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TAG: MPI (막스플랑크연구소)

작성 2014-09-17
조회 1,964

출생1981-01-08, 오라니엔부르크
국적 독일
분야물리학
소속하이델베르크대학교 막스플랑크연구소장
출신대학베를린대학교
주요업적양자역학 기초연구 특히 파동함수의 통계적 해석, 동시계수법과 이를 통한 발견
수상노벨 물리학상 (1954)

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인물정보

독일의 물리학자. 되튄전자[反跳電子]를 확인했으며, 계수관동기장치를 고안하고, 빛의 입자설 연구를 추진하여 광양자설에 기여했다. 또한 핵의 분열생성물을 관측했고, 베릴륨핵의 전환을 발견하여 그때 방출되는 강한 투과능의 방사선을 관측했다.

발터 보테는 1891년 1월 8일 오라니엔 부르크에서 태어났다. 1908년부터 1912년 그가 베를린 대학교에서 물리학을 전공했다. 1914년 1차 세계 대전이 발발하기 이전에 박사학위를 받을 만큼 성실하고 의지가 넘치는 학생이였다. 막스플랑크의 지도를 받아 1930년에 기센대학교 교수 및 물리학연구소장이 되었다.

1934년 막스 플랑크 연구소 물리학 기관의 소장을 맡게 되었다. 1923년경부터 X선 산란(散亂)을 연구하여 되튄전자[反跳電子]를 확인했으며, 1924년 가이거와 협력하여 계수관동기장치(計數管同期裝置)를 고안했고, 빛의 입자설(粒子說) 연구를 추진, 광양자설(光量子說)에 기여했다(1922∼1927). 이어서 α선의 핵충돌(核衝突) 실험을 개시하여 핵의 분열생성물을 관측했고, 1930년 베릴륨핵의 전환을 발견, 그때 방출되는 강한 투과능의 방사선을 관측했다. 하이델베르크에 사이클로트론을 건설했으며, 제2차 세계대전 중에는 나치스 밑에서 핵분열 연구를 담당했다.(1939∼1945). 입자의 산란실험에서 원자물리학 발전에 공헌한 업적으로 1954년 M.보른과 함께 노벨물리학상을 수상했다. 보테의 연구는 핵 물리학의 광범위한 분야가 큰 인기를 얻었을 때와 동시에 일어났다. 이것은 모든 그의 연구와 탐구가 획기적이고 새로운 관점을 이끌었다는 것을 알 수 있다.

1차 세계대전 중에 그는 러시아군에 의해 인질로 끌려갔고, 그 시간 동안 시베리아에서 머무르도록 강요를 받는다. 1년 동안 포로로 있다가 1920년 그는 다시 독일로 돌아온다. 포로로 있는 동안 모스코 발바라 빌로와 결혼을 하여 두 명의 아이를 낳는다. 그는 산에서 휴식을 취하거나 그림 그리는 것을 좋아했고 베토벤과 바흐의 음악을 즐겨 들었다.

*공동수상: 막스보른- 독일 태생 영국의 물리학자.
브레슬라우, 하이델베르크, 취리히 대학교 등에서 공부하였으며, 1906년 괴팅겐 대학교에서 박사학위를 취득하였다. 베를린 대학교, 프랑크푸르트 대학교를 거쳐 1921년 괴팅겐 대학교의 이론물리학 교수로 임용되었다. 나치에 의해 추방당하여 1936년에 영국 에든버러 대학교 교수가 되었다. 양자역학 법칙의 통계적 특성을 주장하여 현대 물리학의 발전에 기여하였다.

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시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
원자의 중심인 핵 주위에서의 전자운동법칙은 금세기 물리학의 중심 연구 과제였습니다. 1913년 닐스 보어는 처음으로 이 문제의 해답을 제시했습니다. 그러나 그의 이론은 임시 방편에 불과했습니다. 괴팅겐의 막스 보른 교수는 그의 주위에 모여 든 사람들과 함께 그 이론을 발전시키는 데 핵심적인 역할을 했습니다. 금세기 1920년대에 괴팅겐은 코펜하겐, 그리고 뮌헨과 더불어 원자론 분야 연구자들의 순례지였습니다. 뮌헨의 조머펠트와 코펜하겐의 보어의 학생이었던 젊은 하이젠베르크는 보른 교수의 조수 시절인 1925년 원자현상의 법칙에 관해 신기원을 이룬 초기 연구 논문을 발표했습니다. 하이젠베르크의 연구는 보른 교수의 연구로 발전되어 논리적인 수학의 형태를 갖추게 되었습니다. 이런 진전을 바탕으로 보른 교수는 그의 학생인 조던과 훗날 하이젠베르크가 참여한 공동 연구를 통해 하이젠베르크의 결과를 원자현상에 관한 심오한 이론으로 발전시켰습니다. 이 이론이 바로 양자역학입니다.

그 다음해에 보른 교수는 매우 중요한 새로운 결과를 얻게 됩니다. 당시 슈뢰딩거는 양자역학의 새로운 수학적 기술 방법을 발표했습니다. 슈뢰딩거의 결과는 원자현상이 파동과 관련이 있음을 암시하는 드 브로이의 아이디어를 확장한 것입니다만, 입자의 파동식으로부터 입자들의 위치와 속도에 관해 기술하는 방법을 해결하지는 못하고 있었습니다.

