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TAG: MPI (막스플랑크연구소)

작성 2014-09-12
조회 3,102

출생1879-03-14, 독일 뷔르템베르크
국적 스위스
분야물리학
소속카이저빌헬름연구소 물리학부장
출신대학스위스 공립공과대학
주요업적광전효과의 발견
수상노벨 물리학상(1921)

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49

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인물정보

독일 태생의 이론물리학자. 광양자설, 브라운운동의 이론, 특수상대성이론을 연구하여 1905년 발표하였으며, 1916년 일반상대성이론을 발표하였다. 미국의 원자폭탄 연구인 맨해튼계획의 시초를 이루었으며, 통일장이론을 더욱 발전시켰다.

1879년 독일의 뷔르템베르크 울름에서 태어나 뮌헨으로 이사하여 엄격한 학교에 다녔는데, 그 때만 해도 그는 그의 능력을 발휘하지 못했고, 공부에도 큰 흥미를 느끼지 못하다가 스위스 취리히의 연방공과대학에 가서야 물리학, 수학 공부를 다시 시작했다. 1900년에 학교 졸업 후 스위스 시민권을 얻었고, 수학교사로 일하다가 1902년에 베른의 스위스 특허국에 취직하였다. 1905년에는 특수 상대성 이론, 광양자설, 브라운운동 이론, 고체 비열 이론을 발표하고, 1912년엔 스위스 취리히 연방공과대학에서, 1913년에는 독일 베를린대학교에서 교수직을 맡는다. 같은 해에 프로이센 과학 아카데미 정회원 및 카이저빌헬름연구소 물리학부장이 되었다. 1916년에는 일반 상대성 이론을 완성하고 1929년에는 통일장 이론을 제창하였다.

아인슈타인은 질량과 에너지의 등가를 단언하고 공간·시간·중력에 관한 새로운 사고방식을 제안한 일련의 이론들을 발표했으며, 그의 상대성이론과 중력에 관한 이론들은 과학적 탐구와 철학적 탐구에 혁명을 일으켰다. 아인슈타인은 많은 논문을 내었는데, 대표적으로 1905년에 내놓은 ‘분자 차원의 새로운 결정’, ‘정지 액체 속에 떠 있는 작은 입자들의 운동’ 등이 있다. 그의 상대성 원리와 중력에 관한 이론들은 뉴턴 물리학을 넘어설 만큼 획기적이었고, 그의 명성은 평화주의를 지지함에 영향력을 주었다. 아이러니하게도 그 이론은 원자폭탄과 수소폭탄의 창조를 증명하기도 한다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론은 모든 좌표계에서 빛의 속도가 일정하며 모든 자연 법칙이 똑같을 때, 시간과 물체의 운동이 관찰자의 보는 관점에 따라 다르다는 것이다.

1933년 히틀러가 독일 집권자가 되자, 독일의 시민권을 포기하고 미국 프린스턴대학교의 고등연구소 수학과정 기초임원 자리를 20년간 맡아 미국에서 살았다. 제 2차 세계대전 후에는 핵무리 전폐와 평화 운동에 앞장섰다. 1939년에는 독일의 핵 위협을 염려하여 루스벨트대통령에서 원자폭탄 개발의 필요성을 언급했으나, 제 2차 셰계대전 후에는 핵 무리 전폐와 평화 운동에 앞장섰다. 아인슈타인은 정치는 순간적이지만, 방정식은 영원을 위한 것이라고 강조했다. 1955년에 프린스턴 병원에서 사망한다.

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시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
오늘날 살아 있는 물리학자 가운데 알베르트 아인슈타인 박사만큼 이름이 널리 알려진 사람은 아마 없을 것입니다. 대부분의 논의는 그의 상대성이론에 집중되어 있습니다. 상대성이론은 필연적으로 인식론과 관련이 있으며 따라서 철학적 관점에서 생생한 논쟁의 주제가 되어 왔습니다. 저명한 철학자인 베르그송이 파리에서 이 이론에 이의를 제기할 때 다른 철학자들은 이 이론을 전적으로 지지하였습니다.

금세기 처음 10년 동안 이른바 브라운 운동이 가장 뜨거운 논란을 불러일으켰습니다. 1905년 아인슈타인은 브라운 운동을 설명하기 위한 운동 이론을 정립하였는데 이 이론을 통해 그는 서스펜션, 즉 고체입자가 떠다니는 액체의 주요한 특성을 유도했습니다. 이 이론은 고전역학에 기초하며 콜로이드 용액의 거동을 설명하는 데 도움이 됩니다. 콜로이드 용액에 대한 연구는 과학의 커다란 한 분야로 성장해 온 콜로이드 화학이라는 분야에서 이미 스베드베리, 페랭, 지그몬디와 그 밖에 셀 수 없을 만큼 많은 과학자들이 연구한 주제였습니다.

