조지 가모프

3. 초기 경력 및 연구

가모프는 러시아 제국 오데사(현재 우크라이나 오데사)에서 태어났다. 오데사의 물리학 및 수학 연구소^[1] (1922–23)와 레닌그라드 대학교 (1923–1929)에서 교육을 받았다. 레닌그라드에서 알렉산드르 프리드만의 지도를 받았으나, 프리드만이 1925년 이른 나이에 사망하면서 논문 지도 교수를 바꿔야 했다. 대학교에서 가모프는 레프 란다우, 드미트리 이바넨코, 마트베이 브론슈테인 등 이론 물리학을 전공하는 세 명의 학생들과 친구가 되었고, 세 총사라는 그룹을 결성하여 그 당시 발표된 획기적인 양자역학 논문을 토론하고 분석했다.

졸업 후 양자역학을 괴팅겐에서 연구했으며, 원자핵에 대한 그의 연구는 박사 학위의 기초가 되었다. 1928년부터 1931년까지 코펜하겐 대학교 이론 물리학 연구소에서 근무했으며, 케임브리지의 캐번디시 연구소에서 어니스트 러더퍼드와 함께 일하기 위해 잠시 자리를 비웠다. 그는 계속해서 원자핵을 연구했으며 (“액체 방울” 모델 제안), 로버트 앳킨슨과 프리츠 호이터만스와 함께 항성 물리학에 대해서도 연구했다.

1931년, 28세의 나이로 소련 과학 아카데미의 통신 회원으로 선출되었는데, 이는 아카데미 역사상 가장 젊은 나이에 선출된 경우 중 하나였다.^[2] 1931년부터 1933년까지 Хлопин, Виталий Григорьевич|비탈리 흘로핀^ru이 이끄는 라듐 연구소 (레닌그라드)의 물리학부에서 근무했다. 이고르 쿠르차토프, 레프 미소프스키, 가모프의 지도와 직접적인 참여하에 유럽 최초의 사이클로트론이 설계되었다. 1932년 가모프와 미소프스키는 라듐 연구소의 학술 위원회에 검토를 위해 초안 설계를 제출했고, 위원회는 이를 승인했다. 사이클로트론은 1937년에야 완공되었다.^[3]

1928년 방사성 원자핵의 알파 붕괴에 처음으로 양자론을 응용하여, 그것이 원자핵 주위의 포텐셜 벽을 알파 입자가 터널 효과로 투과하는 현상이라는 이론을 세워, 그전까지 실험적으로 알려져 있던 가이거-누탈의 법칙을 유도했다. 1929년 레닌그라드 대학교에서 박사 학위를 취득한 후, 괴팅겐, 케임브리지, 코펜하겐을 거쳤다.

4. 알파 붕괴 이론

1928년, 가모프는 니콜라이 코친의 수학적 도움을 받아 양자 터널링을 통해 핵의 알파 붕괴 이론을 괴팅겐에서 해결했다.^[4][5] 이 문제는 로널드 윌프레드 거니와 에드워드 콘돈에 의해 독립적으로 해결되었다.^[6][7] 그러나 거니와 콘돈은 가모프가 달성한 정량적 결과를 얻지 못했다.

고전적으로는, 입자가 매우 강한 핵 포텐셜 우물에서 탈출하기 위한 높은 에너지 요구 사항 때문에 핵 안에 갇혀 있다. 또한 고전적으로는, 핵을 분리하는 데 엄청난 양의 에너지가 필요하며, 이는 자발적으로 발생하지 않는 사건이다. 그러나 양자역학에서는 입자가 포텐셜 우물의 벽을 "터널링"하여 탈출할 수 있는 확률이 있다. 가모프는 핵에 대한 모델 포텐셜을 해결하고, 처음부터 알파 붕괴 사건 과정의 반감기와 방출 에너지 사이의 관계를 도출했는데, 이는 이전에 경험적으로 발견되었으며 가이거-너털 법칙으로 알려져 있었다.^[8]

가모프는 방사성 원자핵의 알파 붕괴에 처음으로 양자론을 응용하여, 그것이 원자핵 주위의 포텐셜 벽을 알파 입자가 터널 효과로 투과하는 현상이라는 이론을 세워, 그전까지 실험적으로 알려져 있던 가이거-누탈의 법칙을 유도했다.

