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노벨상인물

레프 란다우 Lev Landau

레프 란다우 [이미지]
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MIPT (모스크바 물리기술원)
  • 작성 2016-12-21
  • 조회 4,474
  • 출생1908-01-22
  • 국적 아제르바이잔
  • 분야이론 물리학
  • 소속모스크바 물리기술원
  • 출신대학바쿠대학교, 레닌그라드 대학교
  • 주요업적물질의 응축상태에 대한 이해에 공헌
  • 수상노벨 물리학상(1962)
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인물정보

소련의 이론물리학자로 아제르바이잔의 바쿠시 태생이다. 주요 수상경력으로는 스탈린상과 1962년에 수상한 노벨물리학상이 있다. 주요저서로는 1925년에 저술한 <스펙트럼선의 제만효과와 다중선구조>가 있다.

1908년 1월 22일 물리학자와 앤지니어 사이에서 태어났다. 19살에 레닌그라드 대학 물리학과를 졸업한 후 레닌그라드 물리 기술 연구소에서 경력을 쌓았다. 1929년부터 1931년 까지 록펠러 재단의 장학금을 받으며 독일, 스웨덴, 영국 그리고 코펜하겐에서는 물리학자 닐스 보허(Niels Bohr)박사 밑에서 연구하며 지냈다. 1932년부터 1937년 까지는 우크라이나 물리 기술연구소의 이론 물리학 부장을 맡았다. 1937년부터 모스크바에서 소련 과학 아카데미 물리 문제 연구소의 이론 물리학부장을 맡아 교수로써 모스크바 대학과 하리코프 대학에서 이론 물리학을 가르쳤다.

1937년 란다우 박사는 일부일처제 보다 자유로운 사랑을 추구하여 그의 아내와 학생들에게 자유로운 사랑을 권하며 살았다. 이로 인해 본의 아니게 정신과 병원을 6번이나 오가기도 하였다고 한다.

란다우 박사의 연구는 유체역학에서부터 양자 분야 이론까지 모든 이론 물리학의 세분화된 내용들을 다룬다. 그의 연구의 가장 많은 부분은 응집 상태 이론에 관한 것이다. 1936년 일반 열역학 이론을 연구하기 시작했다. 1938년 카피차(P.L. Kapitsa)박사가 액체 헬륨의 초유동을 발견한 후로 란다우 박사는 아주 낮은 온도에서 “초유체”의 완전 이론을 설립하는 연구를 시작한다. 1946년 과학 아카데미 회원으로 선출 되어 소련으로부터 여러 번 상도 받았으며 런던의 왕립협회 회원, 미국 국립 과학 아카데미 외국인 회원, 미국 예술과학 아카데미 명예 회원, 런던 물리학 협회, 프랑스 물리학 협회 회원으로 선출되었다.

1962년 1월 7일 마주 오는 트럭과 부딪혀 교통사고를 당하여 심한 중상을 입었고 두 달 동안은 혼수상태에 빠져있었다. 여러 방법을 동원하여 란다우 박사는 회복했지만 과학적 창의력은 소멸되고 말았다. 그 후 그는 결코 예전처럼 연구를 할 수 없었다. 란다우 박사는 유머 감각이 뛰어난 사람으로 주위 사람들에게 알려져 있기도 했다. 한 예로 란다우 박사가 차사고 이후 회복치료를 받는 동안 뇌 손상 가능성을 테스트 하는 과정 중에 정신과 의사와의 담화가 전해져 내려오는데, 정신과 의사가 “저에게 원을 그려주세요” 하니 란다우 박사가 십자가를 그려주었다. 그러자 정신과 의사가 “십자가를 그려주세요” 하니 란다우 박사는 원을 그려주었다. 정신과 의자가 “왜 내가 부탁한 대로 그림을 그리지 않으십니까?”하고 물으니 란다우 박사가 “내가 만약 당신의 말대로 그렇게 쉬운 요구를 따라 그대로 그리면 내가 지능이 부족한 사람으로 생각할 것만 같아 그랬소.”라고 대답했다고 한다.

1965년 란다우 박사의 학생과 동료들이 모스크바 근처에 란다우 이론 물리학 연구소를 설립했였고 1968년 4월 세상을 떠났다.

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시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
올해의 노벨 물리학상 수상자인 모스크바 대학교의 레프 다비도비치 란다우 교수는 1908년 바쿠에서 태어났습니다. 아주 어려서부터 탁월한 수학적 능력을 보인 그는 14세 때 레닌그라드 대학교(지금의 상트페테르부르크 대학교-옮긴이)에 입학했습니다. 그곳에서 연구를 마친 뒤 란다우 교수는 해외로 나가 1년 반 동안 유명한 원자물리학자인 닐스 보어 그룹에서 연구했습니다. 당시 그는 뛰어난 머리와 거침없는 언행으로 강한 인상을 남겼습니다.

1930년에 란다우 교수는 자기장 내에서 자유전자의 거동에 관한 양자역학적 이론을 발표함으로써 세계적인 명성을 얻었습니다. 나중에 이 이론은 금속의 특성을 이해하는 핵심적인 개념으로 밝혀졌습니다. 귀국 후 란다우 교수는 풍성한 아이디어를 바탕으로 자성물질의 구조와 초전도체 그리고 상전이와 열역학적 요동에 관한 이론을 학생들과의 공동 연구로 발표했습니다.

