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노벨상인물

로버트 우드로 윌슨 Robert Woodrow Wilson

로버트 우드로 윌슨 [이미지]
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Bell Labs (벨연구소)
  • 작성 2016-09-21
  • 조회 4,033
  • 출생1936-01-10
  • 국적 미국
  • 분야물리학, 천문학
  • 소속벨연구소
  • 출신대학라이스 대학교, 캘리포니아 공과대학
  • 주요업적우주 초단파 배경복사 발견과 대폭발 이론 연구
  • 수상노벨 물리학상(1978)
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인물정보

미국의 전파천문학자. 1964년 A.A.펜지어스와 함께 3K의 우주배경복사(宇宙背景輻射)를 발견, 1978년 노벨물리학상을 공동 수상하였다.

1936년 1월 10일 텍사스 휴스턴에서 태어난 로버트 우드로 윌슨 박사. 그의 아버지는 석유공장의 직원이였고 윌슨은 종종 그의 아버지와 여행을 떠나 어릴 때부터 전기로 고치는 것을 좋아했다. 휴스턴의 라마 고등학교에서 밴드에 가입해 트럼본을 연주했다. 과학과 수학에 재능을 보였지만 라이스대학에 입학하고 본격적으로 두각을 들어내기 시작해 1957년 물리학과 수석으로 졸업했다. 윌슨은 캘리포니아 공과대학에서 졸업연구를 시작하고 어디에 초점을 맞춰야 할지 막막해 했는데, 그때 물리학과 전자공학에 관심을 갖게 되었고 전파천문학이 적성에 맞다는 것을 알게 되었다. 진행파 메이저 증폭기를 개발하기 위해 벨 연구소에서 연구하며 1962년 박사학위를 취득했다.

1963년 윌슨은 홀름델에 있는 벨 연구소에서 독일인 아노 펜지어스와 함께 공동으로 연구를 시작했다. 둘은 별들 사이에 가스 구름에서 방출되는 방사선을 연구하기 위해 연구실의 안테나를 사용하길 원했지만 기계들을 시험했음에도 불구하고 일정하게 잡히는 백그라운드 신호 때문에 방해를 받았다. 결국 프린스턴 대학의 로버트 로버트 디키(Robert Dicke)교수와 협이 끝에 윌슨과 펜지어스는 우주 마이크로 웨이브 배경복사의 증거를 발견했다는 것을 깨달았다. 이것은 137억년전 지구를 탄생시킨 빅뱅의 잔여물 이였다.

1960년대, 윌슨과 펜지어스는 밀리파 천문학으로 초점을 돌려 성간구름의 다른 분자와 일산화탄소의 존재를 밝혀냈다. 그들의 연구는 홀름델에 있는 밀리파 시설 설립으로 이어졌고 윌슨은 그에 맞는 안테나를 디자인하고 세우는 프로젝트를 감독했다.

1976년 윌슨은 벨의 전파 물리학 연구부의 소장을 맞게 되었다. 1979년 미국 과학 아카데미 회원이 되었고 국제 천문학 연합회와 미국 물리학 협회에 가입되었다. 1994년 그는 메사추세스 케임브리지에 있는 하버드 스미소니언으로 천체물리학을 연구하기 위해 자리를 옮겼다.

<공동수상>

아노 앨런 펜지어스(Arno Allan Penzias, 1933~)
독일 태생 미국의 천체물리학자.
1940년에 도미하여 뉴욕 시립대학에서 공부하였으며, 1962년에 컬럼비아 대학교에서 박사학위를 취득한 후, 벨 연구소 연구원(1961년~1976년) 및 연구소 부소장(1976년~1979년)을 지내면서 공동 수상자인 로버트 W. 윌슨과 함께 우주의 배경 복사 및 우주의 기원에 관하여 연구하였다.

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시상연설

헬륨 액화장치의 발명과 응용 우주 초단파 배경복사 발견과 대폭발 이론 연구

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
올해의 노벨 물리학상은 '저온 물리학 분야에서 기초적인 발견과 발명의 공로'로 모스크바의 표트르 레오니도비치 카피차 박사와 '우주 마이크로파의 배경복사를 발견한 공로'로 미국 뉴저지주 홈델의 아노 펜지어스 박사와 로버트 윌슨 박사가 공동으로 수상하겠습니다.

