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비탈리 긴즈부르크 Vitaly L. Ginzburg

비탈리 긴즈부르크 [이미지]
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MIPT (모스크바 물리기술원)
  • 작성 2016-12-21
  • 조회 3,587
  • 출생1916-10-04
  • 국적 러시아
  • 분야물리학
  • 소속모스크바 물리기술원
  • 출신대학모스크바 대학교
  • 주요업적현대 초전도체와 초유체 현상에 대한 이론적 토대 확립
  • 수상노벨 물리학상(2003), 레닌상(1966), 울프상(1994.1995)
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인물정보

초전도체와 초유동체라는 양자물리학의 두 가지 현상을 이론적으로 설명하는 데 크게 이바지한 러시아의 물리학자로 자기장을 밀어내는 성질을 가진 초전도체 가운데 자기장을 완전히 밀어내는 '제1유형 초전도체'에 관한 이론을 발표해 학계의 주목을 받았다.

1916년 10월 4일 모스크바에서 태어났다. 유태인 집안의 엔지니어와 의사 부모 사이에서 태어나 유년기 경제 침체 시기 속에 가난과 굶주림을 겪고 자랐다. 그의 어릴적 기억 속에는 무리와 죽은 시체가 담긴 반쯤 가려진관을 말이 끌고 자신의 짚 앞을 지나가는 모습이였다고 한다. 11한살 때 까지 학교에서 교육을 받지 못했다. 당시 교육은 의무가 아니었지만 그의 부모는 소련 주립 학교를 보내기를 원하고 있었다. 4년 후 그는 마침내 정규 교육을 받을 수 있었지만 그의 학교는 폐교가 되고 만다. 우연히 그의 숙모의 지인이 고등 교육기관의 과학 교수여서 연구소 조교로 일 할 수 있게 도와준다.

1938년 모스크바대학교 물리학과를 거쳐 1942년 같은 대학교에서 물리학 박사학위를 받았다. 긴즈부르크 박사는 수소 폭탄의 길을 열었다. 기본 연료는 수소의 동위 원소인 삼중수소였다. 하지만 기체는 통제하기가 어려웠고 이를 보안하기 위한 중성자에 고체 중수소화물을 부어 작동시키는 원리의 장치를 만들었다. 긴즈부르크 박사는 스탈린의 반 유대주의 배척기간 동안 무기의 실제 실험에에서 배제 되었고 프로젝트에서도 완전히 빠지게 되었다. 그는 과학자들이 감옥에 가게 될까봐 두려움에 떨기도 했지만 1953년 스탈린의 죽음으로 그의 걱정은 해결되었다. 그 후 다시 수소폭탄개발 프로젝트에 참여하게 되었고 러시아 과학 아카데미 회원이 되었다. 당시 그는 비밀무기 프로그램에 차며하게 되었는데 그는 또한 기초 순수 연구를 진행중이였고 1950년 초전도 현상에 관해 란다우 박사와 훌륭한 논문을 써냈다.

초전도체와 초유동체(superfluids)라는 양자물리학의 두 가지 현상을 이론적으로 설명하였는데 1950년대에 자기장을 밀어내는 성질을 갖고 있는 초전도체 가운데 자기장을 완전히 밀어내는 초전도체(제1유형 초전도체)에 관한 이론을 발표하여 물리학계의 주목을 받았다. 이 이론은 뒤에 러시아 물리학자 아브리코소프(Alexei A. Abrikosov)의 제2유형 초전도체 이론으로 발전해 아주 센 자기장 안에서도 어떻게 초전도 현상이 유지되는지를 설명할 수 있는 발판을 제공하였다.

초전도 현상은 1911년에 발견되었으나, 두 물리학자의 이론과 영국 출신의 미국 물리학자 레깃(Anthony J. Leggett)이 초유동체(초유체) 상태에서 원자나 전자들이 어떻게 움직이며 상호작용하는지를 밝혀내기 전까지는 설명할 수 없었다. 결국 이들 3인의 연구를 통해 초전도 및 초유동체 현상이 이론적으로 규명됨으로써 제2유형 초전도체 금속이론이 꿈의 소재로 불리는 고온초전도체를 비롯해 모든 초전도체에 적용될 수 있음이 밝혀진 것이다.

현재 초전도 물질은 자기공명영상법(MRI), 입자물리학 가속기, 초소형 전자부품, 초전도 전선, 초전도 자기부상열차, 초전도양자간섭소자 등에 이용되고 있다.