문제의 핵심을 간파하는 능력과 독창적인 물리적 직관력은 그가 모스크바의 물리문제연구소에 들어간 1927년부터 시작된 액체헬륨의 연구에서 더 명확히 드러났습니다. 이 연구소의 소장은 액체헬륨에 관한 흥미로운 실험 결과를 발표했던 유명한 물리학자 카피차 교수였습니다. 그는 천연의 헬륨 가스를 절대온도 4도로 냉각하면 액화되고, 절대온도 2도 정도로 더 냉각하면 아주 특이한 특성을 가진 새로운 상으로 전이한다는 것을 알아냈습니다. 카피차는 이것을 초유체라고 불렀는데, 보통의 유체는 전혀 흐를 수 없을 정도로 매우 가는 모세관이나 간극도 아주 쉽게 통과한다는 것을 표현하는 이름입니다.

대부분의 연구자들은 이 현상을 설명하기 위해 개개 원자의 양자화 상태들을 고려했습니다만, 란다우 교수는 전체 유체의 양자화된 운동 상태를 기술했으며 여기에 바로 그의 독창성이 빛나고 있습니다. 란다우 교수는 기저 상태인 절대온도 0도에서의 유체를 기술하는 데서 시작했습니다. 란다우 교수는 유체의 여기상태들을 준입자라 부르는 어떤 가상 입자의 움직임으로 기술했습니다. 그는 실험 결과와 계산 결과를 결합함으로써 이런 준입자의 기계적 특성을 추론해 냈습니다. 유체의 특성을 계산해 낼 수 있었던 이 결과들은 후에 액체헬륨의 중성자 산란실험으로 검증되었는데, 그 첫 번째 실험은 1957년 스톡홀름의 원자력 에너지 회사에서 수행하였습니다. 나아가 란다우 교수는 액체헬륨 내에 보통의 음파 외에 '2차 소리'가 존재한다는 것을 발견함으로써 이 현상을 실험적으로 확인하기 위한 러시아 과학자들의 노력을 촉발했습니다.

천연의 헬륨에는 원자량이 4인 원소 외에 원자량이 3인 동위원소가 100만분의 1 정도 포함되어 있습니다. 1950년 이후에는 이 가벼운 동위원소의 액체상태에 관한 연구가 진행되었습니다. 이 액체헬륨은 원자량의 차이 때문에 무거운 동위원소의 액체상태와 상당히 다른 특성들이 있습니다. 이 가벼운 액체헬륨에 관한 만족할 만한 이론 역시 1956년에서 1958년 사이에 란다우 교수가 발표하였는데 위에서 말씀드린 무거운 액체헬륨과 많은 유사성이 있습니다. 새로운 이론은 절대온도 0.1도 이하의 극저온에서만 적용될 수 있는데, 이 때문에 이 온도 영역이 더욱 흥미로워졌습니다. 이 극저온을 측정하는 것 자체가 매우 어려워서 최근에 와서야 비로소 이 이론의 실험적 검증이 이루어졌습니다. 측정 기술이 정교해질수록 실험 결과들은 이론에 부합되었습니다. 란다우 교수는 이 액체헬륨을 통해 새로운 종류의 파동이 전파된다는 것을 예측하고 그것을 영째소리라고 불렀습니다. 이 역시 실험과학자들로 하여금 영째소리를 측정하기 위해 많은 노력을 기울이는 계기를 만들었습니다.

결정질 고체나 희소 가스의 특성을 완벽하게 설명할 수 있었던 것처럼 액체의 특성을 완벽하게 설명하는 것이 물리 연구의 중요한 목적 중 하나라는 점을 상기해 보면 란다우 교수 연구의 중요성은 자명해집니다. 이러한 목적을 달성하기 위해 노력하는 과정에서 과학자들은 대부분 극복하기 어려운 난관에 부딪칩니다. 그 예외적인 경우가 바로 액체헬륨에 관한 란다우 이론이며 따라서 그의 결과는 매우 중요하고도 위대한 성과라고 할 수 있습니다.

오늘 노벨상을 수상하게 된 응집물질, 즉 고체 혹은 액체에 관한 연구 외에 물리학의 다른 분야에서도 란다우 교수의 역할은 매우 중요합니다. 특히 양자장과 기초입자 이론 분야에서 많은 기여를 했습니다. 란다우 교수는 고유의 아이디어와 뛰어난 연구로 우리 시대의 원자물리학 발전에 지대한 영향을 미쳤습니다.

불행하게도 란다우 교수님은 올해 초에 당한 심각한 사고에서 완전히 회복되지 않아 오늘 시상식에 참석하지 못했습니다. 대신 모스크바에 있는 스웨덴 대사를 통해 노벨상을 전달하였습니다. 스웨덴 왕립과학원을 대신해서 란다우 교수님의 조속한 쾌유를 기원합니다.

-스웨덴 왕립과학원 이바르 발러

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자료출처
[네이버 지식백과] 물질의 응축상태에 대한 이해에 공헌 (당신에게 노벨상을 수여합니다. | 노벨 물리학상, 2010. 1. 18., 바다출판사) ,nobelprize.com, 네이버, 구글

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