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아흐메드 하산 즈웨일 Ahmed Hassan Zewail

아흐메드 하산 즈웨일 [이미지]
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Caltech (캘리포니아공과대학교)
  • 작성 2017-07-05
  • 조회 4,577
  • 출생1946-02-26
  • 국적 미국, 이집트
  • 분야화학, 물리학
  • 소속캘리포니아 공과대학
  • 출신대학펜실베니아대학교 박사
  • 주요업적펨토 초 분광기를 이용한 화학반응의 전이 상태 연구
  • 수상노벨화학상(1999)
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인물정보

이집트 출신의 미국 화학자. 1999년도 노벨화학상 수상자. 1980년대에 초고속 레이저를 이용하여 분자와 원자의 움직임을 느린 동작으로 관찰할 수 있는 방법을 연구한 ‘펨토화학’ 분야를 개척했다.

1946년 2월 26일 이집트에서 태어난 즈웨일은 4남매 중 유일한 사내아이였다. 그의 아버지는 공무원이셨고 동시에 개인 사업을 운영하셨다. 그의 어머니는 전형적인 이집트 여인으로 가정과 아이들을 위해 헌신하셨다. 그의 방문에는 “박사 즈웨일”이라고 써 붙여 놓을만큼 가족들은 즈웨일이 해외로 가서 높은 학위를 받고 돌아와 교수가 되기를 바랐다고 한다.

그의 삼촌은 즈웨일의 청소년 시절에 많은 영향을 주었다. 특히 비판적 분석, 음악, 대중과 지식인들과의 조화에 대한 즐거움을 일깨워 주었다. 즈웨일은 독서, 음악, 운동, 주사위놀이에 흥미를 보였는데, 특히 움무 칼숨(Um Kulthum)이라는 유명한 이집트 가수의 열렬한 팬이어서 매달 첫 번째 주 목요일마다 그 가수의 콘서트를 보러 갔고, 이집트에서 공부하는 내내 듣곤 하였다고 한다.

어릴 적부터 즈웨일은 암기해야할 것들이 많은 사회 과학보다는 자연과학, 수학, 역학 화학에 많은 관심을 보였다. 10살 때, 역학에 관한 어려운 문제를 풀었을 때 그는 엄청난 희열을 느꼈다고 한다. 커피를 만드는 오일 버너와 몇 개의 유리관을 그의 침실에다 가져다 놓고 어떻게 나무가 연소 가스와 액화 물질 속에서 변형되는 지 관찰했다. 그는 생생한 과학 현상을 목격했던 사건을 잊지 못했을 뿐 아니라 집을 모두 태울 뻔 했었던 위험천만한 순간도 기억하고 있었다.

알렉산드리아 대학(Alexandria University)에서 화학을 전공했고 미국으로 건너가 팬실베니아 대학(University of Pennsylvania)에서 박사학위를 받았다. 박사 학위를 마친 후 즈웨일은 캘리포니아 대학과 버클리 대학에서 대학원 연구를 했다. 1976년 캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology)에서 교수로 임명되었고 초고속 과학 기술을 연구하는 신체 생명 센터(Physical Biology Center for Ultrafast Science and Technology) 소장을 역임했다.

즈웨일의 핵심 연구는 팸토초로 일어나는 화학 반응을 연구하는 팸토화학이였다. 초고속 레이저 기법을 활용하여 단시간에 분자와 원자의 움직임을 느린 동작으로 관찰할 수 있는 방법을 연구한 팸토화학의 개척자로 평가받고 있다. 화학자들은 그가 개척한 기술을 통하여 화학적 결합이 끊어지고 새로운 결합이 이루질 때 어떤 상황이 발생하는가를 분석할 수 있게 되었고, 또 왜 어떤 화학반응은 일어나고 다른 반응은 일어나지 않는가를 이해할 수 있게 되었다.

1982년 즈웨일은 미국의 귀화시민(Naturalized citizen)이 되었다. 즈웨일은 버락 오바마(Barack Obama) 전 대통령의 기술과학 국가 자문 위원회 일원으로 임명되었는데, 선발된 미국 선도 과학자 및 기술자들로 구성된 자문단은 대통령과 부통령에게 자문을 제공하며 과학 기술 혁신 분야의 정책을 입안하는 일을 맡았다. 2008년 7월 4일 카이로 대학(Cairo University) 연설 중 미국 대통령 오바마(Barack Obana)가 세계 무슬림과 미국의 새로운 시작으로 새로운 과학 사절단 프로그램을 발표했다. 2010년 1월 브루스 알버트(Bruce Alberts), 일라이아스 제루니 (Elias Zerhouni)와 함께 첫 미국 과학 사절단으로 임명 받아 북 아프리카에서 동남아시아까지 무슬림 주요 국가들을 방문했다.

