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ジョージ・ガモフ（ George Gamow 、別名ガモフ、本名ゲオルギー・アントノヴィチ・ガモフ、ロシア語: Гео́ргий Анто́нович Га́мов、1904年3月4日[旧暦2月20日] - 1968年8月19日）は、ソビエト連邦およびアメリカの博学者、理論物理学者、宇宙論者であった。彼はジョルジュ・ルメートルのビッグバン理論の初期の提唱者であり開発者であった。ガモフは量子トンネル効果によるアルファ崩壊の理論的説明を発見し、液滴モデル（原子核の最初の数学モデル）を発明し、放射性崩壊、星形成、恒星核合成、ビッグバン核合成（これらをまとめて核宇宙発生と呼んだ）の研究に取り組み、宇宙マイクロ波背景放射と分子遺伝学の存在を予言した。[ 2 ] [ 3 ]
ガモフはキャリアの中期から晩年にかけて、教育に力を注ぎ、一般向けの科学書を執筆した。代表作には『One Two Three... Infinity』や『Mr. Tompkins』シリーズなどがある。彼の著書の中には、初版から半世紀以上経った今でも出版され続けているものもある。コロラド大学ボルダー校では、彼の功績を称え、ジョージ・ガモフ記念講演会が開催されている。
ガモフはロシア帝国のオデッサ（現在のウクライナ、オデッサ）で生まれた。父親は中等学校でロシア語とロシア文学を教え、母親は女子校で地理と歴史を教えていた。ガモフはロシア語の他に、母親からフランス語を、家庭教師からドイツ語を少し学んだ。大学時代に英語を学び、流暢に話せるようになった。初期の著作のほとんどはドイツ語かロシア語で書かれていたが、後に専門論文と一般向け論文の両方で英語を用いるようになった。
彼はオデッサの物理数学研究所[ 4 ]（1922～23年）とレニングラード大学（1923～1929年）で教育を受けた。ガモフはレニングラードでアレクサンドル・フリードマンに師事したが、1925年にフリードマンが早世したため、博士論文の指導教官を変更せざるを得なくなった。大学でガモフは理論物理学を専攻する他の3人の学生、レフ・ランダウ、ドミトリ・イヴァネンコ、マトヴェイ・ブロンシュテインと親交を深めた。4人は「三銃士」と呼ばれるグループを結成し、その年に発表された量子力学に関する画期的な論文について議論し分析するために集まった。彼は後に同じ表現をアルファー、ヘルマン、ガモフのグループを表すのに用いた。
卒業後、彼はゲッティンゲンで量子論の研究に取り組み、そこで原子核の研究が博士号取得の基礎となった。その後、 1928年から1931年までコペンハーゲン大学理論物理学研究所に勤務したが、その間、ケンブリッジのキャベンディッシュ研究所でアーネスト・ラザフォードと共に研究を行った。彼は原子核の研究を続け（「液滴モデル」を提唱）、ロバート・アトキンソンやフリッツ・ホウターマンスと共に恒星物理学の研究にも携わった。
1931年、ガモフは28歳でソ連科学アカデミーの通信会員に選出された。これは同アカデミー史上最年少の一人である。[ 5 ] [ a ] [ b ] 1931年から1933年の間、ガモフはヴィタリー・フロピンが率いるレニングラードのラジウム研究所の物理部門で働いた。ヨーロッパ初のサイクロトロンは、イゴール・クルチャトフ、レフ・ミソフスキー、ガモフの指導と直接の参加のもとで設計された。1932年、ガモフとミソフスキーは設計案をラジウム研究所の学術評議会に提出し、承認された。サイクロトロンは1937年まで完成しなかった。[ 6 ]
20世紀初頭、放射性物質は特徴的な指数関数的崩壊率、すなわち半減期を持つことが知られていた。同時に、放射線放出には特定の特徴的なエネルギーがあることも知られていた。1928年までに、ゲッティンゲンのガモフは、ニコライ・コチンの数学的助けを借りて、トンネル効果による原子核のアルファ崩壊の理論を解決した。[ 7 ] [ 8 ]この問題は、ロナルド・W・ガーニーとエドワード・U・コンドンによっても独立に解決された。[ 9 ] [ 10 ]しかし、ガーニーとコンドンは、ガモフが達成したような定量的結果を達成できなかった。
