Georges Gamow ou le joyeux refus des idéologies

De frontières au ciel voyons-nous quelques traces ?

Sa voûte est-elle un mur, une borne, un milieu ?

Lamartine

Fils d'un professeur de lettres, Georges Gamow naît le 4 mars 1904, dans l’actuelle Ukraine, à Odessa, principal port de la Mer Noire. Située entre deux fleuves, le Dniestr et le Dniepr (sic), la ville ne tarde pas à devenir un foyer d’agitation révolutionnaire. En juin 1905, alors qu’un certain Albert Einstein vient juste de bouleverser les notions d’espace et de temps, une mutinerie éclate à bord d’un cuirassé de la flotte impériale russe amarré dans le port. Son nom ? Potemkine. Heureusement, le landau dévalant le grand escalier du port d’Odessa, lors de la grande fusillade, n’est pas celui du jeune Gamow.

Plus tard, à l’école, l’élève Gamow est doué et curieux. À l’âge de neuf ans, il se passionne une année entière pour la paléontologie, qui lui permet au moins, confiera-t-il plus tard, « de savoir distinguer un dinosaure d’un chat par la forme du petit orteil ». Cet appétit de connaissances, cette boulimie même, ne le quittera jamais. Le jeune Gamow aime tant découvrir, enquêter, juger par lui-même qu’il développe de façon précoce une aversion profonde pour les arguments d’autorité sous toutes leurs formes.

À l’âge de douze ans, il utilise le microscope offert par son père pour mettre à l’épreuve le dogme de l’Eucharistie. Le pain devient-il chair ? Le vin devient-il sang ? Y a-t-il vraiment transsubstantiation, comme le proclame le dogme ? Il existe sûrement un moyen d’en avoir le cœur net. Le jeune Gamow réfléchit à un protocole expérimental qui soit potentiellement décisif. Un beau matin, muni d’idées assez naïves sur ce que signifie vraiment l’Eucharistie, il trempe un morceau de pain dans du vin, puis saisit un couteau et prélève un petit morceau… de sa propre chair ! Ayant disposé chacun de ces éléments dans une soucoupe qu’il laisse dans la cuisine familiale, il se rend à la messe et y communie en s’arrangeant pour conserver dans sa bouche un peu de pain imbibé de vin que lui a tendu le prêtre. Il court ensuite à la maison pour y comparer les trois échantillons à l’aide de son microscope. Mais il ne constate aucune différence entre les deux morceaux de pain, ni de ressemblance entre eux et le morceau de chair. La résolution spatiale de son instrument ne lui permettant pas de distinguer les cellules sanguines, sa démonstration demeure incomplète mais elle suffit à le détourner de la religion. Bien plus tard, un tel sens critique le poussera à rejeter l’orthodoxie marxiste et à fuir son propre pays.

En 1918, la ville d’Odessa est occupée par les Autrichiens, puis, quelques mois plus tard, par les alliés du général russe Anton Denikine qui soutiennent le mouvement contre-révolutionnaire, avant de passer définitivement sous le contrôle de l’armée rouge en 1920. Ces troubles politiques n’empêchent pas Gamow de poursuivre de brillantes études scientifiques dans l’université de sa ville natale, en astronomie, en physique et en mathématiques. C’est un géant jovial d’un mètre quatre-vingt-dix, à la voix forte, aux yeux aussi bleus que myopes, ce qui l’oblige à porter de grosses lunettes. Il est si ouvert, si vibrionnant qu’il discute avec tout le monde : faire tomber les barrières, les barrières de toutes sortes, voilà ce qui lui importe. Et très vite il acquiert la réputation d’être le seul physicien capable d’expliquer, de façon simple et enjouée, n’importe quel problème de physique. Ses camarades le perçoivent comme la superposition quantique d’un farceur et d’un surdoué.

En 1924, quelques jours après la mort de Lénine, Gamow part pour Saint-Pétersbourg, qui vient tout juste d’être renommée Leningrad. Là, à l’université, il s’intéresse à la cosmologie relativiste sous la tutelle de son maître Alexandre Friedmann, fils d’un danseur et d’une pianiste et lui-même père des premiers modèles d'univers en expansion : il vient de publier son livre L’univers  comme espace et temps, dans lequel il décrit la variation temporelle de l’espace cosmique et entrevoit le possible commencement de l’univers dans une « singularité », sorte d’instant zéro inaugurant l’expansion.