5. 소련 탈출과 미국 이주

가모프는 소련의 억압이 심해지면서 소련을 탈출하기로 결심했다. 1931년, 이탈리아에서 열리는 과학 컨퍼런스 참석을 거부당했고, 같은 해 소련의 물리학자 류보프 복민체바(Любовь Вохминцева^ru)와 결혼했다. 가모프와 그의 아내는 이후 2년 동안 소련을 떠나기 위해 여러 차례 시도했다.^[9]

1932년, 가모프는 아내와 함께 카약을 타고 흑해를 건너 터키로 가거나, 무르만스크에서 노르웨이로 가는 등 탈출을 시도했으나, 좋지 않은 날씨로 인해 실패했다.^[9]

1933년, 가모프는 브뤼셀에서 열리는 제7회 솔베이 회의에 참석할 수 있는 허가를 받았다. 그는 아내가 동행해야 한다고 주장했고, 결국 소련 당국은 부부에게 여권을 발급했다. 두 사람은 회의에 참석했고, 마리 퀴리 등의 도움으로 체류 기간을 연장했다. 그 후, 가모프는 퀴리 연구소, 런던 대학교, 미시간 대학교에서 임시직을 얻었다.

1934년, 가모프는 미국으로 건너가 조지 워싱턴 대학교 교수가 되었고, 1956년까지 재직했다.

6. 미국에서의 연구 활동

1934년, 가모프는 아내와 함께 미국으로 이주하여 조지 워싱턴 대학교(GWU) 교수가 되었고, 런던에서 물리학자 에드워드 텔러를 GWU로 초빙했다. 1936년, 가모프와 텔러는 베타 붕괴에 대한 "가모프-텔러 선택 규칙"으로 알려진 논문을 발표했다.^[10] 워싱턴에서 그는 마리오 셴베르크, 랄프 앨퍼와 함께 주요 과학 논문을 발표하기도 했다. 1930년대 후반에 이르러 가모프의 관심은 천체물리학과 우주론으로 옮겨갔다.

1935년, 가모프의 아들 이고르 가모프가 태어났다. 1940년, 조지 가모프는 귀화하여 미국 시민이 되었다. 그는 1956년까지 GWU와 공식적인 관계를 유지했다.

제2차 세계 대전 동안 가모프는 조지 워싱턴 대학교에서 계속 물리학을 가르쳤으며, 미국 해군을 위한 자문역을 수행했다.

가모프는 별의 진화 과정과 태양계의 초기 역사에 관심을 가졌다. 1945년, 그는 초기 태양계의 행성 형성에 관한 독일 이론 물리학자 카를 프리드리히 폰 바이츠제커의 연구를 지지하는 논문을 공동 집필했다.^[10] 1948년, 가모프는 영국 저널 ''네이처''에 또 다른 논문을 발표했는데, 그 논문에서 그는 초기 은하(각각 태양과 비슷한 질량을 가진 약 1천억 개의 별을 일반적으로 포함)의 질량과 반경에 대한 방정식을 개발했다.^[11]

7. 빅뱅 핵합성 (알퍼-베테-가모프 이론)

가모프는 알렉산드르 프리드만과 조르주 르메트르의 우주론을 바탕으로 팽창하는 우주에 대한 "빅뱅" 이론을 발전시켰다. 초기 우주가 물질보다 복사에 의해 지배된다고 가정하여, 르메트르의 원시 양자 아이디어를 구체화했다.^[12]

1948년에는 랄프 알퍼, 한스 베테와 함께 '알퍼-베테-가모프 논문'을 발표하여 우주 초기 핵합성 과정을 설명했다.^[18] 하지만 베테는 실제로 연구에 참여하지 않았고, 가모프가 이름의 어감을 위해 포함시켰다. 이 이론은 'α-β-γ 이론'으로 불리기도 한다.

이후 하야시 츄시로가 알퍼-베테-가모프 이론의 일부 오류를 수정하여, 'α-β-γ-하야시 이론'으로 불리기도 한다.

또한 같은 해, α-β-γ 이론을 바탕으로 우주 배경 복사의 존재를 예측했다. 예상값은 5K였지만, 실제 관측값과는 차이가 있었다.

