※ Science News의 「2018’s Top 10 science anniversaries」를 번역한 글입니다.
과학 분야의 풍성한 역사는 수많은 기념일로 이어집니다. 위대한 과학자의 탄생이나 사망, 또 그들의 위대한 발견에 대해 100주년, 혹은 100의 약수나 배수를 기념함으로써 우리는 오늘날 과학이 그들에게 어떻게 빚지고 있는지 기억할 수 있습니다. 연초의 즐거운 분위기를 위해 스페인 독감 100주년이라든지 청나라 감주 대지진 300주년 같은 자연재해를 제외한 수학, 의학, 천문학, 양자역학에서 2018년 우리가 기념할 수 있는 일을 정리했습니다.
10. 양자 전송 25주년
1993년 3월 어느 물리학 학회에서 IBM의 찰스 베넷(Charles Bennett)은 양자 전송(Quantum teleportation) 이론을 발표해 SF 소설 팬들을 흥분시켰습니다(며칠 뒤 베넷의 논문은 PRL에 실렸습니다). 베넷은 앨리스와 밥이 양자 실험을 통해 어떻게 양자 얽힘 현상을 이용해 한 장소의 양자 성질을 없애고 멀리 떨어진 다른 장소에서 이를 복원할 수 있는지 보였습니다.
이는 위험한 외계인들에게 쫓기는 커크 선장을 엔터프라이즈호로 소환하는 기술에 비할 수 있습니다. 하지만 마술이 아니라 실제로 가능합니다. 앨리스와 밥은 먼저 서로 얽힌 양자 입자를 나눠 가져야 합니다. 앨리스는 밥에게 전송할 새로운 한 양자 입자를 준비한 후 그 양자 입자를 먼저 나눠 가진 양자 입자와 상호작용 시킵니다. 그리고 그 결과를 밥에게 이메일(혹은 문자, 전화, 또는 진짜 편지)로 보냅니다.
앨리스가 행한 상호작용은 전송하려던 입자의 상태를 붕괴시키지만, 밥은 앨리스에게 받은 상호작용 결과에 대한 정보를 바탕으로 자신이 먼저 나눠 가졌던 입자를 앨리스가 보내려던 입자의 상태로 복원할 수 있습니다. 1993년에는 이것이 그저 아이디어였지만 몇 년 뒤 이는 실험실에서 실제로 증명되었습니다.
9. 아르놀트 조머펠트 탄생 150주년
아르놀트 조머펠트(Arnold Sommerfeld)는 닐스 보어가 수소 원자의 양자화를 제안한 이후 초기 양자역학의 발전에 큰 기여를 한 물리학자입니다. 그는 지금은 러시아 일부가 된 프러시아 쾨니히스베르그에서 1868년 12월 5일 태어났습니다. 조머펠트는 원형 궤도를 바탕으로 제안된 양자 이론을 어떻게 전자의 타원 궤도에 적용할 수 있는지 보임으로써 보어가 코페르니쿠스에 비유될 때 케플러에 비유됩니다.
조머펠트는 아인슈타인의 특수 상대론을 초기부터 강력하게 지지한 물리학자 중 한 명이었습니다. 조머펠트는 또한 20세기 스타 물리학자들의 스승이었습니다. 그의 학생 중에는 볼프강 파울리, 베르너 하이젠베르그, 한스 베테 등이 있습니다.
8. 조제프 푸리에 탄생 250주년
1768년 3월 21일 태어난 장-바티스트 조제프 푸리에(Jean-Baptiste Joseph Fourier)는 프랑스 혁명 시기 중 몇 번의 체포를 당했지만 살아남았고 나폴레옹을 위해 일했으며 남작 작위를 수여받았습니다. 나폴레옹 사망 이후 그는 정치적으로 학문적으로 자신의 위치를 되찾기 위해 노력해야 했으며 결국 이를 이루었지만 이 과정에서 너무 많은 에너지를 사용했습니다.
그럼에도 그는 열확산의 수학적 원리와 다른 유용한 기술들을 발전시켰습니다. 그의 가장 유명한 업적인 푸리에 정리는 복잡한 주기 운동을 단순한 파동 함수의 조합으로 나누는 방법으로 오늘날 물리학과 공학에서 가장 폭넓게 활용되는 기법 중의 하나입니다.
7. 제임스 줄 탄생 200주년
제임스 줄은 1818년 12월 24일 양조장을 운영하는 집안에서 태어났습니다. 양조장에는 실험실이 있었고 그는 다양한 실험 기술을 익힐 수 있었습니다. 정식 과학교육을 받지 못했지만 영국에서 가장 뛰어난 과학자 중 한 명이 된 그는 열과 일의 관계, 그리고 열과 전기의 관계를 수립했습니다.
