伽莫夫（即盖莫夫，伽莫夫是更常见的译名）1904年出生于俄国（现乌克兰）黑海的港湾都市敖德萨，他父母都是中学教师，家里藏书丰富。伽莫夫酷爱俄国传统长诗，同时也表现出对数理学科的爱好和天才，在中学时就自学了那时还非常新颖的狭义相对论。虽然战争搅乱了他的大学时代，但他还是被列宁格勒大学破格录取为物理研究生。
后来伽莫夫有机会去德国哥廷根大学度过一个夏季。那是1928年，量子力学的波动理论刚刚提出不到两年。伽莫夫发现哥廷根的所有人都在兴致勃勃地求解各种原子的波函数，但他既不愿意随大流，同时对那复杂的数学也没有兴趣，而是别出心裁地琢磨起原子核的衰变。
放射性在19-20世纪之交被发现，人们已经认识到原子核有三种衰变方式：阿尔法（α）衰变、贝塔（β）衰变、伽玛（γ）衰变。它们都是从原子核中逃逸出来的粒子，分别是带正电的氦原子核（阿尔法粒子）、带负电的电子和不带电的光子。
为什么同样能量的阿尔法粒子可以从原子核中逃出，却不能反过来钻回去？伽莫夫读了卢瑟福的论文后当即觉得大谬不然。卢瑟福（Ernest Rutherford）在实验中发现，用两倍于动能的阿尔法粒子去轰击铀原子也无法突破原子核，他只好生造出一个理论来解释这个奇怪的现象。
伽莫夫有一个更好的解释，就是量子力学中的“隧道效应”（tunneling）。在经典力学中，氦原子核要从铀原子核中逃出来，必须具备能克服后者壁垒的动能（相当于从地球上发射航天器所必须的“逃逸速度”）。但在量子力学里，描述阿尔法粒子位置的是波函数，它可能不需要具备克服壁垒的能量就会出现逃逸现象——就像面对一堵高墙并不需要从上面翻过去，而是在下面打个隧道钻过去。因此，衰变出来的阿尔法粒子的动能比需要克服的壁垒低得多，没法自己再钻回原子核中去。
有了这个思考之后，伽莫夫很快作出演算，推导出符合实际测量的衰变“半衰期”与能量的关系。【据说唯一的困难是他碰到一个积分不会做，只好求救于一位同在哥廷根的俄国数学家。他在论文中为此特意鸣谢，可是那位同胞数学家后来抱怨因这件事在同行中不幸沦为笑柄，因为所谓的对重大物理发现在数学上做出的贡献，只不过是一个非常初级的积分问题。】
这是量子力学在核物理中的第一个运用，开创了原子核理论的新局面。
伽莫夫回国时绕道丹麦，作为不速之客他拜会了量子理论的泰斗玻尔（Niels Bohr）。玻尔听了他的衰变理论，立即为已经囊空如洗的伽莫夫安排一份资助，让他留在玻尔研究所访学一年。伽莫夫不负重望，在那里提出了原子核内部结构的“液滴模型”（liquid drop model）。这个模型后来由玻尔和惠勒（John Wheeler）推广，解释原子核的裂变，成为研发原子弹的基础理论。
伽莫夫也计算了让带正电的质子（氢原子核）、阿尔法粒子通过隧道效应克服壁垒打进原子核的可能性。出于玻尔的推荐，卢瑟福邀请伽莫夫到剑桥访学。他去后与那里的考克饶夫（John Cockcroft）和沃尔顿（Ernest Walton）合作。根据伽莫夫的计算，考克饶夫和沃尔顿设计出加速器，第一次用人工加速的质子打开了锂原子核。他们后来获得1951年诺贝尔物理奖，在获奖感言中表示了感谢伽莫夫所起的关键作用。
1930年，26岁的伽莫夫在哥本哈根的玻尔研究所参加学术讨论。前排从左到右：克莱因、玻尔、海森堡、泡利、伽莫夫、朗道、克拉默。
伽莫夫在海外两年取得的成绩让苏维埃政府欢欣鼓舞，他被苏联科学院破格授予院士称号，《真理报》还为他登载了热情洋溢的赞誉长诗。那时，伽莫夫仅28岁。
然而，他回国后的日子并非好过。他的护照被吊销，申请出国参加学术活动屡屡被拒。他讲授量子力学时竟被布尔什维克领导当堂叫停，警告他不能言及“测不准原理”这种不符合辩证唯物主义的谬论。他无可奈何地感慨，哲学家在自由的国家里不过是无害动物，但在专制国度里却会带来异乎寻常的危险。后来玻尔、朗之万（Paul Langevin）等科学家想方设法说服苏联当局允许伽莫夫出国访问，终于在1933年借参加第七届索尔维会议的机会离开了苏联。