8. DNA와 RNA 연구

프랜시스 크릭, 제임스 왓슨 등이 DNA 이중 나선 구조를 발견한 후, 가모프는 DNA 염기 서열이 단백질 합성을 제어하는 방식에 대한 문제를 제기했다.^[25] 그는 네 가지 염기(아데닌, 시토신, 티민, 구아닌) 배열이 어떻게 아미노산으로부터 단백질 합성을 제어하는지 연구했다.^[25] 가모프는 세 개의 염기 조합(코돈)이 20개의 아미노산을 결정한다는 아이디어를 제시하여, 생물학적 퇴화의 중요한 모델을 제시했다.^[28][29][30]

가모프가 제안한 특정 시스템("가모프의 다이아몬드")은 틀린 것으로 밝혀졌지만, 유전 암호 연구의 기초를 마련했다. 그는 1954년 왓슨과 함께 RNA 타이 클럽을 결성하여 에드워드 텔러, 리처드 파인만 등과 함께 유전 암호 해독 연구를 진행했다.^[31]

9. 후기 경력 및 생애

가모프는 1956년 콜로라도 대학교 볼더로 옮겨 그곳에서 남은 경력을 보냈다. 같은 해, 물리 과학 연구 위원회(PSSC)의 창립 멤버가 되어 스푸트니크 시대 이후 고등학교 물리 교육 개혁에 힘썼다.^[32]

1959년, 가모프는 한스 베테, 빅터 바이스코프와 함께 프랭크 오펜하이머의 콜로라도 대학교 물리학 교수 복귀를 공개적으로 지지했다. 이는 레드 스케어가 희미해져 가던 시기로, 매카시즘으로 인해 J. 로버트 오펜하이머(프랭크 오펜하이머의 형)와 함께 맨해튼 프로젝트에 참여했던 프랭크 오펜하이머의 물리학 경력이 중단되었던 상황이었다.^[32] 콜로라도에서 프랭크 오펜하이머는 직접 실험을 통해 과학을 가르치는 데 관심을 갖게 되었고, 이후 샌프란시스코로 옮겨 익스플로라토리움을 설립했다.^[32]

가모프는 콜로라도 대학교 볼더에서 강의를 계속하며 교과서 및 일반 대중을 위한 과학 서적 집필에 집중했다. 대표적인 저서로는 『이상한 나라의 톰킨스』등이 있으며, 난해한 물리 이론을 쉽게 설명하는 계몽서를 다수 저술했다.

건강 악화, 순환계 수술, 당뇨병, 간 문제 등을 겪은 가모프는 1968년 8월 19일, 간부전으로 콜로라도주 볼더에서 64세의 나이로 사망했다. 그는 콜로라도 주 볼더의 그린 마운틴 묘지에 안장되었으며, 콜로라도 대학교 볼더의 물리학과 타워는 그의 이름을 따서 명명되었다.

10. 저술 활동 및 과학 대중화

가모프는 『이상한 나라의 톰킨스』 시리즈, 『하나, 둘, 셋... 무한』 등 다수의 교양 과학 서적을 저술하여 과학 대중화에 크게 기여했다. 1956년에는 이러한 공로를 인정받아 유네스코로부터 칼링가 상을 수상했다.^[44]

그는 교육자로서 과학과 기술이 빠르게 발전하더라도 변하지 않는 기본적인 원리를 강조하고, 일반 독자들이 물리학을 비롯한 과학 주제에 흥미를 느낄 수 있도록 쉽게 설명하는 데 힘썼다. 또한, 직접 그린 삽화를 책에 넣어 내용 이해를 도왔다.^[44]

1946년 가모프는 원자력을 이용한 유인 우주 비행을 지지했다.^[39] 1952년에 출간된 그의 저서 『우주의 창조』는 "우주의 모든 원자를 만드는 데 한 시간도 채 걸리지 않았고, 별과 행성을 만드는 데 수억 년이 걸렸지만, 인간을 만드는 데는 30억 년이 걸렸다"고 결론 내렸다.^[42][43]

가모프의 저작물 모음은 1996년 조지 워싱턴 대학교에 기증되어 현재 에스텔 멜빈 젤먼 도서관의 특별 컬렉션 연구 센터에서 관리하고 있다.^[45]