古典力学では、粒子は非常に強い核ポテンシャル井戸から脱出するために高いエネルギーを必要とするため、粒子は原子核に閉じ込められています。また、古典力学では、原子核を引き裂くには膨大なエネルギーが必要であり、自発的に起こることはありません。しかし、量子力学では、粒子がポテンシャル井戸の壁を「トンネル」して脱出できる可能性があります。ガモフは原子核のモデルポテンシャルを解き、第一原理から、アルファ崩壊事象プロセスの半減期と放出エネルギーの関係を導き出しました。これは以前に経験的に発見され、ガイガー・ナッタルの法則として知られていました。[ 11 ]数年後、ガモフ因子またはガモフ・ゾンマーフェルト因子という名前が、入射する核粒子が静電クーロン障壁をトンネルして核反応を起こす確率に適用されました。
ガモフはソ連のいくつかの機関で働いた後、抑圧の激化を理由にソ連からの脱出を決意した。1931年、彼はイタリアで開催される科学会議への出席を正式に拒否された。また同年、彼はソ連の物理学者リュボフ・ヴォフミンツェワ（ロシア語: Любовь Вохминцева ）と結婚した。彼はギリシャ文字のローにちなんで彼女を「ロー」と呼んだ。ガモフと新妻はその後2年間、公式の許可の有無にかかわらず、ソ連からの脱出を試みた。この間、ニールス・ボーアや他の友人たちがガモフを招待したが、ガモフは出国許可を得ることができなかった。
ガモフは後に、妻と共に亡命を試みた最初の2回は1932年のことで、カヤックを使ったものだったと語った。最初は黒海を250キロメートル漕いでトルコを目指す計画で、2回目はムルマンスクからノルウェーを目指すものだった。どちらの試みも悪天候で失敗に終わったが、当局には気づかれなかった。[ 12 ]
1933年、ガモフは突如、ブリュッセルで開催された第7回ソルベー物理学会議への出席許可を得た。彼は妻の同伴を強く求め、一人では行かないとまで言った。最終的にソ連当局は折れて、夫妻にパスポートを発給した。二人は会議に出席し、マリー・キュリーや他の物理学者たちの助けを借りて滞在期間を延長する手配をした。翌年、ガモフはキュリー研究所、ロンドン大学、ミシガン大学で臨時の職を得た。
1934年、ガモフは妻とともに米国に移住した。同年、ジョージ・ワシントン大学（GWU）の教授となり、ロンドンから物理学者のエドワード・テラーをGWUに招き入れた。[ 13 ] 1936年、ガモフとテラーはベータ崩壊に関する「ガモフ・テラー選択則」として知られるようになった論文を発表した。ワシントン滞在中、ガモフはマリオ・シェンベルクやラルフ・アルファーとともに主要な科学論文も発表した。1930年代後半には、ガモフの関心は天体物理学と宇宙論へと移っていった。
ジョージ・ワシントン大学に採用されたガモフは、1935年から1947年にかけて一連の小規模な会議であるワシントン理論物理学会議を開始し、理論物理学の専門家を集めてさまざまなテーマについて議論した。 [ 14 ] 1939年の会議で、ボーアは核分裂の発見を公に発表した。[ 14 ]
1935年、ガモフの息子、イゴール・ガモフが誕生した（1947年の著書の中で、ガモフは「カウボーイになりたがる息子イゴールへ」と献辞を記している）。ジョージ・ガモフは1940年にアメリカ市民権を取得し、1956年までジョージ・ワシントン大学との正式な関係を維持した。
第二次世界大戦中、ガモフはジョージ・ワシントン大学で物理学の教鞭を執り続け、アメリカ海軍の顧問も務めた。
ガモフは恒星進化の過程と太陽系の初期の歴史に興味を持っていた。1945年、彼はドイツの理論物理学者カール・フリードリヒ・フォン・ヴァイツゼッカーによる太陽系初期の惑星形成に関する研究を支持する論文を共同執筆した。[ 15 ]ガモフは1948年にイギリスの科学誌ネイチャーに別の論文を発表し、その中で原始銀河（通常、太陽と同程度の質量を持つ約1000億個の恒星を含む）の質量と半径の方程式を開発した。[ 16 ]
