수상 업적

The Nobel Prize in Physics 1913 was awarded to Heike Kamerlingh Onnes “for his investigations on the properties of matter at low temperatures which led, inter alia, to the production of liquid helium”. 1913년 노벨 물리학상은 “저온에서의 물질 속성 연구: 액체 헬륨의 생성”에 대한 공로로 H. 카메를링 오네스에게 수여되었습니다.

수상 추천문

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분. 왕립과학원은 11월 10일 회의에서 라이덴 대학교의 교수인 하이케 카메를링 오네스 박사에게 올해의 노벨 물리학상을 수여하기로 결정하였습니다. 오네스 박사는 냉각기법을 연구해 액체헬륨을 제조했고, 저온에서의 물질 특성에 대한 연구에서 보여 준 업적을 인정받았습니다. 100여 년 전 다양한 압력과 온도에서 일어나는 기체의 거동에 대한 연구는 물리학을 크게 발전시켰습니다. 이후 기체의 압력·부피·온도 사이의 연관 관계는 물리학 특히, 현대 물리학의 핵심 분야 중 하나인 열역학에서 매우 중요한 역할을 해 왔습니다. 1873년과 1880년 반 데르 발스 교수는 기체의 운동을 설명하는 유명한 법칙을 발표했습니다. 반 데르 발스의 기체 법칙은 열역학의 발전에 매우 중요한 기여를 했으며 이에 대한 공로를 인정받아 1910년 노벨 물리학상을 수상했습니다. 기체의 특정 성질은 분자와 분자 사이에 작용하는 힘으로 설명될 수 있다는 가정 아래 만들어진 반 데르 발스의 열역학법칙은 사실은 비논리적인 기초에서 만들어진 것이었습니다. 실제 기체는 압력과 온도에 따라 변화되는 성질이 반 데르 발스 교수가 가정한 것과 상당히 큰 차이를 보입니다. 따라서 반 데르 발스의 법칙에서 벗어나는 현상을 체계적으로 연구하고 온도와 분자구조의 변화에 따라 기체가 어떤 거동을 보이는지를 연구하는 것은 분자의 성질과 그것에 관련된 현상을 이해하는 데 많은 도움을 줍니다. 1880년대 초반 오네스 교수는 자신의 유명한 실험실을 만들면서 기체와 관련된 연구를 시작했습니다. 그는 실험에 필요한 장치를 직접 설계하고 개선하여 놀랄 만한 성공을 거두었습니다. 오네스 교수의 실험실에서 만들어진 중요한 많은 결과들을 여기에서 간단히 다루기는 어렵습니다. 오네스 교수와 동료 연구자들은 단원자와 다원자 기체 그리고 기체 혼합물의 열역학적 성질을 연구해 현대 열역학의 발전에 크게 기여했습니다. 또한 설명하기 매우 힘들었던, 기체들이 저온에서 독특하게 행동하는 현상에 대해 명료하게 설명하였습니다. 오네스 교수와 연구자들은 물질의 구조와 그것에 관련된 현상에 대한 우리의 지식을 넓히는 데 크게 기여했습니다. 오네스 교수의 연구는 그 자체로도 매우 중요하지만, 인류가 추구해 온 가장 낮은 온도를 달성했다는 데 더 중요한 의미가 있습니다. 오네스 교수가 도달한 온도는 열역학에서 언급하는 가장 낮은 온도인 절대온도 0도에 매우 가까이 다가갔습니다. 일반적으로 저온에 도달하기 위해서는 이른바 영구기체(현대적인 의미에서는 불활성기체`―`옮긴이)를 응축시켜야만 가능합니다. 패러데이는 1820년대 중반, 선구적으로 이 연구를 수행했는데 이는 열역학에서 가장 중요한 과제 중의 하나였습니다. 