아인슈타인 박사가 노벨상을 수상하게 되는 그의 세 번째 연구는 1900년 플랑크 교수가 정립한 양자이론 분야입니다. 양자이론에서는 물질이 입자들, 다시 말해서 원자들로 이루어진 것처럼 빛도 ''양자(quanta)''라는 개개의 입자들로 되어 있다고 주장합니다. 플랑크 교수가 1918년 노벨 물리학상을 받은 이 주목할 만한 이론은 초기에는 이론이 가진 여러 결함을 해결하지 못하면서 1905년경 일종의 막다른 골목에 몰려 있었습니다. 그 당시 아인슈타인은 비열과 광전효과에 대한 연구에 매진하고 있었습니다. 광전효과는 1887년 유명한 물리학자인 헤르츠에 의해 발견되었습니다.

헤르츠는 두 개의 구 사이를 통과하는 전기스파크에 다른 전기적 방전에서 나온 빛이 비춰지면 더 쉽게 통과한다는 사실을 발견하였습니다. 이 흥미로운 현상에 대해 할박스가 더욱 철저한 연구를 수행했는데 그에 따르면 금속판 같은 음극으로 충전된 물체에 특정한 조건에서 특정한 색의 빛이 비춰지면 금속판은 음극을 상실하고 최종적으로는 양극을 띤다고 발표했습니다. 1899년 레나르트는 음극으로 충전된 물체로부터 일정한 속도를 가진 전자가 방출되는 원인을 규명했습니다. 이 효과의 가장 기이한 점은 전자가 방출되는 속도는 비추는 빛의 강도에 의존하지 않고 빛의 주파수에 따라 증가한다는 점입니다. 레나르트는 이 현상을 그 당시에 대세를 이루던 빛의 파동성에 대한 개념과 일치하지 않는다고 강조했습니다.

이와 관련된 현상이 광발광, 즉 인광과 형광입니다. 빛이 어떤 물질에 부딪치면 빛을 받은 물질은 인광이나 형광의 형태로 빛을 방출합니다. 방출된 광양자의 에너지는 주파수와 비례하여 증가하기 때문에 어떤 주파수를 가진 광양자는 더 낮은 혹은 기껏해야 동일한 주파수를 가진 광양자만 형성할 것이라는 것은 분명합니다. 그렇지 않으면 에너지보존법칙에 위배됩니다. 그러므로 인광 혹은 형광은 광발광을 유도한 빛보다 더 낮은 주파수를 갖습니다. 이것이 아인슈타인이 양자이론을 이용하여 설명한 스토크스의 법칙입니다.

이와 유사하게 광양자가 금속판에 입사될 때 광양자는 기껏해야 자신이 가진 에너지의 전부만을 금속판의 전자에게 전달할 수 있습니다. 이 에너지의 일부는 그 전자를 공기 중으로 보내는 데 소비되고 그 나머지는 운동에너지로 전자와 함께 남게 됩니다. 이 현상은 금속의 표면에 있는 전자에 적용됩니다. 이 현상으로부터 금속에 빛이 복사될 때 대전될 수 있는 양의 퍼텐셜을 계산할 수 있습니다. 광양자가 금속으로부터 전자를 떼어내기에 충분한 에너지를 가지고 있기만 하면 전자는 공기 중으로 방출될 것입니다. 결과적으로 복사되는 빛의 강도가 아무리 크더라도 일정한 한계 이상의 주파수를 가진 빛만이 광발광 효과를 유도할 수 있습니다. 이 한계를 넘어서는 빛을 쪼일 경우 빛의 주파수가 일정하다면 광발광효과는 빛의 세기에 비례합니다. 기체분자의 이온화 현상에서도 유사한 현상이 일어나며 따라서 기체를 이온화시킬 수 있는 빛의 주파수가 얼마인지 알 수 있다면 이른바 이온화 퍼텐셜도 계산할 수 있습니다.

아인슈타인 박사의 광전효과는 미국인 밀리컨과 그 제자들이 철저하게 시험하였고 광전효과 이론이 맞다는 것을 검증하였습니다. 아인슈타인 박사의 광전효과에 대한 연구로 양자이론의 수준은 높아졌고 양자이론에서 광범위한 논문들이 등장했으며 이에 따라 광전효과 이론이 특별한 가치를 가진다는 것이 입증되었습니다.

스웨덴 왕립과학원 노벨 물리학위원회 위원장 S. A. 아레니우스

- 1921년 노벨 물리학상은 1922년 9월에 발표되었다. 당시 아인슈타인은 중국 상하이에서 강연 중이었기 때문에 시상식에 참석하지 못했다.

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