로버트 헨리 딕

3. 제2차 세계 대전 중 연구 활동

미국 미주리주 세인트루이스에서 태어난 딕은 프린스턴 대학교에서 학사 학위를, 1939년 핵물리학으로 로체스터 대학교에서 박사 학위를 받았다. 제2차 세계 대전 중 그는 매사추세츠 공과대학교의 방사선 연구소에서 레이더 개발에 참여하고 딕 복사계라는 마이크로파 수신기를 설계했다. 그는 이 장비를 사용하여 우주 마이크로파 배경의 온도를 20 켈빈 미만으로 제한했다.^[5]

4. 프린스턴 대학교 복귀 후 연구 활동

1946년 프린스턴 대학교로 돌아와 남은 생애를 그곳에서 보냈다. 그는 특히 레이저와 전자의 자기 회전비 측정과 같은 원자 물리학 분야에서 연구를 수행했다. 분광학 및 복사 전달 분야에 대한 중요한 기여는 딕 좁아짐이라고 불리는 현상에 대한 그의 예측이었다. 원자의 평균 자유 경로가 방사선 전이 파장보다 훨씬 작을 때, 원자는 광자의 방출 또는 흡수 동안 속도와 방향을 여러 번 변경한다. 이는 다른 도플러 상태의 평균을 유발하고 도플러 폭보다 훨씬 좁은 원자 선폭을 초래한다.^[5] 딕 좁아짐은 밀리미터파 및 마이크로파 영역의 비교적 낮은 압력에서 발생한다(정밀도 향상을 위해 원자 시계에 사용됨). 딕 좁아짐은 뫼스바우어 효과와 유사하다.

그는 남은 생애를 등가 원리의 틀을 사용하여 일반 상대성 이론에 대한 정밀 검증 프로그램을 개발하는 데 보냈다. 1957년 그는 마흐의 원리와 폴 디랙의 디랙의 큰 수 가설에 영감을 받아 중력에 대한 대안적 이론을 처음으로 제안했다.^[6] 1961년에 이것은 칼 H. 브랜스와 함께 개발된 브란스-디키 이론으로 이어졌으며, 일반 상대성 이론의 등가 원리를 위반하는 수정이었다.^[7] 주요 실험은 롤, 크로트코프, 디키가 수행한 등가 원리 검증으로, 이전 연구보다 100배 더 정확했다.^[8] 그는 또한 태양의 편평도를 측정했는데, 이는 수성의 궤도 근일점의 세차 운동을 이해하는 데 유용했으며, 이는 일반 상대성 이론의 고전적인 검증 중 하나였다.^[9]

폴 디랙은 중력 상수 ''G''가 특정 단위에서 우주의 나이의 역수와 거의 같기 때문에, 이 일관성을 유지하기 위해 ''G''가 변해야 한다고 가설을 세웠다. 딕은 디랙의 관계가 선택 효과일 수 있다는 것을 깨달았다. 근본적인 물리 법칙은 ''G''를 주계열성의 수명과 연결하고, 디키에 따르면 이러한 별은 생명체의 존재에 필수적이다.^[10] 다른 시대에는 일관성이 유지되지 않았고, 그러한 불일치를 알아차릴 지적 생명체가 존재하지 않았을 것이다. 이것은 현재 약한 인류 원리라고 불리는 것의 첫 번째 현대적 응용이었다.

1960년대 초, 브란스-디키 이론에 대한 연구는 디키가 초기 우주에 대해 생각하게 만들었고, 짐 피블스와 함께 그는 우주 마이크로파 배경의 예측을 재도출했다(이전에 조지 가모프와 그의 동료들의 예측을 잊었다고 주장하며). 디키는 데이비드 토드 윌킨슨 및 피터 G. 롤과 함께 복사를 찾기 위해 즉시 디키 라디오미터를 제작하기 시작했다. 그들은 프린스턴 근처 벨 연구소에서 일하던 아르노 펜지아스와 로버트 우드로 윌슨이 수행한 우연한 발견보다 늦었다(역시 디키 라디오미터를 사용했다).^[11][12] 그럼에도 불구하고, 디키의 그룹은 두 번째 깨끗한 탐지를 했고, 펜지아스와 윌슨의 결과에 대한 그들의 이론적 해석은 초기 우주에 대한 이론이 순수한 추측에서 잘 검증된 물리학으로 이동했음을 보여주었다.^[13][14]