올체프스키, 린데 그리고 햄프손이 다양한 방법으로 액체산소와 공기를 제조하였고 듀어는 실험적인 많은 어려움을 극복하고 수소 응축에 성공하였습니다. 이 같은 연구를 통해 우리는 섭씨 영하 259도, 즉 절대온도에서 단지 14도 높은 저온 상태까지 도달할 수 있었습니다. 이와 같은 저온 상태에서는 모든 알려진 기체들이 쉽게 응축되는데 1895년 대기에서 발견된 헬륨만은 예외였습니다. 따라서 헬륨을 응축시킬 수 있다면 더 낮은 온도에 도달할 수 있습니다. 올체프스키와 듀어, 트레버스와 자크로드는 액체헬륨을 얻기 위해 많은 응축 방법을 사용했지만 결국 실패하고 말았습니다. 일련의 실패 이후 사람들은 헬륨 액화는 불가능하다고 생각했습니다. 1908년 오네스 교수는 이 문제를 마침내 해결했습니다. 즉 오네스 교수가 처음으로 액체헬륨을 제조한 것입니다. 오네스 교수가 헬륨을 액체화했던 실험장비와 오네스 교수가 극복한 수많은 실험적인 어려움을 여기에서 말씀드리자면 많은 전문적인 내용이 필요합니다. 따라서 이 자리에서는 헬륨의 액화가 저온에서 기체와 액체의 성질을 연구하는 오래된 연구의 연속선상에 있다는 것만 말씀드립니다. 오네스 교수는 저온에서의 기체와 액체의 성질을 연구하면서 최종적으로 헬륨의 이른바 등온선을 얻었으며, 이 등온선을 얻으면서 획득된 지식이 헬륨의 액화를 위한 첫 단계가 되었습니다. 이후 오네스 교수는 액체헬륨을 채운 차가운 수조를 만들어 절대온도 1.15도에서 4.3도 사이에 놓인 물질의 성질을 연구했습니다. 물리학에서 이러한 저온에 도달하는 것은 매우 중요합니다. 왜냐하면 이 온도에서는 물질의 성질과 물리 현상이 상온이나 고온과는 일반적으로 상당히 다를 것이기 때문입니다. 그리고 온도에 따른 변화를 이해하는 것은 현대 물리학의 많은 의문을 해결할 수 있는 중요한 과정입니다. 이 자리에서 특별히 한 가지 예를 들어 보겠습니다. 기체의 열역학에서 빌려온 많은 원리들이 이른바 전자이론(현대적인 의미에서는 고체물리`―`옮긴이)에서 사용되었습니다. 그리고 전자이론은 물질의 전기적, 자기적, 광학적, 그리고 많은 열적 현상을 설명하는 길잡이입니다. 상온 또는 고온에서 얻어진 열역학적 방법으로 얻은 물리 법칙은 측정으로 확인된 듯 보입니다. 그러나 만약 온도가 매우 낮아진다면 상황은 달라집니다. 오네스 교수가 발견했듯이 액체헬륨 온도에서의 전기전도에 대한 저항 연구(초전도의 발견―`옮긴이)와 네른스트와 그의 학생들이 액체헬륨 온도에서 수행한 비열의 관계에 대한 연구들이 예가 될 수 있습니다. 전자이론을 변화시킬 필요가 있다는 것이 점점 더 명백해지고 있습니다. 전자에 대한 이론적인 연구는 이미 플랑크와 아인슈타인을 포함한 많은 연구자들이 시작하였습니다. 전자이론을 만들어 내기 위해서는 많은 실험적 뒷받침이 필요합니다. 전자이론은 저온 특히 액체헬륨이 만들어지는 온도에서 물질의 성질을 실험적으로 계속 측정해야만 검증할 수 있습니다. 저온 연구는 전자들의 세계에서 일어나는 현상을 파악할 수 있는 가장 적절한 방법입니다. 오네스 교수의 장점은 그 자신이 이런 가능성을 만들었으며 동시에 물리학에 커다란 영향력이 있는 중요한 연구 분야를 열었다는 데 있습니다. 오네스 교수는 물리학 연구에서 중요한 업적을 이루었습니다. 이에 왕립과학원은 오네스 교수에게 1913년의 노벨 물리학상을 수상할 자격이 있음을 밝힙니다.