2011년 이집트 항쟁 동안 그는 고국으로 돌아갈 것을 발표했다. 그는 헌법 개정 위원회에 참여하고 싶다는 뜻을 밝혔고, 2005년 대선 때 이집트 공화국의 4대 대통령인 무바라크(Honsi Mubarak)의 라이벌이 되었다. 무바라크(Honsi Mubarak)의 사임 후 군사 정권의 지배자들 사이에서 즈웨일은 존경받는 인물이 되었다. 하지만 안타깝게도 2016년 4월 70세의 나이로 오랜 암투병 끝에 별세했다.

https://en.wikipedia.org/wiki/Ahmed_Zewail
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1191752&cid=40942&categoryId=34352

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시상연설

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분.
우리 화학자들은 분자와 그들의 고유한 성질을 이해하고, 분자들이 만날 때 무슨 일이 일어날 것인지 예측합니다. 즉 분자들이 서로 약하게 끌릴지 아니면 정열적으로 반응해서 새로운 분자를 생성할지 예측합니다. 크게는 생명이라 불리는 복잡한 화학을 이해하려고 합니다. 지식의 혁명을 통해서 분자는 오늘날 생물학과 약학에서부터 환경과학 및 기술에 이르는 모든 분야의 중심입니다.

화학의 진수는 화학반응, 즉 원자 간의 화학결합이 끊어지고 형성되는 것입니다. 그러면 화학반응은 어떻게 일어날까요? 우리 모두는 화학반응이 각기 다른 속도로 진행된다는 것을 알고 있습니다. 못이 녹스는 데 걸리는 시간과 다이너마이트가 폭발하는 데 걸리는 시간을 비교해 보십시오. 알프레드 노벨 박사는 반응속도가 중요하다는 것을 알고 있었습니다. 다이너마이트는 너무 빨리 반응해서 대포에 사용될 수 없습니다. 대포 자체가 폭발해 날아갈 것입니다.

그는 또한 고온에서 화학반응이 더 빨리 진행한다는 것을 알고 있었으나 그 이유는 알지 못했습니다. 이것은 웁살라에 있는 물리화학 강사 스반테 아레니우스에 의해 밝혀졌습니다. 네덜란드의 과학자 야코뷔스 반트 호프에 의해 영감을 받은 아레니우스는 반응속도에 관한 최초의 이론 및 반응속도의 온도 의존성을 보이는 반응속도식을 제시했습니다. 이 반응속도식은 이제 100년 이상 사용되고 있습니다. 아레니우스 자신은 다른 업적으로 1903년에 노벨 화학상을 받았습니다.

과학은 항상 점점 더 작고 점점 더 빠른 사건을 이해하려고 노력해 왔습니다. 아레니우스 시대 이래로 점차 빨라지는 반응속도를 측정하기 위한 많은 방법이 개발되었습니다. 이들 중 많은 수가 노벨상을 받았습니다. 그러나 최근까지 어느 누구도 반응분자가 전이상태라 불리는 메타포를 통과할 때 반응분자에 실제로 무슨 일이 일어나는지 관찰할 수 없었습니다. 메타포는 결합이 끊어지고 형성되는 일종의 반응 중간상태입니다. 이것이 인류에게 비밀로 남아 있었습니다.

분자는 분자 내에 있는 원자들이 움직이는 정도의 빠른 속도로 전이 상태를 통과합니다. 분자는 매초 1,000미터의 속도로 움직입니다. 거의 총알만큼 빠릅니다. 그리고 분자 안에서 원자들이 조금 움직이는 데 걸리는 시간은 보통 수십 펨토 초(1펨토 초 = 10-15초)입니다. 이렇게 빠른 현상을 볼 수 있다고 믿는 사람은 거의 없었습니다.