1940년 러시아 과학아카데미의 PN 레베데프 물리학연구소 연구원으로 몸담아 1971년부터 1988년까지 소장을 역임하였다. 또 1945년부터 고리키대학교, 1968년부터 모스크바 물리·기술연구소 시간제 교수로 재직하고 있으며, 1981년 미국 과학아카데미(내셔널아카데미오브사이언스), 1987년 영국 왕립학회의 외국인 회원으로 선임되었다.

긴즈부르크는 위의 두 물리학자와 함께 초전도 및 초유동체 현상을 이론적으로 밝혀 내 초전도체 개발을 가속화한 공로로 2003년 노벨물리학상을 받았다. 노벨상 외에도 소련 국가훈장(1953), 레닌상(1966), 영국 왕립천문학회 골드메달(1991), 러시아 과학아카데미 로모노소프 빅 골드메달(1995), 이스라엘의 국제과학상인 울프상(1994·1995), 국제연합교육과학문화기구(유네스코)의 닐스 보어 골드메달(1998) 등을 받았다.

<공동수상>

알렉세이 알렉세예비치 아브리코스프(Alexei Alexeyevich Abrikosov, 1928~)
러시아의 물리학자.
상트페테르부르크 공과대학에서 공부하였으며 1919년부터 1921년까지 강의를 하였다. 1921년에 영국으로 망명하여 1924년부터 1932년까지 캐번디시 연구소에서 연구하였다. 1932년에는 그의 연구를 위한 왕립학회 몬드 연구소가 설립되기도 하였다. 1934년에 소련에 억류되어 1935년부터 모스크바에 있는 러시아 과학 아카데미 물리문제연구소 소장으로 활동하였다.

안토니 제임스 레깃(Anthony James Leggett, 1938~)
영국과 미국 국적의 물리학자.
1964년에 옥스퍼드 대학교에서 물리학으로 박사학위를 취득한 뒤 미국 일리노이 대학교에서 박사후과정을 이수하였다. 1967년에 서섹스 대학교의 교수가 되어 1982년까지 재직하였으며, 1982년에 일리노이 대학교의 물리학 교수가 되었다. 새로운 초유체의 특성과 복잡한 질서 파라미터를 수용하는 다른 형태의 질서도 사이의 관계를 설명함으로써 초전도와 초유체 이론 형성에 기여하였다.

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시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
올해의 노벨 물리학상의 주제는 질서에 관한 것입니다. 우리 일상에서의 질서가 아니라 원자나 전자 등 미시세계에서의 질서입니다. 양자역학의 지배를 받는 미시세계에서는 우리 일상에서 전혀 관찰할 수 없는 현란한 현상들이 일어납니다. 그러나 전자나 원자의 질서가 어떤 특별한 형태일 경우에는 미시세계의 양자현상을 아주 크게 증폭시켜 눈으로도 그 현상을 볼 수 있게 해줍니다. 물리 분야의 올해 노벨상은 미시세계의 질서와 초전도 혹은 초유체라고 불리는 거시현상 간의 관계를 밝히는 데 기여한 세 명의 과학자에게 돌아갔습니다.

1911년 네덜란드의 물리학자 하이케 카메를링 오네스(1913년 노벨 물리학상 수상)는 절대온도 0도 근처의 낮은 온도에서 수은의 전기저항이 사라지는 현상을 발견하고 초전도현상이라는 이름을 붙였습니다. 곧이어 러시아의 물리학자 피요트르 카피차(1978년 노벨 물리학상 수상)는 유사한 이름을 붙인 초유체현상, 즉 액체헬륨이 초전도현상이 일어나는 임계온도보다 더 낮은 온도에서 내부저항 없이 흐르는 현상을 관찰했습니다. 초전도현상이 발견되자마자 과학자들은 이 현상이 현대 산업에서 매우 광범위한 중요성을 갖게 될 것임을 알았습니다. 예를 들면 초전도 전선으로 코일을 만들면 에너지 손실이 없는 매우 강력한 전자석을 만들 수 있습니다. 그러나 불행하게도 대부분의 초전도체는 매우 약한 자기장에 의해서도 보통의 금속으로 돌아가버리고 말았습니다. 곧이어 초전도성과 자성을 동시에 수용해서 강한 자기장 속에서 초전도성을 유지하는 새로운 형태의 초전도체가 발견되었습니다. 이렇게 만들어진 초전도 자석은 의료 진단기나 입자물리학자들이 사용하는 거대 가속기의 고해상도 자기영상장치에 사용되는 등, 현대 사회에서 대단히 중요한 역할을 하고 있습니다.