ガモフの研究は、膨張する宇宙のホットな「ビッグバン」理論の発展を牽引した。彼は、均一な物質密度と一定の空間曲率を持つ宇宙を記述するアインシュタインの重力方程式のアレクサンダー・フリードマンとジョルジュ・ルメートルの非静的解を最初に採用した人物である。ガモフの重要な進歩は、ルメートルの唯一の原始量子というアイデアを物理的に具体化することであった。ガモフは、初期宇宙は物質ではなく放射線によって支配されていたと仮定することでこれを実現した。[ 17 ]宇宙論におけるその後の研究のほとんどは、ガモフの理論に基づいている。彼は自身のモデルを化学元素の生成[ 18 ]と、それに続く物質の銀河への凝縮[ 19 ]の問題に適用し、光速c、ニュートン重力定数G、微細構造定数α、プランク定数hなどの基本的な物理パラメータを用いて銀河の質量と直径を計算することができた。
ガモフの宇宙論への関心は、彼が以前から関心を寄せていた恒星におけるエネルギー生成、元素生成、および変換から生じた。[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]この研究は、原子核アルファ崩壊のメカニズムとしての量子トンネル効果の根本的な発見と、この理論を逆過程に適用して熱核反応の速度を計算することから発展した。
当初、ガモフは、すべての元素は宇宙の非常に高温高密度の初期段階で生成される可能性があると考えていた。後に、フレッド・ホイルらが提示した説得力のある証拠、すなわちリチウムより重い元素は主に恒星や超新星の熱核反応で生成されるという証拠に基づいて、この考えを修正した。ガモフは、提案したプロセスを記述する一連の連立微分方程式を定式化し、博士論文のテーマとして、大学院生のラルフ・アルファーにこれらの方程式を数値的に解く課題を与えた。ガモフとアルファーのこれらの結果は、1948年にアルファー・ベーテ・ガモフ論文として発表された。[ 23 ]（ハンス・ベーテは共著者ではなかったが、ガモフはギリシャ語アルファベットの最初の3文字を想起させるために、不在のベーテに言及した。）ガモフは、遺伝暗号の問題に興味を持つようになる前に、宇宙論に関する論文を約20本発表した。最も初期のものは1939年のエドワード・テラーによる銀河形成に関するもので[ 24 ] 、続いて1946年には宇宙核合成の最初の記述が行われた。彼はまた、このテーマやその他のテーマに関する多くの一般向け記事や学術教科書も執筆した[ 25 ] 。
1948年、彼は熱中性子から陽子と重水素が生成される様子を記述する連立方程式の簡略版に関する論文を発表した。簡略化と観測された水素と重元素の比率を用いることで、彼は元素合成開始時の物質密度、そして初期銀河の質量と直径を求めることができた。[ 26 ] 1953年、彼は同様の結果を出したが、今回は物質と放射線の密度が等しくなった時点での別の密度の決定に基づいていた。[ 27 ]この論文で、ガモフは残存背景放射の密度を決定し、そこから現在の温度が7 Kと予測された。この値は、現在受け入れられている値の2倍強であった。
1967年、彼は自身の研究とアルファーとロバート・ハーマンの研究（ガモフとの共同研究とガモフとは独立した研究の両方）の回想録と要約を出版した。[ 28 ]これは、1965年にペンジアスとウィルソンが宇宙マイクロ波背景放射を発見したことがきっかけとなった。ガモフ、アルファー、ハーマンは、その存在と発生源に関する理論的予測に対して、自分たちが当然受けるべき評価を得られなかったと感じていた。ガモフは、ペンジアス/ウィルソンの観測の重要性を説明する通信[ 29 ]の著者が、ガモフと彼の共同研究者の以前の研究を認識して引用しなかったことに落胆した。
