
III	эНе+4Не-»7Ве+у —8В+у ®B-*8Be+e++v 8Ве —4Не+4Не	>23
IV	зНе+Ж — 4He+e*+v	—
84
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
место распад 0+ и образовались дейтроны (ядра 2Н), то в цикле
C-N-O углерод, азот и кислород играют роль катализаторов
различных реакций. От того, какой именно цикл встречается
на звездах, зависит их сияние, и это связано со специфической
массой конкретной звезды. Цикл р-р преобладает на звездах,
равных или уступающих по массе Солнцу, менее ярких, чем
На Солнце, температура которого равна примерно 15 миллионам граду-
сов, доминирующий путь — I, при котором производится примерно 25 МэВ
энергии, распределяющихся в виде кинетической энергии продуктов ре-
акции. Путь III имеет вероятность всего лишь 0,11% появления на Солнце,
но он оказался фундаментальным для объяснения проблемы солнечных
нейтрино. Наконец, путь IV на Солнце не наблюдался. Реакции цикла C-N-0
более сложные, и в них углерод, азот и кислород выступают катализато-
рами. Во всех путях чистая реакция следующая:
1Н + 1Н + 1Н + 1Н-> 4He + e+ + e++v+v+Y+Y+Y.
Существуют две группы реакций: одна соответствует «холодному» циклу,
другая — «горячему». Первый включает в себя 4 пути реакции, которые
характеризуются захватами протонов и распадами р+. Временные шкалы
первых реакций намного больше, чем временные шкалы вторых, и, следо-
вательно, эти циклы превращают водород в гелий медленно, обеспечивая
производство энергии в течение длительного периода. Если температура
и давление увеличиваются, уровень протонного захвата превышает уро-
вень распада р+, и получается «горячий» цикл, который включает в себя
3 пути реакции. В таблице ниже представлены реакции первого пути обоих
циклов. Как видим, они начинаются с захвата протона 12С и заканчиваются
4Не + 12С.
Цикл C-N-0 (путь 1)	
Холодный	Горячий
12С+1Н-»13N+y	
13N—13C+e++v	13N + 1H —140+y
13С+1Н —14N+y	14O —14N + e++v
«N-PH — 15O+y	
150 —> 15N + e++v	
15N+1H —12C+4He	
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
85
ХАНС АЛЬБРЕХТ БЕТЕ (1906-2005)
Бете родился в 1906 году в Страс-
бурге, в ту пору принадлежавшем Гер-
мании. Закончил школу в 1924 году,
поступил во Франкфуртский универ-
ситет с намерением изучать химию.
По совету одного из преподавателей
в 1926 году он перевелся в Мюнхен-
ский университет, где в 1928 году
защитил докторскую диссертацию
под руководством Зоммерфельда.
В том же учебном году Бете работал
ассистентом во Франкфурте, а в сле-
дующем году — в Высшей техниче-
ской школе в Штутгарте, где написал
одну из своих ключевых работ «Тео-
рия прохода быстрых корпускулярных
лучей через материю», опубликован-
ную в 1930 году в Annalen der Physik. В этой статье ученый представил
упрощенное выражение потери энергии на единицу пройденной длины
в рамках проблемы столкновения частиц с материалами-посредниками,
которое сегодня известно как формула Бете. Далее он получил стипен-
дию фонда Рокфеллера и в течение 1930 года работал в Кавендишской
лаборатории в Кембридже: за это время вывел релятивистский вариант
формулы Бете. В 1935 году ученый был приглашен на должность в Кор-
нелльский университет (США), где преподавал до своей смерти.
Астрофизика
В 1938 году Бете участвовал в четвертой конференции в Вашингтоне
по теоретической физике и в связи с этим нашел циклы реакций синтеза,
отвечающих за производство энергии в звездах, что принесло ему Нобе-
левскую премию по физике в 1967 году. В1947 году опубликовал статью,
в которой объяснял «лэмбовский сдвиг» — результат эксперимента, про-
веденного Уиллисом Лэмбом и Робертом Резерфордом. Согласно этим
данным, фундаментальное состояние атома водорода развернуто на двух
уровнях, между которыми существует небольшая разница в энергии (тео-
рия Дирака не могла это объяснить). Бете дал теоретическое обоснование
и косвенно спас теорию квантовой электродинамики, которую этот экспе-
римент поставил под угрозу. В последние годы жизни Бете активно рабо-
тал над проблемами астрофизики, а именно над динамикой сверхновых
звезд, черных дыр и нейтронных звезд, и способствовал пониманию про-
блемы солнечных нейтрино и механизма колебания между электронными
и мюонными нейтрино. В 90 лет ученый все еще с энтузиазмом следил
за проектом наблюдения гравитационных волн, запущенным в 1996 году.
86
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
более массивные звезды, как, например, Сириус, на которых
цикл C-N-O в основном отвечает за производство энергии.
Гамов как-то пошутил, что в истории ядерных источников
энергии звезд он сам сыграл роль катализатора, как углерод
в цикле Бете: все организовал, но остался таким же, каким был
в начале. Это еще одно его преувеличение. Достаточно вспом-
нить, что в апреле 1938 года они с Теллером опубликовали
«Уровень избранных термоядерных реакций» — краткое письмо
в редакцию The Physical Review, в котором обновили расчеты
десятилетней давности, выполненные Хоутермансом и Аткин-
соном при участии Гамова. В свете новых знаний о ядерной фи-
зике их результаты серьезно изменились, и хотя результаты Га-
мова и Теллера нельзя было считать окончательными (верные
расчеты получили Бете и Критчфилд), эта работа определила
новую веху в объяснении процессов генерирования энергии
в звездах, ее также упомянул Бете в своей речи на церемонии
вручения Нобелевской премии.
Цикл C-N-O тоже был независимо открыт немецким
физиком фон Вайцзеккером: в 1938 году он опубликовал
в Physikalische Zeitschrift вторую часть работы — «О трансму-
тациях элементов на звездах», где он размышлял о процессах,
задействованных в этом цикле. Когда Бете получил Нобе-
левскую премию в 1967 году, фон Вайцзеккер был забыт: ему
не простили активного участия в немецкой ядерной программе
под руководством Гейзенберга.
ЗВЕЗДНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ
С тех пор как Бете опубликовал свои работы о циклах р-р
и C-N-O, Гамов счел удовлетворительным его объяснение про-
изводства звездной энергии и обратил свое внимание на дру-
гие аспекты астрофизики. В течение следующих лет он посвя-
тил себя изучению красных гигантов, белых карликов, новых
и сверхновых звезд и того, как динамика их изменений влияет
на звездную эволюцию в целом.
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
87
Воображение Гамова по-прежнему было чрезвычайно бо-
гатым, и Теллер, сотрудничавший с ним вплоть до начала своей
работы над Проектом Манхэттен, вспоминал, что тот нередко
просыпался с очередной счастливой идеей, которая в большин-
стве случаев не выдерживала тщательного анализа. Однако
имели место и продуктивные предположения. Примером тому
служат урка-процессы.
Летом 1939 года семья Гамовых (Любовь, Георгий и их
сын Рустем-Игорь) проводили отпуск в Рио-де-Жанейро. Там
они познакомились с молодым физиком-теоретиком Марио
Шёнбергом (1914-1990), с которым Гамов обнаружил бли-
зость характеров. По возвращении в Вашингтон он добился
для бразильца стипендии Гуггенхайма, и Шёнберг с Гамовым
приступили к работе над проблемами ядерной астрофизики.
Один из вопросов, которым они занимались, касался процесса,
управляющего сверхновыми: какие ядерные механизмы могут
отвечать или по крайней мере способствовать колоссальным
выбросам энергии, которые наблюдаются с незапамятных вре-
мен? Считается, что древнегреческий математик и астроном
Гиппарх Никейский (ок. 190 — ок. 120 до н.э.) заинтересовался
звездами после того, как наблюдал за одной из этих сверхно-
вых, а китайские астрономы в 185 году увидели SN185 — пер-
вую, о которой имеются документальные свидетельства.
Урка-процессы концептуально просты и могли бы играть
значительную роль на конечных стадиях белого карлика, ко-
торый, в свою очередь, является компактным остатком многих
звезд. Урка-процессы соответствуют двум следующим реак-
циям:
1Yn + е" — z4xn+i+ v>
Z-1XW+1 “* Z^N+ e + V-
Прежде всего какое-то ядро, присутствующее внутри звез-
ды, захватывает электрон. Тогда дочернее ядро перемещается
88
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
потоком материи к поверхности звезды, где оно подвергается
распаду 0~, после чего опять образуется исходное ядро. По-
ток материи снова передвигает итоговое ядро внутрь звезды,
и цикл начинается заново. При каждой итерации чистый оста-
ток заключается в производстве нейтрино и антинейтрино,
которые с трудом взаимодействуют с материей и испускаются
вне звезды, неся немалую энергию. Ядро звезды тогда быстро
охлаждается, исчезает давление, которое сдерживает гравита-
ционную силу, в связи с чем внешние слои звезды обвалива-
ются внутрь и происходит взрыв, порождающий сверхновую.
Значительная роль нейтрино в звездных явлениях этого типа
подтвердилась в 1987 году, когда наблюдение за SN1987A со-
впало с обнаружением двумя часами ранее И антинейтрино
детектором Kamiokande-II в Японии, 8 — детектором IMB
в США и 5 — детектором Баксанской нейтринной обсерва-
тории в России. Небольшое число обнаруженных нейтрино
значительно превышало фон наблюдаемого в обсерваториях:
этого было достаточно для того, чтобы констатировать факт
выброса.
Работа Гамова и Шёнберга была опубликована в The
Physical Review в 1941 году под заголовком «Теория нейтрино
звездного коллапса». В тексте указано, что внутренние ядерные
реакции «будут называться для краткости урка-процессами».
В автобиографии Гамов отмечает, что если бы редакторы жур-
нала спросили его о значении слова «урка», он ответил бы, что
это аббревиатура от unrecordable cooling agent («необнаружи-
мый охлаждающий агент», любопытный эвфемизм для «ней-
трино»!); но в действительности «Urea» — это название казино
в Рио-де-Жанейро, где познакомились Гамов и Шёнберг. Гамов
считал, что скорость, с которой из карманов игроков исчезают
деньги, напоминает скорость, с которой нейтрино извлекают
энергию звезды. Очередную шутку Гамова на этот раз поддер-
жал бразильский астрофизик.
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
89
ИСТОРИЯ ОДНОЙ ЗВЕЗДЫ
Звезды образуются на основе гравитационного коллапса гигантского мо-
лекулярного облака — звездного объекта размером 100 световых лет
и массой 6 миллионов М© (где М© — масса Солнца), состоящего в основном
из водорода. Во время коллапса облако конденсируется в протозвездах —
объектах, температура которых зависит от их массы. Если она меньше
0,08 М©, то они не достигают необходимой температуры для начала ядерных
реакций в ядре и превращаются в коричневых карликов. В противном слу-
чае начинается цикл р-р и иногда C-N-O, когда при сжигании водорода об-
разуется гелий. Произведенное излучение оказывает давление излучения,
которое препятствует гравитационному сжатию, и звезда стабилизируется
в основной фазе своей эволюции; в ней она остается, пока в распоряжении
есть водород в ядре — от нескольких миллионов лет в случае голубых су-
пергигантов до сотен тысяч миллионов лет в случае красных карликов.
Основная фаза Солнца, маленькой звезды, равна примерно 10000 мил-
лионов лет, и сейчас наше светило находится в ее середине.
Гиганты и карлики
Когда заканчивается водород, ядро снова начинает сжиматься. Если его
масса выше 0,5 М©, звезда достигает температуры, необходимой для плав-
ления водорода слоя, прилегающего к ядру, и инициирования синтеза со-
держащегося в нем гелия; звезда, оболочка которой расширяется из-за
производимой энергии, превращается в красного гиганта. Если масса
меньше 0,5 М©, новые ядерные реакции не активируются, и звезда про-
должает сжиматься, пока не превращается в гелиевого белого карлика.
Когда заканчивается сжигание гелия, ядро содержит углерод и кислород.
В звездах массой от 0,5 до 10 М© не достигается температура, необходимая
для плавления водорода, и ядро снова сжимается, пока не начнет действо-
вать электронное вырождение, подчиняющееся принципу запрета Паули:
по мере сжатия ядра электроны становятся все ближе друг к другу, и по-
скольку это фермионы и они не могут находиться в одном и том же месте
в один и тот же момент в одном и том же квантовом состоянии, появляется
компонент давления, противоположный сжатию. Ядро охлаждается, при-
легающие слои продолжают синтезировать водород и гелий, возникают
термические импульсы, которые вытесняют оболочку звезды, и образуется
планетарная туманность с белым карликом из углерода и водорода в цен-
тре. В звездах массой больше 10 М© производится плавление углерода
и более тяжелых элементов ядра, в котором в итоге содержатся железо
и соседние элементы по периодической таблице. Поскольку их синтез по-
требляет энергию, ядро быстро коллапсирует, и в некоторых случаях, в ре-
зультате действия еще точно не известных механизмов, гравитационная
энергия, высвобожденная в процессе коллапса, производит взрыв звезды.
Появляется сверхновая (типа IЬ, 1с или II, в зависимости от элементов обо-
90
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
ломки), которая становится нейтронной звездой диаметром почти в не-
сколько десятков километров и с плотностью, превышающей миллиард тонн
на кубический сантиметр. Стабилизируется она благодаря нейтронному
вырождению — явлению, подобному эффекту электронного вырождения,
только для нейтронов (которые также являются фермионами). Если масса
ядра тяжелых элементов велика, нейтронное вырождение способно про-
тивостоять гравитационному коллапсу нейтронной звезды, в результате
образуется черная дыра, плотность которой такова, что никакая материя
и никакое излучение не могут выйти из нее.