그러나 이것이 바로 아메드 즈웨일 교수가 해낸 연구입니다. 12년 전 그가 발표한 연구 결과는 펨토화학이라는 과학 분야를 탄생시켰습니다. 이것은 반응 도중의 분자를 촬영하고 전이상태의 극히 짧은 순간을 포착하기 위해서 세상에서 가장 빠른 카메라를 사용하는 것으로 비유할 수 있습니다. 그의 '카메라'는 10여 펨토 초 동안 지속되는 빛을 사용하는 레이저 기술입니다. 강한 레이저 광선에 의해 반응이 개시되면, 그 현상을 추적하기 위한 일련의 뒤따르는 광선들에 의해 반응이 연구됩니다. 이 실험의 성공 열쇠는 최초의 펨토 초 광선이 시료 내에 있는 모든 분자들을 일시에 여기시켜서 그 원자들이 규칙적으로 진동하게 하는 것입니다.

첫 번째 실험은 단순한 반응에서 어떻게 결합길이가 늘어나고 결합이 끊어지는지를 느린 영상으로 보여 주었으나, 곧 복잡한 반응에 관한 연구가 뒤따랐습니다. 그 결과는 종종 놀라웠고 반응 도중 원자들의 움직임은 예상했던 것과 다르다는 것을 알게 되었습니다. 즈웨일 교수가 빠른 레이저 기술을 사용한 것은 갈릴레이가 망원경을 사용한 것에 비유될 수 있습니다. 갈릴레이는 천체에서 빛나는 모든 것에 그의 망원경을 들이댔습니다. 즈웨일 교수는 문자 그대로 분자의 세계에서 움직이는 모든 것에 그의 펨토 초 레이저를 들이댔습니다. 그는 자신의 망원경을 과학의 미개척 분야로 향하게 한 것입니다.

아메드 즈웨일 교수는 분자의 생애에서 결정적인 순간, 즉 화학결합이 끊어지고 형성되는 순간을 정확히 보여 주는 실험을 수행한 최초의 화학자로서 노벨 화학상을 수상하게 되었습니다. 그는 아레니우스 이론 뒤에 있는 실제 세계를 볼 수 있었습니다.

화학반응의 진행 과정을 자세히 이해하고 예측하는 것은 대단히 중요합니다. 펨토화학은 화학의 전 분야뿐만 아니라 재료과학(미래의 전자공학)과 생물학 같은 인접 분야에도 응용될 수 있습니다. 레티날 분자가 그 예인데, 빛이 이 분자를 비틀어지게 하면 신경신호가 뇌로 보내진다는 것이 발견되었습니다. 이 반응은 단 200펨토 초가 걸리는데 이것이 빛에 대한 눈의 민감도를 설명해 줍니다.

펨토 화학은 우리가 화학반응을 바라보는 방식을 급격히 변화시켜 왔습니다. 수백 년 동안 전이상태를 둘러싸고 있던 안개가 걷혔습니다.

즈웨일 교수님.
저는 이 자리에서 교수님의 선구적 연구가 과학자들이 화학반응을 바라보는 방식을 어떻게 근본적으로 변화시켰는지를 설명하려고 노력했습니다. 이들을 전이상태인 메타포라는 용어로만 기술하던 제약에서 벗어나 이제 우리는 분자 내에서 원자의 실제 움직임을 연구할 수 있습니다. 우리는 이것들을 제시간에 논할 수 있고, 우리가 상상하는 방식으로 배치할 수 있습니다. 이것들은 더 이상 볼 수 없는 것이 아닙니다.

스웨덴 왕립과학원의 진심어린 축하를 전해 드립니다. 앞으로 나오셔서 전하로부터 1999년 노벨 화학상을 받으시기 바랍니다.

콘 교수님.
교수님은 계산양자화학에 대한 공로로 존 포플 교수와 함께 작년도 노벨상을 받으셨습니다. 계산양자화학은 또한 금년 노벨상에 있어서도 근본적으로 중요한 역할을 했습니다. 여러 상태의 에너지 계산과 분자구조가 실험의 설명에 결정적이었기 때문입니다.

스웨덴 왕립과학원의 진심어린 축하를 전해 드립니다. 앞으로 나오셔서 전하로부터 1998년 노벨 화학상을 받으시기 바랍니다.

스웨덴 왕립과학원 벵트 노르덴

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자료출처
[네이버 지식백과] 펨토 초 분광기를 이용한 화학반응의 전이상태 연구 (당신에게 노벨상을 수여합니다. | 노벨 화학상, 2010. 1. 18., 바다출판사)

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