1970년, 디키는 우주가 영원히 팽창을 멈추는 데 필요한 물질의 임계 밀도에 거의 근접해야 한다고 주장했다.^[15] 우주의 표준 모델은 복사, 물질, 곡률 등에 의해 지배되는 단계를 거친다. 단계 간의 전환은 매우 특별한 우주 시간이며, 이는 ''a priori''로 여러 차수만큼 다를 수 있다. 물질의 양이 무시할 수 없기 때문에, 우리는 우연히 물질 지배 단계로의 또는 그로부터의 전환에 가깝게 살고 있거나, 그 중간에 살고 있다. 후자가 선호되는데, 그 이유는 우연의 일치가 매우 드물기 때문이다(코페르니쿠스 원리의 응용). 이것은 무시할 만한 곡률을 의미하므로 우주는 거의 임계 밀도를 가져야 한다. 이것은 "디키 우연" 논쟁이라고 불린다.^[16]

5. 일반 상대성 이론 검증 및 브랜스-딕 이론

그는 남은 생애를 등가 원리의 틀을 사용하여 일반 상대성 이론에 대한 정밀 검증 프로그램을 개발하는 데 보냈다.^[5] 주목할 만한 검증은 롤(Roll), 크로트코프(Krotkov), 딕(Dicke)에 의한 등가 원리의 고전적인 검증으로, 여기에서 기존 작업에 비해 100배나 더 정확한 측정치를 얻었다.^[8] 딕은 또한 일반 상대성 이론의 고전적 검증 가운데 하나인, 수성의 근일점 세차운동을 이해하는 데 유용한 태양 편평도를 측정하였다.^[9]

한편, 1957년 그는 폴 디랙의 큰 수 가설과 마흐의 원리로부터 영감을 받은 대안 중력 이론을 처음 제안하였고,^[6] 이후 칼 브랜스(Carl H. Brans)와의 작업으로 1961년 브랜스-딕 이론을 발표하였다.^[7] 이 이론은 일반 상대성 이론에서 중력 상수를 스칼라 장으로 대체하며, 등가 원리를 위배한다.

6. 우주론 연구 및 인류 원리

폴 디랙은 중력 상수 ''G''가 특정 단위에서 우주의 나이의 역수와 거의 같기 때문에, 이 일관성을 유지하기 위해 ''G''가 변해야 한다고 가설을 세웠다. 디키는 디랙의 관계가 선택 효과일 수 있다는 것을 깨달았다. 근본적인 물리 법칙은 ''G''를 주계열성의 수명과 연결하고, 디키에 따르면 이러한 별은 생명체의 존재에 필수적이다.^[10] 다른 시대에는 일관성이 유지되지 않았고, 그러한 불일치를 알아차릴 지적 생명체가 존재하지 않았을 것이다. 이것은 현재 약한 인류 원리라고 불리는 것의 첫 번째 현대적 응용이었다.

1970년, 디키는 우주가 영원히 팽창을 멈추는 데 필요한 물질의 임계 밀도에 거의 근접해야 한다고 주장했다.^[15] 우주의 표준 모델은 복사, 물질, 곡률 등에 의해 지배되는 단계를 거친다. 단계 간의 전환은 매우 특별한 우주 시간이며, 이는 ''a priori''로 여러 차수만큼 다를 수 있다. 물질의 양이 무시할 수 없기 때문에, 우리는 우연히 물질 지배 단계로의 또는 그로부터의 전환에 가깝게 살고 있거나, 그 중간에 살고 있다. 후자가 선호되는데, 그 이유는 우연의 일치가 매우 드물기 때문이다(코페르니쿠스 원리의 응용). 이것은 무시할 만한 곡률을 의미하므로 우주는 거의 임계 밀도를 가져야 한다. 이것은 "디키 우연" 논쟁이라고 불린다.^[16] 사실 이것은 잘못된 답을 제공하는데, 우리는 물질 단계와 암흑 에너지 단계 사이의 전환 시간에 살고 있는 것처럼 보이기 때문이다. 디키의 주장의 실패에 대한 인류 원리적 설명은 스티븐 와인버그가 제시했다.^[17]