Двойные системы
Многие звезды входят в состав двойных систем; в них один из двух компо-
нентов — это объект с сильным гравитационным полем, как белый карлик
или нейтронная звезда. Если они находятся близко, первая звезда выхва-
тывает материю у второй, чем вызывает энергетические явления. В случае
с белым карликом может образоваться новая (какое-то время звезда све-
тит ярче нормального уровня) или сверхновая типа 1а. В случае нейтронной
звезды может произойти быстрый синтез всего «захваченного» водорода,
что порождает вспышку рентгеновских лучей.
Гигантское
молекулярное облако
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
91
СТАТЬЯ а Ру
В начале 1940-х, после сотрудничества с Шёнбергом, Гамов про-
должил изучать эволюцию звезд. Достойна упоминания статья
«Эволюция сжимающихся звезд», опубликованная в 1945 году
в The Physical Review. В этой работе он вычислил изменения
светимости звезд во время сжатия, выяснил, что красные ги-
ганты — это значительно эволюционировавшие звезды, в кото-
рых синтез производится в слоях, окружающих ядро звезды,
где водород полностью исчез, и установил параллели между
различными звездными объектами.
Но к концу десятилетия он вновь изменил свои научные
цели и посвятил себя физической космологии — области фи-
зики, изучающей происхождение и эволюцию Вселенной, ее
структуру, конечное состояние и законы, управляющие ее дина-
микой. Однако здесь речь шла не о «неизведанной территории».
На самом деле Гамов вернулся к исследовательским линиям,
намеченным им в молодости, еще в Ленинградском универси-
тете. Как он сам признавался позже, в то время его привлекала
теория относительности Эйнштейна, причем общая в большей
степени, чем специальная. Однако ему не хватало математи-
ческих навыков. Так сложилось, что именно тогда Александр
Фридман, всерьез заинтересованный в физических примене-
ниях, читал курс «Математические основания теории относи-
тельности», и Гамов слушал его с большим вниманием. Этот
советский математик обнаружил ошибку в одной из статей
Эйнштейна, в которой тот доказывал, что Вселенная должна
быть стабильной и неизменной во времени, а в качестве реше-
ния приведенных в статье уравнений эта ошибка допускала
также возможность других Вселенных, переменных во вре-
мени, которые могут как расширяться, так и коллапсировать
или колебаться. Гамов настроился на работу с Фридманом над
проблемами космологии, но преждевременная кончина матема-
тика нарушила эти планы.
В 1937 году Гамов читал в Вашингтонском университете
курс по теории относительности и ее связи с космологией.
Проходившая в апреле 1942 года восьмая конференция в Ва-
92
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ ФРИДМАН (1888-1925)
Фридман родился в июне 1888 года
в Санкт-Петербурге. В1897 году он по-
ступил в гимназию, где с самого начала
выделялся наряду с будущим великим
математиком Яковом Тамаркиным.
Уже в 1905 году эти юноши написали
совместную статью о числах Бернулли,
которая была опубликована в журнале
Mathematische Annalen, возглавляе-
мом Давидом Гильбертом. Фридман
окончил Санкт-Петербургский уни-
верситет в 1910 году и получил место
преподавателя в Горном институте.
В 1920 году он поступил на службу
в Главную геофизическую обсерва-
торию в Санкт-Петербурге. Георгий
Гамов и также физик Владимир Фок
были в числе его студентов. Он ин-
тересовался некоторыми проблемами гидродинамики и метеорологии
и внес фундаментальный вклад в космологию. Ученый умер в сентябре
1925 года от брюшного тифа.
Полемика с Эйнштейном
Изучая общую теорию относительности, Фридман нашел новые решения
уравнений Эйнштейна, которые выявили ненаблюдаемые ранее вари-
анты динамики Вселенной. В 1922 году он опубликовал в Zeitschrift fur
Physik статью *0 кривизне пространства», в которой доказал, что радиус
кривизны Вселенной может быть функцией, возрастающей или убыва-
ющей во времени либо периодической. Эйнштейн ответил, что решения
Фридмана, соответствующие нестационарному миру, кажутся ему подо-
зрительными и не выполняют уравнения поля. Тогда в письме Эйнштейну
Фридман прояснял все частности своих расчетов и просил его, в случае
если тот не обнаружит ошибок, послать поправку в немецкий журнал. Эйн-
штейн не ответил на письмо, но в мае 1923 года Юрий Прутков, коллега
Фридмана по Петроградскому университету, встретился с Эйнштейном
и завел речь о деталях расчета Фридмана. Немецкий ученый признал
свою ошибку и отправил в Zeitschrift fiir Physik заметку, в которой согла-
сился, что результаты Фридмана верны. Таким образом Фридман дал до-
рогу представлению о расширяющейся Вселенной, хотя до тех пор наука
рассматривала только неизменную Вселенную. К сожалению, прежде-
временная смерть ученого не оставила ему шанса узнать, какой из двух
вариантов является истинным.
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
93
шингтоне называлась «Звездная эволюция и космология».
В заключениях, сформулированных американским геофизиком
Флеммингом и самим Гамовым, можно прочитать: «Следова-
тельно, представляется возможным, что элементы возникли
в процессе, имеющем характер взрыва, который произошел
в «начале времен» и породил сегодняшнее расширение Все-
ленной».
В 1938 году фон Вайцзеккер в работе, уже упомянутой
в связи с циклами производства звездной энергии, выдвинул
ту же идею. В обеих статьях содержался вывод, что невоз-
можно, чтобы в звездах производились значительное число
более тяжелых элементов, чем гелий, но с космологической
точки зрения статьи фон Вайцзеккера и Бете о цикле C-N-O
очень разные. Бете сосредоточился на подробном расчете
производства энергии в звездах. По его мнению, можно было
предположить только, что тяжелые элементы должны были
сформироваться до того, как звезды достигли того состояния
давления и температуры, которое служило основой для его рас-
четов. Однако у фон Вайцзеккера отсутствовали ограничения,
имевшиеся у Бете, и в своей работе, кроме предложения циклов
производства энергии (на основе качественных аргументов, го-
раздо менее подробных в расчетах, чем у Бете), он выдвинул
гипотезу о начальном положении Вселенной, которое соответ-
ствовало первобытному добавлению материи, состоящей, воз-
можно, из водорода. Он предположил, что материя подверглась
коллапсу из-за влияния гравитации, пока не достигла экстре-
мальных условий (температуры в 1011 К и плотности, близкой
к плотности атомного ядра), которые определили образование
различных элементов. Работу фон Вайцзеккера следует счи-
тать одной из первых попыток дать физическое объяснение
происхождению Вселенной. Однако в 1942 году заключение
конференции в Вашингтоне было сформулировано лучше: для
объяснения существования тяжелых элементов требуется со-
бытие, отмеченное изначальным взрывом.
В этом заключался конечный интерес Гамова к проблеме
происхождения Вселенной: понять, как, где и при каких обсто-
ятельствах возникли химические элементы, чтобы прояснить
94
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
их относительную распространенность. Он выказал этот ин-
терес уже в 1935 году на лекции, которую читал в Универси-
тете Огайо. Поскольку астрофизики-ядерщики были убежде-
ны в том, что звезды не обладают подходящим сценарием для
образования тяжелых элементов, они естественным образом
переключились на другой из немногих вариантов (возможно,
на единственный разумный): Вселенная с экстремальными
условиями при ее возникновении. Однако до этого времени
у ученых и в мыслях не было сочетать ядерную физику и кос-
мологию, абсолютно изолированные дисциплины. На самом
деле только в 1945 году Гамов начал рассматривать проблему
с междисциплинарной точки зрения. Первый признак этого со-
держится в письме, в котором он поздравил Бора с 60-летием:
«Было бы очень приятно, если бы конец войны означал возвра-
щение к мирной жизни, такой как 15 лет назад, когда мы пили
горячий шоколад на одном из ваших прошлых дней рождения
на улице Блегдамсвай. Но почему-то я не ощущаю этого сейчас.
Я предчувствую большую лавину, идущую с востока, которая
погребет под собой свободного человека. Простите! Я начал это
письмо не для того, чтобы проявлять свой пессимизм, но именно
таково мое нынешнее состояние духа [...]. Но было бы действи-
тельно очень приятно, если бы можно было вновь начать работу
над чистой наукой без тяжелых туч, нависших в небе! Именно это
я пытаюсь делать сейчас, изучая проблему происхождения эле-
ментов на начальных этапах расширяющейся Вселенной. Работа
предполагает объединение релятивистских формул расширения
и уровни термоядерных реакций и реакций синтеза. Интересно,
что период, в течение которого произошел исходный синтез, [...]
должен был длиться меньше одной миллисекунды, в то время как
только одна десятая секунды была в распоряжении, чтобы уста-
новилось последующее термодинамическое равновесие (если оно
имело место) между различными легкими ядрами».
Однако Гамову понадобился еще год, чтобы разработать эту
идею. В 1946 году он опубликовал в The Physical Review краткую
статью на двух страницах «Расширяющаяся Вселенная и проис-
М ОД ЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
95
хождение элементов», которую некоторые историки науки счи-
тают началом смещения в сторону современной космологии.
В этой работе ученый утверждал, что изначально Вселенная
могла состоять из плотного нейтронного газа, из которого об-
разовались более или менее крупные нейтральные комплексы,
и они в свою очередь породили различные виды атомов по-
средством последовательных 0-распадов. Хотя он не упомянул
об этом в статье, в гипотезе Гамова скрыто проявляется значи-
мость процессов нейтронного захвата в производстве элемен-
тов на начальных стадиях эволюции Вселенной.
В том же году Гамов стал руководителем докторской
диссертации Ральфа Альфера, сына эмигрантов из Белорус-
сии еврейского происхождения, родившегося в Вашингтоне.
В 1941 году Альфер получил должность в Лаборатории при-
кладной физики Университета Джона Хопкинса в Мэриленде.
Он уже работал над диссертацией, когда спустя год столкнулся
с неприятным сюрпризом: тема предложенного ему иссле-
дования уже была освещена другим ученым. И тогда Альфер
обратился к Гамову, и тот посоветовал ему подробно проана-
лизировать распределение элементов во Вселенной в свете его
модели. Для осуществления этой работы требовалась экспери-
ментальная информация об эффективных сечениях процессов
нейтронного захвата наибольшим возможным количеством
видов ядер. К счастью, в том году на собрании Американского
физического общества американский физик-ядерщик Дональд
Юз представил отличную выборку таких данных. Эта информа-
ция была очень важна для ряда других вопросов, например для
выбора наиболее подходящих материалов для строительства
ядерных реакторов. Альфер присутствовал на этом собрании
и, едва вернувшись в Мэриленд, сопоставил результаты работы
Юза с данными, опубликованными швейцарским геохимиком
Виктором Морицем Гольдшмидтом в 1938 году и касавшимися
относительной распространенности элементов во Вселенной.
В итоге он нашел явное соответствие между логарифмами
обоих множеств данных (см. рисунок 3), что подтверждало
гипотезу Гамова. Альфер закончил докторскую диссертацию
летом 1948 года, и защита этой работы привлекла необычайный
96
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
интерес прессы. Без сомнения, интерес был продиктован темой,
которую некоторые связали с сотворением мира.
Перед тем как представить докторскую диссертацию, Аль-
фер и Гамов написали свою знаменитую статью а0у, о которой
шла речь в начале этой главы. Кроме уже упомянутой шутки,
работа обладает ценнейшим содержанием, поскольку представ-
ляет новый образ более ранней Вселенной. В статье «Теория,
основанная на нейтронном захвате, об образовании и относи-
тельной распространенности элементов», опубликованной
в 1948 году в The Physical Review, Альфер объяснял детали мо-
дели, которую они разработали:
«Сразу же после начала расширения Вселенной илем был всего
лишь газом нейтронов. Эти нейтроны начали распадаться на про-
тоны и электроны, при этом плотность была достаточно низкой,
чтобы допустить свободный распад нейтронов, а температура —
достаточно высокой, чтобы средняя термическая энергия на ней-
трон была больше средней энергии связи на нуклон в ядре, так
что ядра как таковые не могли образоваться. Когда при расшире-
нии температура достаточно снизилась, начался захват нейтро-
нов протонами, в связи с чем образовались дейтроны. Эти ядра
далее захватывали все больше нейтронов — так последовательно
ф
X
X
ф
ф
0,01
8
X
0,0001
0,001
0,01	0,1	1	10	100
Относительная распространенность
1000
График из работы
Альфера,
в которой эффек-
тивные сечения
нейтронного
захвата различ-
ных изотопов
сравниваются с их
относительной
распространен-
ностью.
о
о
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
97
создавались более тяжелые ядра. Созданные таким образом ядра
имели большой избыток нейтронов и, следовательно, подвер-
глись последующему p-распаду, трансформируясь в стабильные
формы в течение и после процесса образования элементов. Про-
цесс, должно быть, закончился сокращением уровня реакций за-
хвата, вызванных сокращением плотности в расширении и числа
нейтронов, имеющихся в распоряжении в качестве результата их
радиоактивного распада».
Полученный ими результат представлен на рисунке 4, где
показан логарифм относительной распространенности различ-
ных изотопов в зависимости от их атомной массы. Как видим,
расчет (пунктирная линия) демонстрирует то же самое пове-
дение, что и в данных Гольдшмидта, при этом примечательно
(поскольку в то время труднообъяснимо) постоянство относи-
тельной распространенности наиболее тяжелых элементов.
Илемом, о котором говорил Альфер, Гамов и его студенты
называли «первобытную амальгаму». В той же работе Альфер
поясняет значение этого слова:
«В соответствии с Новым международным словарем Уэбстера
(2-е изд.), слово «илем» — устаревшее и означает: «Первичное ве-
щество, из которого были образованы элементы». Очень хочется,
чтобы слово с таким подходящим значением вернулось в лекси-
ческий актив».