여기서 말하는 저온이란 모든 열운동이 정지되며 어떤 원소도 가스 상태로 존재하지 못하는 절대온도 0도, 즉 섭씨 -273도를 말합니다. 온도를 절대온도 0도를 기준으로 표시하는 것은 영국 물리학자인 켈빈 경의 이름을 따서 K라고 씁니다. 즉 3K는 -270℃를 의미합니다.

70년 전 네덜란드 물리학자인 카메를링 오네스가 헬륨을 액화시키는 데 성공하면서 예상치 못한 새로운 현상들을 발견하였습니다. 1911년 오네스는 수은의 전기저항이 4K에서 완전히 사라지는 초전도현상을 발견했습니다. 이 발견으로 카메를링 오네스는 1913년 노벨 물리학상을 받았으며, 라이덴 대학의 그의 연구실은 여러 해 동안 저온물리학의 메카가 되었습니다. 많은 스웨덴의 과학자들도 그곳으로 순례의 길을 떠났습니다.

1920년대 말에 라이덴 대학교의 연구자들은 만만치 않은 경쟁자를 발견하게 되는데 그가 바로 영국 케임브리지 대학교에서 러더퍼드와 함께 일하고 있던 젊은 러시아 물리학자인 카피차 박사였습니다. 그의 연구 업적이 워낙 뛰어나서 영국에서는 왕립학회 몬드연구소(기부자인 몬드의 이름을 붙임)라는 그를 위한 특별 연구소가 만들어질 정도였습니다. 카피차 교수는 이 연구소에서 1934년까지 머물면서 그의 가장 뛰어난 업적인 헬륨을 대량으로 액화하는 훌륭한 장비를 개발한 것입니다. 액화헬륨은 지난 4반세기 동안 지속된 저온물리학 연구의 밑받침이 되었습니다.

이후 고국으로 돌아간 카피차 박사는 새로운 연구소 설립을 완전히 처음부터 시작해야 했습니다. 그런 여건에도 불구하고 그는 1938년 헬륨에서 초유체 특성, 즉 2.2K(헬륨의 람다 온도) 이하에서 내부저항(점도)이 완전히 없어지는 현상을 발견하여 전 세계 물리학계를 깜짝 놀라게 했는데, 이 현상은 몬드 연구소의 알렌과 미스너에 의해서도 독립적으로 발견되었습니다. 카피차 박사는 탁월한 방법으로 저온물리학 연구를 추진해 왔으며, 동시에 젊은 과학자들을 지도하고 독려했습니다. 그중에는 1962년 응집물질 특히 액체헬륨에 대한 선구적 이론의 개발 공로로 노벨상을 수상한 레프 란다우도 있었습니다. 카피차의 업적을 언급하면서 매우 강력한 자기장을 만드는 방법의 개발도 빼놓을 수 없습니다.

카피차 박사는 우리 시대의 가장 위대한 실험 연구자이며, 저온물리 분야의 독보적인 선구자이고 지도자입니다.

이제 모스크바의 물리문제연구소에서 미국 뉴저지주 홈델의 벨 전화연구소로 자리를 옮겨 보겠습니다. 이곳에서는 1930년대 초반 칼 잰스키가 커다란 이동 안테나를 만들어 전파 잡음의 원인을 찾는 과정에서 잡음의 일부는 은하수에서 오는 라디오파 때문이라는 것을 발견했습니다. 이것이 전파천문학의 시초였으며 제2차 세계대전 이후 전파천문학은 놀랄 만한 발전을 하게 됩니다. 1974년 노벨 물리학상의 영예를 차지한 펄서의 발견은 그 한 예가 될 것입니다.