그의 업적 중 가장 뛰어난 것은 에너지 보존 법칙을 실제로 시연한 것입니다. 에너지는 기계적 형태를 띠건, 전기적이나 화학적 형태를 띠건 모두 같은 양의 열로 바뀐다는 것을 줄은 보였습니다. 이는 에너지가 보존된다는 것이고 오늘날 열역학 1법칙으로 알려져 있습니다. 당시에는 노벨상이 없었고, 그 대신 오늘날 에너지의 기본단위는 그의 이름을 따 줄이라 불립니다.
6. 헨리에타 스완 리비트 탄생 150주년
1868년 7월 4일 태어난 헨리에타 스완 리비트(Henrietta Swan Leavitt)는 오하이오의 오벌린 칼리지를 다니다가 래드클리프 칼리지로 옮겨온 후 천문학을 전공하게 됩니다. 하버드 천문대 소장이었던 에드워드 피커링은 그녀의 뛰어난 성적을 보고 연구조교로 발탁했고 곧 정식 일자리를 주었습니다.
그녀는 최신 분광법을 이용해 사진의 별을 찾는 일을 했고 별의 밝기를 알아내는 일을 맡았습니다. 그중에는 밝기가 변하는 델타 세페이에서 이름을 딴 세페이드 변광성이 있었고, 리비트는 이 세페이드 변광성을 연구해 별의 밝기가 변하는 주기가 별의 고유 밝기에 비례한다는 사실을 발견했습니다. 리비트는 1908년 이 “주기-밝기 관계’를 발표해, 먼 거리의 별과 은하의 거리를 알아내는 방법의 기초를 닦았습니다.
가까운 세페이드 변광성과의 거리는 연주시차 방법을 통해 알 수 있습니다. 따라서 세페이드 변광성의 밝기와 주기 사이의 관계를 통해 먼 거리의 세페이드 변광성의 절대 밝기를 유추할 수 있으며, 이를 통해 그 별과의 거리 또한 계산할 수 있습니다. 리비트의 업적은 20세기 인류가 우주를 바라보는 방식에 커다란 영향을 미쳤습니다. 역사학자 로버트 스미스가 지난 1월 한 말입니다.
“그녀가 밝힌 세페이드 변광성의 주기-밝기 관계는 사람들의 우주에 대한 생각을 근본적으로 변화시켰습니다. 첫째, 우리 은하의 구조를 밝혔고, 둘째, 다른 은하들이 실제로 존재한다는 것을 보여주었습니다.”
5. 자연발생설 부정 350주년
한때 사람들은 썩은 고기에서 구더기가 발생하듯이 어떤 생물은 저절로 발생한다고 믿었습니다. 뱀독 전문가였던 프란세스코 레디(Francesco Redi)는 이 믿음에 도전했습니다. 이탈리아에서 태어나 피사 대학에서 교육받고 피렌체의 의대를 나온 그는 뱀독을 연구하면서 뱀독이 혈액에 들어가야만 생명이 위험해진다는 것을 발견했습니다.
그는 1668년, 명저 『곤충 발생의 실험(Experiments on the Generation of Insects)』에서 구더기는 파리가 고기에 알을 깠을 때만 발생한다는 것을 실험으로 증명했습니다. 그는 모든 자연발생설을 반증할 수는 없었지만 적어도 당대 생물학에서 받아들이던 주장을 이성과 실험으로 반박하는 첫 번째 역할을 해냈습니다.
4. 헬륨 발견 150주년
1868년 8월 18일, 프랑스의 천문학자 줄 장센(Jules Janssen)은 일식을 보기 위해 인도 군투르에서 태양 홍염의 스펙트럼 사진을 찍고 있었습니다. 그는 일식이 없을 때도 이 사진을 찍을 수 있다는 것을 발견했으며, 며칠 뒤 흥미로운 밝은 노란 색 선을 발견했습니다. 그는 이 결과를 프랑스 한림원에 보냈습니다. 그해 말 영국의 천문학자 조셉 로키어(Joseph Lockyer)는 같은 스펙트럼선을 발견했고 역시 이 결과를 프랑스 한림원에 보냈습니다.