7. 기타 업적

제2차 세계 대전 중, 매사추세츠 공과대학교 방사선 연구소에서 레이다를 개발하고 딕 복사계와 마이크로파 수신기를 설계했다. 그는 이를 방사선 연구소 지붕에서 20K보다 낮은 우주 마이크로파 배경 한계 온도를 설정하는 데 사용했다.^[5]

1956년, 찰스 하드 타운스와 아서 레너드 숄로가 특허를 출원하기 약 2년 전, 디키는 "분자 증폭 생성 시스템 및 방법"이라는 특허를 출원하여 적외선 레이저 구축 방법과 개방형 공진기 사용에 대한 주장을 담았다. 이 특허는 1958년 9월 9일에 수여되었다.

1970년, 디키는 우주가 영원히 팽창을 멈추는 데 필요한 물질의 임계 밀도에 거의 근접해야 한다고 주장했다.^[15]

디키는 응용 과학 및 공학 분야에서 필수적인 도구인 록인 증폭기 개발을 담당했다.^[18] 그는 종종 이 장치의 발명가로 인정받지만, 마틴 하르위트와의 인터뷰에서 브린모어의 교수인 월터 C. 미첼스가 쓴 과학 장비 리뷰에서 그것에 대해 읽었다고 주장한다.^[19][20]

디키는 또한 제2차 세계 대전 중에 개발한 "디키 방사선 수신기" (간단히 "디키 라디오미터")라는 라디오 수신기 발명자로도 인정받는다.^[21] 그의 라디오미터는 "디키 저항"으로 알려진 스위치 가능한 저항을 사용하는 잡음 온도 보정 기술로 특징지어졌다.

1978년 미국 국가 과학 메달을 수상했고,^[22] 1973년 미국 국립 과학 아카데미에서 물리학 콤스톡상을 받았다.^[23][24] 미국 예술 과학 아카데미와 미국 철학 학회 회원이었다.^[25][26]

8. 수상 내역

• 1967년: 랜퍼드 상, 리히트마이어 기념상 수상^[22]
• 1970년: 미국 국가 과학상 수상^[22]
• 1973년: 미국 국립 과학 아카데미 컴스톡 물리학상 수상^[23][24]
• 1974년: 엘리엇 크레슨 메달 수상

9. 평가

로버트 헨리 딕은 물리학 분야에서 다양한 업적을 남긴 인물로 평가받는다. 그는 레이다 개발과 딕 복사계 설계에 기여했으며, 우주 마이크로파 배경의 한계 온도를 설정하는 데 중요한 역할을 했다. 또한, 원자 물리학 분야에서 레이저와 전자의 회전 자기 비율 측정 연구를 수행했고, 딕 좁아짐 현상을 예측하여 분광학 발전에 기여했다.^[5]

딕은 일반 상대성 이론의 정밀 검증 프로그램을 개발하는 데 힘썼으며, 등가 원리 검증 실험에서 기존 연구보다 100배 더 정확한 결과를 얻었다.^[8] 수성의 궤도 근일점 세차 운동을 이해하기 위해 태양 편평도를 측정하기도 했다.^[9] 그는 폴 디랙의 디랙의 큰 수 가설과 마흐의 원리에 영감을 받아 브랜스-딕 이론을 제시하여 중력 이론 연구에 새로운 방향을 제시했다.^[6][7]