Mais Gamow va délaisser quelque temps ce domaine, d'une part parce que Friedmann a la mauvaise idée de mourir de maladie en septembre 1925, d'autre part parce que cet esprit insatiable est violemment attiré par de toutes récentes découvertes : de nouvelles lois ont été mises au jour qui décrivent le comportement de l’atome. Depuis quelques mois, des articles ouvrant des perspectives inédites arrivent à un rythme vertigineux à la bibliothèque de l’université : Satyandranath Bose a écrit sur la statistique des photons (juillet 1924), Wolfgang Pauli sur le principe d’exclusion (janvier 1925), Werner Heisenberg sur la « mécanique des matrices » (juillet 1925), Georges Uhlenbeck et Samuel Goudsmit sur le spin de l’électron (octobre 1925), Erwin Schrödinger sur l’équation qui régit le comportement des particules quantiques (février 1926), enfin Max Born sur l’indéterminisme quantique (juillet 1926)… Gamow les lit tous et avec gourmandise. Il comprend que ces hommes viennent de poser le pied sur un tout nouveau monde, et veut en être. Il veut participer à l’exploration. Il se sent l’âme d’un pionnier.

Son premier article, publié à la fin de l’année 1926, il le consacre à la toute neuve équation de Schrödinger, car il perçoit que sa signification n’est pas encore bien comprise. Il propose rien moins que d'interpréter la « fonction d'onde » comme l'équivalent d'une cinquième dimension, qu'il faudrait ajouter aux quatre dimensions habituelles d'espace et de temps. Cette suggestion ne convainc guère, mais elle montre au moins que le jeune homme ne craint pas d’oser, qu’il a du tempérament, du culot même. Durant toute sa vie, Gamow n’hésitera jamais à jouer avec les idées les plus audacieuses, voire les plus saugrenues. C’est son côté Giordano Bruno : la vie de l’esprit ne consiste-t-elle pas à explorer des territoires vierges, à inventer, à faire virevolter les théories sur le dos agité du réel, le but étant, comme dans un rodéo, de les y maintenir le plus longtemps possible ?

Mais Gamow sent que c’est hors de Russie que se passent les choses les plus intéressantes. En juin 1928, après avoir obtenu son diplôme, il demande un visa pour l’étranger et une bourse d’étude, qu’il obtient. Il part pour Göttingen, temple de la physique atomique, où il va travailler deux mois auprès de Max Born. Il n’a que vingt-quatre ans, et s’apprête à fournir sa première grande contribution à la physique : il est le premier à avoir l’idée d’appliquer les équations de la physique quantique, essentiellement l’équation de Schrödinger qu’il commence à bien maîtriser, au noyau atomique lui-même. Jusque là, on l’appliquait seulement aux électrons qui entourent le noyau, on la cantonnait à la périphérie de l’atome. De la physique atomique, domaine qu’il juge déjà trop « encombré » à son goût, Gamow passe ainsi à la physique nucléaire, dont l’objet est seulement le « cœur » de l’atome. Elle n’en est qu’à ses balbutiements, et c’est une discipline exclusivement expérimentale : personne n’a encore tenté d’élaborer une véritable théorie expliquant la structure des noyaux atomiques.

Gamow se lance, en solitaire. Au terme de calculs qui deviendront célèbres, il parvient à expliquer le mécanisme de l’un des trois types de radioactivité : la radioactivité dite « alpha », celle qui ne concerne que les noyaux lourds. De quoi s’agit-il ? Un noyau radioactif est un noyau dont l’arrangement ne respecte pas les lois physiques qui assurent la stabilité maximale. Sa structure le condamne à se transformer : de la même façon que la pomme finit par tomber de l’arbre, un jour ou l’autre, le noyau radioactif doit faire en sorte de se débarrasser de l’excédent d’énergie qui empêche sa stabilité. Les différents types de radioactivité correspondent aux divers moyens de rééquilibrage et de libération de l’énergie des noyaux. Les noyaux les plus lourds, ceux qui contiennent un grand nombre de protons et de neutrons, sont comme des ballons trop gonflés. Ils rêvent d’avoir la peau du ventre moins tendue. Ils ont la possibilité de se débarrasser de leur excédent d’énergie en expulsant des noyaux d’hélium, qu’on appelle aussi des particules alpha (on parle en l’occurrence de radioactivité alpha).

En 1927, Ernest Rutherford, le découvreur du noyau atomique, avait constaté que le mécanisme inverse n'est curieusement pas toujours possible : des particules alpha que l’on projette sur des noyaux d'uranium ne semblent pas pouvoir les pénétrer, même lorsque leur énergie est deux fois supérieure à celles des particules alpha émises spontanément par ces mêmes noyaux d'uranium.

Dans un premier temps, Gamow, qui n’aime pas les frontières trop hermétiques, explicite par quel mécanisme une particule alpha parvient à sortir d’un noyau atomique, alors que celui-ci se comporte vis-à-vis d’elle comme une sorte de cuvette aux parois infranchissables. Il démontre que, de façon générale, les lois quantiques permettent à une particule d’apparaître de l'autre côté d'une barrière de potentiel, même si l’énergie de la particule est inférieure à la hauteur de la barrière. Autrement dit, la physique quantique offre à la particule une probabilité non nulle de traverser une barrière qui, si l’on s’en tenait aux seules lois de la physique classique, serait pour elle absolument infranchissable. Tout se passe en définitive comme si cette barrière de potentiel était percée d'un véritable tunnel que la particule a une certaine probabilité de traverser – d’où le nom « d’effet tunnel » que propose Gamow.