1953年、フランシス・クリック、ジェームズ・ワトソン、モーリス・ウィルキンス、ロザリンド・フランクリンは、 DNA高分子の二重らせん構造を発見した。ガモフは、DNA鎖における4種類の塩基（アデニン、シトシン、チミン、グアニン）の順序が、構成アミノ酸からのタンパク質合成をどのように制御するのかという問題を解決しようと試みた。[ 30 ]クリックは、ガモフの提案が、この問題に関する自身の思考に役立ったと述べている。[ 31 ]クリックによると、[ 32 ]ガモフは、4種類のDNA塩基を3つずつ組み合わせた場合の4³ = 64通りの順列が、順序が関係なければ20通りの組み合わせに減少することを観察した。[ 33 ]ガモフは、これらの20通りの組み合わせが、20種類のアミノ酸をコードしている可能性があり、それらがすべてのタンパク質の唯一の構成要素である可能性があると示唆した。ガモフの遺伝暗号問題の解決への貢献は、生物学的退化の重要なモデルを生み出した。[ 34 ] [ 35 ]
ガモフが提唱した特定のシステム（「ガモフのダイヤモンド」と呼ばれる）は誤りであることが判明した。トリプレットは重複しているはずで、例えばGGACという配列では、GGAが1つのアミノ酸を生成し、GACが別のアミノ酸を生成する可能性があり、また非縮退である（つまり、各アミノ酸は3つの塩基の任意の組み合わせに対応する）と考えられていた。しかし、後のタンパク質配列決定の研究により、これはあり得ないことが証明された。真の遺伝暗号は重複しておらず縮退しており、塩基の組み合わせの順序を変えるとアミノ酸が変化する。
1954年、ガモフとワトソンはRNAタイクラブを共同設立した。これは遺伝暗号の問題に関心を持つ一流科学者の討論グループで、物理学者のエドワード・テラーやリチャード・ファインマンもメンバーに含まれていた。ワトソンは後に自伝の中で、ガモフの先見の明のあるイニシアチブの重要性を認めた。しかし、このことは彼がこの個性的な人物を「風変わりな」、カードマジックをする、五行詩を歌う、酒を飲む、いたずら好きな「巨大な悪魔」と表現することを妨げなかった。[ 36 ]
ガモフは1934年から1954年までジョージ・ワシントン大学に勤務し、その後カリフォルニア大学バークレー校の客員教授となった。1956年にはコロラド大学ボルダー校に移り、その後はそこで教鞭を執り続けた。同年、ガモフは物理科学研究委員会（PSSC）の創設メンバーの一人となり、同委員会は後にスプートニク後の時代に高校の物理教育を改革した。
1959年、赤狩りが収束に向かう中、ガモフ、ハンス・ベーテ、ヴィクター・ヴァイスコフは、フランク・オッペンハイマーがコロラド大学で物理学の教鞭を執ることに復帰することを公に支持した（ J・ロバート・オッペンハイマーはフランク・オッペンハイマーの兄であり、二人ともマッカーシズムによって物理学者としてのキャリアが頓挫する前にマンハッタン計画に携わっていた）。[ 37 ]： 130コロラド滞在中、フランク・オッペンハイマーは簡単な実験を通して科学を教えることにますます興味を持つようになり、最終的にサンフランシスコに移り、エクスプロラトリアムを設立した。[ 37 ]： 130-152 ガモフは、同僚が1969年8月下旬にこの革新的な新しい科学博物館を開館するのを見届けることはできなかった。[ 37 ]： 152
ガモフは1961年の著書『原子とその原子核』の中で、化学元素の周期表を連続したテープとして表現することを提案した。原子番号順に元素を巻き付けた三次元のらせん構造で、その直径は段階的に増加していく（従来の周期表の長い行に対応する）。
ガモフはコロラド大学ボルダー校で教鞭を執り続け、一般向けの科学教科書や書籍の執筆にますます力を注いでいた。数ヶ月にわたる体調不良、循環器系の手術、糖尿病、肝臓疾患を経て、ガモフは肝不全で死期を迎えた。彼は肝不全を、他のストレスに耐えられない「弱点」と呼んでいた。
8月18日にラルフ・アルファーに宛てた手紙の中で、彼は「腹痛が耐え難く、止まらない」と書いていた。これに先立ち、彼はかつての教え子であるアルファーと長きにわたる書簡のやり取りをしており、その中で、ポール・ディラックとの初期の研究で用いたいくつかの概念について、新たな理解を求めていた。ガモフは、数学をより深く理解するためにアルファーに頼っていたのである。