우주 마이크로파 배경 복사와 관련하여, 딕은 짐 피블스와 함께 이 복사의 예측을 재도출했으며,^[11][12] 아르노 펜지아스와 로버트 우드로 윌슨의 발견 이후, 딕 연구팀은 이들의 결과에 대한 이론적 해석을 제공하여 초기 우주 이론 발전에 기여했다.^[13][14] 또한, 우주의 임계 밀도에 대한 "디키 우연" 논쟁을 제시하기도 했다.^[15][16]

딕은 록인 증폭기와 디키 라디오미터를 개발하여 과학 및 공학 분야 발전에 기여했다.^[18][21] 그는 미국 국가 과학 메달(1978년), 물리학 콤스톡상(1973년)을 수상했으며,^[22][23][24] 미국 국립 과학 아카데미, 미국 예술 과학 아카데미, 미국 철학 학회 회원이었다.^[25][26] 여러 차례 노벨 물리학상 후보로 지명되었으며,^[27] 2019년 노벨 물리학상 수상자 짐 피블스는 딕의 업적을 기리는 발언을 하기도 했다.^[28]

참조

_[1] 학술지 Obituary: Robert Henry Dicke 1997-09
_[2] 웹사이트 A Cosmic Journey: A History of Scientific Cosmology https://history.aip.[...] 2022-12-24
_[3] 간행물 Robert Dicke and atomic physics https://www.worldsci[...] WORLD SCIENTIFIC 2016-05-06
_[4] 웹사이트 Robert Dicke; Theorized That Big Bang 'Echo' Still Resonates https://www.latimes.[...] 1997-03-06
_[5] 학술지 The Effect of Collisions upon the Doppler Width of Spectral Lines 1953
_[6] 학술지 Gravitation without a Principle of Equivalence 1957
_[7] 학술지 Mach's Principle And A Relativistic Theory Of Gravitation 1961
_[8] 학술지 The equivalence of inertial and passive gravitational mass 1964
_[9] 학술지 Solar Oblateness and General Relativity 1967
_[10] 학술지 Dirac's Cosmology and Mach's Principle 1961
_[11] 서적 3 K: The Cosmic Microwave Background Radiation Cambridge University Press 1995
_[12] 학술지 A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s 1965
_[13] 학술지 Cosmic Black-Body Radiation 1965
_[14] 웹사이트 The Race to Prove the Existence of Cosmic Microwave Background https://www.wondrium[...] 2022-05-08
_[15] 서적 Gravitation and the Universe https://archive.org/[...] American Philosophical Society 1970
_[16] 서적 Principles of Physical Cosmology https://archive.org/[...] Princeton University Press 1993
_[17] 학술지 Anthropic bound on the cosmological constant 1987
_[18] 웹사이트 Design a DSP lock-in amplifier, Part 1: Background https://www.edn.com/[...] 2017-12-27
_[19] 웹사이트 Oral History Transcript — Dr. Robert Dicke http://www.aip.org/h[...] Aip.org 1985-06-18
_[20] 학술지 A Pentode Lock-In Amplifier of High Frequency Selectivity
_[21] 웹사이트 Radiometric Receivers https://www.microwav[...]
_[22] 웹사이트 National Science Foundation - The President's National Medal of Science https://www.nsf.gov/[...] Nsf.gov
_[23] 웹사이트 Comstock Prize in Physics http://www.nasonline[...] National Academy of Sciences
_[24] 웹사이트 Robert H. Dicke http://www.nasonline[...]
_[25] 웹사이트 Robert Henry Dicke https://www.amacad.o[...]
_[26] 웹사이트 APS Member History https://search.amphi[...]
_[27] 웹사이트 Robert Henry Dicke https://www.nobelpri[...] 2020-04-01
_[28] 학술지 Nobel Lecture: How Physical Cosmology Grew https://www.nobelpri[...] 2020
_[29] 웹사이트 Princeton Physicist Robert Dicke Dies https://www.princeto[...]