Почти с самого начала Альфер сотрудничал с Робертом Гер-
маном (1914-1997), сыном российских эмигрантов еврейского
происхождения, родившимся в Нью-Йорке. Герман изучал фи-
зику в Принстонском университете, где в 1940 году получил
степень доктора. В отличие от Альфера, Герман хорошо знал
теорию относительности и космологию еще по Принстону. Во-
одушевленные Гамовым, молодые люди уточняли расчеты Аль-
фера, произведенные им в докторской диссертации, и в конце
1948 года на страницах журнала The Physical Review появилась
их статья «Об относительной распространенности элементов»,
в которой они достигли согласованности прежних эксперимен-
98
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
Иллюстрация
из знаменитой
статьи «Ру,
демонстрирующей
сравнение
имеющихся
экспериментальных
данных
об относительной
распространенности
элементов
в зависимости
от атомного номера
с результатами
расчета(пунктирная
линия),
осуществленного
Альфером
и Гамовым.
тальных данных со множеством новых, еще не опубликован-
ных, полученных американским физиком Брауном.
В 1948 году Гамов, Альфер и Герман уже заметили, что рас-
сматриваемая ими модель, основанная на начальном конден-
сате нейтронов, не годилась: илема, который содержал толь-
ко нейтроны, было недостаточно, чтобы объяснить реальную
картину. Если его температура была порядка 109 К, то по за-
кону Стефана — Больцмана, согласно которому плотность из-
лучения пропорциональна четвертой степени температуры,
во-первых, кроме материи на этом первобытном этапе должно
было существовать излучение, а во-вторых, плотность этого из-
лучения должна была быть намного больше собственной плот-
модель БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
99
ности материи. Еще в статье «Эволюция Вселенной», написан-
ной для Nature летом 1948 года, Гамов учел присутствие этого
излучения и предположил, что образование протогалактик
(звездных объектов, предшествующих галактикам) произошло
во время расширения Вселенной, когда плотности излучения
и массы были почти равны, а температура упала приблизитель-
но до 103 К. Прежде чем отправить статью в журнал, он передал
рукопись Альферу и Герману, которые обнаружили некоторые
неточности в расчетах Гамова. Он предпочел не исправлять их
и призвал своих сотрудников вступить в дискуссию на стра-
ницах Nature и представить верные расчеты таким образом.
Альфер и Герман выполнили его просьбу, в итоге статья с иден-
тичным названием, «Эволюция Вселенной», была опубликована
в том же номере журнала через несколько страниц после ста-
тьи Гамова, а также в апреле 1949 года в The Physical Review,
уже под заголовком «Наблюдения об эволюции расширяющейся
Вселенной». Кроме того, в этих работах был представлен еще
один очень значимый результат: Альфер и Герман выяснили,
что температура нынешней Вселенной составляет примерно
5 К, и подчеркнули:
«Эта средняя температура должна толковаться как фоновая тем-
пература, которая возникает только из расширения Вселенной.
Однако тепловая энергия, получаемая из производства ядерной
энергии в звездах, должна быть больше этого значения».
Уравнения, которые они использовали для нахождения
этого результата, присутствовали и в работе Гамова. Однако
он не дал точную оценку нынешней температуры Вселенной.
По сути, никто из троих не посчитал это значение важным.
Не привлек внимания космологов и астрофизиков этот
результат и в последующие годы. И только в 1964 году аме-
риканские физики Арно Пензиас (р. 1933) и Роберт Вильсон
(р. 1936), построившие радиоастрономическую антенну вы-
сокой чувствительности в обсерватории Лабораторий Белла,
обнаружили избыточный шум и не смогли приписать его ника-
кому известному источнику интерференций. Пензиас связался
100
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
с астрофизиком Робертом Дикке (1916-1997), который пред-
положил, что они имеют дело с космическим микроволновым
фоновым (реликтовым) излучением, предсказанным некото-
рыми космологическими теориями. Это излучение обладает
термическим спектром в несколько градусов Кельвина (сегод-
ня его смогли измерить точно: 2,72548 К). Пензиас и Вильсон
получили Нобелевскую премию по физике в 1978 году за это
открытие (в том же году лауреатом Нобелевской премии стал
старинный друг Гамова Петр Капица). Однако в своих работах
они не упомянули прогнозы, сделанные группой Гамова деся-
тью годами ранее. В 1950 году Альфер и Герман уточнили свою
оценку и получили 2,8 К, а в 1953 году Гамов обнаружил значе-
ние 7 К с помощью инновационного, но очень простого расче-
та. Опубликованный в датском журнале, этот расчет стал при-
чиной полемики, только никто не сумел найти в нем никакой
ошибки. Хотя Пензиас извинился за свою забывчивость, Гамов
не мог скрыть свое неудовольствие.
Космологические теории, о которых говорил Дикке, затра-
гивали вопросы происхождения времени и пространства рас-
ширяющейся Вселенной, и среди них была модель Большого
взрыва.
БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ
Несмотря на то что многие приписывают термин «Большой
взрыв» Гамову, на самом деле он никогда не нравился ученому.
Георгий Антонович признался в интервью, которое незадолго
до своей смерти дал Уэйнеру:
«Я никогда не называл его «Большой взрыв», поскольку это
что-то вроде клише. Думаю, этот термин придумали космологи,
[защитники] теории неизменной Вселенной. Они еще называли
его «огненный шар», что уж совсем с ним не связано. Никакой это
не огненный шар. Он не имеет никакого отношения к огненному
шару атомной бомбы».
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
101
В своих работах Гамов не использовал этот термин, за ис-
ключением статьи «Гравитация», напечатанной в 1961 году
в Scientific American. Он предпочитал называть это «теория
релятивистской эволюции» или «гипотеза начала». В своей
научно-популярной книге «Создание Вселенной» он подроб-
но описал собственную космологическую модель, употребляя
вместо словосочетания «Большой взрыв» другое обозначе-
ние — «большое сжатие» Вселенной, которое должно было
предшествовать началу ее расширения.
Действительно, в космологическом контексте термин
«Большой взрыв» впервые использовал английский астроном
Фред Хойл (1915-2001). В 1949 году он выступил в радиопе-
редаче на ВВС, в которой описал теорию стационарного состо-
яния. Эта модель Вселенной была предложена в конце 1920-х
годов английским физиком и астрономом Джеймсом Хопвудом
Джинсом, пересмотрена в 1948 году самим Хойлом и незави-
симо австрийскими учеными Германом Бонди (космологом
и математиком) и Томасом Голдом (астрофизиком). В теории
предполагалось, что Вселенная в крупном масштабе никогда
не изменяется и не изменится, то есть у нее не было происхож-
дения, она всегда существовала. Таким образом удовлетворялся
так называемый космологический принцип — аксиома, постули-
рующая, что распределение материи во Вселенной однородное
и изотропное. Одна из основных сложностей этой модели за-
ключалась в описании Вселенной, представленном в так назы-
ваемом законе Хаббла.
— Звездные объекты глубокого космоса обладают смещением
Доплера, которое истолковывается как относительная ско-
рость по отношению к Земле.
— Эта относительная скорость пропорциональна расстоянию
между объектом и Землей.
Закон в 1929 году сформулировал американский астроном
Эдвин Пауэлл Хаббл (1889-1953). Расширяющаяся Вселен-
ная не поддерживает постоянную среднюю плотность материи,
102
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
Космическое
фоновое излучение
Темные
века
Квантовые
флуктуации
Образование галактик.
Ускоренное расширение
по темной энергии
Инфляция
Первые звезды —
400 миллионов лет
WMAP
Расширение Вселенной
13 700 миллионов лет
ВВЕРХУ:
В 1940-е годы
Гамов выдвинул
гипотезу,
что Вселенная
зародилась
в процессе,
имеющем
характер взрыва.
На иллюстрации
показана
эволюция
Вселенной
от момента
Большого взрыва.
ВНИЗУ:
Справедливость
модели Большого
взрыва
подтвердило
обнаружение
реликтового
излучения
Пензиасом
(справа)
и Вильсоном
(слева)
в 1964 году, когда
они строили
антенну высокой
чувствительности.
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
103
и поэтому Хойл, Бонди и Голд добавили к модели «источник
материи» и предположили, что во Вселенной создание материи
происходит постоянно и спонтанно, но уровень его настолько
мал (порядка 10-43 г/см3 • с), что его невозможно обнаружить
экспериментально.
Очевидно, что теория стационарного состояния Вселен-
ной, не имеющей начала и конца, противоречила различным
моделям Вселенной, предполагающим начало. Пытаясь опи-
сать последние теории, Хойл говорил о «гипотезе того, что вся
материя Вселенной была создана большим взрывом в опреде-
ленный момент далекого прошлого». Хойл считал, что эта ги-
потеза иррациональна и чужда науке: «Я не вижу ни одной до-
стойной причины предпочесть идею большого взрыва», — этими
словами он закончил свое выступление на ВВС. И хотя позже
он смягчил свою позицию по отношению к модели, все же так
и не перестал выступать против нее.
Было много сказано о том, что Хойл произнес большой
взрыв презрительным и оскорбительным тоном, но сам ученый
открыто отрицал это. Вероятно, ему просто были нужны чет-
кие образы, которые позволили бы донести до радиослушате-
лей некоторые технические понятия, и Хойл придумал термин
на ходу.
Как бы то ни было, это одно из наиболее удачных назва-
ний в истории науки, хотя успех заставил себя ждать: посто-
янно использовать данный термин в космологии стали только
в 1970-е годы. Действительно, изначально термин больше ис-
пользовался в популярных изданиях, чем в научных работах.
В специальной литературе первым его употребил физик-ядер-
щик и астрофизик Уильям Фаулер в статье «Образование эле-
ментов», в 1957 году опубликованной в Scientific Monthly.
СОЗДАТЕЛИ МОДЕЛИ
Толчком для гипотезы Большого взрыва стало открытие
в 1964 году Пензиасом и Вильсоном микроволнового фоно-
104
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
ФРЕД ХОЙЛ (1915-2001)
Английский астроном Хойл родился
в Йоркшире. Он изучал математику
в Колледже Эммануэль в Кембридже,
а во время Второй мировой войны ра-
ботал на Британское Адмиралтейство,
создавая противорадарные системы.
В 1945 году он вернулся в Кембридж-
ский университет, где оставался
до 1973 года. В1967 году Хойл возгла-
вил Институт астрономии в Кембридже,
который при нем стал одним из самых
авторитетных учебных заведений в об-
ласти теоретической астрофизики. По-
кинув Кембридж, он посвятил себя на-
писанию научно-популярных книг
и произведений научной фантастики, читал лекции во многих университетах
и исследовательских центрах по всему миру. С1973 года Хойл был прези-
дентом комитета управления англо-австралийского телескопа, построенно-
го в Новом Южном Уэльсе (Австралия). В1997 году, гуляя неподалеку от сво-
его родного городка, ученый упал в глубокий овраг и получил
многочисленные повреждения. Несчастный случай сказался также на его
памяти и живости ума. Фред Хойл скончался в 2001 году.
Научные работы
В конце 1940-х годов Хойл опубликовал первые работы по производству
на звездах элементов, более тяжелых, чем гелий, предположив, что тем-
пература, которая образуется в их ядре, на самом деле намного больше
температуры, принимаемой во внимание для термоядерных реакций, от-
ветственных за производство энергии при основной последовательности
эволюции. Кроме того, он выдвинул гипотезу, что элементы от углерода
до железа производятся ядерными реакциями синтеза в концентрических
слоях при обилии некоторых составляющих, которые образуют опреде-
ленные массивные звезды в эволюционном состоянии, предшествующем
сверхновой. В частности, он допускал существование возбужденного со-
стояния углерода, неизвестного до тех пор, которое было необходимо для
того, чтобы процесс образования 12С на основе трех а-частиц мог про-
исходить с достаточной интенсивностью и объяснял распространенность
углерода. В 1957 году совместно с Элинор Маргарет Бербидж, Джефри
Рональдом Бербиджем и Уильямом Альфредом Фаулером (лауреатом
Нобелевской премии 1983 года) Хойл опубликовал знаменитый «Синтез
элементов в звездах» — фундаментальную, широко цитируемую работу
по объяснению ядерного синтеза.
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
105
ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА
Эффектом, или смещением, Доплера называется физическое явление,
имеющее место, когда частота волны измеряется наблюдателем, нахо-
дящимся в движении относительно источника данной волны. В 1842 году
это явление обосновал австрийский математик и физик Кристиан Доплер:
он использовал его для изучения цвета света двойных звезд. В 1845 году
эффект был подтвержден голландским химиком и метеорологом Бёйс-
Баллотом для случая звуковых волн, а в 1848 году французский физик
Физо независимо открыл его для электромагнитных волн.
Звук
Источник S испускает звуковую волну, которая перемещается по воздуху
с постоянной скоростью v. Если источник находится в состоянии покоя (см.
рисунок 1), но длина этой волны, то есть расстояние между соответству-
ющими ее максимумами (представленными на рисунке окружностями),
будет равна ks=v/fs, где fs — частота волны. Предположим, что источник
движется с постоянной скоростью vs (см. рисунок 2). Тогда длина волны
изменяется. Действительно, время, затрачиваемое источником на ис-
пускание полного волнового цикла, — это ее период, T=l/f8; в течение
этого времени волна пройдет расстояние vT = v/fs, в то время как источник
сместится на vT=vs/fs. Тогда длина волны в направлении движения ис-
точника будет равна \=(v- vs)/fs в направлении вперед и X = (v+vs)/fs—
назад. По направлению вперед волны сжимаются, а по направлению
назад — растягиваются.