1960년대 초반 에코 및 텔스타 위성과의 교신을 위한 통신소가 홈델에 세워졌습니다. 그곳에는 조정 가능한 혼 안테나가 설치되어 있어서 수 센티미터의 파장을 갖는 마이크로파를 민감하게 감지할 수 있었습니다. 전파천문학자인 아노 펜지어스와 로버트 윌슨 박사는 이 장치를 이용해서 은하수 같은 우주로부터 도착하는 전파 잡음을 관측하는 행운을 잡게 됩니다. 그들은 우주로부터의 간섭이 거의 없을 것으로 생각되는 파장인 7센티미터 영역을 택해 잡음을 제거하는 방법을 찾고 있었지만, 목표 달성이 너무 어려워서 시간 낭비만 하고 있는 듯이 보였습니다. 그러나 그들은 모든 방향에서 동일한 강도를 갖고 하루나 일 년의 주기적 변화에 무관한 배경복사를 발견했습니다. 따라서 이 복사는 태양이나 우리 은하로부터 오는 것이 아니었습니다. 복사 강도는 통신기술자들이 사용하는 용어인 안테나 온도, 3K에 해당하는 것이었습니다.

계속된 연구를 통해 파장에 따라 변하는 이 배경복사는 3K로 유지되는 우주에 관한 유명한 법칙을 따른다는 것이 확인되었습니다. 우리의 이탈리아 동료는 그것을 '라 루체 프레다', 즉 차가운 빛이라고 불렀습니다.

도대체 이 차가운 빛의 기원은 어디일까요? 이 질문에 대한 대답은 프린스턴 대학교의 물리학자인 다이크와 피블스, 롤, 그리고 윌킨슨이 논문으로 발표하였으며, 그 논문은 펜지어스와 윌슨 박사의 논문과 나란히 실렸습니다. 그것은 러시아 태생의 물리학자인 조지 가모프와 동료인 알퍼와 허먼에 의해 30년 전에 발표된 우주론과 연관되어 있습니다. 우주가 지금도 일정하게 팽창하고 있다는 사실로부터 그들은 150억 년 전에는 우주가 대단히 밀집되어 있었으며, 거대한 폭발인 이른바 '대폭발'(빅뱅)에 의해 우주가 태어났다는 과감한 이론을 내놓았습니다. 그때 우주의 온도는 실로 엄청나서 100억 도나 그 이상이었을 것으로 추정하고 있습니다. 이 온도에서는 가벼운 화학원소들이 기존의 소립자들로부터 형성될 수 있고, 모든 파장의 복사선이 엄청난 규모로 방출됩니다. 그러나 우주의 팽창이 계속됨에 따라 복사선의 온도가 빠르게 떨어집니다. 알퍼와 허먼은 현재 우주에 5K의 온도로 냉각된 방사선이 여전히 남아 있을 것이라는 예측을 했습니다. 그러나 당시에는 어느 누구도 그 방사선을 관측할 수 있으리라고 생각지 못했습니다. 이런저런 이유로 이 예측은 잊혀져 버렸습니다.

펜지어스와 윌슨 교수는 우주의 탄생 이후 냉각된 복사선을 발견한 것일까요? 그럴지도 모릅니다. 다만 가장 확실한 것은 그들의 인내심과 비범한 실험 기술이 있었기에 이 발견이 가능했다는 점입니다. 그 이후로 우주천문학이 실험과 관찰로 규명되는 과학의 영역이 되었습니다.

표트르 카피차 박사님, 아노 펜지어스 박사님, 로버트 윌슨 박사님.
우리의 전통에 따라 여러분이 공동 수상할 올해 노벨 물리학상의 업적을 간단히 스웨덴어로 설명드렸습니다. 스웨덴 왕립과학원을 대표해서 여러분에게 축하의 말씀을 전하게 되어 대단히 기쁘고 영광스럽습니다. 이제 전하께서 여러분께 노벨상을 시상하시겠습니다.

스웨덴 왕립과학원 라메크 훌텐

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자료출처
[네이버 지식백과] 헬륨 액화장치의 발명과 응용 우주 초단파 배경복사 발견과 대폭발 이론 연구 (당신에게 노벨상을 수여합니다. | 노벨 물리학상, 2010. 1. 18., 바다출판사), Nobelprize.com

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