Mais il n’y pas que les noyaux radioactifs qui soient victimes de fuites. Les bourses des jeunes chercheurs ne sont guère plus étanches. À la fin de son séjour à Göttingen, en septembre 1928, Gamow n’a pratiquement plus d’argent. Avant de rentrer à Leningrad, il décide de passer par Copenhague pour présenter ses conclusions à Niels Bohr, dont il admire les travaux : le danois fait figure de « père symbolique » pour de nombreux jeunes physiciens. D’autant qu’en 1922, dès la réception de son prix Nobel de physique, l’Académie des sciences danoise et les brasseries Carlsberg lui ont donné l’argent nécessaire pour créer un Institut de physique, unique en son genre, et offrir des bourses aux chercheurs désireux d’y travailler.

À Copenhague, Gamow pose ses valises dans un hôtel minable du centre ville et loue la chambre la moins chère. Le lendemain matin, il se rend à pied 15 Paa Blegdamsvej, au domicile de Niels Bohr (l’Institut qu’il dirige se trouve juste à côté, au numéro 17) et - miracle – il obtient un rendez-vous avec le maître l’après-midi même. Il lui présente alors ses travaux sur la radioactivité alpha. Bohr est impressionné et ponctue les propos de Gamow : « Très intéressant, vraiment très intéressant, très intéressant vraiment. Combien de temps allez-vous rester ici ? » Gamow explique qu’il a tout juste assez d’argent pour s’offrir une nuit supplémentaire. « Pourriez-vous rester un an, demande Bohr, si je vous procurais une bourse Carlsberg de notre Académie des sciences ? » « Oui, je pourrais », répond Gamow, le souffle coupé.

C’est ainsi qu’il est amené à résider une année complète dans la capitale danoise. Avec un autre jeune chercheur, Max Delbrück, il prend pension chez une certaine madame Have, qui a pour mission de le réveiller s’il n’est pas levé à onze heures. Il passe ses journées à l’Institut de physique, qui bourdonne telle une ruche : de jeunes théoriciens passionnés, en provenance de nombreux pays, parlant des langues différentes, s’ébattent dans les méandres de deux nouveaux continents, celui de l’atome et celui de son noyau. Le Danois étant peu pratiqué hors des frontières du Danemark, la langue officielle imposée par Niels Bohr est l’anglais baragouiné, que Gamow parle… parfaitement. Quant aux règles de vie à l’Institut, elles brillent par leur souplesse et leur simplicité : chacun fait ce qu’il veut, comme il le veut, aux heures qui lui conviennent le mieux. Friand de soirées festives et alcoolisées, notre jeune homme pratique quotidiennement la grasse matinée, sans que quiconque ne songe à le lui reprocher.

Le soir, lorsqu’il est fatigué par sa journée passée à discuter avec les uns et les autres, il arrive que Niels Bohr entre dans la bibliothèque en quête d’étudiants qui accepteraient de l’accompagner au cinéma. En général, Gamow ne se fait pas prier, tant il partage les goûts de son hôte : tous deux n’aiment que les westerns. Bohr, en grand théoricien qu’il est, a développé une thèse permettant de comprendre pourquoi le héros parvient toujours à tuer le méchant qui dégaine pourtant le premier. C’est essentiellement affaire de psychologie : puisque c’est le méchant qui décide du moment où il dégaine, cette contrainte mentale ne peut que gêner son action, en la parasitant. Le héros, au contraire, agit par simple réflexe : il saisit automatiquement son revolver dès qu’il voit la main du méchant bouger, et sa rapidité lui donne finalement un avantage décisif. Un beau jour, Gamow, qui conteste cette théorie autant que le dogme de la transsubstantiation, ira acheter deux revolvers dans un magasin de jouets dans l’intention de la falsifier. Une expérience test s’ensuivra, dans laquelle Bohr jouera le rôle du gentil héros et « tuera » tous ses étudiants.

En dehors des séances de cinéma, Gamow poursuit ses travaux en physique nucléaire. Il n’aime guère les longs calculs abscons, surtout quand il ne parvient pas à les interpréter en termes simples. Il préfère suivre son intuition, faire confiance à sa boussole personnelle, donner du sens aux images du noyau atomique qui se forment dans son esprit. Après, seulement après, il tente de déduire de ces images « mentales » les propriétés physiques de cet objet invisible qu’est le noyau d’un atome. Quel est son degré de rigidité ? Est-il déformable comme le caoutchouc ou plus dur qu’un cristal de roche ? Et quelles formes peut-il prendre ?

