Aportaciones de George Gámow y la teoría de la desintegración alfa

George Gámov fue un astrofísico y bioquímico nacido en Rusia y nacionalizado Estadounidense. Famoso por sus aportes a la teoría del Big Bang y a la divulgación científica, así como su aporte para entender el  código genético, entre otros. Te invitamos a conocer todo sobre la vida y las Aportaciones de George Gámow, aquí.

APORTACIONES DE GEORGE GAMOW

Biográfica de George Gámov 

Su nombre de pila es Gueorgui Antónovich Gámov, pero es conocido como George Gámow en el mundo de la ciencia. George Gámow nació un 4 de marzo de 1.904 en Odesa, Rusia, una hermosa ciudad portuaria que se encuentra ubicada a orillas del mar Negro, al sur de Ucrania.

Nacido de la unión de Anton Gámow y Alexandra Lebendizeva, tuvo una niñez humilde en el seno de una familia cálida. Anton Gámow su padre le enseñó muy bien la lengua Rusa y sobre literatura en la escuela secundaria, y su madre Alexandra era docente en una escuela para niñas, en la cual enseñaba geografía e historia. Además de Ruso, George aprendió a hablar un poco de Francés, que le enseñaba su madre y también Alemán con un tutor.

Al concluir sus estudios de educación media, ingresa a realizar estudios en la Universidad de Novorossia, en Odesa en el año 1.922. Se desconoce la razón pero realizó un cambio de universidad y comenzó sus estudios en la Universidad Estatal de San Petersburgo, en el año 1.923.

George Gámow tuvo como profesor a  Alexander Friedmann quien era matemático y meteorólogo Ruso, especializado en cosmología relativista, George tenía pensado realizar el trabajo de grado con Friedmann, pero lamentablemente tuvo una muerte inesperada, siendo aún un hombre joven. Estando en la Universidad hace una excelente amistad con tres estudiantes de física teórica, llamados Dmitri Ivanenko, Matvey Bronshtein y Lev Landau.

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Llegaron hacer conocidos como los tres mosqueteros, ya que siempre estaban juntos y se reunían con frecuencia para estudiar y analizar los trabajos de mecánica cuántica que estaban siendo publicados, los cuales eran definitivamente una innovaciónpara el momento. Se gradúa y obtiene el título de Licenciado en Física, también por su paso en la universidad aprendió a dominar el idioma inglés con fluidez.

Continua sus estudios de doctorado en la Universidad de Gotinga en Copenhague, en donde tuvo la oportunidad de contar con compañeros como Ernest Rutherford y Niels Bohr, quienes se convertirían en unos de los científicos más conocidos por sus trabajos en el área de la energía atómica y la mecánica cuántica, respectivamente.

Su trabajo de grado para la licenciatura lo realizó  en la teoría cuántica y esta información fue la base para desarrollar su trabajo de doctorado. Ingresa al Instituto de Física Teórica de la Universidad de Copenhague y trabajo con su compañero Ernest Rutherford en el laboratorio Cavendish en Cambridge, tomando este tiempo como unas vacaciones.

Luego de obtener su titulo de doctorado George Gámow pasó hacer parte del cuerpo de profesores de la Universidad de Leningrado, siendo el miembro más joven de formar parte del cuerpo de docentes, con tan solo 28 años de edad.

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Allí se mantuvo por espacio de 3 años, retirándose en el año 1.933. Durante su permanencia en la Universidad de Leningrado George Gámow trabajó en el Departamento de Física del Instituto de Radio, el cual era dirigido por Vitaly Khlopin. Realizó junto con Lev Mysovskii e Igor Kurchatov, el desarrollo de un proyecto sobre el Ciclotrón, el cual era un acelerador de partículas.

Fue presentado y aprobado en el año 1932, por el Consejo Académico del Instituto de Radio, sin embargo, no se completó hasta el 1937. Siempre se mantuvo en la línea de investigación de la física atómica. A su salida de la Universidad de Leningrado, ingreso como profesor invitado a la Universidad de Londres, mientras que de manera paralela desarrollaba trabajos de investigación en el Instituto Pierre Curie de París, Francia.

