21세기 노벨 물리학상의 동향과 전망

글쓴이
최성우
등록일
2018-10-18 09:36
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올해 노벨 물리학상은 레이저 및 광학 분야에서 배출된 반면, 작년도 노벨 물리학상 수상 업적인 중력파 검출은 입자물리학 분야라고 할 수 있다. 최근의 노벨 물리학상 수상 동향을 살펴보면, 반드시 그렇지는 않겠지만 세부 분야별로 어느 정도 안배되는 경향도 나타나는 듯하다. 2000년도 이후 노벨 물리학상 수상자들의 연구 업적 및 분야, 그리고 이와 관련된 여러 동향과 특징 등을 살펴보는 것도 나름의 의미는 있을 듯하다. 그리고 이를 통하여 다음에는 어느 분야에서 노벨 물리학상이 나올지 등 미래의 경향도 조심스럽게 예측해볼 수 있을 것이다.
 최근 노벨 물리학상이 나온 물리학의 여러 분야를 대략 입자물리학 및 천체물리학 분야, 응집물질 물리학 분야, 레이저 및 광학 분야, 정보통신(IT) 관련 및 응용 분야의 네 가지 범주로 구분하고자 한다. 물론 물리학의 상세 분야들은 이보다 훨씬 많게 세부적으로 나뉠 수 있고, 위의 네 가지 범주로 분류하기 어려운 분야들도 있을 것이다. 또한 현대 과학기술의 융합 경향에 따라 최근 노벨 물리학상 수상 업적 중에 두 가지 이상의 분야가 중첩된 듯이 보이는 경우도 있다. 이처럼 우려되는 몇몇 문제에도 불구하고 일단 편의적으로 구분한 것이니, 오해가 없었으면 한다. 

 위의 범주에 따라 2000년도부터 올해년도까지 노벨 물리학상 수상자들이 업적을 낸 세부 분야를 분류하면, 먼저 입자물리학 및 천체물리학 분야가 8번으로 가장 많다. 입자물리학(Particle physics)은 자연에 존재하는 기본입자의 특성과 상호작용 등을 이해하여 우주와 만물의 궁극원리를 밝혀내려는 것이 연구 목적이므로, 물리학 중의 여러 분야 중에서도 가장 근본적인 학문 분야라 할 수 있다.
 따라서 근래에도 노벨 물리학상 수상도 가장 많은 듯한데, 여기에는 천체물리학이나 우주론 등과도 관련이 있거나 함께 포함되어 있다. 특히 작년도 노벨 물리학상 수상 업적인 중력파의 관측은 아인슈타인의 예측이 100년 만에 입증된 것으로서 금세기 최고의 물리학 쾌거라 일컬어지며, 2013년도 노벨 물리학상을 배출한 힉스 입자의 검출 역시 매우 중요한 성과이다. 그리고 2002년도와 2015년도 노벨 물리학상은 중성미자(뉴트리노; Neutrino) 관련 연구에서 나왔는데, 이는 과거에도 여러 차례 노벨 물리학상을 배출했던 연구 주제이기도 하다. 또한 2002년도 공동 수상자인 일본의 고시바 마사토시(小柴昌俊; 1926-)가 도쿄대 꼴찌 졸업생 출신이라 해서, 그리고 2015년도 공동 수상자인 가지타 다카아키(梶田隆章; 1959-)는 그의 제자라 해서 화제를 모으기도 하였다.
 그다음으로 근래 노벨 물리학상을 많이 배출한 분야는 응집물질 물리학(Condensed matter physics)으로, 다섯 차례 수상자를 배출하였다. 응집물질 물리학은 응집된 물질 상의 물리적 특성을 연구하는 분야이다. 과거에는 고체물리학(Solid State Physics)이라 불리기도 했으나, 보다 정확하고 확장된 의미로 이처럼 개칭되었다. 2001년도와 2003년도 수상 업적인 보스-아인슈타인 응축 및 초유체 현상, 2016년도 수상 업적인 물질의 위상 상전이 연구 등이 이 분야에 해당한다.
 또한 응집물질 물리학은 아무래도 재료 및 금속공학, 전기전자공학 등 응용공학과 첨단기술 등과도 관련이 깊을 수밖에 없다. 2007년도 수상 업적인 거대자기저항 현상의 발견은 하드디스크(HDD) 개발로 이어졌고, 2010년도 수상 업적인 그래핀(Graphene)의 연구 역시 반도체나 태양전지, 첨단소재 등으로 향후 다양한 활용이 기대되고 있다. 2000년 이전에도 트랜지스터나 반도체, 초전도체 연구 등 오늘날 첨단기술의 근간과 밀접한 관련이 있는 업적들로 다수의 노벨 물리학상 수상자들을 배출한 바 있다.
 
