Gamow, un físico curioso

«No podía deletrear; no podía hacer cálculos aritméticos sencillos. Creo que le habría sido realmente imposible encontrar el producto de 7 por 8. Pero tenía una mente que le hacía posible entender el universo.» Tal que así se expresaba Vera Rubin, una conocida astrónoma estadounidense que dirigía tan elogioso comentario a quien fuera su director de tesis doctoral, protagonista común de mis dos últimos posts: “El efecto túnel, la desintegración alfa y los orígenes de la Mecánica Cuántica” y “Gamow y la piedra Rosetta de la vida”. Se trata de Gueorgi Antonovich Gamow, un físico nacido en 1904 en Odesa (entonces Rusia y hoy, por el momento, Ucrania). Sus padres, ambos profesores, se encargaron de su formación durante sus primeros años; su madre le enseñó francés y tuvo dos institutrices, una que se encargó de su educación básica y otra que le dio clases de alemán.

Gamow estudió primero en la Universidad de Novorossia, en Odesa, pero en 1922, interesado en estudiar Física Teórica, se marchó a la Universidad de Petrogrado. Allí coincidió con dos colegas de talla excepcional, Dmitri Ivanenko y Lev Landau. Los “Tres Mosqueteros”, como se daban en llamar, volcaron su interés científico en las nuevas teorías cuánticas que entonces se estaban desarrollando y cabe imaginar que acarrearan más de un quebradero de cabeza a sus profesores.

Gamow, Ivanenko (los dos de arriba) y Landau (abajo, el segundo por la derecha) junto con otros compañeros en la Universidad de Petrogrado en 1926

De hecho los tres se vieron involucrados en una ocasión en un episodio que les deparó un problema de envergadura. En 1932, otro colega teórico, Bronstein, les enseñó un artículo de la última edición de la Gran Enciclopedia Soviética, recién aparecida, en el que otro físico, Gessen, disertaba sobre el éter lumínico, un concepto prácticamente erradicado de la física desde hacía años. Gamow, Bronstein, Ladau e Ivanenko enviaron enseguida un telegrama de “felicitación” a Gessen en el que le decían que, a la luz de su artículo, habían empezado a estudiar con entusiasmo el éter y que esperaban que pudiera orientarlos acerca de cómo profundizar en otros conceptos relevantes como el flogisto, el calórico y los fluidos eléctricos (entidades cuya necesidad, como la del éter, había sido negada tiempo atrás). Gessen no apreció el sentido del humor de los jóvenes físicos y los denunció a la Academia Comunista que les juzgó como contrarrevolucionarios. El régimen gobernante, cuya postura oficial se basada en el materialismo dialéctico, había prohibido la teoría de la relatividad y consideraba que la mecánica cuántica alla Heisenberg, con sus relaciones de incertidumbre, era una teoría idealista y burguesa (de hecho sólo podía enseñarse la mecánica ondulatoria de Schrödinger), y no estaba dispuesto a tolerar desmanes de unos pipiolos, por muy versados que fuesen. Así es que todos perdieron su trabajo como profesores del Instituto Politécnico (aunque conservaron su puesto de investigadores en el Instituto del Radio). Todos excepto Gamow, que pertenecía a la Academia de Ciencias y que, finalmente, no fue sancionado.