El sistema de gobierno de la época obstaculizaba los trabajos de investigación, Gámow en varias oportunidades trato de huir del país junto con su esposa, sin embargo, en el año 1.934 se presenta la oportunidad para irse a los Estados Unidos, al recibir una invitación de la Universidad de Michigan. A su llegada a los Estados Unidos ya recibía ofertas de trabajo por otras universidades.

Al poco tiempo decide aceptar la cátedra de física en la Universidad George Washington, en donde estuvo durante 22 años. George Gámow, tenía muy claro desde su llegada a Estados Unidos que no retornaría a Rusia, así que tramitó su nacionalidad convirtiéndose en ciudadano estadounidense en el año 1.940.

Eran tiempos de Guerra y al igual que muchos George Gámow fue llamado por el gobierno de los Estados Unidos para que formara parte del proyecto de física atómica. Era la Segunda Guerra Mundial, muchos de los científicos apasionados con la investigación, desconocían el fin último del trabajo que realizaban.

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George Gámow trabajo conjuntamente con Ralph Alpher y estaban desarrollando una teoría que estaba asociada con la creación de los elementos químicos, la misma se fundamentaba en una gran explosión que generó el primer átomo primordial, con una enorme densidad.

Esta era la famosa hipótesis conocida por todos como Big Bang. Esta teoría era acompañada por la inicialmente formulada por Georges Lemaitre, un sacerdote de origen belga que era astrónomo, matemático y físico que fue el primero en hablar de la expansión del Universo. George Gámow contribuyó a concretar y divulgar la teoría.

Gámow se casó en el año 1.958 con Barbara Perkins, de esta unión nació Igor Gámow, único hijo de la pareja. George Gámow fue de los primeros científicos en disentir sobre el posible enfriamiento del Sol, por el contrario planteaba la teoría de su progresivo calentamiento. También teorizó sobre el código genético, además como posible causa de la extinción de la vida terrestre, estos fueron consideradas como las primeras aportaciones de George Gámov a la ciencia.

En 1954 teorizó sobre la composición del código genético, el mismo lo fundamento sobre tripletas de nucleótidos. A pesar de haber tenido algunos errores de cálculo la idea se confirmó  en el año 1961. A partir de 1.956 fue profesor de física teórica en la Universidad de Colorado hasta su muerte.

Se reconocen dentro de sus obras más importantes “Un, dos, tres… infinito” editada en el año 1.947 y “La Creación del Universo” editada en el año 1.952. Su hijo Igor Gamow, siguió los pasos de su padre como hombre de ciencia, es un ex profesor de microbiología en la Universidad de Colorado y un inventor.

Dentro de los inventos que han sido más reconocidos se encuentran la Bolsa Gamow, la cual es una bolsa de presión neumática, en la que cabe una  persona. La bolsa se infla con una bomba manual, es utilizada con gran efectividad en el tratamiento de mal de montaña. También inventó el Aparato de respiración submarina poco profunda. George Gámow falleció el 19 de agosto de 1.968 en la ciudad de Boulder Colorado, Estados Unidos.

Aportaciones de George Gámow

George Gámow siempre fue un apasionado de la investigación, era incansable en la búsqueda de explicaciones a lo desconocido, a pesar de haberse licenciado inicialmente en física, se convirtió en astrofísico y bioquímico, por lo que la amplitud de conocimientos, lo hacían un científico muy completo, que siempre aportaba grandes ideas y soluciones.

Las aportaciones de George Gámow a la ciencia fueron muy relevantes e importantes,  por eso a continuación vamos a  describir sus aportaciones más famosas al mundo científico:

Teoría del Big Bang

Una de las grandes aportaciones de George Gámow, fue la realizada a la teoría del Big Bang. George generó una teoría que explicaba cómo pudo haber surgido la vida. El modelo que pudiera explicar de dónde surgió ese átomo originario proponía un modelo de la explosión que generó la formación del helio en el universo.

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También predijo que esa gran explosión había dado lugar a la radiación de fondo, la cual fue identificada por Arno Penzias y Robert Wilson, en el año 1.965. Pero sus ideas y teorías no quedaban solo en la formación de ese primer átomo, George Gámow, se interesaba en la evolución de las estrellas y cómo se genera la energía en ellas, por lo que trabajó en la nucleosíntesis estelar.