В движении
Теперь рассмотрим наблюдателя О, который движется со скоростью v0 к ис-
точнику, находящемуся в состоянии покоя. Скорость волны относительно
наблюдателя равна v + v0, а частота, которую воспринимает приемник,
равна fo=(v+vo)/X.s=fs(l + vo/v). Таким образом, частота, измеряемая на-
блюдателем, больше исходной. Если наблюдатель удаляется от источника,
106
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
измеряемая частота задана fo = fs (1 - vo/v), что ниже исходной. Теперь пред-
положим, что движутся как наблюдатель, так и источник (см. рисунок 2). Как
и раньше, скорость звуковой волны относительно наблюдателя равна v + vo,
но теперь длина волны равна X , в связи с чем частота, которую обнару-
жит наблюдатель, равна fo = (v + vo) X = fs[(v + vo) / (v + vs)]. Это уравнение
абсолютно общее и включает все возможности относительного движе-
ния между источником и наблюдателем — не только того, что показано
на рисунке. Так, мы можем рассмотреть случай с сиреной приближаю-
щейся к нам скорой помощи. Когда машина приближается, а наблюдатель
находится в состоянии покоя, частота, которую мы обнаруживаем, fo =
= fs\v/ (v - v)], выше исходной, а когда она удаляется, fo = f'[v/ (v + vs)] со-
ответствует более низкому тону, чем тон самой сирены. Однако наш опыт
говорит, что по мере приближения машины тон, который мы слышим, ста-
новится каждый раз все более сильным (частота растет), а когда машина
удаляется, звук каждый раз все более глухой (частота уменьшается). При-
чина этой изменчивости состоит в том, что скорость vs, которая появляется
в предыдущих выражениях, — это на самом деле составляющая скорости
машины, измеряемой в направлении, соединяющем наше положение
с положением автомобиля. К счастью, наше положение находится не на
траектории машины, так что эта составляющая варьируется по мере дви-
жения: она уменьшается, когда приближается к нам (из-за чего растет
частота звука, который мы слышим), аннулируется, когда скорость нахо-
дится на одном уровне с нами (тогда мы слышим реальную частоту сирены),
и снова увеличивается по мере того, как она удаляется (в связи с чем ча-
стота снова уменьшается).
Электромагнитные волны
В случае с электромагнитными волнами (испускаемый звездами свет)
необходимо пользоваться релятивистскими выражениями для состава
скоростей, задействованных в проблеме, и это приводит к выраже-
нию, из которого следует, что наблюдаемая частота равна fo = fs[(c - v) /
/ (с + v)]1/2, где с — скорость света, a v — относительная скорость между ис-
точником и приемником, так что если они удаляются друг от друга, то v > О,
и наоборот — если они приближаются друг к другу. В первом случае частота
уменьшается, во втором увеличивается. В примере со звездами было за-
мечено, что спектральные линии, которые соответствуют присутствующим
в них химическим элементам, представлены с меньшими частотами, чем
линии, наблюдаемые в экспериментах на Земле с теми же элементами,
известными еще со второй половины XIX века. Меньшие частоты означали
большие длины волны, а в случае со спектральными линиями, которые по-
являлись в видимой части электромагнитного спектра, они оказывались
смещенными в сторону красного (видимого цвета с меньшей частотой).
Этот эффект позволил констатировать расширение Вселенной.
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
107
вого излучения. Однако история модели, которая со временем
получила название теории Большого взрыва, родилась задолго
до этого. До 1930 года статическая Вселенная, задуманная
в рамках общей теории относительности, была площадкой,
на которой астрономы и астрофизики вели свои исследова-
ния. В 1928 году в книге «Природа физического мира» Артур
Эддингтон предположил возможность состояния наименьшей
энтропии, которое могло бы соответствовать «космическому
ГАМОВ И ТЕОРИЯ СТАЦИОНАРНОГО СОСТОЯНИЯ
В 1958 году прошел 11-й Сольвеевский конгресс, который был посвя-
щен строению и эволюции Вселенной. Как вспоминал Гамов, незадолго
до съезда он получил письмо от Паули, в котором тот интересовался,
хочет ли Георгий Антонович принять в нем участие. Гамов ответил, что
хочет, более того, в те дни он как раз будет в Европе. Однако через не-
которое время Паули написал, что обратился к Брэггу (главе организа-
ционного комитета) за приглашением, но выяснилось, что, к сожалению,
свободных мест нет. Гамов решил, что это случилось из-за его позиции
противника теории стационарного состояния, которую предложили Хойл,
Бонди и Голд, соотечественники Брэгга. Разочарование ученого выра-
жено в следующем фрагменте его автобиографии:
«Вначале Бог создал излучение и илем. И илем был без числа и формы,
и нуклоны, как безумцы, сталкивались пред числом бездны. И Бог ска-
зал: «Пусть будет масса два*. И стала масса два. И Бог увидел дейте-
рий, и был он хорош. И Бог сказал: «Пусть будет масса три*. И стала
масса три. И Бог увидел тритий и тралфиум [гелий-3], и они были хо-
роши. И Бог продолжал называть число за числом, пока не пришел
к трансурановым элементам. Но когда Он оглянулся на дело рук Своих,
то нашел, что это нехорошо. В возбуждении счета Он упустил назвать
массу пять, так что, естественно, нельзя было образовать более тя-
желые элементы. Бог был очень расстроен и даже хотел вновь сжать
Вселенную и начать все сначала. Но это было бы слишком просто. По-
этому, будучи всемогущим, Бог решил исправить Свою ошибку более
невозможным образом. И Бог сказал: «Пусть будет Хойл*. И был Хойл.
И Бог посмотрел на Хойла [...] и велел ему создать тяжелые элементы
любым способом, каким тот пожелает. И Хойл решил создать тяжелые
элементы в звездах и распространить их везде взрывами сверхно-
вых. Но, делая это, он должен был получить ту же кривую распределе-
108
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
началу». Однако сам он утверждал: «как ученый я не верю в то,
что Вселенная началась со взрыва», при этом любопытно, что
Эддингтон использовал это последнее слово в таком контек-
сте. Но первым, кто заговорил о начальном состоянии Все-
ленной и ее расширении, был бельгийский астроном Жорж
Леметр (1894-1966), который независимо отыскал решения
уравнений Эйнштейна, найденные Фридманом несколькими
годами ранее. Но в отличие от последнего, Леметр смог свя-
Участники Сольвеевского конгресса 1958 года. В их числе — Леметр, Паули, Брэгг,
Оппенгеймер (третий, пятый, шестой и седьмой слева среди сидящих) и Хойл (третий слева
среди стоящих).
ния, которая могла бы стать результатом ядерного синтеза в илеме,
если бы Бог не забыл назвать массу пять. И таким образом, с помо-
щью Бога Хойл создал тяжелые элементы, но способ был таким слож-
ным, что ныне ни Хойл, ни Бог, ни кто-либо еще не могут вычислить
точно, как все это было сделано*.
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
109
зать решения, предсказывающие расширяющуюся Вселенную,
с существовавшими в то время экспериментальными данными
смещений Доплера в сторону красного. Этот результат дати-
руется 1927 годом, а через два года Хаббл провозгласил свой
закон. На самом деле сегодня ведется большая полемика по по-
воду авторства этого открытия, поскольку не ясно, знал ли
Хаббл о работе Леметра, когда формулировал закон, названный
его именем.
В 1927 году Вселенная Леметра не включала понятие Боль-
шого взрыва. Она расширялась с момента прасостояния, воз-
раст которого не поддавался определению. Однако в 1931 году
в опубликованной в Nature статье «Принцип мира с точки зре-
ния квантовой теории» Леметр впервые предположил, что на-
чальное состояние Вселенной могло бы быть системой с плот-
ностью атомного ядра и размером Солнечной системы, которая
распалась или взорвалась в «суперрадиоактивном» процессе.
Хотя ученый считал, что это состояние действительно суще-
ствовало, он думал, что невозможно получить информацию
о его физических свойствах: время началось после радиоактив-
ного взрыва, то есть с того момента, когда началось расшире-
ние Вселенной. Леметр не рассуждал на тему происхождения
этой «первобытной системы», но некоторые историки полага-
ют: будучи не только астрономом, но и католическим священ-
ником, он мог считать, что Вселенная создана Богом. Леметр
назвал свою гипотезу теорией первобытного атома, и коллеги-
космологи считали ее умозрительной, но нет сомнений, что его
можно причислить к одним из отцов модели Большого взрыва.
Другим ее создателем, конечно, был Гамов. Путь, который
он проделал, прежде чем предложить свою космологическую
модель, как мы заметили, очень отличается от пути Леметра,
поскольку его интересовало образование элементов из на-
чального состояния очень высокой плотности и температуры.
Именно эта характеристика начальной очень горячей Вселен-
ной отличает модель Гамова (а также Альфера и Германа). Что
любопытно, в автобиографии Гамов приписывает авторство
этой гипотезы Фридману.
но
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
Согласно оригинальной теории расширяющейся Вселенной
Фридмана, она должна была начаться с «сингулярного
состояния», при котором плотность и температура материи
были практически бесконечными.
Георгий Гамов, приписывая авторство гипотезы расширяющейся
Вселенной Фридману
Однако ни в одной из немногих работ Фридмана не упо-
минаются возможные физические свойства Вселенной в ее на-
чальном состоянии: труды этого ученого были чисто математи-
ческими, и значение, которое он придавал своим результатам,
зависело от характеристик найденных им решений уравнений.
Некоторые историки считают, что идея относительно физиче-
ских свойств Вселенной в начальной точке в общении Фрид-
мана со своими студентами могла пониматься как естествен-
ная, но нет никаких документов, позволяющих утверждать это,
за исключением ранее упомянутого комментария Гамова.
Однако модель Гамова могла объяснить только образо-
вание наиболее легких элементов, в основном гелия. Потре-
бовалось несколько лет, прежде чем в 1957 году были поняты
процессы образования тяжелых элементов. Тогда чета астрофи-
зиков Элинор Маргерит Бербидж и Джефри Рональд Бербидж,
Фаулер и Хойл опубликовали в Review of Modem Physics ста-
тью «Синтез элементов в звездах», известную в астрофизиче-
ском сообществе как «статья B2FH» (по инициалам ее авторов).
В этом материале ученые показывали, каким образом посред-
ством того, что они обозначили как процессы г (быстрый) и s
(медленный), могли производиться тяжелые элементы, и эти
процессы имели место не во время Большого взрыва, а в самих
звездах или в сверхновых.
В 1951 году Гамов послал копии своих недавних научно-по-
пулярных статей папе Пию XII, сообщив, что через несколько
месяцев выйдет его книга «Создание Вселенной». По-видимому,
папа с энтузиазмом прочитал и книгу, и статьи, поскольку в ноя-
бре того же года поддержал модель Большого взрыва в длин-
ной речи, адресованной Папской академии наук и названной
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
111
«Доказательства существования Бога в свете современных
естественных наук». В начале выступления он подчеркнул, что
«чем больше продвигается вперед истинная наука, тем больше
она находит Бога, как будто бы Он стоит и ждет за каждой две-
рью, которую открывает наука». И в заключение:
«[Современная наука] пошла в направлении космического раз-
вития и [...] указала в качестве начала времен период около
5000 миллионов лет назад. Конкретизация этих физических фак-
тов подтверждает чудо создания Вселенной и хорошо обоснован-
ный вывод, что примерно в это время космос был рожден от руки
Создателя. Создание [...] и, следовательно, Создатель и значит
Бог! Этого утверждения — хотя оно не открытое и не полное —
мы ждем от науки».
Леметру, несмотря на его религиозность, подобные побед-
ные заявления показались неуместными. Говоря о собственной
теории первобытного атома, он изрек: «Насколько я могу ви-
деть, эта теория стоит за гранью любого метафизического или
религиозного вопроса».
Ни Гамов, ни его аспиранты не анализировали появле-
ния их илема\ они разработали чисто эволюционную модель,
а не креационистскую теорию. Разумеется, все трое старались
держать свою Вселенную вдали от любого религиозного вме-
шательства. Но нет ничего удивительного в том, что эта идея
привлекла внимание верующих и неверующих: Вселенная, име-
ющая начало! А что было до нее?
112
МОДЕЛЬ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА
ГЛАВА 4
В поисках
неизвестного кода
После блестящего этапа в сфере
астрофизики и космологии Гамов
ступил в новую эпоху важных изменений
в своей жизни. Он развелся и снова женился,
покинул Университет Джорджа Вашингтона и уехал
в Колорадский университет, некоторое время был
в Беркли приходящим профессором. Он корпел
над проблемой кодификации ДНК и продолжил
свою большую миссию по популяризации науки.
Гамов продолжал работать и читать лекции
по всему миру до самой смерти в 1968 году.

В 1954 году Гамов написал статью «Синтез белков молекула-
ми ДНК», посвященную генетическому коду, что тогда было
очень популярной темой, поскольку за год до этого британец
Фрэнсис Крик и американец Джеймс Уотсон открыли структу-
ру молекулы ДНК. Кроме фамилии Гамов, под статьей стояла
подпись Ц. Г. X. Томпкинс. Этот материал был предложен к пу-
бликации престижному американскому журналу Proceedings of
the National Academy of Sciences. В интервью Чарльзу Уэйнеру
Гамов признался, что статью отвергли, потому что у рецензен-
тов-биологов были к ней существенные претензии. Однако
в книге «Генетический код: вчера, сегодня, завтра», изданной
в 1966 году, Крик свидетельствует, будто сам Гамов рассказы-
вал ему: статью не приняли, потому что этот Томпкинс не был
реальным человеком. В итоге работу напечатали в датском
журнале, подписанную единственной фамилией — Гамов.
Томпкинс — это герой серии научно-популярных книг,
созданных Гамовым для объяснения физики широкой публи-
ке. Сложно, если не невозможно выяснить, какой оказалась ис-
тинная причина, по которой эта статья не появилась в упомя-
нутом журнале, но так или иначе, этот эпизод показывает, что
Гамов был отпетым шутником и использовал любую возмож-
ность, чтобы реализовать какую-нибудь остроумную выходку.
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
115
ГАМОВ И ЭЙНШТЕЙН
В январе 1939 года состоялась пятая конференция по теоре-
тической физике в Вашингтоне, центральная тема была сфор-
мулирована как «Физика низких температур и сверхпроводи-
мость». На заседаниях обсуждали свойства жидкого водорода,
дейтерия и гелия, интерпретации имеющихся данных об ади-
абатическом размагничивании различных парамагнитных со-
лей при температурах ниже 1 К и явления сверхпроводимости.
Ферми, Уленбек, Бете, Брейт, Кондон, Раби, Розенфельд были
в числе присутствовавших. Однако именно Бор привлек вни-
мание к теме, которая выходила за рамки конференции, но со
временем стала крайне важной для человечества.