 레이저 및 광학 분야는 2005년도와 2012년도, 그리고 올해의 노벨 물리학상 수상자들을 배출하였다. 대략 6-8년 간격의 주기적으로 노벨 물리학상이 나왔다고 볼 수 있는데, 2000년 직전인 1997년도 역시 이 분야로 분류할 수도 있다. 1964년도 노벨 물리학상 수상 업적인 레이저의 발명 이후 레이저 및 광학 분야에서 꾸준히 노벨상을 배출한 셈이다. 또한 2009년도 수상 업적인 광섬유, 2014년도 수상 업적인 청색 LED 역시 넓게 보면 이 분야에 속하거나 관련이 깊다고 할 수도 있다.
 올해 수상자 및 업적 등은 지난 2005년도의 경우와 데자뷔라 할 정도로 유사한 측면이 있다. 레이저 및 광학 분야라는 공통점 뿐 아니라, 2005년도에는 글라우버(Roy Glauber; 1925- ) 그리고 올해는 애슈킨(Arthur Ashkin; 1922- )이라는 고령의 원로 물리학자가 그동안의 공적을 인정받아 노벨상을 받게 되었다는 점도 비슷하다. 그리고 다른 업적으로는 두 명의 물리학자가 주파수 빗 기술(Frequency comb technique) 및 처프 펄스 증폭(Chirped Pulse Amplification)이라는 정밀 레이저 기술 개발로 노벨상을 공동 수상하여 상금을 나눠 갖게 된 점도 역시 공통적이다. 
 마지막으로 정보통신(IT) 관련 및 응용 분야에서는 근래에 세 차례의 노벨 물리학상 수상자가 배출되었다. 이와 같은 명칭이 물리학의 세부 분야라 보기 어려울 수 있고 논란의 소지도 있겠지만, 그럼에도 불구하고 필자가 이처럼 분류한 것은 따로 이유가 있다. 즉 정보통신(IT) 혁명 및 과학기술의 융합이라는 시대적 조류에 부합하는 듯, 예전과는 다른 변화를 반영하는 것처럼 여겨지기 때문이다.
 2000년도 노벨 물리학상 공동 수상 업적인 집적회로(IC) 발명, 2009년도 노벨 물리학상 공동 수상 업적인 광섬유의 개발 등은 전통적인 의미의 물리학적 업적이라기보다는, 인류에 큰 혜택을 준 공학기술이라고 볼 수도 있다. 2014년도 수상 업적인 청색 발광 다이오드(LED)의 개발 역시 백열전구를 대신하는 백색광원을 가능하게 한 기술적 발명이라는 의미가 더욱 크지 않을까 싶다. 과거 백열전구를 개발한 발명왕 에디슨(Thomas Edison; 1847-1931)이 노벨 물리학상을 받지 못했던 것과는 사뭇 대조적이라 하겠다.

 그렇다면 앞으로는 어떤 분야에서 누가 노벨 물리학상을 받게 될 것인가 예측할 수 있을까? 정확한 예견은 어렵겠지만, 필자가 보기에는 2000년도 이후의 경향이 당분간 이어지지 않을까 싶다. 즉 연도별로 세부 분야별 안배 역시 무시하지 못할 것이며, 자연과 만물의 궁극을 밝히는 입자물리학 분야에서도, 첨단기술 및 응용과 관련이 큰 여러 분야에서도 노벨 물리학상을 계속 나올 것이다.
 최근 과학 분야 노벨상이 학문 분야의 융합과 통섭이라는 새로운 시대의 요청을 제대로 반영하지 못한다는 비판이 자주 들리기도 하는데, 필자의 생각으로는 그나마 노벨 물리학상은 가장 나은 편이 아닌가 싶다. 앞서 언급했듯이 최근의 노벨 물리학상은 예전 같으면 노벨상을 받기 어려웠을 기술적 업적들, 그리고 노벨상 분야에서 제외되어 있는 천문학 및 수학과도 관련이 깊은 업적들까지 포함되기 때문이다.
 이런 측면에서 예측이라기보다는 필자의 개인적 희망일지도 모르겠지만, 지금껏 노벨 물리학상을 한 번도 배출하지 못했던 카오스이론 및 복잡계 과학 분야에서도 노벨상이 조만간 나오지 않을까 싶다. 이 분야가 물리학의 한 분야로서 이미 정착되어 연구자들도 적지 않을 뿐 아니라, 여러 공학 분야 및 경제학 등 사회과학에도 적용되는 대표적인 융합 분야이기 때문이다.
 또한 미래의 첨단기술과 응용 관련해서는, 차세대 반도체 및 전지, 신소재 등에 관련된 연구들, 그리고 양자컴퓨터(Quantum computer)가 앞으로 상용화된다면 이와 관련된 연구 등도 향후 노벨 물리학상이 유망하지 않을까 여겨진다. 

                                                              By 최성우

이미지1: 2002년도 및 2015년도 노벨 물리학상 업적과 관련이 있는 중성미자 검출장치
이미지2: 2010년도 노벨 물리학상 업적과 관련된 그래핀의 2차원 구조 (GNU Free)

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    잘 읽었습니다.

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