Gamow era ya entonces un reputado físico teórico. Años antes, en 1928, había viajado a Gotinga, al Instituto de Física Teórica que dirigía Max Born. Allí estuvo desde junio hasta septiembre de ese año y en ese breve período de tiempo desarrolló su teoría del efecto túnel para explicar la desintegración alfa. Pero antes de volver a Leningrado (Petrogrado ya había cambiado de nombre por mor de las circunstancias políticas) decidió visitar a Niels Bohr en Copenhague y, tras una breve entrevista, éste le propuso que se quedara allí un año con una beca Carlsberg (¿tendremos aquí alguna vez una beca Mahou o Alhambra de investigación científica?) Gamow aceptó y en enero del año siguiente visitó a Ernest Rutherford en su laboratorio Cavendish en Cambridge. Tanto Bohr como Rutherford quedaron gratamente impresionados con Gamow y su trabajo y acordaron que solicitara una beca de la fundación Rockefeller para estudiar las radiaciones beta y gamma en el Cavendish a partir de septiembre de 1929. En mayo Gamow volvió a la URSS donde fue recibido como un héroe nacional por cuenta de, esencialmente, su modelo de la desintegración alfa, que había “desacreditado” la teoría que hasta entonces habían defendido Rutherford y sus colaboradores. «Un hijo de la clase trabajadora ha explicado la pieza más diminuta de la maquinaria del mundo: el núcleo de un átomo» o «Un soviético ha mostrado a Occidente que el suelo ruso puede producir sus propios platones y perspicaces newtons» fueron algunas de las elogiosas frases con que los periódicos de la época glosaron el retorno de Gamow.

Ni que decir tiene que no tuvo ningún problema para obtener el nuevo visado y en la fecha prevista, habiendo obtenido la beca solicitada, se encontró de nuevo en Cambridge. Enseguida produjo el segundo de sus grandes logros científicos: el modelo nuclear de la gota líquida. Este modelo es usualmente atribuido a Bohr y a su colaborador Kalckar, pero bien es verdad que con anterioridad Gamow, como hemos dicho, Heisenberg y von Weizsäcker habían contribuido notablemente al establecimiento de las bases de ese modelo que, poco después, resultó fundamental para que Lise Meitner y su sobrino Otto Frisch formularan una hipótesis factible sobre la fisión nuclear que Otto Hahn, Fritz Strassmann y la propia Meitner habían descubierto poco antes.

El verano de 1931 Gamow volvió a la URSS, pero nadie entonces lo celebró. De hecho intentó obtener un nuevo visado para acudir a sendos congresos que se celebrarían en Alemania e Italia a partir de septiembre y para los que había sido invitado. Sin embargo la situación política del país había cambiado: la ciencia había pasado a formar parte de la línea de confrontación con el mundo capitalista y los pocos científicos a los que se permitía salir tenían el encargo de espiar los logros de sus colegas occidentales y, por supuesto, no revelar el más mínimo detalle de los progresos científicos soviéticos. En sus continuas visitas a la oficina de pasaportes en Moscú conoció a Lyubov Vokhminzeva, con la que se casó unos meses más tarde, y que fue su esposa hasta su divorcio en 1955. La joven pareja planeó varios intentos de escapar de la URSS, pero sólo pudo poner en práctica el primero: en el verano de 1932 se embarcaron en una piragua cerca de Yalta y, con la excusa de estudiar el comportamiento del bote en alta mar, trataron de cruzar el Mar Negro hasta las costas turcas. Una inesperada tormenta les obligó a desistir tan sólo el segundo día de navegación y a punto estuvieron de sufrir consecuencias más graves. Pero un nuevo golpe de fortuna sonrió a Gamow: el gobierno lo nombró delegado soviético en el congreso Solvay, que se iba a celebrar en Bruselas en octubre de 1933. Al parecer en ello tuvo una intervención decisiva el físico francés Langevin, uno de los organizadores del congreso y que mantenía buenas relaciones con las autoridades soviéticas debido a sus conocidas convicciones políticas próximas al comunismo. Además, Gamow se las arregló para que permitieran a su mujer acompañarle como asistente (ella también era graduada en física), algo muy raro en aquella época porque sin el permiso para la familia garantizaban, al menos hasta cierto punto, la vuelta del viajero. Ninguno de los dos volvió a la URSS.