一个偶然机会，伽莫夫被美国乔治华盛顿大学聘请为教授。他接受这个职位的条件之一是每年要举行一次学术会议，由他选取主题、邀请各路大侠，在美国创造一个犹如玻尔研究所那样的氛围。1938年的第四次会议，伽莫夫选定的主题是：恒星发光能源的来源。这正是他当初游学时也曾浸淫过的课题。
早在十几年前，爱丁顿就设想过两个氢原子可以在一定条件下结合成一个氦原子。根据他们的质量差别和爱因斯坦提出的著名“质能关系”，这样的“聚变”能够释放出能量。伽莫夫猜想这很可能是太阳发光的能量来源，因为他解释阿尔法衰变之后，聚变才成为一种真实的可能，所以氢原子核也可以利用隧道效应突破各自的壁垒。
受伽莫夫组织的会议讨论所启发，他的好友贝特（Hans Bethe）发展出一整套核反应过程，系统地解释了太阳光的来源。贝特后来因此获得1967年诺贝尔物理奖，伽莫夫的名字也再次出现在获奖感言中。
1939年1月26日，从欧洲来访的玻尔在伽莫夫的第五次会议上第一次公开了实现铀原子核裂变的消息，人类进入一个新的时代。此后伽莫夫组织的学术会议只延续了三次，因为他发现越来越难请到人了，他身边的物理学家包括贝特，好像都神秘地失踪了，但他仍然在探寻着大自然本身的奥秘。
按照原子理论和元素周期表，100多个不同原子的化学性质是由原子核中质子的数量所决定。原子核中还有不带电的中子。质子与中子质量差不多，而电子的质量相对可以忽略不计。当一个原子具有相同的质子数而中子数有差异时，它们属于同一元素“同位素”。
当天文学家放眼宇宙，用光谱分析技术辨认群星的元素构成时，他们发现地球上常见的那些元素在宇宙中却是少得可怜。早在二战之前，物理学家就已经能够根据已知的原子核稳定性和反应的数据推算在不同的温度、压力条件下处于平衡态的各种元素会具备的比例，只是结果差强人意：无论怎么努力，他们都没法得到宇宙中所有的比例。在所有状态下，较重的元素只应该比氢、氦稍微少一些，不可能像现实中的那么极其稀少。即使在恒星内部那种超高温、超高压的环境中也应该是如此。
还是伽莫夫看出了其中的奥妙：宇宙中的原子不是现在才有的，而是直接来自勒梅特的那颗“宇宙蛋”。它们的比例在宇宙诞生之初便确定了，像化石一样保存至今。
乔治华盛顿大学有一个很特别的传统，大多数专业课程是在晚上讲授。当地很多在政府、企业、军队的人白天上班，晚上利用业余时间来这里进修（《捕捉引力波背后的故事》中的韦伯便是在这里上夜校获得物理博士学位的）。
伽莫夫的物理课堂上有一位年轻人阿尔弗（Ralph Alpher）。他是美国海军的技术人员，他晚上在夜校研习物理，从大一直到完成博士学位。阿尔弗兢兢业业地进行繁杂的数学推导，完成伽莫夫布置的一个有关宇宙结构的博士论文。就在他大功告成之际，伽莫夫发现朗道的一个学生粟弗席兹（Evgeny Lifshitz）在苏联也做了同样的博士课题，这使得阿尔弗一气之下烧毁了所有演算稿和笔记。
他们只好从头开始。伽莫夫和盘托出他一直在琢磨的宇宙中元素分布问题。当年伽莫夫在完成了阿尔法衰变理论之后，就曾经试图弄明白原子核的贝塔衰变：带正电的原子核里怎么跑出了带负电的电子——那时是未解之谜，他也束手无策。直到1932年中子被发现，贝塔衰变的才得到理解：原子核内的中子衰变时转换成为质子同时释放出一个电子（外加一个“中微子”）。
中子不带电，不受带正电的原子核排斥，它比质子、氦原子核更容易钻过“隧道”进入原子核，引发原子核的嬗变。这个过程叫做“中子俘获”（neutron capture）。伽莫夫设想原来很小的原子核可以通过俘获中子越长越大，同时中子衰变增加原子核中的质子数，这样可以制造出越来越大、越来越重的新元素。
爱丁顿已经在1944年因病去世。令他不寒而栗的“倒带”式回放宇宙的历史在伽莫夫这里有了更具体的物理意义：整个宇宙是热力学上一个所谓的“绝热系统”（adiabatic system），不可能与外界有任何能量交换——因为压根就不存在什么“外界”。这样的系统在膨胀时压力、温度会降低，而压缩时压力、温度会升高。把宇宙回溯到勒梅特的“原始原子”时，那颗原子的内部是一个压力、温度都处于极大值的世界。那异乎寻常的高温、高压会远远超过今天恒星内部所能具有的状态。在那样的高温、高压状态下，我们今天所熟悉的分子、原子都无法存在，而是完全分解成最基本的质子、中子、电子。只有在宇宙开始膨胀，温度、压力降低时，它们才可能重新合并。