За несколько месяцев до этого Ган и Штрассман открыли
деление урана, а Мейтнер и Фриш дали толкование этому про-
цессу. Практически сразу стало ясно, сколь огромное количе-
ство энергии он выделяет, и ряд физиков, например Силард,
Теллер и Вигнер, убедили Эйнштейна отправить знаменитое
письмо президенту Рузвельту, в котором он сообщал о при-
менимости этого процесса для гонки вооружений. В середине
1939 года Рузвельт создал комитет, ставший первой ласточкой
Проекта Манхэттен, развернувшегося в Лос-Аламосе в 1942 го-
ду. Несмотря на то что на момент начала Второй мировой вой-
ны Гамов был одним из лучших специалистов по ядерной фи-
зике, его не было среди ученых, перебравшихся в Лос-Аламос
с целью разработать и построить ядерную бомбу. Как не было
среди них и Эйнштейна.
Причины, почему ни первому, ни второму не предложили
участвовать в столь масштабном научном проекте, неясны. Не-
которые считают, что Эйнштейн обладал «слишком большим»
весом: он говорил с президентом напрямую и, следовательно,
после построения объекта мог вмешаться в его последующее
использование. Кроме того, он был несколько странным, экс-
центричным, слишком известным, атеистом и, возможно, даже
коммунистом. Многие из этих черт считались характерными
также и для Гамова, который имел еще и проблемы с алкоголем
не
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
и вдобавок ко всему был выходцем из СССР. Более того, он яв-
лялся офицером Красной армии (об этом см. главу 1).
В 1935 году у Георгия и Любови родился сын Рустем-
Игорь, который спустя годы стал преподавателем микробио-
логии в Колорадском университете, хотя прежде успел побыть
балетным танцором, курьером и тренером по карате. Будучи
походником, он разработал и запатентовал мешок Гамова, на-
дувной спальник с человеческий рост, позволяющий поддер-
живать давление и таким образом предупреждать симптомы
горной болезни.
В 1940 году Гамов получил американское гражданство,
но несмотря на это власти с подозрением относились к нему
и допускали не до всякой деятельности. В любом случае и Эйн-
штейн, и Гамов выступали консультантами флота по вопросу
обычных взрывчатых веществ. С позволения университета
Георгий Антонович посвящал этой деятельности один рабо-
чий день. Эйнштейн, уже разменявший седьмой десяток, со-
гласился на поручение с условием, что не ему придется ездить
в Вашингтон и ему разрешат давать консультации в Принстоне.
Гамов вспоминал, что каждые две недели ему приходилось от-
правляться к Эйнштейну, чтобы демонстрировать поставлен-
ные задачи и обсуждать с ним возможные решения. Но после
разбора вопросов, связанных со взрывчатыми веществами,
у них оставалось время на обсуждение физики и астрономии.
Как рассказывает Гамов, тогда «[Эйнштейн] быстро оживлялся,
и его мысль была столь же острой, как и прежде». По словам
Гамова, в ходе одного из таких разговоров ученый признался
ему, что введение космологического члена в его уравнения было
главным ляпом в его жизни.
Эйнштейн включил в свои уравнения поля общей теории
относительности дополнительный член — космологическую
константу, — чтобы позволить этим уравнениям описывать
статичную Вселенную, которая была его любимой гипотезой.
Без этого дополнительного члена гравитационное притяже-
ние производило бы сжатие Вселенной, изначально находив-
шейся в равновесии. Спустя некоторое время после того, как
Эйнштейн предложил это изменение в своих уравнениях,
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
117
выяснилось, что Вселенная расширяется. Кроме того, оказа-
лось, что объяснить это можно было на основе решений ори-
гинальных уравнений (то есть без космологического члена),
которые нашел Фридман. Однако измерения, осуществленные
ТЕМНАЯ ЭНЕРГИЯ И МАТЕРИЯ
В начале 1990-х годов присутствовала уверенность в том, что из-за грави-
тационного притяжения между звездными объектами Вселенная в итоге
замедлит свое расширение, прекратит его и далее станет сжиматься.
В 1998 году космический телескоп Хаббл преподнес сюрприз. Из про-
изведенных с его помощью наблюдений можно было сделать ровно
противоположный вывод: расширение Вселенной далеко от замедления,
наоборот, оно ускоряется. В попытках прояснить эти экспериментальные
данные возникли два влиятельных термина — темная энергия и материя.
Различные объяснения
Для объяснения существования темной энергии были рассмотрены не-
сколько возможных гипотез. Прежде всего речь могла идти о собствен-
ной энергии «пустого пространства», которую можно описать с помощью
космологической константы, подобной использованной Эйнштейном:
по мере расширения Вселенной появляется больше пространства, уве-
личивается ее энергия, и расширение ускоряется все больше и больше.
Вторая вероятность состоит в том, что теория гравитации Эйнштейна не-
верна и необходима новая теория, заменившая бы нынешние уравнения
общей теории относительности и включившая бы в себя тип поля, кото-
рый производил бы ускоренное расширение и одновременно объяснял
все имеющиеся данные галактической динамики. Наконец, речь могла
идти о каком-то типе энергетического флюида, который ряд ученых на-
звали квинтэссенцией-, он пока не был обнаружен, но, согласно этой тео-
рии, заполняет пространство и способен производить на расширение эф-
фект, противоположный воздействию материи и «нормальной» энергии.
Решить, какое из этих объяснений (или какое-то другое) верное, можно
только одним путем — получить больше экспериментальных данных
лучшего качества. Природа темной материи — второй детали голово-
ломки — нам неизвестна, и скорее можно сказать, чем она не является.
Как указывает само ее название, она «темная», то есть не имеет формы
«видимых» звезд или планет, масса которых намного меньше требуе-
мой. Она не находится в форме невидимых дополнений к нормальной
«барионной» материи (состоящей в основном из протонов и нейтронов),
118
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
в конце XX века с помощью космического телескопа Хаббл,
показали, что расширение Вселенной ускорялось с самого на-
чала, вопреки ожиданию, и этот факт мог быть объяснен про-
стым способом с помощью космологического члена, как это
поскольку этот тип материи легко обнаружить на основе эффектов, кото-
рые она производит на пересекающее ее излучение. Это также не антима-
терия, поскольку в таком случае был бы обнаружен специфический знак
процесса аннигиляции частица-античастица: пара фотонов с энергией,
равной массе аннигилирующихся частиц, умноженной на с2. Наконец, это
не могут быть черные дыры, поскольку воздействие, которое они произ-
водят на свет, происходящий из удаленных от них объектов (они искрив-
ляют траекторию света), легко обнаружим, а количества таких случаев
недостаточно для объяснения количества необходимой темной материи.
Среди возможностей сегодня рассматриваются «массивные компактные
объекты галактических гало» и «слабовзаимодействующие массивные ча-
стицы» (английские аббревиатуры MACHO и WIMP соответственно). Пер-
вые включают в себя барионную материю в коричневых карликах или
в маленьких и плотных добавлениях тяжелых элементов. Вторые — ча-
стицы, такие как нейтрино, аксионы, нейтралино и так далее. Последние
экспериментальные данные, похоже, склоняют в пользу WIMP, а именно
аксионов и нейтралино, которые еще предстоит обнаружить.
Согласно последним измерениям космической обсерватории «Планк» (проект
Европейского космического агентства с участием НАСА и Канады), Вселенная, возраст
которой примерно 13 800 миллионов лет, состоит по большей части из темной энергии
и материи, как показано на диаграмме, в то время как материя, называемая
«нормальной», занимает наименьший процент.
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
119
сделал Эйнштейн. Окончательного объяснения этого экспери-
ментального факта еще не было, но появилась формулировка
новой, очень «притягательной» гипотезы: темная энергия и ма-
терия. Утверждение Гамова, высказанное им в автобиографии
об ошибке Эйнштейна, породило большое количество статей,
в которых пытались установить, действительно ли Эйнштейн
говорил те слова или же, как это часто бывало, то являлось пре-
увеличением Гамова. Некоторые допускают вероятность про-
блемы перевода, поскольку Эйнштейн и Гамов вполне могли
общаться на немецком — оба владели им лучше английского.
Другие считают, что это выражение слишком «сильное» для
обычной манеры общения Эйнштейна, даже для случаев обще-
ния с наиболее близкими ему людьми, хотя нет сомнения в его
раскаянии в связи с этим космологическим членом. В 1947 году
в письме Деметру он сетовал:
«С тех пор как я ввел этот [космологический] член Л, у меня
было неспокойно на душе. Но в тот момент я не видел другой
возможности учитывать факт существования средней конечной
плотности материи. Конечно, я был очень недоволен тем, что
закон гравитационного поля должен состоять из двух независи-
мых членов, связанных суммой. О справедливости этих чувств
по отношению к логической простоте сложно спорить. Я не могу
перестать сожалеть об этом и не могу поверить, что нечто столь
неприятное может происходить в природе».
Зато, похоже, нет сомнений в склонности Гамова к гипер-
болизации. В книге Ют Дарвина до Эйнштейна. Величайшие
ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание
жизни и Вселенной» астрофизик и популяризатор науки Марио
Ливио упоминает статью Стивена Брунауэра — химика вен-
герского происхождения, который работал на американское
правительство во время Второй мировой войны и сотрудничал
с Эйнштейном и Гамовым, консультировавшими флот. В этой
работе Брунауэр подчеркивает, что Гамов вовсе не отвечал
за связь с Эйнштейном и навещал его не так часто, как сообща-
ло
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
ет в автобиографии. Согласно Ливио, Гамов преувеличил свои
отношения с Эйнштейном. Как и многие другие.
ВОДОРОДНАЯ БОМБА
После войны, в 1948 году, Гамов был допущен к секретной ра-
боте, и Норрис Эдвин Брэдбери, директор Лос-Аламосской
национальной лаборатории с 1945 по 1970 год, пригласил его
присоединиться к команде, развивающей технологию изготов-
ления термоядерной бомбы. Именно Теллер ходатайствовал
перед Брэдбери за Гамова, и тот согласился. Проектом руко-
водили сам Теллер и математик Станислав Улам (1909-1984).
В течение 1951 года были организованы разнообразные испы-
тания, которые 8 мая завершил Джордж — первый в мире по-
настоящему термоядерный взрыв, позволивший подтвердить
все базовые аспекты, необходимые для производства полномас-
штабной водородной бомбы. Репетиция, Иви Майк, состоялась
в ноябре 1952 года на атолле Эниветок в Тихом океане, его не-
сколько раз использовали для испытаний подобного типа.
К сожалению, почти ничего не известно о той работе, ко-
торую в действительности осуществлял Гамов в Лос-Аламосе.
По его словам, суть его вклада в создание водородной бомбы
сводилась к тому, что он пригласил Теллера в Университет
Джорджа Вашингтона и добился его приезда в США. В авто-
биографии он не отмечает никакого другого случая или какой-
то особенной деятельности. Теллер говорил о теоретической
работе, которая велась тогда в отношении термоядерных реак-
ций, как об «игре Гамова, в которой всегда выигрывал Бете».
Возможно, он имел в виду работы последнего о производстве
энергии в звездах.
В заключение отметим, что в 1954 году, когда Теллер сви-
детельствовал против Роберта Оппенгеймера, обвиняемого
в государственной измене, Гамов выразил недовольство проис-
ходящим и открыто порицал Теллера за его выступление, но нет
никаких свидетельств того, как он реагировал на преследова-
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
121
ние писателей, актеров, университетских преподавателей и ди-
пломатов, инициированное сенатором Маккарти. Годы спустя
Гамов, Бете и Вайскопф публично выступили за то, чтобы спе-
циалист по физике частиц Фрэнк Оппенгеймер, младший брат
Роберта, преподавательская карьера которого прекратилась
тогда же, когда и у брата, вернулся в Колорадский университет.
КАК РАБОТАЕТ ДНК
Нобелевская премия по физиологии и медицине 1962 года бы-
ла вручена молекулярным биологам Фрэнсису Крику (1916—
2004), Джеймсу Дьюи Уотсону (род. 1928) и Морису Уил-
кинсу (1916-2004) за открытия, касающиеся молекулярной
структуры нуклеиновых кислот, и выявление их значения для
передачи информации в живых системах. Этот прорыв датиру-
ется 1953 годом, когда Крик и Уотсон опубликовали в Nature
две статьи: «Молекулярная структура нуклеиновых кислот:
структура дезоксирибонуклеиновой кислоты», которая появи-
лась в апреле, и «Значение структуры дезоксирибонуклеиновой
кислоты для генетики», напечатанная в мае. В этих статьях
исследователи предложили знаменитую структуру двойной
спирали молекулы ДНК и процедуру кодирования генетиче-
ской программы, необходимой для развития живых существ.
Значительную роль здесь сыграли экспериментальные данные
(в основном рентгеновские снимки), полученные Уилкинсом
и британским биофизиком Розалинд Франклин (1920-1958).
Похоже, эти статьи попали в руки американского физика
Луиса Уолтера Альвареса, получившего Нобелевскую премию
по физике в 1968 году за открытие множества резонансных со-
стояний элементарных частиц с помощью водородных пузырь-
ковых камер, и он показал их Гамову, в ту пору приходящему
профессору в Беркли. Почему Альварес начал обсуждать мо-
лекулярную биологию с Гамовым? Конечно, может показаться
естественным, что два исследователя интересуются достижени-
ями другой научной области, особенно когда речь идет о столь
122
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
масштабном открытии. Но также вероятно, что Альварес знал
об интересе Гамова к биологии, судя по его недавно вышедшей
научно-популярной книге под названием «Мистер Томпкинс
изучает факты жизни», в которой рассматривались аспекты
общей биологии и функций человеческого тела.
Гамов еще раньше высказывал мнение, что связь между фи-
зикой и биологией формирует многообещающее поле для ис-
следования. Послевоенная конференция по теоретической
физике в Вашингтоне была посвящена физике живых организ-
мов. Гамов хотел знать, как работает живая материя, и собрал
биологов и физиков, чтобы поговорить о генах и их роли в на-
следовании, об обмене энергией в клеточных процессах, хими-
ческих реакциях в животных тканях, фотосинтезе и многом
другом. Эта конференция стала одной из первых междисципли-
нарных встреч в сфере биофизики, она еще раз выявила выда-
ющуюся способность Гамова различать научные проблемы,
значимость которых подтвердило время.