Après quelques mois de tâtonnement, Gamow propose une hypothèse : il envisage les noyaux atomiques comme les petites gouttelettes de ce qu’il appelle le « fluide nucléaire ». Cette supposition paraît d’abord bien surprenante, tout à fait contraire au sens commun, car les physiciens imaginaient plutôt les noyaux, dont la densité est deux cent mille milliards de fois plus forte que celle de l’eau liquide, comme des objets solides, susceptibles de se casser de façon nette et franche, telle une brique. Ce qui est très dense n’est-il pas aussi très dur ? Or ce que suggère Gamow, c’est que les noyaux sont au contraire capables de se déformer de façon progressive, par exemple de s’étirer, puis de se contracter, puis de se distendre à nouveau jusqu’à éventuellement se rompre.

Plus tard, en 1936, ce modèle sera repris et développé par Niels Bohr sous le nom de « modèle de la goutte liquide ». En 1939, il permettra de comprendre certains phénomènes nucléaires nouvellement découverts, notamment la fission des noyaux les plus lourds. Les noyaux d’uranium 235, qu’on trouve dans les centrales nucléaires et dans certaines bombes atomiques, en sont les plus célèbres représentants : lorsqu’ils sont percutés par un neutron, ces noyaux s’agitent soudain, se déforment et s’étirent au point de trouver une forme nettement plus stable, composée de deux fragments distincts. Autrement dit, ils subissent une fission qui produit deux noyaux plus légers et libère une très grande quantité d’énergie, tout en émettant deux ou trois neutrons susceptibles de provoquer à leur tour d’autres fissions, ce qu’on appelle une « réaction en chaîne ».

Au début de l’année 1929, Gamow, arrivé en fin de contrat, bénéficie une nouvelle fois des largesses du mécénat, non plus celles d’un brasseur danois, mais d’un magnat du pétrole : sur recommandation de Niels Bohr, la fondation Rockefeller lui accorde une bourse qui lui permet de passer une année entière au Laboratoire Cavendish de Cambridge, dirigé par Ernest Rutherford, dont Gamow connaît bien les travaux. Les expérimentateurs y sont beaucoup plus nombreux que les théoriciens, mais Gamow, qui pratique spontanément l’humour anglais, s’adapte vite à ce nouveau contexte. Il y est même comme un poisson dans l’eau. Poursuivant ses calculs entrepris à Copenhague, il montre que les protons projetés sur une cible, lorsqu’ils ont suffisamment d’énergie, doivent pouvoir être capturés par les noyaux de la cible, surtout si ceux-ci sont légers. On provoquerait ainsi des réactions nucléaires susceptibles de modifier le nombre de protons au sein d’un noyau, et donc l’élément chimique auquel il appartient. N’était-ce pas très exactement le vieux rêve des alchimistes ?

Gamow explique que, grâce à l’effet tunnel qu’il vient de découvrir, ce rêve devient réalisable : un proton venant de l’extérieur et ayant une grande vitesse peut outrepasser les effets de la force électrique qui tend à l’écarter du noyau (cette force électrique, dite « coulombienne », est répulsive puisque le noyau et le proton sont tous deux chargés positivement). Plus précisément, il est susceptible de diffuser à travers la barrière de potentielle, dite « coulombienne », qui résulte de cette force.

Gamow expose ses résultats lors d’un séminaire et propose d’utiliser comme cible du lithium, dont les noyaux ne contiennent que trois protons, donc seulement trois charges électriques positives, de sorte que la barrière à franchir pour le proton incident, celui qui vient de l’extérieur, n’est pas trop haute. Un tout jeune physicien, John Cockroft, se montre particulièrement intéressé et le presse de questions. Une discussion passionnée s’engage. Les réponses de Gamow sont suffisamment convaincantes pour décider Cockroft à construire à Cambridge, avec l’aide de son collègue Ernest Walton, le premier accélérateur capable de provoquer les réactions nucléaires prédites par ce théoricien venu d’ailleurs.

Les deux expérimentateurs travaillent d’arrache-pied, dans les limites permises par le règlement de leur laboratoire qui ferme tous les soirs … à 18 heures ! Le 13 avril 1932, au beau milieu de l’après-midi, ils parviennent à envoyer des protons sur des cibles de lithium et, dans une sorte de transe, observent la production de paires de particules alpha, selon des modalités qui sont en parfait accord avec les prédictions de Gamow et, au demeurant, faciles à décrire : les protons pénètrent par effet tunnel dans les noyaux de lithium 7, dont les noyaux contiennent trois protons et quatre neutrons, et y sont capturés ; se forment ainsi des noyaux constitués de quatre neutrons et de quatre protons, c’est-à-dire des noyaux de béryllium 8 ; ceux-ci fissionnent rapidement en deux particules alpha, chacune d’elles étant formée de deux protons et de deux neutrons1. Cockroft téléphone aussitôt à Ernest Rutherford pour lui annoncer la découverte. Puis il sort dans la rue et s’écrie : « Nous avons coupé des atomes en deux, nous avons coupé des atomes en deux ! ».

