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[물리학] 1921년 - 광전효과의 발견(알베르트 아인슈타인)

작성일 2014-12-08
1921einstein_physics
  • 1879 ~ 1955
    알베르트 아인슈타인
    Albert Einstein
    독일 태생 스위스의 물리학자. 1900년 스위스 연방 공과대학을 졸업한 후 스위스 시민이 되었으며, 1902년 베른의 스위스 특허국에 취직하였다. 1911년 프라하의 독일 대학교 교수를 거쳐 1912년에 스위스 연방 공과대학의 교수가 되었으며, 1913년에 프로이센 과학 아카데미 정회원 및 카이저-빌헬름 연구소 물리학부장이 되었다. 그는 질량과 에너지의 등가를 단언하고 공간·시간·중력에 관한 새로운 사고방식을 제안한 일련의 이론들을 발표했으며, 그의 상대성이론와 중력에 관한 이론들은 뉴턴 물리학을 넘어서는 심오한 진전이었고 과학적 탐구와 철학적 탐구에 혁명을 일으켰다.

수상 업적

The Nobel Prize in Physics 1921 was awarded to Albert Einstein “for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect”. Albert Einstein received his Nobel Prize one year later, in 1922. During the selection process in 1921, the Nobel Committee for Physics decided that none of the year�s nominations met the criteria as outlined in the will of Alfred Nobel. According to the Nobel Foundation’s statutes, the Nobel Prize can in such a case be reserved until the following year, and this statute was then applied. Albert Einstein therefore received his Nobel Prize for 1921 one year later, in 1922. 1920년 노벨 물리학상은 “이론 물리학에 대한 공헌, 특히 광전효과의 발견”으로 알베르트 아인슈타인에게 수여되었습니다. 1921년 노벨 물리학상 선정 과정 중 노벨 물리학 위원회가 당해 수상자 후보들이 알프레드 노벨 박사의 유지에 부합하는 기준을 충족시키지 못했다고 판단했기 때문에 알베르트 아인슈타인은 1년 후인 1922년에 노벨 물리학상을 수상했습니다. 노벨 재단의 규칙에 따라 이런 경우 노벨상은 다음해까지 보류되므로 알베르트 아인슈타인은 1921년의 노벨상을 1년 후인 1922년에 수상하게 되었습니다.