Однако Георгий Антонович был не первым физиком, ин-
тересовавшимся биологией. Можно вспомнить о Эрвине Шрё-
дингере и Максе Дельбрюке (1906-1981). Первый, лауреат
Нобелевской премии 1933 года за работы в области кванто-
вой механики, в 1944 году написал книгу под названием «Что
такое жизнь? Физический аспект живой клетки». Второй ра-
ботал с Мейтнер в Берлине, а эмигрировав в США, приступил
к работе в области молекулярной биологии и получил Нобе-
левскую премию по физиологии и медицине 1969 года, кото-
рую разделил с американцем Альфредом Херши и итальянцем
Сальвадором Лурией, чьи открытия касались механизма репли-
кации и генетической структуры вирусов. Дельбрюк и Гамов
были друзьями с момента их встречи в Копенгагене в начале
1930-х годов.
Нет сомнений, что обе статьи произвели большое впечатле-
ние на Георгия Антоновича, который 8 июля, спустя месяц
после публикации второй статьи Уотсона и Крика, написал им
письмо, которое можно взять за точку отсчета фундаменталь-
ной проблемы — поиска генетического кода, то есть комплекса
правил, связывающих содержащуюся в ДНК информацию
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
123
ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА
Во всех известных формах жизни есть всего три типа основных макро-
молекул: углеводы, белки и нуклеиновые кислоты. Одна из последних —
дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Речь идет о молекуле, которая
содержит код всех программ, необходимых для развития и работы всех
известных живых организмов и многих вирусов. Ее структура — это два
биополимера, скрученных между собой, образующих двойную спираль (см.
рисунок 1). Эти биополимеры состоят из более простых единиц, называ-
емых нуклеотидами, которые, в свою очередь, состоят из основания (со-
держащего азот), молекулы сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы.
Нуклеотиды располагаются, образуя цепочку, и сахар одного из них присо-
единяется к фосфатной группе следующего, так что с точки зрения биоло-
гической информации имеет значение расположение вдоль биополимера
азотистых оснований. Их четыре типа: аденин, тимин, цитозин и гуанин. Ос-
нования обоих биополимеров, образующих двойную спираль, соединяются
с помощью водородных связей, но допускаются только связи аденин-
тимин и цитозин-гуанин. Таким образом гарантируется, что биологиче-
ская информация повторяется в каждом из двух биополимеров, в которых
основания расположены в противоположных направлениях. Комбинации
четырех оснований по три об-
разуют кодоны, которые со-
держат кодифицированную
информацию, соответствую-
щую аминокислотам.
Гены
Ген, то есть единица инфор-
мации, необходимая для син-
теза каждой макромолекулы
со специфической клеточной
функцией, — это последова-
тельность нуклеотидов вдоль
одного из биополимеров
ДНК, которая включает стар-
товые кодоны и стоп-кодоны,
кроме других регулирующих
элементов. Он уточняет после-
довательность аминокислот,
которые должны соединиться,
чтобы образовать белки —
молекулы, от присутствия и/
или активности которых за-
висят все специфические
124
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
биологические процессы соответствующей клетки. Генетический код
универсален, поскольку используется практически всеми живыми орга-
низмами, и он «вырожденный», то есть каждая аминокислота может быть
закодирована в более чем одном кодоне. Организмы-эукариоты (все
живые организмы кроме вирусов и некоторых бактерий) характеризуются
тем, что имеют клетки с ядром, в котором запакована молекула ДНК. Не-
посредственно перед делением клетки в процессе митоза молекула ДНК
удваивается, и обе итоговые копии организуются в структуры, называемые
хромосомами. ДНК обвивается вокруг так называемых гистонов — бел-
ков, которые предоставляют структурную опору и контролируют деятель-
ность генов. Последние, с соответствующим ДНК, группируются в пакеты
из 8 единиц, чтобы образовать нуклеосомы, которые, в свою очередь, сво-
рачиваются, образуя соленоид. Дополнительное наматывание спиралей
образует хромосому, состоящую из двух структур продольной формы, назы-
ваемых хроматидами, каждая из которых имеет короткое плечо, р, и длин-
ное, q. При клеточном делении хромосомы разделяются на две хроматиды,
и каждая из них остается в каждой из двух дочерних клеток.
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
125
о наследовании с белками, ответственными за развитие живых
тел. В своей книге Шрёдингер уже намекал на «последователь-
ность команд наследования», которая могла бы уточнить раз-
личие между «рододендроном, скарабеем, мышью или
женщиной», упоминая азбуку Морзе в качестве примера метода
кодирования огромного числа сообщений с помощью ограни-
ченного количества символов. Ключевой вопрос, которым за-
дался Гамов, внешне был прост: как можно связать основания,
присутствующие в молекуле ДНК (аденин-А, тимин-Т,
цитозин-С и гуанин-G), с аминокислотами, входящими в со-
став белков — основных компонентов всего живого? Гамов вы-
двинул фундаментальную гипотезу: определение генетического
кода не требует знания общей химии, задействованной в про-
цессах. Следствие этой гипотезы — то, что проблема сводилась
к чисто числовой задаче: на основе алфавита из четырех «букв»
(оснований) нужно было писать «слова», всего 20, протеино-
генные аминокислоты (также известные как канонические, или
природные), из которых составлялись «фразы» — белки.
В 1954 году Гамов опубликовал три статьи, описывая раз-
личные проведенные им анализы. За краткой заметкой в Nature
(«Возможное отношение между дезоксирибонуклеиновой кис-
лотой и белком») последовали две работы в журнале Датской
академии наук (Det Kongelige Danske Videnskabemes Selskab,
Biologiske Meddelelser), озаглавленные «О передаче информа-
ции от нуклеиновых кислот к белкам» и «Возможное матема-
тическое отношение между дезоксирибонуклеиновой кислотой
и белками». Через год он опубликовал в Scientific American
научно-популярную статью «Передача информации в живой
клетке». Самый простой код, который предложил Гамов, исхо-
дил из комбинаторного анализа возможностей на базе четырех
оснований ДНК. Очевидно, что число возможных комбинаций
из двух оснований, которые могли образовываться, равнялось
4x4=16, что недостаточно, поскольку необходимо по крайней
мере 20 комбинаций для кодирования 20 природных аминокис-
лот. Решение Гамова было простейшим: аминокислоты должны
кодироваться 3 основаниями. Это, естественно, позволяет по-
лучить до 4 х 4 х 4 = 64 «слов» из 3 «букв». Гамов предположил,
126
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
РИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА
В молекуле ДНК закодировано до-
статочно информации для синтеза
белков. Однако этот синтез осу-
ществляется не напрямую на ос-
нове ДНК, а благодаря другой
нуклеиновой кислоте, рибонуклеи-
новой (РНК). РНК имеет структуру,
подобную структуре цепочек ДНК,
но вместо молекулы дезоксири-
бозы она содержит другой сахар
(рибозу), а основание тимин заме-
нено другим, урацилом. Наиболее
важные молекулы РНК — это так
называемые транспортная РНК,
рибосомная РНК и матричная РНК.
Матричная РНК (мРНК) также на-
зывается информационной РНК,
и это копия фрагмента ДНК, соот-
ветствующего последовательности
аминокислот, образующих полный
белок. Рибосомная РНК (рРНК) наи-
более распространена в клетках
и «считывает» последовательности
в мРНК, соответствующие различ-
ным аминокислотам, и синтезирует
их до получения соответствующего белка. Наконец, транспортная РНК
переносит заданную кислоту в соответствующее положение, отмеченное
в мРНК и определенное рРНК.
что существуют «синонимы», то есть некоторые комбинации,
которые кодируют одну и ту же аминокислоту. Итоговое со-
ответствие между возможными комбинациями и реальными
аминокислотами должно быть установлено экспериментально,
поскольку чисто математические рассуждения могут привести
к абсурдным решениям. И все же такие значимые исследова-
тели, как Фейнман, Дельбрюк, фон Нейман, Теллер и сам Крик
включились в игру Гамова, предлагая более или менее сложные
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
127
решения. Одно из них, предложенное Гамовым, основывалось
на том, чтобы считать возможные последовательности из трех
оснований, образованные на базе четырех типов оснований
с условием, что порядок оснований не имеет значения; тогда
они были бы следующими: четыре последовательности с одина-
ковым повторяющимся основанием (AAA, ТТТ, ССС и GGG),
12 последовательностей с двумя повторяющимися и одним от-
личным основанием (например, ААТ, CGC или ТАТ) и, нако-
нец, четыре комбинации из трех различных оснований (АТС,
TCG, GAT, ACG). То есть всего 20 — как раз необходимое число.
Эксперименты, поставленные Криком и другими биохи-
миками, такими как Северо Очоа и Маршалл Уоррен Нирен-
берг вместе с Харом Гобиндом Хораной (Нобелевская премия
по физиологии 1959 и 1968 годов соответственно), доказали,
что гипотеза Гамова о кодировании трех оснований, порожда-
ющем универсальный код, абсолютно верна. Также оказался
верным вопрос «синонимов», хотя реальность сложнее простой
описанной ранее модели, то есть порядок оснований не лишен
смысла. В уже упомянутой книге Крик вспоминает, как Гамов
предложил ему с Уотсоном сделать список из 20 канонических
аминокислот, добавляя:
«Важность работы Гамова состояла в том, что это действительно
была абстрактная теория кодирования, не перегруженная не-
нужными химическими деталями. Хотя базовая идея о том, что
ДНК — это модель для синтеза белков, на самом деле ошибочна.
Зато он явно угадал, что код с перекрыванием накладывает огра-
ничения на последовательности аминокислот и тогда можно про-
верить или по крайней мере отвергнуть различные коды, изучая
последовательности известных аминокислот».
Коды с перекрыванием, о которых говорит Крик, были пред-
ложены различными исследователями (Гамовым в том числе)
и назывались так, потому что аминокислоты, которые находи-
лись в смежных позициях, вынужденно имели несколько общих
оснований. Позже южноафриканский биолог Сидней Бреннер,
лауреат Нобелевской премии по физиологии 2002 года, дока-
128
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
зал: коды этого типа невозможны именно потому, что ограни-
чения, накладываемые на то, какими могут быть «соседние»
аминокислоты в белке, в действительности не работают.
Конечно, Гамов не мог не воспользоваться возможностью
ввести развлекательный элемент в эту новую и неизвестную
область, так что вместе с Уотсоном он основал закрытое обще-
ство — Клуб галстуков РНК. Он состоял из 20 членов (по од-
ному на каждую природную аминокислоту) и четырех почетных
членов (по одному на каждое основание). Среди прочих в клуб
входили Ичас (литовский биолог, друг Гамова), Дельбрюк,
Бреннер, Крик, Уотсон, Теллер и Метрополис (американский
физик и математик греческого происхождения), и все они инте-
ресовались проблемой генетического кода. Каждому из членов
присваивалось название аминокислоты, и они должны были
носить галстук и соответствующую булавку с анаграммой,
разработанной Гамовым. Но даже если исключить развлека-
тельный фактор, встречи членов клуба были полезными и про-
дуктивными.
Деятельность Гамова в этой области была все же довольно
недолгой. Возможно, он сразу осознал сложность, которой до-
стигла эта область, а также то, что она требует интенсивной
специфической экспериментальной работы. В 1958 году он
вместе с Ичасом написал свою последнюю работу по кодиро-
ванию, «Криптографическое приближение к проблеме синтеза
белков», эта книга была опубликована в Германии. Позже,
в 1963 году, он написал две статьи («Происхождение жизни»
и «Что такое жизнь?») для журнала, издаваемого в Индии,
а в 1961 году в «Трудах Национальной академии наук» со-
вместно с Бриттином, коллегой по Колорадскому университету,
опубликовал любопытную работу «Отрицательная энтропия
и фотосинтез». Эту статью они посвятили Шрёдингеру: «Как
было предложено Шрёдингером, поддержание высокой орга-
низации в живых существах обязано постоянным влиянием от-
рицательной энтропии». Вывод не менее вызывающий: «Итак,
мы делаем вывод, что процесс фотосинтеза имеет по меньшей
мере 10% производительности в превращении в энтропию, рост
растения при солнечном свете соотносится со вторым законом
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
129
термодинамики». Без сомнения, это еще одно доказательство
врожденной любознательности Гамова и его дерзости, с кото-
рой он подходил к любой проблеме.
С того времени его интерес сосредоточился на популяри-
зации науки. Но эта деятельность началась намного раньше.
В автобиографии Гамов подчеркивает, что точно не знает, по-
чему начал писать для широкой публики. По его словам, жела-
ние упростить и прояснить проблемы для самого себя привело
его к мысли, что это усилие может быть полезным для других.
Ведь еще будучи студентом, он любил неформальные разгово-
ры на сложные научные темы. В любом случае, 1937 год обо-
значил отправную точку для другой линии работы, которая
стала одной из самых плодотворных и успешных для Георгия
Антоновича.
НАУКА ДЛЯ ВСЕХ
Цель жизни мистера Ц. Г. X. Томпкинса была определена с рож-
дения: преподавать физику в частности и науку в целом. Но его
любимыми учениками стали не выдающиеся студенты, а адво-
каты, бизнесмены, гуманитарии — в целом умные люди, но не-
вежественные в плане науки. То есть такие же, как он. Мистер
Томпкинс, скромный банковский служащий, однажды обнару-
живший свою страсть к наукам, появился на свет в 1937 году
как герой серии коротких написанных Гамовым рассказов,
действие которых происходит в капризной Вселенной, где фи-
зические константы имеют значения, отличные от реальных,
и таким образом позволяют расширить связанные с ними эф-
фекты. Игра с константами не была чуждой Гамову. В 1926 году
он совместно с Ландау и Иваненко опубликовал в советском
журнале статью «Универсальные постоянные и граничные
переходы», в которой рассматривался переход между кванто-
вой механикой и классической механикой, когда постоянная
Планка, h, обратная скорости света в вакууме, 1/с, и универ-
сальная гравитационная постоянная, G, стремятся к нулю.