Mais la vie d'un chercheur originaire d’un pays où l’on a commencé de théoriser la distinction entre science « bourgeoise » et science « prolétarienne » ne saurait se dérouler aussi simplement qu’un processus physique élémentaire. Au début de l’année 1931, Gamow est contraint de retourner à Moscou pour obtenir le renouvellement de son visa. Là, il se heurte à un refus administratif, qui lui est notifié sans aucune justification. Bloqué en URSS pendant deux ans, il en profite pour séduire une belle étudiante, toujours souriante et pleine de vitalité, comme lui. Elle s’appelle Luybov Vokhminzeva. Celui qui se fait appeler « Géo » par ses amis la surnomme « Rho » et l’épouse en 1932.

Le facétieux physicien a d’autant plus de mal à supporter l’orthodoxie marxiste que la théorie de la relativité et la physique quantique sont méprisées par les tenants de la vieille école « mécaniste » que le pouvoir a placés à la tête de tous les laboratoires de physique2. Il travaille au département de physique de l’université de Leningrad, et collabore avec un ami proche, doué lui aussi, Lev Landau3. Ensemble, ils parviennent malgré tout à cosigner un certain nombre d’articles dans des revues étrangères, dont l’un particulièrement important sur la température interne des étoiles paraît dans la revue Nature.

Mais le climat s’alourdit de jour en jour. Un matin, un camarade fait intrusion dans la bibliothèque et interrompt une discussion animée entre Gamow et Landau en brandissant la dernière édition de l’Encyclopédie soviétique. Surprise : un article y est consacré à l’ « éther luminifère », cette substance censée emplir tout l’espace et vibrer au passage de la lumière. Ni Gamow ni Landau ne croient à l’existence de cette « vieillerie ». Einstein en a débarrassé la physique avec sa théorie de la relativité restreinte depuis 1905, et ils le savent : les ondes électromagnétiques n’ont pas besoin d’éther pour se propager, elles le font dans le vide, sans le moindre support. Au nom du matérialisme dialectique, l’article dénonce Einstein, proclame la nature matérielle de l’éther et enjoint les physiciens soviétiques à mettre au jour ses propriétés. Il a manifestement été écrit par un idéologue, apparemment piètre physicien. Mais son nom n’est autre que Gessen, le directeur du laboratoire !

Les deux jeunes chercheurs décident aussitôt d’écrire à leur patron un petit mot plein d’ironie : « Très inspirés par votre article sur l’éther luminifère, nous allons travailler d’arrache-pied pour démontrer son existence matérielle. Le vieil Albert est un crétin idéaliste ! Mais nous aimerions que vous appuyiez également nos recherches sur le calorique, le phlogistique et les fluides électriques ».

Gamow et Landau font ainsi allusion à de vielles lunes datant du dix-huitième siècle et qui ont toutes été abandonnées par les scientifiques. Furieux, le bon camarade Gessen envoie un télégramme à l’Académie des sciences de Moscou, en majorité communiste, dans lequel il accuse les deux jeunes physiciens de mener une révolte ouverte contre le matérialisme dialectique et la philosophie marxiste. La réponse ne se fait pas attendre : ils devront être jugés par le Comité du Laboratoire.

Le procès dure plusieurs heures. Landau est déchu de son poste d’enseignant à l’institut polytechnique : il s’agit de protéger les étudiants de ses idées « déviationnistes ». Gamow s’en sort mieux : il est simplement interdit de séjour dans les cinq plus grandes villes de l’URSS, afin de prévenir toute « contamination » des esprits.

Ces tracas sont le signe qu’il faut partir. Comment supporter le formatage de la pensée ? L’autoritarisme stupide ? Les époux Gamow ne manquent ni de détermination ni de témérité. Ils se rendent alors dans un petit port près d’Odessa, d’où ils veulent fuir en traversant la Mer Noire à destination de la Turquie… Une simple barque fera l’affaire. En plus des rames, ils n’emportent avec eux que des œufs, du chocolat, des fraises et deux bouteilles de Brandy. Ce sera leur glorieuse « campagne de Crimée ».

Le premier jour, tout se passe bien, mais après trente-six heures de voyage, le vent du large se lève. Il souffle si fort que la pression qu’il exerce sur le large torse de Gamow et sur l’embarcation les empêche de progresser. Les deux jeunes mariés regagnent de force la plage qu’ils avaient quittée. Épuisés, ils sont conduits à l’hôpital. Là, Gamow, qui a gardé toute sa verve, parvient à faire croire aux autorités qu’ils étaient partis pour une simple promenade en amoureux, promenade que les mauvaises conditions météorologiques ont transformée en un long périple involontaire. Au total, ils auront parcouru près de trois cents kilomètres.