수상 추천문

전하, 그리고 신사 숙녀 여러분. 오늘날 살아 있는 물리학자 가운데 알베르트 아인슈타인 박사만큼 이름이 널리 알려진 사람은 아마 없을 것입니다. 대부분의 논의는 그의 상대성이론에 집중되어 있습니다. 상대성이론은 필연적으로 인식론과 관련이 있으며 따라서 철학적 관점에서 생생한 논쟁의 주제가 되어 왔습니다. 저명한 철학자인 베르그송이 파리에서 이 이론에 이의를 제기할 때 다른 철학자들은 이 이론을 전적으로 지지하였습니다. 금세기 처음 10년 동안 이른바 브라운 운동이 가장 뜨거운 논란을 불러일으켰습니다. 1905년 아인슈타인은 브라운 운동을 설명하기 위한 운동 이론을 정립하였는데 이 이론을 통해 그는 서스펜션, 즉 고체입자가 떠다니는 액체의 주요한 특성을 유도했습니다. 이 이론은 고전역학에 기초하며 콜로이드 용액의 거동을 설명하는 데 도움이 됩니다. 콜로이드 용액에 대한 연구는 과학의 커다란 한 분야로 성장해 온 콜로이드 화학이라는 분야에서 이미 스베드베리, 페랭, 지그몬디와 그 밖에 셀 수 없을 만큼 많은 과학자들이 연구한 주제였습니다. 아인슈타인 박사가 노벨상을 수상하게 되는 그의 세 번째 연구는 1900년 플랑크 교수가 정립한 양자이론 분야입니다. 양자이론에서는 물질이 입자들, 다시 말해서 원자들로 이루어진 것처럼 빛도 ‘양자`quanta’라는 개개의 입자들로 되어 있다고 주장합니다. 플랑크 교수가 1918년 노벨 물리학상을 받은 이 주목할 만한 이론은 초기에는 이론이 가진 여러 결함을 해결하지 못하면서 1905년경 일종의 막다른 골목에 몰려 있었습니다. 그 당시 아인슈타인은 비열과 광전효과에 대한 연구에 매진하고 있었습니다. 광전효과는 1887년 유명한 물리학자인 헤르츠에 의해 발견되었습니다. 헤르츠는 두 개의 구 사이를 통과하는 전기스파크에 다른 전기적 방전에서 나온 빛이 비춰지면 더 쉽게 통과한다는 사실을 발견하였습니다. 이 흥미로운 현상에 대해 할박스가 더욱 철저한 연구를 수행했는데 그에 따르면 금속판 같은 음극으로 충전된 물체에 특정한 조건에서 특정한 색의 빛이 비춰지면 금속판은 음극을 상실하고 최종적으로는 양극을 띤다고 발표했습니다. 1899년 레나르트는 음극으로 충전된 물체로부터 일정한 속도를 가진 전자가 방출되는 원인을 규명했습니다. 이 효과의 가장 기이한 점은 전자가 방출되는 속도는 비추는 빛의 강도에 의존하지 않고 빛의 주파수에 따라 증가한다는 점입니다. 레나르트는 이 현상을 그 당시에 대세를 이루던 빛의 파동성에 대한 개념과 일치하지 않는다고 강조했습니다. 이와 관련된 현상이 광발광, 즉 인광과 형광입니다. 빛이 어떤 물질에 부딪치면 빛을 받은 물질은 인광이나 형광의 형태로 빛을 방출합니다. 방출된 광양자의 에너지는 주파수와 비례하여 증가하기 때문에 어떤 주파수를 가진 광양자는 더 낮은 혹은 기껏해야 동일한 주파수를 가진 광양자만 형성할 것이라는 것은 분명합니다. 그렇지 않으면 에너지보존법칙에 위배됩니다. 그러므로 인광 혹은 형광은 광발광을 유도한 빛보다 더 낮은 주파수를 갖습니다. 이것이 아인슈타인이 양자이론을 이용하여 설명한 스토크스의 법칙입니다. 이와 유사하게 광양자가 금속판에 입사될 때 광양자는 기껏해야 자신이 가진 에너지의 전부만을 금속판의 전자에게 전달할 수 있습니다. 이 에너지의 일부는 그 전자를 공기 중으로 보내는 데 소비되고 그 나머지는 운동에너지로 전자와 함께 남게 됩니다. 이 현상은 금속의 표면에 있는 전자에 적용됩니다. 이 현상으로부터 금속에 빛이 복사될 때 대전될 수 있는 양의 퍼텐셜을 계산할 수 있습니다. 광양자가 금속으로부터 전자를 떼어내기에 충분한 에너지를 가지고 있기만 하면 전자는 공기 중으로 방출될 것입니다. 결과적으로 복사되는 빛의 강도가 아무리 크더라도 일정한 한계 이상의 주파수를 가진 빛만이 광발광 효과를 유도할 수 있습니다. 이 한계를 넘어서는 빛을 쪼일 경우 빛의 주파수가 일정하다면 광발광효과는 빛의 세기에 비례합니다. 기체분자의 이온화 현상에서도 유사한 현상이 일어나며 따라서 기체를 이온화시킬 수 있는 빛의 주파수가 얼마인지 알 수 있다면 이른바 이온화 퍼텐셜도 계산할 수 있습니다. 아인슈타인 박사의 광전효과는 미국인 밀리컨과 그 제자들이 철저하게 시험하였고 광전효과 이론이 맞다는 것을 검증하였습니다. 아인슈타인 박사의 광전효과에 대한 연구로 양자이론의 수준은 높아졌고 양자이론에서 광범위한 논문들이 등장했으며 이에 따라 광전효과 이론이 특별한 가치를 가진다는 것이 입증되었습니다.
스웨덴 왕립과학원 노벨 물리학위원회 위원장 S. A. 아레니우스
1921년 노벨 물리학상은 1922년 9월에 발표되었다. 당시 아인슈타인은 중국 상하이에서 강연 중이었기 때문에 시상식에 참석하지 못했다.
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