130
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
ffii/fa Fll|3RIHS
inside Himself
. 1Л < Ilf HI . x II! t/l. X\ •
George Garnoiu & Warty nets Vc
ВВЕРХУ СЛЕВА:
Обложка книги
«Мистер
Томпкинс внутри
самого себя»,
написанной
совместно
с Мартинасом
Ичасом.
ВВЕРХУ СПРАВА:
Гипотезы
Гамова
повлияли
на решение
Уотсона и Крика
(на снимке)
углубиться
в работу ДНК.
ВНИЗУ:
Четверо
из членов Клуба
галстуков РНК,
основанного
Гамовым
и Уотсоном
в 1954 году.
Фрэнсис Крик,
Александр Рич,
Лесли Оргел
и Джеймс
Уотсон.
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
131
«Игрушечная Вселенная» — так назывался первый рассказ
о приключениях мистера Томпкинса, который Гамов отправил
сначала в Harper's Magazine, затем в The Atlantic Monthly, Coronet
и другие журналы, но везде рукопись отвергали. В мае 1938 года
Гамов присутствовал на конгрессе «Новые физические тео-
рии», организованном Лигой Наций в Варшаве. Там среди про-
чих были Бор, Мёллер, Эддингтон, Дарвин (внук знаменитого
английского естествоиспытателя), Ланжевен, Бриллюэн, Виг-
нер, фон Нейман, Гаудсмит и Розенфельд. Дарвин и Гамов были
друзьями еще по Кембриджу, и в разговоре Георгий Антоно-
вич посетовал на провал со своими популярными рассказами.
Дарвин предложил ему послать тексты Сноу — британскому
физику и романисту, который в то время возглавлял ежемесяч-
ный журнал Discovery, выпускаемый в Кембриджском универ-
ситете. Так он и сделал. И почти сразу получил положительный
ответ: Сноу сообщал, что рассказ появится уже в следующем
номере, и просил больше историй. Успех был значительным, из-
дательство даже заказало Гамову сборник уже опубликованных
рассказов плюс еще один. В 1939 году в книжных магазинах
появилась книга «Мистер Томпкинс в Стране Чудес».
По словам, Гамова, имя Томпкинс он выбрал потому, что
оно ласкало его слух. Фамилию он позаимствовал у своего
студента-математика. А с инициалами все понятно: С. G. Н. со-
ответствуют скорости света, универсальной гравитационной
постоянной и постоянной Планка. Мистер Томпкинс регу-
лярно посещает лекции бородатого профессора, с которым он
завязывает дружбу после нескольких бесед и на дочери кото-
рого в итоге женится. Первое приключение мистера Томпкинса
происходит после лекции по специальной теории относитель-
ности, когда он мирно засыпает в аудитории. В своем сне он
оказывается в городе, где скорость света в вакууме немногим
больше 20 км/ч, и эффекты, о которых шла речь на лекции,
становятся заметными: приближающийся к нему велосипедист
оказывается короче, а когда он сам едет на велосипеде, то заме-
чает, как все здания и люди, с которыми он встречается, также
становятся короче: то есть все, что движется относительно него,
132
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
В 1905 году Эйнштейн провозгласил
специальную, или частную, теорию
относительности, которая основана
на двух принципах: а) законы физики
одни и те же во всех инерционных
системах; б) скорость света в ваку-
уме, с, — это универсальная постоян-
ная независимо от состояния движения
источника света. Воспользовавшись
преобразованиями Лоренца, можно
увидеть, что если объект движется
со скоростью v относительно наблю-
дателя, он видит, что длина / объекта
в направлении движения укорачива-
ется, и измеряет значение /' = //у, где
у = (1 - v2/c2)-1/2, так называемый
фактор Лоренца. По мере того как v
становится все больше, приближаясь
к с, длина Г, которую измеряет наблю-
датель, становится все меньше. Изме-
Альберт Эйнштейн, 1931 год.
рения объекта в двух других направлениях, перпендикулярных вектору
движения, не изменяются, следовательно, объект сплющивается в на-
правлении движения. Точно так же, если некоему процессу для его за-
вершения требуется время t, а мы будем наблюдать за ним из системы,
движущейся со скоростью v относительно него, мы получим, что время,
затраченное на выполнение, больше и задано t' = ty. Чем больше v, тем
дольше во времени длится процесс для движущегося наблюдателя. Эти
два результата известны как релятивистские сокращение длины и замед-
ление времени. Можно доказать, что масса движущегося объекта также
изменяется, когда она измеряется наблюдателем в состоянии покоя:
т'=ту. Масса увеличивается со скоростью, стремясь к бесконечности, когда
v = с, это показывает, что с — предельная скорость. Общая энергия си-
стемы задана Е=me2 + mv2/2, что в случае v=0 дает знаменитое уравнение
Е = тс2, которое демонстрирует соответствие между массой и энергией.
укорачивается в направлении движения, и так он понимает по-
нятие «относительности».
Далее мистер Томпкинс изучает искривленные простран-
ства и посещает маленькую планету в маленькой расширя-
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
133
ющейся Вселенной. И сразу же вступает в квантовый мир.
Профессор объясняет им основы теории с помощью «кван-
тового бильярда», и мистер Томпкинс видит во сне, как он
участвует в охоте в «квантовых джунглях». Позже он также
знакомится с «демоном Максвелла».
Получив предложение опубликовать первую книгу о ми-
стере Томпкинсе, Гамов приступил к написанию еще одной на-
ДЕМОН МАКСВЕЛЛА
Второй закон термодина-
мики гласит, что когда два
тела разной температуры
соприкасаются изолиро-
ванно от остальной Все-
ленной, они развиваются,
пока не достигают состоя-
ния термодинамического
равновесия, в котором
будут иметь одну и ту же
температуру. Другая вари-
ация этого закона сводится
к тому, что в изолирован-
ной системе энтропия
V (м/с)
никогда не уменьшается.
В 1897 году в письме физику Питеру Тэту Джеймс Клерк Максвелл пред-
ложил гипотетический эксперимент, в котором существо с особенными
способностями — демон Максвелла — способно зафиксировать скорость
молекул газа в закрытой емкости. Максвелл предположил, что эта ем-
кость разделена на две части, которые наполнены одним и тем же газом
при одной и той же температуре. Скорость молекул газа следует распре-
делению Максвелла — Больцмана, подобно показанным на рисунке 1,
и зависит от температуры газа. Наш демон наблюдает за молекулами за-
крытого газа (см. рисунок 2), и когда одна молекула со скоростью выше
средней направляется из части А к части В, он открывает дверцу и пропу-
скает ее. Точно так же, если молекула со скоростью ниже средней направ-
ляется из В к А, демон позволяет ей пройти. Через некоторое время такой
игры демон добьется того, что температура газа в части А будет ниже тем-
пературы газа, закрытого в части В, а это противоречит второму закону
термодинамики. Важно, чтобы демон пропускал поток частиц в обоих на-
134
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
учно-популярной работы, на этот раз по заказу издательства
The Viking Press. Так в 1940 году появилась книга «Рождение
и смерть Солнца: звездная эволюция и субатомная энергия»,
в которой простым языком были изложены представления
об эволюции звезд. А когда эти представления устарели, она
уступила место другой популярной книге — «Звезда по имени
Солнце», — выпущенной в 1964 году тем же издательством.
правлениях, чтобы давление с обеих сторон от разделения было одним
и тем же; то есть в А молекул в итоге должно быть больше, чем в В. Если бы
это было так, можно было бы управлять тепловой машиной, которая про-
изводила бы энергию, используя А и В как теплый и холодный источники.
Конечно, регулируя проход молекул из стороны в сторону, демон мог бы
создать разницу в давлении между А и В, поддерживая равную темпера-
туру с обеих сторон. В этом случае можно было бы поместить поршень
между частями емкости и генерировать энергию потоком газа, к которому
привела бы разница в давлении. Кроме того, итоговый результат в любом
из двух случаев был бы более упорядоченной системой и, следовательно,
обладал бы меньшей энтропией. Казалось бы, этот процесс нарушает вто-
рой закон термодинамики, если рассматривать только емкость с газом;
однако «изолированная система*, к которой относится этот закон, вклю-
чает также и демона Максвелла, которому необходимо прикладывать
энергию для определения скорости молекул, прежде чем позволить или
не позволить им переход из одной части емкости в другую. Кроме того,
в этом процессе демон приобрел бы энтропию, причем в таком количе-
стве, что итоговое равновесие всегда было бы положительным. До сих
пор экспериментально не было отмечено ни одного процесса, в котором
не выполнялся бы второй закон термодинамики.
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
135
Люди часто спрашивают меня, как я пишу книги, которые
пользуются таким успехом. Пожалуй, это большой секрет —
такой большой, что я и сам его не знаю.
Георгий Гамов
Вторая книга — «Мистер Томпкинс исследует атом» —
вышла в 1944 году. Теперь наш герой путешествует, пре-
вратившись в электрон проводимости. Он также посещает
внутренность ядра, знакомится с кварками и антиматерией
и просыпается как раз в тот момент, когда аннигилирует после
встречи с позитроном.
Особенно интересна книга «Мистер Томпкинс изучает
факты жизни», увидевшая свет в 1953 году. Сначала мистер
Томпкинс путешествует в собственном кровеносном потоке,
а компанию ему составляют молекулы витамина С и различ-
ные вирусы гриппа. Сон заканчивается в желудке за мгнове-
ние до переваривания. Второй сон развивается внутри клетки,
где происходит знакомство с хромосомами и генами. Послед-
ний сон рассказывает о мозге, нейронах, синапсе и так далее.
Гамов затронул биологическую тему и в следующем выпуске
серии, «Мистер Томпкинс внутри самого себя: приключения
в новой биологии», вышедшем из печати в 1967 году и написан-
ном вместе с Мартинасом Ичасом. В России истории о мистере
Томпкинсе впервые издали лишь в 1994 году. До этого работы
Гамова были под запретом, учитывая, что на родине его счита-
ли перебежчиком. В 2010 году продолжение историй о мистере
Томпкинсе появилось в виде комиксов: «Приключения мисте-
ра Томпкинса» издал сын Гамова.
Научно-популяризаторская работа Георгия Антоновича
не исчерпывалась историями о мистере Томпкинсе. Его дея-
тельность была чрезвычайно плодотворной, и кроме двух уже
упомянутых ранее книг стоит выделить следующие: «Биогра-
фия Земли» (1941), «Раз, два, три... бесконечность» (1947),
«Создание Вселенной» (1952), «Биография физики» (1961),
«Гравитация» (1962) и «Тридцать лет, которые потрясли фи-
зику: история квантовой теории» (1966). А с 1948 по 1961 год
136
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
он также опубликовал несколько статей (почти по одной в год)
в Scientific American, в которых в доступной форме изложил
все значимые аспекты своих исследований. «Летающие галак-
тики», «Происхождение льда», «Сверхновые», «Современная
космология», «Передача информации в живой клетке», «Прин-
цип неопределенности» и «Принцип запрета» — лишь некото-
рые из них.
Вся эта работа принесла Гамову в 1956 году Калингов-
скую премию, учрежденную ЮНЕСКО как признание таланта
по объяснению науки и техники широкой публике. Премия
была учреждена в 1952 году, и ее лауреатами в числе других
стали Де Бройль (1952), Рассел (1953), Кларк (1961), Хойл
(1987), Капица (1979), Аттенборо (1981) и Фантони (2001).
На врученные деньги Гамов отправился путешествие по Индии
и Японии, осуществив свою давнюю мечту.
ПОСЛЕДНИЕ ГОДЫ
В начале 1955 года Гамов развелся с Любовью Вохминцевой
и попытался отдалиться от Вашингтона. После короткого пе-
риода в Беркли в 1956 году он стал преподавать в Колорадском
университете в Боулдере. Осенью 1958 года он женился на Бар-
баре Перкинс, директоре издательства Кембриджского универ-
ситета. Он познакомился с ней, готовя публикацию третьего
выпуска приключений мистера Томпкинса. Она занималась
рекламой и продвижением книги, причем довольно успешно.
В день свадьбы после небольшого праздника супруги возвраща-
лись в Боулдер, когда их остановила дорожная полиция. Гамов
спросил, что он сделал не так, и полицейский ответил, что имело
место превышение скорости, и попросил показать водительское
удостоверение (по-английски — license). Гамов то ли не понял,
то ли снова решил пошутить, и вручил полицейскому только
что полученное свидетельство о браке (license). Барбара пояс-
нила супругу, что именно хотел увидеть полицейский, и после
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
137
проверки документов тот попросил Гамова вести помедленнее,
поздравил молодоженов и не стал штрафовать.
В 1962 году скончались Ландау (в начале года) и Бор
(в ноябре), которого Георгий Антонович в последний раз на-
вестил годом ранее. Уход двоих друзей стал для него серьез-
ным ударом. В 1960-е годы он продолжал преподавать и писать
научно-популярные книги, редко публикуя что-то из области
астрофизики и космологии. Среди его последних вкладов
в науку — статья под названием «Изменяется ли гравитация
со временем?», вышедшая в 1967 году в журнале «Труды Нацио-
нальной академии наук». В благодарностях Гамов упоминает
дискуссии по изложенным вопросам со своим другом Уламом
и выражает ему признательность за то, «что [в статье] не со-
держится никаких арифметических и алгебраических ошибок,
которыми часто грешат работы автора». Самая последняя ста-
тья — «Наблюдаемые свойства однородной и изотропной расши-
ряющейся Вселенной» — была напечатана в 1968 году в Physical
Review Letters, в ней ученый наметил поле деятельности для
следующей работы, которую так и не написал.
