랠프 애셔 앨퍼

1. 개요

랠프 애셔 앨퍼는 러시아 제국에서 이민 온 유대인 가정에서 태어난 미국의 우주론자이다. 그는 조지 워싱턴 대학교에서 조지 가모프의 지도를 받으며 빅뱅 핵합성에 대한 이론을 발전시켰고, 로버트 허먼과 함께 우주 마이크로파 배경 복사의 온도를 예측했다. 앨퍼는 1948년 앨퍼-베테-가모프 논문을 통해 빅뱅 핵합성을 설명했으며, 이 연구는 초기 우주의 원소 비율을 이해하는 데 기여했다. 그는 존스 홉킨스 대학교 응용 물리학 연구소, 제너럴 일렉트릭 사 등에서 연구했으며, 유니언 칼리지에서 교수로 재직하며 더들리 천문대 이사를 역임했다. 앨퍼는 헨리 드레이퍼 메달, 국가 과학 메달 등을 수상했다.

2. 어린 시절과 교육

앨퍼는 러시아 제국 비쳅스크에서 이민 온 유대인인 사무엘 앨퍼의 아들로 태어났다. 그의 어머니 로즈 말레슨은 1938년 위암으로 사망하여 아버지가 나중에 재혼했다. 앨퍼는 워싱턴 D.C.에 있는 시어도어 루즈벨트 고등학교(워싱턴 D.C.)를 15세에 졸업하고 학교 생도 프로그램의 소령 및 사령관 직책을 맡았다. 그는 2년 동안 고등학교 극장에서 무대 감독으로 일하여 대공황 시대에 가족의 수입을 보충했다. 그레그 속기를 배워서 1937년에는 미국 지구물리학 연맹(American Geophysical Union)의 이사에서 속기사로 일하기 시작했다.

16세에 MIT에서 전액 장학금을 제안 받았지만, 설명이나 해명이 거의 없이 장학금이 철회되었다. 그는 대신에 조지 워싱턴 대학교에서 물리학 학사 학위와 대학원 학위를 취득했다. 조지 워싱턴 대학교에서 조지 가모프를 만나 박사 과정 학생이 되었다. 에드워드 텔러에게 첫 번째 물리학 과정을 배웠다. 조지 워싱턴 대학교에서 야간 학교 심리학 전공 중 루이제 엘런 시몬스를 만나 진주만 공격 이후 결혼했다.

3. 빅뱅 핵합성 이론

1948년 앨퍼의 논문은 빅뱅 핵합성으로 알려지게 되는 주제를 다루었다. 핵합성은 빅뱅 이후 순간에 단순한 원소에서 어떻게 더 복잡한 원소가 만들어지는지에 대한 설명이다. 빅뱅 직후 온도가 극도로 높았을 때는 중성자, 양성자 등의 핵입자가 뭉치더라도 고밀도로 존재하는 빛의 고에너지 광자(quanta)에 의해 즉시 분해되었다. 즉, 이 극도로 높은 온도에서는 광자의 운동 에너지가 강한 핵력의 결합 에너지를 압도했다. 예를 들어, 양성자와 중성자가 결합되면(중수소 형성) 고에너지 광자에 의해 즉시 분해되었다. 그러나 시간이 지남에 따라 우주는 팽창하고 냉각되었으며 광자의 평균 에너지는 감소했다. 빅뱅 후 약 1초가 지나면 핵 인력의 인력이 에너지가 낮은 광자를 압도하기 시작하고 중성자와 양성자가 안정적인 중수소 핵을 형성하기 시작했다. 우주가 계속 팽창하고 냉각됨에 따라 추가적인 핵 입자가 이 가벼운 핵과 결합하여 헬륨 등과 같은 더 무거운 원소를 형성했다.

앨퍼는 빅뱅에 의하여 수소, 헬륨 및 더 무거운 원소를 정확한 비율로 생성하여 초기 우주에서의 풍부함을 설명할 수 있을 것으로 주장했다. 앨퍼와 가모프의 이론은 원래 모든 원자핵이 한 번에 한 질량 단위씩 중성자를 연속적으로 포획하여 생성된다고 제안했다. 그러나 이후의 연구에서는 헬륨 이외의 원소 생산을 방해하는 원자량이 5 또는 8인 안정한 동위원소를 갖는 원소가 발견되지 않았기 때문에 연속 포획 이론의 보편성이 도전을 받았다. 결국 현재 우주에서 관측되는 대부분의 무거운 원소는 항성에서의 핵합성의 결과라는 것이 인식되었으며, 이 이론은 주로 한스 베테, 울리엄 파울러 및 수부라마니안 찬드라세카르에 의해 발전되었다.