Au cours de l’été 1933, Gamow est invité par ses collègues étrangers, Niels Bohr en tête, à participer au congrès Solvay, qui doit se tenir à Bruxelles, à l’automne. À sa grande surprise, il est autorisé par les autorités à s’y rendre en compagnie de sa femme qu’il fait passer pour… sa secrétaire. L’administration soviétique tardant à effectuer les vérifications de routine, les époux Gamow profitent de cet « effet tunnel administratif » pour quitter définitivement l'Union Soviétique, telles deux particules alpha saisissant la première occasion pour quitter leur noyau d’origine.

En octobre, Georges Gamow assiste au congrès Solvay, le septième du nom, où se trouvent rassemblés tous les pères de la physique nucléaire moderne, à l’exception d’Einstein qui vient tout juste d’émigrer aux Etats-Unis : Enrico Fermi et Lise Meitner sont là, ainsi que Paul Dirac, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Marie Curie et sa fille Irène, Frédéric Joliot, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Louis de Broglie, James Chadwick… Sur la photo de groupe, on voit nettement que Gamow est le plus grand de tous, du moins de tous ceux qui ne sont pas assis. L’ambiance y est très chaleureuse et, en ces temps de plus en plus troublés, la solidarité entre physiciens s’organise. Les Gamow, appréciés de tous, sont invités à séjourner à Paris, pour travailler à l’Institut du Radium, par Frédéric et Irène Joliot-Curie, qui ne vont pas tarder à découvrir la radioactivité artificielle. Puis ils partent pour Cambridge, où Ernest Rutherford, devenu un ami proche, les attend. De là, ils rejoignent Copenhague, où c’est cette fois Niels Bohr qui les réclame. Même s’ils sont tous brefs, ces différents séjours permettent à Gamow de découvrir les travaux d’avant-garde menés dans les meilleurs laboratoires de physique nucléaire en Europe.

C’est au Danemark que Gamow reçoit une invitation à prononcer une conférence de l'université du Michigan. Le couple se rend donc aux Etats-Unis, pour un séjour a priori de courte durée. Mais les Gamow vont s’y établir, car l’université Georges Washington propose à Georges un poste de professeur qu’il accepte sans hésitation.

Aux États-Unis, la production gamowienne ne faiblit pas. Notre homme déborde d’activités. Toujours de bonne humeur, il s’intéresse à mille sujets, organise des conférences de physique nucléaire mais aussi d’astrophysique, invite Bohr, Dirac, Fermi, Oppenheimer, Bethe, Von Neumann. En 1936, il commence une collaboration étroite et fructueuse avec Edward Teller, le futur père de la bombe H américaine, qui dira de lui : « Quand ses idées n’étaient pas fausses, non seulement elles étaient justes, mais elles étaient nouvelles ! ». Ensemble, ils explorent, précisent le rôle des réactions de fusion de l'hydrogène au sein des étoiles, émettent des hypothèses sur les différentes possibilités d’évolution des astres, décrivent la dynamique des géantes rouges, ces étoiles en fin de vie dont le diamètre augmente brutalement.

La même année, Gamow devient citoyen des États-Unis et commence à écrire pour le grand public. Au moment où la guerre éclate en Europe, où l’humanité étrécit sa pensée et cloisonne ses espaces, il rédige Les Aventures de Monsieur Tompkins, qui se déploient au sein de l’univers quantique, un univers qui ressemble par bien des aspects à l’esprit de Gamow : aucun territoire n'y est vraiment étanche puisque l'effet tunnel intervient constamment, privant de sens les notions de territoire, de frontière, de domicile, de propriété privée.

N’être pas fixé ni figé, ne pas se laisser enfermer, pouvoir indéfiniment changer de perspective, voilà qui caractérise la façon de vivre et de penser de Gamow. Il n’aime rien tant qu’entremêler les champs disciplinaires, traverser les lignes de partage académiques, inventer des concepts mixtes. Cette pratique de l’entremêlement se retrouve même dans sa façon de parler. Il a tant voyagé, tant échangé avec les autres, qu’il parle six langues différentes. En fait six dialectes, disent les mauvaises langues, d’un idiome unique, le « gamowien », sorte de sabir bariolé, fait de mots amassés ici et là, comme des coquillages.