10. 1. 주요 저서

10. 1. 1. 대중 과학 서적

• ''태양의 탄생과 죽음(The Birth and Death of the Sun)'' (1940, 개정 1952)
• ''지구의 전기(The Biography of the Earth)'' (1941)
• ''1, 2, 3... 무한(One Two Three ... Infinity)'' (1947, 개정 1961)
• ''달(The Moon)'' (1953)
• ''물리학의 전기(Biography of Physics)'' (1961)
• ''중력(Gravity)'' (1962)
• ''지구라는 행성(A Planet Called Earth)'' (1963)
• ''태양이라는 별(A Star Called the Sun)'' (1964)
• ''물리학을 뒤흔든 30년: 양자론의 이야기(Thirty Years That Shook Physics: The Story of Quantum Theory)'' (1966)
• ''나의 세계선: 비공식 자서전(My World Line: An Informal Autobiography)'' (1970)

10. 1. 2. 톰킨스 시리즈

• 이상한 나라의 톰킨스
• 원자 세계의 톰킨스
• 톰킨스 씨, 생활의 진실을 배우다
• 톰킨스 씨, 자기 안으로

10. 1. 3. 과학 교과서

• 원자핵과 방사능의 구성
• 원자핵의 구조와 핵 변환
• 원자핵과 핵 에너지원 이론 (찰스 크리치필드와 공저)
• 우주의 창조^[42][43]
• 물질, 지구 그리고 하늘
• 물리학: 기초와 경계 (존 M. 클리블랜드와 공저)
• 원자와 그 핵
• 1, 2, 3... 무한대

11. 유산 및 영향

조지 가모프는 핵물리학, 우주론, 유전학 등 다양한 분야에서 중요한 업적을 남겼다. 1948년 랄프 알파, 한스 베테와 함께 우주의 핵반응 단계에 관한 이론인 "알파-베타-감마 이론"을 발표했다.^[46] 이 이론은 나중에 하야시 츄시로에 의해 일부 오류가 지적되어 "α-β-γ-하야시의 이론"이라고 불리기도 한다.^[46]

같은 해, 가모프는 "불덩이 우주"라는 아이디어를 발표하여 조르주 르메트르가 제창한 빅뱅 이론을 지지하고 우주 배경 복사의 존재를 예언했다.^[46] 그의 예상값은 5K였지만, 측정이 어려워 실제로 검출하려는 노력은 이루어지지 않았다.^[46] 1965년 약 3K의 우주 배경 복사가 발견되면서 빅뱅 이론은 표준적인 우주론으로 받아들여지게 되었다.^[46]

1950년대에 가모프는 제임스 왓슨에게 권유하여 프랜시스 크릭, 리처드 파인만 등과 함께 RNA Tie Club을 결성, 연구자들 간의 교류와 창조적인 아이디어 발상의 장을 마련했다.^[46] 가모프는 DNA의 유전 정보에 관해 염기 서열 3개의 조합이 단백질의 기본 요소인 아미노산의 정보가 된다고 예상하여 코돈 연구의 효시가 되었다.^[46]

1956년 유네스코에서 과학 보급에 대한 공로로 칼링가 상을 수상했다.^[46] 그는 『이상한 나라의 톰킨스』 등 일반인을 대상으로 난해한 물리 이론을 알기 쉽게 해설하는 계몽서를 많이 저술했다.^[46]

가모프는 1968년 타계할 때까지 콜로라도 대학교에서 강의와 저술 활동을 계속했다.^[46] 콜로라도 대학교 볼더의 물리학과 건물은 그의 이름을 따서 '가모프 타워'로 명명되었다.^[46] 1971년 피 프로덕션 제작의 TV 특수 촬영 프로그램 『스펙트르맨』의 주인공 '가모 조지(蒲生譲二)'는 가모프의 이름을 따서 우시오 소지가 붙인 것이다.^[46]