Esta teoría estaba muy relacionada con el Big Bang porque intentaba explicar cómo se formaron los diferentes elementos químicos y cuál era la proporción de cada uno de estos en el universo. George trabajó con dos de sus alumnos en la expresión matemática que respaldaría la teoría.  Su alumno encontró una explicación que coincidía con las observaciones astronómicas, señaló que si en realidad el universo había sintetizado el Helio, habría tanto Hidrógeno en el universo como Helio.

Las ideas de Gámov han sido efectivamente evidenciadas, existen mediciones que demuestran que el universo está expandiéndose. Las galaxias se distribuyen a distancias enormes unos de otras y este comportamiento concuerda con el surgimiento explosivo del universo.

Con base en esta teoría se estima que el universo surgió hace 15.000 millones de años, aproximadamente. Si en realidad el universo surgió de esa gran explosión, quedaría para la época en que fue propuesta la teoría del Big Bang mucho del calor remanente en el universo, sin embargo, no se contaba con la tecnología necesaria para demostrarlo.

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Los investigadores estiman que el Helio y el Hidrógeno fueron los primeros elementos que se formaron en el universo, lo que concuerda con la teoría del Big Bang. El resto de los elementos se formaron a partir de una serie de reacciones químicas nucleares a partir de estos dos elementos.

Otra evidencia que respalda la teoría del Big Bang es la presencia de la radiación cósmica. Debido a que el universo se ha enfriado hasta alcanzar temperaturas de – 270 grados centígrados, la energía que se mantiene a estas temperaturas se encuentra en el rango de las microondas.

Con la teoría del Big Bang la radiación generada debe haber inundado todo el confín cósmico, por lo que toda la radiación debe ser la misma en todo el espacio. Y esta inferencia es verdad y ha sido demostrada con la determinación de radiaciones o señales en el rango de las microondas y la presencia de un gas conformado por Helio e Hidrógeno, en todo el universo.

También a finales del siglo XX, lograron analizar una luz ultravioleta de un quásar, esta es una fuente astronómica de energía electromagnética, la cual se caracteriza por presentar radiofrecuencias y luz visible. Este hallazgo hace presumir que se trata de una galaxia que explotó en los límites del universo.

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Los investigadores lograron identificar que una parte de la luz emitida era absorbida por átomos de Helio, en la medida que se acercaba a la Tierra. Como se estima que la ubicación de esta fuente esta a más de 10.000 millones de años luz, la luz que está siendo recibida en la Tierra, en realidad está mostrando lo que sucedió hace 10.000 millones de años. Por lo tanto, este hallazgo es otra evidencia que permite respaldar la teoría del Big Bang.

Expansión del Universo

Esta es una teoría controversial que ha mantenido a la comunidad científica dividida y debatiendo en referencia a la misma. La teoría dice que el Sistema Solar, las Galaxias y Toda la Vía Láctea, por lo tanto, nuestro Planeta Tierra, se mueven dentro de una inmensa burbuja que tiene aproximadamente 250 millones de años luz de diámetro.

En esa burbuja la densidad media de la materia es la mitad del resto del universo. Se han generado una serie de métodos para calcular la velocidad a la que se está produciendo la expansión del universo. Se dice que el Universo desde la ocurrencia del Big Bang se ha venido expandiendo.

En referencia a quien propuso esta teoría también existe una gran controversia, pero para reconciliar a la ciencia referiremos que la teoría inicialmente fue propuesta por Georges Lemaître, físico belga y demostrada por Edwin Hubble. Quedó demostrado en el año 1.929 que las galaxias se alejan  y mientras más lejos se encuentran, más rápido se alejan.

Esto hace pensar a los científicos que antes de que ocurriera el Big Bang, las galaxias estaban en mismo lugar. Con base en sus observaciones surge entonces la Ley de Hubble y Lemaître, en la cual se plantea una Constante de Hubble y se indica la tasa de expansión del universo.

Los cálculos realizados señalan que la velocidad de expansión del universo se encuentra alrededor de 70 kilómetros por segundo. Hasta acá íbamos muy bien, pero se estarán preguntando ¿cuál es la controversia científica en referencia al tema?, bien es que existen dos maneras diferentes de realizar el cálculo y son contradictorios entre sí. Un método se fundamenta en el fondo cósmico de microondas y otro utiliza los supernovas.