Mais en temps de guerre, la physique nucléaire n’est plus une activité comme les autres. Elle se retrouve enrôlée. En 1943, Gamow part pour Los Alamos, dans le désert du Nouveau-Mexique, rejoindre les milliers de physiciens, ingénieurs et techniciens qui collaborent au projet Manhattan, décidé par le Président Roosevelt et dirigé, pour ce qui est de la partie scientifique, par Robert Oppenheimer. Le but, évidemment tenu secret, est de construire des bombes atomiques afin d’opposer aux nazis qui tiennent l’Europe sous leur botte une puissance équivalente à celle qu’ils sont soupçonnés de développer en Allemagne. Gamow est intégré au groupe de théoriciens qui travaillent à la conception et à la modélisation de bombes utilisant la fission de l’uranium 235 ou du plutonium 239.

Après la guerre, Georges Gamow reprend son enseignement à l’université Georges Washington. L’astrophysique nucléaire devient sa grande affaire, car il est persuadé qu’une meilleure compréhension des noyaux permettrait de mieux comprendre l’histoire et l’évolution de la matière. Avec l’un de ses étudiants, Ralph Alpher, ils s’attaquent en pionniers au problème de l'origine des éléments chimiques. Comment se sont formés les atomes d’hélium, de carbone, d’oxygène, de soufre, de fer, de potassium, d’uranium ? Gamow émet l'hypothèse qu'ils ont tous été produits durant les premières phases, très chaudes, de l'univers en expansion. Il y avait alors les protons, mais aussi les neutrons, les électrons et les photons, tous très agités, filant dans tous les sens et se percutant régulièrement. Mais du fait de l’expansion, et du refroidissement qu’elle induisait, ces particules perdaient rapidement de l’énergie. Après quelques secondes, les photons, dont l’énergie était jusque là suffisante pour qu’ils brisent systématiquement l’union d’un proton avec un neutron, devinrent trop « mous » pour y parvenir : les noyaux de deutérium, assemblages d’un proton et d’un neutron, commencèrent donc à se former sans être aussitôt détruits par l’impact d’un photon. Dès leur apparition, ces noyaux de deutérium agglutinèrent à leur tour un neutron et un proton. Se formèrent ainsi des noyaux d’hélium. Les mariages de cette sorte allèrent bon train, permettant de former, par captures successives de neutrons, les divers noyaux qui existent aujourd’hui.

En 1948, Georges Gamow et Ralph Alpher sont prêts à publier leurs conclusions sur l’origine des éléments chimiques. Mais avant d’adresser leur article à la Physical Review, le malicieux Gamow ajoute à la liste des signataires le nom de Hans Bethe, qui fut le premier physicien à comprendre comment les étoiles produisent leur énergie, mais sans lui demander son avis. Bethe n’a nullement collaboré, mais c’est pour le simple plaisir esthétique d’évoquer les trois premières lettres de l'alphabet grec (Alpher, Bethe, Gamow pour alpha, bêta, gamma). Gamow tente aussi, mais en vain, de convaincre un autre collègue, Robert Herman, d’être cosignataire de l’article à condition bien sûr de changer son nom en… Delter (pour delta). Comme de bien entendu, cet article, qui demeurera célèbre sous le nom de « papier α β γ », sera daté du 1er avril.   

L’hypothèse, révolutionnaire, de Gamow devra toutefois être corrigée ultérieurement : seuls les noyaux les plus légers, comme l’hydrogène, le deutérium ou l’hélium, ont pu se former dans l'univers primordial selon le processus envisagé par Gamow. Car après trois minutes, le contenu de l'univers était tellement « dilué » par son expansion que les noyaux et les neutrons, trop éloignés les uns des autres, n'avaient plus la possibilité de se rencontrer, de s'agglutiner et de former des noyaux plus gros comme le carbone ou l’oxygène : plus de rencontres, plus de mariages, donc arrêt des réactions nucléaires. Les noyaux plus lourds n’ont donc pu apparaître que bien plus tard, des millions d’années après, certains (jusqu’aux noyaux de fer) dans les étoiles, les autres (jusqu’aux noyaux d’uranium) au cours d’explosions d’étoiles.

Reste que Gamow et ses collaborateurs sont sur la bonne voie. Leur travail est d’ailleurs considéré comme le véritable lancement de l’actuelle théorie du « big bang ». Dans la description de l’histoire de l’univers, Gamow introduit ainsi un nouveau paramètre-clé, la température, grâce auquel il va établir un trait d'union, révolutionnaire en soi, entre la cosmologie et la physique des particules, deux disciplines qui jusque-là ignoraient tout l’une de l’autre. Depuis, leur lien n’a cessé de se renforcer. On peut même considérer qu’elles se sont mariées en bonne et due forme le jour où, retravaillant les arguments de Gamow, les physiciens ont compris que toute collision violente de particules ne fait que reproduire les conditions physiques de l’univers primordial : plus l’énergie d’une collision est élevée, plus on remonte loin dans le passé. Car l’univers conserve en tous ses points la mémoire vive de ce qu’il a été dans sa phase primordiale, c’est-à-dire la possibilité d’y rejouer, en miniature, le scénario de ses premiers instants.