伽莫夫想象勒梅特的宇宙“原始原子”在高压、高温下是完全由中子组成。当这个超大原子“破裂”时，相当一部分中子会衰变成质子和电子。质子与电子结合便成为氢原子。氢原子核（即质子）俘获中子成为氢的“同位素”氘。氘核中的中子衰变或者氢与氘的聚变产生氦。氦非常稳定，基本上不再发生核反应，只有极少数还会继续俘获中子、质子从而产生锂和铍。
在初始宇宙中，这些反应不是同时发生的。每个反应发生在某一个特定时刻，因为宇宙蛋破裂后，压力、温度会随着膨胀急剧降低。这些反应所需要的温度“稍瞬即逝”。当一部分氢、氘原子在初始宇宙的合适温度下聚变成氦后，宇宙的温度已经下降，剩下的氢原子错过了这个村，便不再有同样大规模聚变成氦的店，便永久地以氢原子存在于逐渐冷却的宇宙之中。
因此，我们今天的宇宙便遗留了大约75%的氢、25%的氦以及极其少量的氘、氦同位素、锂……
那么，地球上组成金木水火土的重元素又是从何而来呢？在伽莫夫、阿尔弗看来，它们与初期的宇宙无关，出现得相对很晚。当宇宙冷却到一定程度，大量的氢原子凝聚成恒星，在其内部因重力引发热核反应。在这个过程中，氢继续聚变为氦，同时发光发热。当氢原料耗尽时，后继的热核反应和压力迫使原子继续聚变，逐步产生更大、更重的元素。这些新物质在超新星爆发、星球碰撞等激烈过程中被抛洒出来，又相继凝聚为地球这样的行星。（伽莫夫的初衷是所有元素可以通过俘获中子陆续出现，但后来发现这个所谓“核合成”（nucleosynthesis）的链条中有两次断裂，只能借助恒星内部的条件才能延续。）
阿尔弗设法找到当时最新的核反应数据后，对最初期的那颗宇宙蛋做了几个基本假设，便推算出了在勒梅特膨胀宇宙条件下氢、氦等元素应该具有的浓度，并且与今天的现实宇宙吻合得很好。这个新的宇宙模型第一次能够解释为什么氢、氦之外的元素在宇宙中会如此稀少。
论文完成后，伽莫夫看到他们俩的署名又心生促狭，不顾阿尔弗的激烈反对硬在两人中间塞进了他的好朋友贝特的名字。他没有什么用意，只是让这篇论文的作者排列（阿尔弗、贝特、伽莫夫）听起来就像希腊字母表的“阿尔法、贝塔、伽玛”。这篇论文的题目就叫《化学元素的来源》（The Origin of Chemical Elements），发表于1948年4月1日《物理评论》。那天正好是西方传统的愚人节。
那时候还没有后来的《物理评论快报》，这篇不过一页多一点的短文是以给杂志的信的方式来通报一个最新进展。但其影响极其显著，被永久性地称之为“阿尔法-贝塔-伽玛论文（αβγ paper）。阿尔弗后来以此成果进行博士论文答辩时规模空前，有300人前来参加，其中还有特意来采写新闻的记者。对论文本身没有贡献的贝特也应邀作为答辩委员会成员躬逢其盛。
牧师勒梅特是第一个将爱因斯坦的广义相对论宇宙模型与现实的星云光谱测量数据联系起来的物理学家，为抽象、纯数学的宇宙理论与实际的物理世界搭起了第一座桥梁。但他的“宇宙蛋”也还只是一个抽象的概念。阿尔弗、伽莫夫第一次将最前沿的核物理引入了勒梅特的理论，为宇宙学的下一步发展开辟了一条新颖的蹊径。他们的初始宇宙具体为在一定温度、压力下存在的中子，以及在膨胀过程中逐步通过核反应所产生的越来越丰富的原子、分子。
为了显示与勒梅特抽象的“原始原子”的区别，阿尔弗找来一本巨大的词典，在其中寻寻觅觅，终于发现一个异常生僻的词“伊伦”（ylem）。其含义是古人想象中最初的、宇宙万物均由它而生的神奇物质，用来描述他们这个由中子构成的高温高压之宇宙起源倒也正合适。
不过无论是勒梅特奇葩的“宇宙蛋”还是阿尔弗诡异的“伊伦”，在大多数物理学家眼中都还是匪夷所思的幻想。在被认可、接受之前，还得象柯蒂斯当年所提倡的那样——需要更多的证据。
来源：程鹗 的博客联系客服