올해 수상자 중 비탈리 긴즈부르크 교수와 알렉세이 아브리코소프 교수는 초전도성과 자성이 어떻게 동시에 수용되는지를 이해하는 데 결정적인 기여를 했습니다. 긴즈부르크 교수는 레프 란다우(1962년 노벨 물리학상 수상)와 함께 초전도성이 어떤 임계 전기장이나 자기장에 의해 사라지는 현상을 이전보다 훨씬 자세히 기술할 수 있는 이론을 만들었습니다. 그들은 전자들 간의 질서를 기술할 수 있는 방법을 제안하고 초전도성 질서 파라미터를 제안했습니다. 그들은 깊은 물리적 통찰로 초전도체에서의 질서도를 결정할 수 있는 수학식을 만들어 냈는데, 그 식은 그 당시에 초전도체로 알려진 물질에서 측정된 값들과 잘 일치하는 것이었습니다. 특히 강조하고 싶은 것은 긴즈부르크-란다우 이론의 타당성이 광범위하게 적용될 수 있어서, 현대 물리학의 많은 분야에서 새로운 지식을 얻는 데 널리 활용되고 있다는 점입니다.

그러나 곧이어 새로운 초전도 재료에서 예상치 못한 결과들이 관찰되었습니다. 아브리코소프 교수는 이러한 차이를 설명하는 좀 더 복잡한 형태의 질서를 발견했습니다. 그는 깊은 통찰력을 가지고 긴즈부르크-란다우식을 분석하여 질서도의 공간분포에 어떻게 보티스가 형성되는지를 보일 수 있었습니다. 그리고 자기장이 이것을 통해 어떻게 초전도체 내로 침투하는지를 보였습니다. 보티스는 욕조의 물을 비울 때 물에 생기는 소용돌이와 본질적으로 같은 것입니다. 아브리코소프 교수는 2종 초전도체라고 하는 새로운 종류의 물질에서 초전도성과 자성이 동시에 수용되는 이유를 완벽하게 설명하였습니다. 초전도 물질의 연구에 새로운 돌파구가 생긴 것입니다.

더 복잡한 종류의 질서는 1970년대 초에 발견된 헬륨-3의 초유체에서 관찰되었습니다. 이것은 더 무거운 동소체인 헬륨-4가 대부분을 차지하는 자연상태의 헬륨에서 카피차가 처음으로 초유체를 발견한 것보다 훨씬 나중의 일이었습니다. 두 동소체 간에는 근본적인 차이가 있습니다. 헬륨-4는 보스-아인슈타인 응축현상에 의해 초유체로 직접 질서화되는 보손이라고 부르는 입자군의 하나인 반면 헬륨-3는 전자와 똑같은 페르미온입니다. 이런 입자들이 초유체상태로 되기 위해서는 먼저 짝을 이루어야 합니다.

헬륨-3 액체 상태의 원자 짝은 내부에 자유도가 존재한다는 것이 밝혀졌습니다. 이것은 서로의 주위를 돌기 때문이기도 하고 물리학자들이 스핀이라고 부르는 자기적 특징 때문이기도 합니다. 결국 여기서는 긴즈부르크-란다우 질서 파라미터가 초전도체에서처럼 2개가 아니라 18개의 성분을 가지며 초유체의 특성이 방향에 따라 달라지는 이방성을 가집니다. 안토니 제임스 레깃 교수는 새로운 초유체의 특성과 복잡한 질서 파라미터를 수용하는 다른 형태의 질서도 사이의 관계를 설명하는 데 성공하였습니다. 그의 이론은 실험 연구자들이 그들의 측정 결과를 해석할 수 있게 해주었고 체계적인 연구의 틀을 제공했습니다. 레깃 교수의 이론은 액정물리나 천문학과 같은 분야에서도 광범위하게 사용되고 있습니다.

아브리코소프 교수님, 긴즈부르크 교수님, 레깃 교수님.
여러분은 초전도와 초유체 이론에서의 선구적 기여로 2003년 노벨 물리학상을 수상하게 되었습니다.

스웨덴 왕립과학원을 대표하여 축하 말씀을 전하게 되어 대단히 영광스럽습니다. 이제 나오셔서 전하로부터 노벨상을 수상하시기 바랍니다.

-스웨덴 왕립과학원 마츠 욘슨

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자료출처
[네이버 지식백과] 현대 초전도체와 초유체 현상에 대한 이론적 토대 확립 (당신에게 노벨상을 수여합니다. | 노벨 물리학상, 2010. 1. 18., 바다출판사) ,nobelprize.com, 네이버, 구글

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