1968年8月19日、ガモフはコロラド州ボルダーで64歳で亡くなり[ 38 ]、グリーンマウンテン墓地に埋葬された。コロラド大学ボルダー校の物理学科の塔は彼にちなんで名付けられている。
ガモフは1935年に最初の妻ローとの間に息子イゴール・ガモフをもうけた。イゴールは後にコロラド大学の微生物学教授となり、発明家としても活躍した。
1956年、ガモフは妻のローと離婚した。1958年、彼は自身の出版社の編集者であったバーバラ・パーキンスと結婚した。
ガモフは、真面目な科学論文にいたずらやユーモラスなひねりを仕込むことを楽しむ、有名ないたずら好きだった。[ 39 ] [ 40 ]彼の最も有名ないたずらは、スタイルと内容が真面目な先駆的なアルファー・ベーテ・ガモフ論文（1948年）である。しかし、ガモフはギリシャ語アルファベットの最初の3文字をもじって、同僚のハンス・ベーテを著者リストに加えずにはいられなかった。[ 39 ] [ 41 ] [ 40 ]
ガモフは非常に成功した科学ライターであり、彼の著書のいくつかは初版から半世紀以上経った今でも出版され続けている。教育者として、ガモフは科学技術の進歩が加速する中でも、時代遅れになる可能性の低い基本原理を認識し、強調した。また、物理学をはじめとする一般読者が関心を持つ科学分野における革命への興奮も伝えた。ガモフ自身が著書の多くの挿絵を描き、それらは本文で伝えようとした内容に新たな次元を加え、それを補完した。彼は必要不可欠な箇所には躊躇なく数学を導入したが、重要な点を説明していない多数の数式を掲載することで読者を遠ざけないように努めた。
1946年、ガモフは原子力推進による有人宇宙飛行の提唱者であった。 [ 44 ]「我々は原子力推進の快適なロケットで月や太陽系の様々な惑星への旅に備えることができるだろう。」彼はまた、「そのようなロケットのエンジンに使用できる通常の化学燃料では、必要な速度を与えることは到底できないだろう…」と書いた。[ 45 ] 1965年までに彼は期待をやや抑えたものの、原子力推進による宇宙飛行の予測を改めて表明した。
近い将来、原子力推進宇宙船で火星や金星（太陽系で最も「居住可能」な惑星）へ冒険的な旅に出ることで、これらの惑星で進化した可能性のある生命の形態を研究できるかもしれないが、数百光年、数千光年離れた他の恒星世界における生命の存在可能性や生命の形態に関する問題は、おそらく永遠に解決不可能な科学の問題として残るだろう。[ 46 ]
その頃には、従来型の化学ロケットを用いた宇宙開発競争が始まっていた。
彼の著書『宇宙の創造』は1952年に初版が出版され、次のように結論づけている。「宇宙のすべての原子を作るのに1時間もかからず、星や惑星を作るのに数億年かかったが、人間を作るのに30億年かかった。」[ 47 ] [ 48 ]
1956年、彼は『ミスター・トンプキンス...』シリーズの本（1939年～1967年）、著書『1、2、3...無限』、その他の作品を通して科学を普及させた功績により、ユネスコからカリンガ賞を授与された。 [ 1 ]
ガモフは生前、リチャード・ブレードと共著で教科書『現代物理学の基礎理論』を執筆していたが、この著作は完成せず、同タイトルでの出版も実現しなかった。また、ガモフは『私の世界線：非公式自伝』も執筆しており、こちらは1970年に死後出版された。
ガモフの著作集は1996年にジョージ・ワシントン大学に寄贈された。資料には、ジョージ・ガモフ自身によるもの、およびガモフに関するものを含む書簡、記事、原稿、印刷物などが含まれる。このコレクションは現在、エステル・アンド・メルビン・ゲルマン図書館にあるジョージ・ワシントン大学特別コレクション研究センターの管理下にある。[ 49 ]
これらの書籍全体を通して、cGh物理学の概念を強調するために、トンプキンス氏は「CGHトンプキンス」として紹介されています。
これら 2 つの重要なアイデアの最初の本格的な理論は、ジョージ・ガモフという名の、色彩豊かで、抗いがたいほど遊び心のある物理学者によって同じ人物によって定式化されました。
無神論者のジョージ・ガモフは、自身の研究分野に対する教皇の注目を喜んでいた。