Tras el congreso de Bruselas, Gamow empezó a buscar trabajo. Tras breves estancias en el laboratorio de María Sklodowska Curie, en el Cavendish y en el instituto de Bohr en Copenhague, obtuvó una plaza de profesor en la Universidad George Washington, en Washington, donde continuó trabajando en física nuclear durante unos años. Fruto de esa época fue su trabajo fundamental sobre la desintegración beta en el que, junto con Teller, generalizó la teoría de Fermi, que no podía explicar algunos datos experimentales concretos observados en la cadena radiactiva del Pb-212. Ambos pusieron de manifiesto un nuevo tipo de transiciones beta, que se conocen hoy día como transiciones Gamow-Teller, y que compiten las de tipo Fermi. Digamos como ejemplo que el neutrón libre se densintegra un 18% de las veces vía una transición de tipo Fermi y el 82% restante vías una transición Gamow-Teller.

Este trabajo de 1936 fue el último relevante que Gamow llevó a cabo en el área de la física nuclear. A partir de entonces se dedicó de lleno a estudiar los mecanismos responsables de la producción de energía en las estrellas, aplicando sus conocimientos sobre la desintegración radiactiva y la fisión y fusión nucleares. Desarrolló varios modelos que sólo tuvieron un relativo eco en la comunidad. De todos ellos es famoso el de los denominados procesos urca, en el que él y Schoenberg, un físico brasileño colaborador suyo, trataron de explicar las bases físicas de las supernovas. Quizá lo más destacado de este modelo es que puso de manifiesto el papel fundamental que en esas espectaculares emisiones energéticas, observadas desde tiempos inmemoriales, jugaban los neutrinos. Dicho papel fue confirmado en 1987 por la detección, unas horas antes de la observación de la supernova SN1987A, de 11 antineutrinos en Kamiokande-II (Japón), 8 en IMB (EEUU) y 5 Baksan (Rusia), en todos los casos por encima del fondo de detección de los observatorios a pesar de su pequeño número. La otra curiosidad de este trabajo es el nombre de “urca” dado a los procesos. En el artículo, publicado en Physical Review, no se indica el significado del acrónimo. Gamow cuenta en su autobiografía que, de haberle preguntado los editores de la revista, les habría dicho que era el acrónimo de unrecordable cooling agent (es decir, agente enfriador indetectable, un más que buen eufemismo para referirse al neutrino). Pero en realidad es que “Urca” era el nombre de un casino de Río de Janeiro en el que Gamow había conocido a Schoenberg.

Hacia mediados de la década de 1940-50, Gamow cambió de tema de trabajo de nuevo. Se dice que era bastante torpe con las matemáticas y que cuando un tema empezaba a complicarse desde el punto de vista de los cálculos procuraba cambiar a otro que requiriese una matemática más sencilla. Así es que se volcó entonces de lleno con la cosmología física: el estudio del origen del universo y de su evolución. Su mayor logro en este campo fue predecir la temperatura de la radiación cósmica de fondo de microondas. Él y sus colaboradores de entonces, Alpher y Herman, habían encontrado el valor de unos pocos kelvin, pero sólo en un trabajo de estos últimos lo incluyeron explícitamente, ya que Gamow nunca dio mucha importancia al mismo. Pero en 1964, los físicos estadounidenses Penzias y Wilson descubrieron por accidente el “ruido de fondo” que esa radiación producía en una antena de alta sensibilidad para radioastronomía que estaban construyendo y, además de granjearles el premio Nobel en 1978 por ello, su descubrimiento se consideró como la prueba de una de las teorías físicas que más impacto social ha tenido: la del Big Bang. A Gamow le dolió especialmente que Penzias y Wilson no citaran las predicciones de su grupo. No obstante también tuvo Gamow su correspondiente dosis de diversión en este tema. En abril de 1948 se publicó una carta al editor de Physical Review titulada «El origen de los elementos químicos», firmada por Alpher, Bethe y Gamow. El trabajo lo habían llevado a cabo Gamow y Alpher, pero Bethe, un reputado físico teórico de la Universidad de Cornell, ganador del premio Nobel de Física en 1967, no sabía nada del mismo. Gamow quiso incluirlo porque así las iniciales de los autores coincidían con las de los tres procesos radiactivos básicos (alfa, beta y gamma) y con las tres primeras letras del alfabeto griego, lo que le resultaba especialmente divertido. Convenció a Alpher para incluir como coautor a Bethe, que al parecer apreció la broma con buen humor. Hay que decir además que, a pesar de lo que mucha gente cree, Gamow no inventó el término “Big Bang”, sino que fue el astrofísico inglés Hoyle el que primero lo mencionó en un programa radiofónico de la BBC. A Gamow nunca le gustó y, de hecho, sólo aparece mencionado un par de veces en sus numerosos artículos sobre el tema.