Como ya hemos señalado la radiación de microondas se dice que nos llega de todas partes y es  emitida desde el momento en que el universo se enfrió lo necesario para que la luz pudiera trasladarse libremente, esto se estima que sucedió  hace unos 370.000 años después de ocurrido el Big Bang.

Considerando entonces que el universo es homogéneo, porque como se indico cuando ocurrió el Big Bang, las partículas se expandieron por todo el cosmo y por eso se habla de un universo isotrópico, cuando se calcula la Constante de Hubble    se obtiene un valor de 67,4 utilizando la teoría de la relatividad general de Einstein.

Con el método que utiliza los supernovas al calcular la constante de Hubble  se obtiene un valor de 74. En la búsqueda de solucionar este desencuentro, se han realizado investigaciones en las que consideran que el universo no es tan homogéneo, que la materia está distribuida de manera diferente.

Si entonces estamos en esa gran burbuja gigante, en donde la densidad de la materia presente es mucho menor de la que se conoce para todo el universo, los valores de la constante cambian, coincidiendo con el valor que se obtiene cuando se usa el método del fondo cósmico. Una posible solución a la diatriba científica.

Radiación Cósmica

La radiación cósmica es otra de la demostraciones que respaldan la teoría del Big Bang, recordemos que George Gámow, señalo que la energía de fondo era producida por la radiación cósmica remanente de la explosión del Bib Bang. Estas son partículas subatómicas que provienen del espacio exterior a una elevada velocidad.

Como fue comprobado, comencemos haciendo un poco de historia, Ernest Rutherford y sus colaboradores, en el año 1.910 infirieron que la ionización que ellos estaban observando a través del espectroscopio se debía a la radiactividad terrestre. Posteriormente Robert Millikan fue quien se refirió a esta energía como rayos cósmicos, porque él consideraba que venía del exterior del sistema solar.

En el año 1.911, Domenico Pacini también reseño variaciones de la tasa de ionización sobre un lago, a nivel del mar y a una profundidad de 3 metros bajo la superficie. Fue en el año 1.912 cuando Víctor Franz Hess un físico de nacionalidad Austriaca, demostró que realmente la ionización de la atmósfera era proporcional a la altitud, es decir, que la mima incrementaba con la altura. Siendo así, esta debía provenir del espacio exterior.

La comprobación de Hess, la realizó con los electrómetros Wulf elevados a 5.300 y obtuvo que la tasa de ionización se multiplicaba en comparación con la que podía medirse a nivel del suelo. Para descartar el aporte de Sol, ​ Hess realizó el mismo ensayo durante un eclipse de sol casi total, en el que obtuvo también un aumento de la radiación con la altura. Con la comprobación de Hess se confirma el ingreso de una enorme cantidad de radiación en nuestra atmósfera.  Hess recibió el Premio Nobel de física en el año 1936, por su descubrimiento.

Helio primitivo

Una de las preguntas que se hacen los científicos es ¿De dónde venimos? ¿Cómo se origino el universo? Y George Gámow no era una excepción. Dentro de las múltiples teorías planteadas para dar respuesta a esta inquietud casi universal, la más popular es la teoría del Big Bang, en la que precisamente George Gámow, platea que el primer elemento químico que se formo después de la gran explosión cósmica fue el Helio.

Como ya conocemos la teoría propone que inmediatamente luego de producido el Big Bang, el universo ocupaba un volumen mínimo y su temperatura era en extremo elevada. Luego se enfrió lo suficiente para que se formaran los átomos, debido a la presencia de la fuerza de gravedad los átomos se unieron y se formaron los millones de galaxias, incluyendo la nuestra.

Por supuesto que esta es una teoría sumamente atractiva, por lo que ha sido sometida a una serie de pruebas. Como ya hemos venido observando el Helio primitivo es una más que se suma a las anteriores, como la expansión del universo, las radiaciones cósmicas, entre otras.

El descubrimiento del helio primitivo es una evidencia más. Los investigadores presumen que tanto el Helio como el Hidrógeno fueron los primeros elementos químicos formados en la evolución cósmica. Si esta presunción era cierta en el universo se encontraría  un gas disperso de hidrógeno y de helio a través de todo el universo.