À partir des années 1950, Gamow, inlassable curieux, délaisse l’astrophysique : elle attire désormais de très nombreux chercheurs, il est donc temps de passer à autre chose. C’est ainsi qu’il commence à s'intéresser à la génétique. Alors professeur invité à Berkeley, il découvre en 1953 le fameux article de Watson et Crick sur la structure en double hélice de l'ADN, cette molécule capable de se diviser et de produire deux copies conformes à l’original. Aussitôt, il en tire la conclusion que l'information contenue dans les quatre « lettres » A, T, G et C, qui constituent les chaînes d'ADN, peut être traduite selon une séquence de vingt acides aminés formant les protéines. C’est le premier modèle mathématique du « code génétique ». Gamow parvient à ce résultat en comptant le nombre de triplets différents qu'on peut former à partir de quatre éléments. Ni Crick ni Watson n'ont eu l'idée de compter les acides aminés. La lettre de Gamow va leur ouvrir les yeux. Mais là encore, les choses se révèlent un peu moins simples que ce qu'a envisagé Gamow : l'ADN fabrique l'ARN qui fabrique les acides aminés, de sorte que la relation entre triplets et acides aminés n'est pas une correspondance directe. Il n'empêche : l'article très original qu'il publie en 1954 dans la revue Nature, sous le titre « Possible relation between DNA and protein structure », ouvre de nouvelles voies qui ne tarderont pas à être explorées très sérieusement par les biologistes.

En 1956, Gamow quitte l’université de Washington pour celle du Colorado, à Boulder, où il enseignera jusqu’à sa mort. Après vingt-quatre ans de mariage, l’auteur de Monsieur Tompkins divorce de Rho pour épouser bientôt Barbara Perkins, sa jeune et belle éditrice de Viking Press. Ces secondes noces ne semblent guère modifier sa façon d’être, qu’on pourrait aussi appeler son style. Il a toujours l'intelligence jubilatoire, l’humeur joviale, une conception très libre de la vie en général et de la science en particulier.

Toutefois, ces traits de caractère ont sans doute occulté quelque peu le sérieux de ses travaux qui n’ont pas toujours été reconnus à leur juste valeur. Pour certains scientifiques, qui manquent d’esprit, un chercheur n’est crédible que si son visage est passé à l’encaustique de la dignité professionnelle. Gamow, lui, est un incorrigible farceur, capable de manifester un enthousiasme enfantin et qui conserve un goût prononcé pour les canulars. En 1958, il adresse à la revue Nature un article dans lequel il affirme que la force de Coriolis, dont le signe change lorsqu’on franchit l’équateur, explique l'observation qu'il prétend avoir faite au cours de ses voyages : les vaches mastiqueraient dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord et en sens inverse dans l'hémisphère sud… Dans les années 1960, il calcule que, compte tenu de la forte augmentation du nombre d’articles publiés dans la Physical Review, l’épaisseur occupée par les tomes successifs sur les étagères va bientôt croître jusqu’à une vitesse dépassant celle de la lumière. Il ajoute, non sans malice, que les principes de la relativité, qui interdisent pourtant qu’aucune information ne puisse se propager plus vite que la lumière, n’en seront nullement violés. Pourquoi ? Parce qu’aucune information ne sera plus contenue dans ces volumes…

Une rumeur lancinante prétend que les physiciens théoriciens ne sauraient avoir de vices sensuels, qu’ils évitent la ripaille, ont un cœur en pierre ponce, s’enferment de leur plein gré dans des tours d’ivoire, refusent divertissements et plaisirs, synonymes de démission de la raison et d’abandon aux forces obscures. Gamow, lui, a bu (de la vodka, surtout, et beaucoup), mangé, fumé et festoyé plus souvent qu’à son tour. Il a ajouté de la vie à ses années plutôt que des années à sa vie. Le 19 août 1968, juste avant d’expirer, il déclare sans regrets : « Finalement, mon foie paie l’addition ».

 

Ce texte est l’adaptation d’un chapitre d’un livre de l’auteur, Il était sept fois la révolution (Flammarion, 2005).

Notes 

  1. La réaction nucléaire globale qui conserve le nombre de protons et le nombre de neutrons, peut donc s’écrire : p + 7Li → 8Be → 4He + 4He.
  2. Après la seconde guerre mondiale, au moment où l’affaire Lyssenko battait son plein, Georges Gamow, alors installé aux Etats-Unis, ridiculisera en une phrase les thèses de ceux qui affirmaient l’hérédité des caractères acquis : « Quand un enfant ressemble à son père, ils disent que c’est en vertu des lois de Mendel ; quand il ressemble au facteur, ils disent que c’est un effet de l’environnement ».
  3. Lev Landau obtiendra en 1962 le prix Nobel pour ses travaux en physique de la matière condensée, notamment pour son étude de la « superfluidité » de l’hélium.
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