Algunos años más tarde se enroló en lo que el mismo denominaba “una extravagante desviación en el campo de las ciencias biológicas”. Fue entonces cuando, poco después de que Crick y Watson descubrieran la estructura de doble hélice de la molécula de ADN, Gamow estudió cómo los cuatro tipos de bases presentes en el ADN forman los 20 aminoácidos constituyentes de las proteínas.

Aunque era uno de los mejores especialistas en física nuclear de su tiempo, Gamow no fue reclamado para participar en el Proyecto Manhattan de construcción de la bomba nuclear, debido probablemente a su origen ruso y a pesar de que desde 1940 había adoptado la nacionalidad estadounidense. Durante la Segunda Guerra Mundial siguió ejerciendo como profesor en Washington y trabajó como consultor de la Armada en temas relacionados con explosivos convencionales. Años más tarde Teller, su antiguo colaborador en Washington, codirector junto con el físico Ullam del proyecto para la fabricación de la bomba de hidrógeno, sí que lo invitó a participar, aunque no se conoce casi nada de sus actividades concretas.

Además de su relevancia como investigador, Gamow destacó como divulgador científico y obtuvo en 1956 el premio Kalinga, otorgado por la Unesco. Entre sus publicaciones más conocidas en este campo están los cuatro libros (que recomiendo a aquéllos que quieran pasar un rato divertido con la física y la biología) sobre las aventuras del Sr. C.G.H. Tompkins, un empleado de banca aficionado a la física, cuyas iniciales responden a tres de las constantes universales fundamentales: c, la velocidad de la luz en el vacío, G, la constante de gravitación universal, y h, la constante de Planck. Gamow publicó también más de veinte libros de divulgación de la física.

Tras su divorcio en 1955, se trasladó como profesor a la Universidad de Colorado y en 1958 se casó con Barbara Perkins, que era la directora de publicidad de Cambridge University Press, la editorial que había publicado el tercer libro del Sr. Tompkins.

La muerte en 1962 de sus amigos Landau y Bohr fue para él un duro revés. En 1968, Gamow falleció en Boulder, Colorado, después de haber sufrido varias operaciones delicadas de las que no llegó a recuperarse.

Aunque Gamow fue un físico teórico, su curiosidad «experimental» siempre estuvo presente en su trabajo. De hecho, sus primeros trabajos como investigador en la universidad los realizó en el ámbito de la meteorología, la espectroscopía y la óptica experimentales, aunque según él mismo reconoció siempre su pocas dotes para ello. En su autobiografía relata sus cuitas con el empirismo científico, pero es especialmente curioso su primer recuerdo de un experimento. Siendo aún niño, su padre le regaló un microscopio y decidió indagar en el dogma del sacramento de la Eucaristía: aquello de que el pan y el vino, después de consagrados, se transforman en la carne y la sangre de Cristo le llamaba poderosamente la atención y se propuso comprobarlo por sí mismo. Así, un día conservó, después de comulgar, la hostia mojada en vino en su boca y se apresuró a volver a su casa donde, inmediatamente, observó la “muestra” con el microscopio, la comparó con otra similar (no consagrada, claro) que tenía preparada de antemano y constató la similitud entre ambas y sus evidentes diferencias con una fina capa de piel que había extraído de la yema de uno de sus dedos. Declara Gamow en su autobiografía que este episodio fue el que le llevó a la ciencia. Y probablemente también hizo de él el escéptico que siempre fue.