Esto fue comprobado en el año 1.995 cuando analizaron la luz emitida por un quásar en la que determinaron que parte de la luz emitida era absorbida por los átomos de helio en su camino a la tierra, tal como lo habíamos comentado anteriormente. Ahora bien, se deben estar preguntando ¿por qué no se detecto al hidrógeno, siendo este más abundante?.

Los científicos señalan que debido a que el átomo de hidrógeno solo tiene un electrón, el cual es ionizado por el quásar los átomos ionizados de hidrógeno no pueden absorber nada de luz, mientras que el átomo de Helio tiene dos electrones, esa es la razón por los que pueden ser detectados los de Helio y no los de Hidrógeno.

Teoría de la desintegración alfa

Cuando hablamos de la desintegración alfa entendemos que es la pérdida de un átomo del núcleo de un elemento químico y al perder la partícula se transforma en otro elemento químico con un número másico menor y un número atómico menor en igual cantidad de lo perdido. Este fenómeno se conoce como desintegración alfa, también se conoce con el nombre de decaimiento.

Estamos hablando de radioactividad, de perdidas espontáneas de electrones y este es un proceso que se da en núcleos atómicos de gran tamaño. Podemos considerar que son la emisión espontánea de núcleos de Helio-4 (4He2+), que en los sucesivo serán llamados partículas α.

El motivo de que la partícula emitida sea un núcleo de helio en lugar de cualquier otro elemento se debe a la enorme energía de enlace que poseen dichas partículas. Como sabemos el núcleo atómico es el centro de un  átomo, en el mismo se encuentran los protones y neutrones.

La partícula tiene una energía positiva pero no suficiente para traspasar la barrera de potencial, por lo que debería quedarse confinada en el núcleo, sin embargo, no sucede así, la física cuántica nos dice que la partícula alfa (α) sí puede abandonar el núcleo porque su función de onda tiene una expresión tal que la probabilidad de encontrar a la partícula fuera no es cero. Por tanto, lo que tenemos en el caso de la desintegración alfa (α) es una prueba del llamado “efecto túnel”. Y esta explicación al fenómeno es otra de las aportaciones de George Gámow.

Trabajos sobre el ADN

No conforme con los aportes realizados en el campo de la astrofísica, George Gámow también realizó una contribución enorme en el campo de la bioquímica. Luego de realizado el descubrimiento de la estructura del ADN, los científicos enloquecían en la necesidad de entender su funcionamiento, estaban seguros que esto les daría las respuestas de cómo se originó la vida y no solo esto, como hacer vida.

George Gámow permitió  avanzar un paso más cuando propuso una respuesta a la incógnita que suponía ¿cómo cuatro tipos distintos de bases  en el ADN, podían controlar la síntesis de proteínas desde aminoácidos? .

Como sabemos el ADN está constituido por adenina, guanina, citosina, timina, como era posible sintetizar a partir de los aminoácidos si todas eran proteínas diferentes. A Gámow se le ocurrió que debería haber una clave secreta entre las proteínas, así que propuso que existían códigos.

Teorizó unas secuencias cortas de las bases que formaban ese código, donde cada una de las secuencias especificaba uno de los veinte aminoácidos. A pesar que no era la respuesta exacta, fue la base para que Francis Crick, encontrará la solución del problema.

Reconocimientos

Como podemos observar en la trayectoria profesional de George Gámow, debe ser reconocido como uno de los grandes científicos del siglo XX, es por ello, que el mundo de la ciencia han tratado de dar reconocimiento a las aportaciones de George Gámow.

En vida fue galardonado con el Premio Kalinga, el cual es un galardón que entrega la UNESCO y le fue otorgado a George Gámow, por su labor divulgativa de la ciencia, a través de sus obras en ciencia como  Un dos tres…, El infinito y otros trabajos.

También realizaron un reconocimiento póstumo, nombrando el Edificio de Física de la Universidad de Colorado, para la cual trabajo durante una buena parte de su vida con el nombre de George Gámow. Esperamos en un futuro no muy lejano, se realicen algunos otros reconocimientos, por sus invaluables aportes al conocimiento del universo y de la vida.

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