이 문제에 해답을 제시한 사람이 바로 보른 교수였습니다. 그는 파동식이 어떤 측정치가 나타날 확률을 결정한다는 것을 알아냈습니다. 즉 양자역학에서는 단지 통계적인 기술만이 가능하다는 것입니다. 간단히 예를 들어 보겠습니다. 고전역학에서는 목표를 향해 총을 쏠 때 원칙적으로 처음부터 겨냥을 잘 해서 하나의 총알이 목표의 중앙을 맞히도록 할 수 있습니다. 그러나 양자역학에서는 그 반대의 얘기를 합니다. 원칙적으로 우리는 하나의 총알이 목표의 중앙을 맞출지는 예측할 수가 없습니다. 그러나 매우 많은 숫자의 총알을 쏘면 그 평균이 목표의 중앙을 맞히게 될 것임은 예측할 수 있습니다. 결정론적인 고전역학에 반해 양자역학은 통계적인 특성의 법칙이어서 단지 일어날 수 있는 것 중 어떤 하나가 일어날 확률을 결정할 뿐입니다. 일상의 크기 영역에서는 이런 불확정성이 실제로 의미가 없습니다만 원자 수준의 현상에서는 본질적인 불확실성이 있습니다. 이런 과격한 개념 변화는 언제나 심한 반대에 직면했습니다. 그러나 지금은 몇 개의 예외를 제외하곤 보른 교수의 개념은 물리학자들 사이에서 일반적으로 받아들여지고 있습니다.

노벨상을 수상하게 된 이런 성과 외에도 보른 교수는 물리학의 많은 분야에서 핵심적인 기여를 했습니다. 무엇보다도 결정물질의 이론에 관심을 가지고 연구해 왔으며, 보른 교수는 그 분야의 뛰어난 개척자 중 한 명입니다. 보른 교수는 1933년 괴팅겐을 떠난 뒤 영국의 에든버러 대학교에서 이 연구들을 계속하고 있습니다.

오늘 보른 교수와 노벨상을 공동수상하는 발터 보테 교수는 이론물리학으로 연구를 시작했습니다. 그러나 오늘 노벨상을 수상하게 된 연구는 베를린 대학교에서 실험물리학자로 있을 때 수행한 것으로 계수기튜브에 관한 것입니다. 계수기튜브는 전자처럼 대전된 입자가 통과하면 전류가 흐르는 특징이 있습니다. 또한 특별한 장치를 하면 빛이 충돌할 때 전류가 흐르게 할 수도 있습니다. 보테 교수의 아이디어는 두 개의 계수기 튜브를 사용하여 입자의 충돌이 두 튜브에 동시에 일어날 때만 전류가 흐르도록 만드는 것입니다. 이런 동시성은 두 개의 입자가 동일한 원소반응으로부터 생성될 때 혹은 하나의 입자가 매우 빠른 속도로 두 개의 튜브를 통과하기 때문에 하나의 튜브에서 다른 튜브로 이동하는 시간이 무시될 수 있을 때에만 가능해집니다.

1925년부터 보테 교수는 이 동시계수법을 사용하기 시작했고 10년 뒤에는 기능이 월등히 개선된 장비를 사용하여 연구를 했습니다. 그는 광양자와 전자가 충돌할 때마다 에너지법칙과 그 상보 개념인 이른바 충격법칙이 만족한다는 아인슈타인과 콤프턴의 가정이 맞는지, 아니면 이들 법칙은 여러 충돌 현상의 평균에 대해서만 만족한다는 보어 그룹의 주장이 맞는지를 실험했습니다. 동시계수법을 이용해 광양자와 전자를 연구한 결과 보테 교수와 그의 동료들은 이 법칙이 모든 개개의 충돌에 대해 만족한다는 것을 증명했습니다. 이것은 대단히 중요한 결과입니다. 동시계수법은 우주선의 연구에도 널리 사용되었으며, 이제는 우주선의 연구에서 가장 중요한 실험 도구 중 하나가 되었습니다. 이 방법은 보테 교수가 우주선 연구 분야의 개척자인 콜훼르스터 교수와 함께 일할 때 처음으로 사용했습니다.

그들은 동시계수법을 이용하여 두 개의 계수기 튜브를 통과한 우주선의 입자들을 관측하였습니다. 여러 재료의 판을 두 개의 튜브 사이에 놓고 동시성 입자의 수가 얼마나 감소하는지를 측정하여 다양한 물질에서 우주선의 흡수 정도를 측정한 결과, 이들 입자의 흡수는 우주선 전체의 흡수 정도와 같음을 알아냈습니다. 이 실험을 통해 그들은 해수면에서 우주선은 대부분 투과력이 강한 입자들로 구성되어 있다는 매우 중요한 결과를 얻어냈습니다.

이후 보테 그룹은 동시계수법을 더욱 발전시켜 그 응용 범위를 확대했습니다. 이 방법은 핵반응과 우주선의 연구에 가장 중요한 기법이 되었습니다. 이외의 많은 발견들과 투과에 대한 연구들을 통해 보테 교수는 이 분야에서 우리의 지식을 풍성하게 해주었으며, 다른 과학자들의 연구에 중요한 계기를 만들었습니다.

스웨덴 왕립과학원 노벨 물리학위원회 이바르 발러

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