Гамов умер 19 августа 1968 года в Боулдере, в возрасте
64 лет — отказала печень. Какое-то время он уже страдал диа-
бетом и, вероятно, из-за чрезмерного употребления алкоголя
жаловался на печень. Годом ранее его прооперировали, чтобы
удалить холестериновые бляшки в сонных артериях, и с тех
пор он уже не восстановился. В письме Альферу, отправленном
им накануне ухода, он сообщал, что «боль в животе невыноси-
ма и не прекращается». Со времен докторской диссертации они
не переставали общаться, а их совместная работа «Возможное
отношение между космологическими величинами и характери-
стиками элементарных частиц» была опубликована в журна-
ле Национальной академии наук в октябре, уже после смерти
Георгия Антоновича. Он бесконечно доверял математическим
талантам своего бывшего аспиранта и его критическому уму
в работе над новыми гипотезами.
Примечательна деятельность Гамова, направленная на по-
иск генетического кода: она демонстрирует его подход к любой
проблеме из тех, что увлекали ученого в течение жизни. Его
138
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
Гамов — одна
из самых
значимых фигур
первой половины
XX века,
гениальный
ученый.
Любознательность
привела его
к разработке
самых
разнообразных
проблем,
в каждую
из которых — будь
то область
физики,
астрономии или
биологии — он
постоянно
привносил новые
исключительные
идеи.
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
139
совершенно не волновало то, что он является чужаком в этой
незнакомой области, где разворачивает свои исследования. Он
признал верной предшествующую модель (в данном случае
двойную спираль ДНК) и, исходя из нее, озаботился вывода-
ми, к которым можно было прийти, без погружения в детали
модели или в способы проверки ее справедливости или не-
справедливости, по крайней мере априори. Наконец, он смог
отделить факты, имеющие значение для развития его теории,
от тех, которые стоило просто проигнорировать. Без сомнения,
в этом и заключается его гений.
140
В ПОИСКАХ НЕИЗВЕСТНОГО КОДА
Список рекомендуемой литературы
Gamow, G., Biografia de la fisica, Madrid, Alianza Editorial, 2007.
Gamow, G., Biografia de la fisica, Madrid, Alianza Editorial, 2007.
Gamow, G., La creation del Universo, Barcelona, RBA, 1993.
Gamow, G., Uno dostres... infinite, Madrid, Espasa-Calpe, 1969.
Gamow, G., Elbreviario del Sr. Tompkins, Madrid, Fondo de Cultura
Economica de Espana, 1993.
Gamow, G., El pais de las maravillas, Madrid, Fondo de Cultura
Economica de Espana, 2010.
Gamow, G., El nuevo breviario del Sr. Tompkins, Ciudad de Mexico,
Fondo de Cultura Economica de Mexico, 2010.
Gribbin, J., Historia de la tiencia, 1543-2001, Barcelona, Critica,
2003.
Hawking, S., Historia del tiempo, Barcelona, Critica, 2011.
Hawking, S. у Mlodinow, L., El gran diseno, Barcelona, Planeta,
2013.
Watson, J., Genes, chicasy laboratories, Barcelona, Tusquets, 2006.
Weinberg, S., Los tres primeros minutos del Universo, Madrid,
Alianza Editorial, 2009.
141

Указатель
а- (альфа-) частицы 30,32-42,43,
50,53-55,62,64,81,105
Альфер, Ральф 13, 73, 74, 96-100,
109,110,138
аминокислота И, 124-129
анализ размерности 20, 21
антинейтрино 30, 76,89
белок 127-129
Бете, Ханс 11,13, 56, 73, 74, 76, 83,
• 84,86-87,94,116,121,122
Большой взрыв 10,13,101-112
Бор, Нильс 7, 27, 28,43,46-51, 55,
56,58,63,67,74,77,95,116,
132,138
Вильсон, Роберт Вудро 65, 100,
101,103,104
Вохминцева, Любовь Николаевна
13, 67, 70
Вселенной расширение 94,95,97,
98,100,103,107,109,110,118
Гамов, Рустем-Игорь 88, 117
Ган, Отто 57,60,116
Гейгер, Ханс Вильгельм 32, 42
Гейзенберг, Вернер 7, 26, 27, 29,
53-56, 87
генетический код 115,121,123,
125,126,129,138
Герман, Роберт 73, 98-102,110
Гёрни, Рональд Уилфрид 37,38
де Бройль, Луи-Виктор 7, 27,81,
137
деление ядра 10,13,30, 31,42,48,
58-61
Дельбрюк, Макс И, 123,127,129
дефект массы 50, 55, 57
илем 97-99,108,109, 112
Ичас, Мартинас 129,131
Кавендишская лаборатория 13,
34,49,51,53,64,69, 74,86
капельная модель 10,13, 50-60,
61,63
Капица, Пётр Леонидович 28, 62,
64, 65,101,137
143
кислота
дезоксирибонуклеиновая,
ДНК И, 13,41, ИЗ, 115,
122-128, 131, 140
рибонуклеиновая, РНК 127,
129,131
Кокрофт, Джон Дуглас 42, 62,69
Кондон, Эдвард Улер 37, 38, 76,
116
Конференция по теоретической
физике 87,116, 123
космическое микроволновое
фоновое излучение 10, 65,101,
104
космологическая константа 117,
118
космология 9,10,12,13,71,74, 79,
92-94,96,98,104, ИЗ, 137,138
Крик, Фрэнсис 10,115,122,123,
127-129,131
Критчфилд, Чарльз 83, 87
Кюри, Мария 74
Ландау, Лев Давидович 11, 24-28,
35,59, 66,81,130,138
Ланжевен, Поль 74,132
Леметр, Жорж 109-112,120
Лоуренс, Эрнест Орландо 75
масс-спектрометр 53, 56, 57
Мейтнер, Лиза 56-58, 60,116,123
Молотов, Вячеслав Михайлович
68
нейтрино 31, 76, 79,85, 86, 89
нейтронный захват 55,74,96,97
неопределенности отношения 66
Нордгейм, Лотар Вольфганг 38,
76
Оппенгеймер, Юлиус Роберт 38,
77,109,121,122
основание И,124-129
относительности теория 7,9,19,
64,66,92,93,98,108,118,119,
132-133
Пензиас, Арно Аллан 65,100,101,
103,104
переход Гамова — Теллера 79
Перкинс, Барбара 13,137
Пий XII, папа 111
поверхностное натяжение 50,
52-53, 60
полураспада период 32, 33
полуэмпирическая формула масс
55
Проект Манхэттен 11, 38,47,81,
88,116
радиоактивность 30, 31,41,42, 62
распад
а (альфа) 10,13,30,32,35-38,
42,48,60, 78
р (бета) 10,13,30,42,49, 76-
79,89, 96,98
Резерфорд, Эрнест 11, 32-35,42,
43,48,49,60-62,64,69,81,86
сверхновая 99-91,105
Сольвеевский конгресс 13,43, 68,
71,74,108,109
статья ару 97-99
стационарного состояния теория
102,104,108
Теллер, Эдвард 10, И, 13, 76-80,
83,87,88,116,121,127,129
темная материя 118,119
термоядерная бомба 121
Томпкинс, мистер Ц. Г. X. 11,115,
123,130-136, 137
Томсон, Джозеф Джон 53, 56, 57,
81
144
УКАЗАТЕЛЬ
Туве, Мерле 75, 76, 79,83
Улам, Станислав 121, 138
Уолтон, Эрнест 42,62, 69
урка-процессы 88-89
Фаулер, Альфред 62,104,105, 111
Ферми, Энрико 28, 29, 55, 81-83,
116
фон Вайцзеккер, Карл Фридрих
54,55,87,94
Фридман, Александр 92,93, 109-
111,118
Фриш, Отто 56,58, 60,116
Хаббл, Эдвин Пауэлл 102,110
космический телескоп 118
Хаббла закон 102
Хойл, Фред 102,104,105,108,109,
111,137
Хоутерманс, Фриц 48, 80-81, 87
Хунд, Фридрих 38
цикл
р-р 83-85,87,90
C-N-O 84,85,87,90,94
Чедвик, Джеймс 10,11,31, 54
черная дыра 86,91,119
Черное море 18, 45
Шёнберг, М. 88,89,92
Шрёдингер, Эрвин 7, 24, 27, 65,
126,129
Штрассман, Фриц 57, 60,116
эволюция
Вселенной 92,96,100,103,108,
112
звездная 10, 87,92-94,135
Эйнштейн, Альберт 7,9,11, 50, 66,
74,92,93,109,116-118,120,
121,133
элементов относительная
распространенность 10,95-99,
105
энергия
звездная, производство 10, 72,
81-84,87,94
темная 118,119
ядерной связи 50,97
эффект
Доплера 106,110
туннельный 10, 37-38, 40-41,
61,69,80
УКАЗАТЕЛЬ
145
146	ДЛЯ ЗАМЕТОК
ДЛЯ ЗАМЕТОК
147
148	ДЛЯ ЗАМЕТОК
ДЛЯ ЗАМЕТОК
149
150	ДЛЯ ЗАМЕТОК
ДЛЯ ЗАМЕТОК
151
Наука. Величайшие теории
Выпуск № 42, 2015
Еженедельное издание
РОССИЯ
Издатель, учредитель, редакция:
ООО «Де Агостини», Россия
Юридический адрес: Россия, 105066,
г. Москва, ул. Александра Лукьянова,
д. 3, стр. 1
Письма читателей по данному адресу
не принимаются.
Генеральный директор: Николаос Скилакис
Главный редактор: Анастасия Жаркова
Старший редактор: Дарья Клинг
Финансовый директор: Полина Быстрова
Коммерческий директор: Александр Якутов
Менеджер по маркетингу: Михаил Ткачук
Младший менеджер по продукту:
Елизавета Чижикова
Для заказа пропущенных выпусков
и по всем вопросам, касающимся
информации о коллекции, обращайтесь
по телефону «горячей линии» в Москве:
® 8-495-660-02-02
Телефон бесплатной «горячей линии»
для читателей России:
® 8-800-200-02-01
Адрес для писем читателей:
Россия, 150961, г. Ярославль, а/я 51,
«Де Агостини», «Наука. Величайшие
теории»
Пожалуйста, указывайте в письмах свои кон-
тактные данные для обратной связи (теле-
фон или e-mail).
Распространение: ООО «Бурда Дистрибью-
шен Сервисиз»
Свидетельство о регистрации СМИ в Феде-
ральной службе по надзору в сфере связи, ин-
формационных технологий и массовых ком-
муникаций (Роскомнадзор) ПИ № ФС77-
56146 от 15.11.2013
УКРАИНА
Издатель и учредитель:
ООО «Де Агостини Паблишинг», Украина
Юридический адрес:
01032, Украина, г. Киев, ул. Саксаганского,
119
Генеральный директор: Екатерина Клименко
Для заказа пропущенных выпусков
и по всем вопросам, касающимся информа-
ции о коллекции, обращайтесь по телефону
бесплатной горячей линии в Украине:
® 0-800-500-8-40
Адрес для писем читателей:
Украина, 01033, г. Киев, а/я «Де Агостини»,
«Наука. Величайшие теории»
УкраТна, 01033, м. Ки!в, а/с «Де АгостшЬ
Свидетельство о регистрации печатного
СМИ Государственной регистрационной
службой Украины
КВ № 20525-10325Р от 13.02.2014
БЕЛАРУСЬ
Импортер и дистрибьютор в РБ:
ООО «Росчерк», 220037, г. Минск,
ул. Авангардная, 48а, литер 8/к,
тел./факс: + 375 (17) 331 94 41
Телефон «горячей линии» в РБ:
® + 375 17 279-87-87
(пн-пт, 9.00-21.00)
Адрес для писем читателей:
Республика Беларусь, 220040, г. Минск,
а/я 224, ООО «Росчерк», «Де Агостини»,
«Наука. Величайшие теории»
КАЗАХСТАН
Распространение:
ТОО «Казахско-Германское предприятие
БУРДА-АЛАТАУ ПРЕСС»
Казахстан, г. Алматы, ул. Зенкова, 22
(уг. ул. Гоголя), 7 этаж.
® +7 727 311 12 86, +7 727 311 12 41
(вн. 109), факс: +7 727 311 12 65
Издатель оставляет за собой право изменять
розничную цену выпусков. Издатель остав-
ляет за собой право изменять последователь-
ность выпусков и их содержание.
Отпечатано в полном соответствии
с качеством предоставленного
электронного оригинал-макета
в ООО «Ярославский полиграфический
комбинат»
150049, Ярославль, ул. Свободы, 97
Формат 70 х 100 / 16.
Гарнитура Petersburg
Печать офсетная. Бумага офсетная.
Печ. л. 4,75. Усл. печ. л. 6,156.
Тираж: 20 000 экз.
Заказ № 1512770.
© Antonio М. Lallena Rojo, 2014 (текст)
© RBA Collecionables S.A., 2014
© ООО “Де Агостини”, 2014-2015
ISSN 2409-0069
Q2?
Данный знак информационной про-
дукции размещен в соответствии с требова-
ниями Федерального закона от 29 декабря
2010 г. № 436-ФЗ «О защите детей от ин-
формации, причиняющей вред их здоровью
и развитию».
Коллекция для взрослых, не подлежит обя-
зательному подтверждению соответствия
единым требованиям установленным Тех-
ническим регламентом Таможенного союза
«О безопасности продукции, предназначен-
ной для детей и подростков» ТР ТС 007/2011
от 23 сентября 2011 г. № 797
Дата выхода в России 24.10.2015
Георгий Гамов входит в число тех избранных, чья жажда знания влечет их
в глубины самых разнообразных дисциплин. Эмигрировавший в США со-
ветский ученый постиг как мир бесконечно малого, так и бесконечность са-
мой Вселенной: он изучал атомное ядро, и его вклад стал основой для рас-
крытия секретов генетического кода. В астрофизике он определил модели,
которые прояснили образование энергии звезд и их эволюцию, а также
отстаивал гипотезу Большого взрыва, объясняющую происхождение Все-
ленной, и позже она была подтверждена многочисленными аргументами.
Рекомендуемая розничная цена: 289 руб.