앨퍼의 논문이 획기적인 것으로 인식되었기 때문에 언론을 포함하여 300명 이상의 사람들이 논문 심사에 참석했으며 그의 예측에 대한 기사와 Herblock 만화가 주요 신문에 게재되었다. 이는 박사 학위 논문으로는 이례적인 일이었다.

3.1. 앨퍼-베테-가모프 이론

앨퍼의 독립적인 논문은 1948년 4월 1일 앨퍼, 한스 베테 및 가모프 세 저자의 이름으로 피지컬 리뷰에 처음 출판되었다. 한스 베테는 논문에 이름이 기재되어 있고 나중에 관련 주제에 대해 연구했지만, 논문 이론의 발전에는 직접적인 역할을 하지는 않았다. 가모프는 그리스 알파벳의 처음 세 글자인 알파, 베타, 감마(α, β, γ)에 대한 말장난으로 앨퍼 베테 가모프로 저자 목록을 만들기 위해 베테의 이름을 추가했다. 가모프는 "그러나 나중에 알파, 베타, 감마 이론이 일시적으로 무너졌을 때 베테가 그의 이름을 Zacharias로 바꾸는 것을 진지하게 고려했다는 소문이 있었다"라고 농담했다.

3.2. 우주 마이크로파 배경 복사 예측

1948년 로버트 허먼과 협력하여 가상의 빅뱅으로 인한 우주 마이크로파 배경 복사로 알려진 잔류 복사의 온도를 예측했다. 그러나 우주 배경 복사에 관한 앨퍼의 예측은 1960년대 초 로버트 딕과 야코프 젤도비치에 의해 재발견될 때까지 거의 잊혀졌다. 우주 배경 복사의 존재와 그 온도는 1964년 뉴저지의 벨 연구소에서 일하던 두 명의 물리학자 아르노 펜지어스와 로버트 윌슨에 의해 실험적으로 측정되었고, 이들은 이 연구로 1978년 노벨 물리학상을 수상했다.

4. 후기 경력

1944년부터 1955년까지 존스 홉킨스 대학교 응용 물리학 연구소(APL)에서 탄도 미사일, 유도 시스템, 초음속 등 관련 주제를 연구했다. 1955년 제너럴 일렉트릭 사의 R&D 센터로 옮겨 우주에서 차량 재진입 문제를 연구했다.

1987년부터 2004년까지 뉴욕주 스키넥터디에 있는 유니언 칼리지에서 물리학 및 천문학 저명한 연구 교수로 재직하며 연구와 강의를 병행했다. 이 기간 동안 주요 과학 논문을 꾸준히 발표하고, 공영 방송을 위한 지역 사회 봉사 활동도 했다. 1987년부터 2004년까지 더들리 천문대의 이사를 역임했다.

5. 수상 및 영예

Ralph Asher Alpher^영어는 그의 업적으로 많은 상을 받았다. 주요 수상 내역은 다음과 같다:

6. 개인 생활 및 견해

앨퍼는 유대인 가정에서 성장했지만, 자신을 불가지론자이자 인본주의자로 여겼다. 그는 루이제 앨퍼와 결혼하여 빅터 세스(Victor Seth)와 해리엇 로즈(Harriet Rose)라는 두 자녀를 두었으며, 리사(Lisa)와 레이첼 레베트킨(Rachel Lebetkin)이라는 두 손녀를 두었다.

앨퍼는 2007년 2월에 넘어져 고관절이 골절된 이후 건강이 악화되었고, 2007년 8월 12일 오랜 투병 끝에 사망했다.

7. 과학에 대한 접근

앨퍼는 《디스커버》 잡지와의 인터뷰에서 요세프 다그네스(Joseph D'Agnese)에게 "과학을 하는 데에는 두 가지 이유가 있다. 하나는 세계에 대한 인류의 지식 저장소에 기여할 수 있다는 이타적인 느낌이다. 또 다른 더 개인적인 것은 동료에게 인정 받기를 원한다는 것이다. 순수하고 단순하다."라고 말했다.