전해져 오는 말에 의하면 그 편지는 몇 분 차이로 도착했고 장센과 로키어는 그 노란색 선의 공동 발견자가 되었습니다. 로키어는 곧 이 선이 아직 알려지지 않은 새로운 원소에 의한 것이라 주장했고 그리스의 태양신 헬리오스의 이름을 따 헬륨이라 불렀습니다. 어떤 전문가들은 이 선이 정말 새로운 원소에 의한 것일지 의심했고 또 어떤 이들은 그 원소가 태양에만 존재하기 때문에 지구에서는 무용할 것이라 생각하기도 했습니다.
그러나 1895년 런던의 윌리엄 램지는 우라늄을 함유한 광석에서 헬륨 기체를 발견했습니다. 스웨덴의 과학자들 역시 같은 시기에 이 기체를 발견했습니다. 우라늄은 헬륨의 핵인 알파 입자를 내놓기에 이 알파 입자는 헬륨 원자가 되기 위해 주변의 전자들을 찾아다니게 됩니다. 하지만 당시는 방사능이 발견되기 전이었으므로 이 사실을 알지 못했습니다.
3. 이그나스 젬멜바이스 탄생 200주년
1818년 7월 1일 태어난 이그나스 젬멜바이스(Ignaz Semmelweis)는 손 씻기의 중요성을 발견함으로써 공공의료를 암흑의 시대에서 근대로 거의 혼자 힘으로 이끌었습니다. 비엔나에서 의대를 졸업한 그는 조산술을 잠시 공부했고 곧 수술 및 통계를 연구했습니다.
그가 의대병원에 합류했을 때 그는 두 병원 사이에 산모 혹은 아기가 산욕열로 사망할 확률이 통계적으로 매우 의심스러운 수준으로 차이가 난다는 것을 발견했습니다. 그는 곧 한 쪽 병원의 의사는 부검을 행하며 이 때문에 사체의 균이 산모에게 전달될 수 있다는 것을 알았습니다.
젬멜바이스는 부검 후 손을 씻어야 한다고 주장했고 곧 산욕열로 인한 사망률은 급격하게 떨어졌습니다. 하지만 그는 당시 의학계의 큰 저항을 받았습니다. 젬멜바이스의 처방이 옮았음은 그보다 한참 뒤, 루이 파스퇴르가 질병을 세균이 옮긴다는 것은 증명한 뒤에야 밝혀졌습니다.
2. 리차드 파인만 탄생 100주년
1918년 5월 11일 태어난 리처드 파인만(Richard Feynman)은 이론물리학자들 중 가장 괴짜였던 이들 중 한 명입니다. 그는 후에 첼린저호 폭발사건에서 대통령 직속위원회 회원으로 활동합니다. 그는 봉고 드럼을 능숙하게 연주했습니다.
물리학자들 사이에서 그는 양자 역학에 대한 이해와 양자장 이론(1965년 노벨상을 수상한)의 수립으로 존경을 받았습니다. 그는 양자 컴퓨터 연구를 지지하기도 했습니다. 노벨상을 받은 또 다른 물리학자 한스 베테는 파인만을 가장 독특한 천재라고 생각했습니다.
“그는 마술사였습니다. 파인만은 내가 만난 물리학자 중 가장 독창적인 사람이었습니다.”
1. 뇌터의 정리 100주년
여성이었다는 이유로 무시당하고 저평가 당한 수학자들 중에 에미 뇌터(Emmy Noether)가 있습니다. 19세기의 여성에게 극히 불리한 분위기 속에서도 그녀는 독일의 가장 뛰어난 수학자 중 한 명으로 자리 잡았습니다. 그녀는 고급 대수학을 비롯한 다양한 수학 분야에 중요한 기여를 했습니다.
1918년, 그녀는 20세기 물리학자들의 자연에 대한 이해에 큰 기반이 되어줄 정리를 발표합니다. 바로 자연의 대칭성이 물리학자들이 발견한 보존 법칙과 대응된다는 것입니다. 줄의 에너지보존은 시간 대칭성, 곧 어떤 시간에도 물리 현상이 동일할 것을 요구합니다. 운동량의 보존은 공간 대칭성, 곧 우주에서 다른 공간으로 이동하더라도 물리 법칙이 바뀌지 않아야 함을 요구합니다.
우주의 방향에 대한 대칭성, 곧 회전 대칭성은 각운동량 보존과 연결되며, 이는 올림픽에서 피겨 스케이팅 선수가 제자리에서 끝없이 회전할 수 있는 이유입니다. 1935년 뇌터의 사망 후에도 물리학자들은 여전히 뇌터의 정리를 바탕으로 우주의 근본 대칭을 이해하려 합니다. 어떤 기준으로도 뇌터는 역사상 가장 위대한 수학자들의 목록에 이름을 올릴 수 있을 겁니다.
원문: 뉴스페퍼민트