참조

_[1] 웹사이트 History of the University of Odessa (in Ukrainian) http://onu.edu.ua/uk[...] University of Odessa 2016-12-16
_[2] 웹사이트 Радиевый институт имени В. Г. Хлопина. Для молодёжи (Radium Institute named after V. G. Khlopin. For the young). http://www.khlopin.r[...]
_[3] 웹사이트 History / Memorial http://www.khlopin.r[...]
_[4] 웹사이트 Interview with George Gamow by Charles Weiner at Gamow's home in Boulder, Colorado, April 25, 1968. (In the transcript Kochin is spelled Kotshchin.) http://www.aip.org/h[...] 2008-04-11
_[5] 논문 Zur Quantentheorie des Atomkernes 1928
_[6] 논문 Quantum Mechanics and Radioactive Disintegration 1928
_[7] 서적 Nuclear and Radiochemistry John Wiley & Sons 1964
_[8] 웹사이트 Gamow's derivation of this law http://www.phy.uct.a[...]
_[9] 서적 My World Line Viking Press 1970
_[10] 학술지 A New Theory by C. F. Von Weizsacker of the Origin of the Planetary System 1945-03-01
_[11] 웹사이트 George Gamow http://ircamera.as.a[...] 2018-01-28
_[12] 간행물 Physical Review 1946-10-01
_[13] 간행물 Jour. Washington Academy of Sciences 1942
_[14] 간행물 On the Origin of Galaxies John Wiley & Sons, Inc. Interscience Publishers 1968
_[15] 간행물 Ohio Journal of Science 1935
_[16] 간행물 Nature 1938-05-28
_[17] 간행물 Physical Review 1940-12-15
_[18] 학술지 Phys. Rev. 1948-04-01
_[19] 학술지 Nature 1939-01-21
_[20] 서적 Theory of Atomic Nucleus and Energy Sources Clarendon Press, Oxford 1949
_[21] 학술지 Nature 1948-10-30
_[22] 학술지 Kongelige Danske Videnskabernes Selskab 1953
_[23] 학술지 Thermal Cosmic Radiation and the Formation of Protogalaxies NIH 1967
_[24] 학술지 Astrophysical Journal 1965
_[25] 학술지 The Big Bang and the genetic code 2000-03-30
_[26] 웹사이트 DNA: An "Amateur" Makes a Real Contribution https://www.loc.gov/[...] 2007-07-11
_[27] 서적 What Mad Pursuit Basic Books 1998
_[28] 문서 The twenty distinct combinations are:(3A)(3C)(3G)(3T),(ACG)(ACT)(AGT)(CGT),(2A,C)(2A,G)(2A,T)(2C,A)(2C,G)(2C,T)(2G,A)(2G,C)(2G,T)(2T,A)(2T,C)(2T,G).
_[29] 학술지 Degeneracy at multiple levels of complexity
_[30] 학술지 Degeneracy: Demystifying and destigmatizing a core concept in systems biology
_[31] 서적 Genes, Girls, and Gamow: After the Double Helix Random House 2002
_[32] 서적 Something Incredibly Wonderful Happens: Frank Oppenheimer and the World He Made Up Houghton Mifflin Harcourt 2009
_[33] 웹사이트 8 Great Scientist Pranksters https://www.science2[...] 2020-04-04
_[34] 학술지 The Big Bang and the genetic code 2000-03-01
_[35] 웹사이트 The Secret Jokes Scientists Slip Into Research Papers Are Delightfully Nerdy—Here's Proof https://slate.com/te[...] 2020-04-04
_[36] 웹사이트 The George Washington University and Foggy Bottom Historical Encyclopedia http://encyclopedia.[...] 1996-10-23
_[37] 웹사이트 The Big Bang Is Bunk http://www.21stcentu[...] 21st Century Science Associates. 2012-05-28
_[38] 서적 Big Bang HarperCollins UK 2010
_[39] 서적 Atomic Energy in Human and Cosmic Life Cambridge University Press and Macmillan Company 1946
_[40] 문서 Atomic Energy
_[41] 문서 One Two Three ... Infinity 1965
_[42] 뉴스 At First It Was Ylem https://timesmachine[...] 1952-07-06
_[43] 서적 The Creation of the Universe https://archive.org/[...] Viking Press 1952
_[44] 웹사이트 Kalinga 1956 http://www.unesco.or[...] United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization 2020-05-16
_[45] 웹사이트 George Gamow papers https://searcharchiv[...] GW Libraries / Gelman Library 2021-09-15
_[46] 문서 『スペクトルマンVSライオン丸 うしおそうじとピープロの時代』 太田出版
_[47] 서적 CD-ROM과 함께 가는 태양계 여행 사이언스북스 2000