알파 베타 감마 이론
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1. 개요
알파 베타 감마 이론은 1948년 랠프 앨퍼, 한스 베테, 조지 가모프가 발표한 초기 우주 핵합성 이론을 지칭한다. 가모프는 친구인 베테의 이름을 논문에 넣어 알파, 베타, 감마에 해당하는 Alpher, Bethe, Gamow라는 이름을 만들었다. 이 이론은 수소와 헬륨의 존재비를 설명했지만, 원자량 5와 8의 안정적인 동위원소 부재로 인해 헬륨 이상의 무거운 원소 생성을 설명하지 못하는 한계를 지닌다. 이후 하야시 주시로의 연구를 통해 이론이 수정되었으며, 현재는 빅뱅 이후 수소와 헬륨의 생성, 그리고 항성 핵합성을 통한 무거운 원소의 생성으로 우주 핵합성을 설명한다.
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알파 베타 감마 이론 | |
---|---|
개요 | |
제목 | 화학 원소의 기원 |
발표 년도 | 1948년 |
발표 일 | 4월 1일 |
저자 | 랄프 알퍼 한스 베테 조지 가모프 |
저널 | 피지컬 리뷰 |
볼륨 | 73 |
이슈 | 7 |
페이지 | 803-804 |
DOI | 10.1103/PhysRev.73.803 |
PMID | 18877094 |
Bibcode | 1948PhRv...73..803A |
2. '베테'의 이름
가모프는 논문 저자명을 그리스 문자 α, β, γ (알파, 베타, 감마)에 빗대어 '앨퍼, 베테, 가모프(Alpher, Bethe, Gamow)'라는 재미있는 이름으로 만들기 위해, 그의 친구이자 저명한 물리학자인 한스 베테의 이름을 논문에 추가했다.[12] 베테는 이 논문에 "H. Bethe, 코넬 대학교, 이타카 (뉴욕 주)"로 등재되었다.
2. 1. 가모프의 설명
가모프는 1952년 자신의 저서 《우주의 창조》에서 한스 베테를 논문에 포함시킨 이유를 다음과 같이 설명했다.[12]: 베테가 논문에 포함된 이유는 1948년 4월 1일 "피지컬 리뷰"에 보낸 레터에서 처음 발표되었는데, 이 논문은 Alpher, Bethe 및 Gamow가 서명하여 종종 '알파벳순 논문'이라고 불리고 있다. 이 논문에 Alpher와 Gamow만 서명하는 것이 그리스 문자 알파벳에 공정하지 않아 보여서, 한스 A. 베테 박사('부재 중')의 이름을 인쇄용 원고를 준비하는 데 삽입하도록 하였다.[12]
: 출판 원고의 사본을 받은 베테 박사는 이에 반대하지 않았으며 실제로 후속 논의에 상당한 도움도 되었다.[12]
2. 2. 앨퍼의 반응
앨퍼는 자신의 논문에 베테의 이름이 포함된 것에 대해 당황스러워했다. 그는 저명한 물리학자인 베테의 이름이 포함되면 자신의 업적에 대한 기여가 퇴색되어, 자신의 중요한 발견에 대한 적절한 보상을 받지 못할 것이라고 생각했다. 앨퍼는 1999년까지도 가모프의 엉뚱함에 억울함을 나타내었다.[13][14][15]3. 주요 단점
알파-베타-감마 이론은 원래 모든 원자핵이 중성자의 연속적인 포획에 의해 생성된다고 제안했다. 하지만 후속 연구에서 원자량 5 또는 8의 안정한 동위원소가 발견되지 않아 이 이론의 보편성에 문제가 제기되었다. 이러한 '질량 간극'은 헬륨 이외의 원소 생성을 방해하여 연속 포획 이론으로는 더 무거운 원소를 설명할 수 없다는 것을 의미했다.
결국 현재 우주에서 관측되는 대부분의 무거운 원소는 별들에서의 항성 핵합성의 결과라는 것이 밝혀졌다. 이 이론은 아서 스탠리 에딩턴이 최초로 제안하고 한스 베테가 신빙성을 부여했으며 프레드 호일 등과 같은 많은 과학자들이 정량적으로 발전시켰다.
4. 하야시 주시로의 지적
일본의 물리학자 하야시 주시로는 1950년에 빅뱅 후 처음 2초 동안은 헬륨보다 무거운 원소가 형성되지 않는다는 것을 밝혀냈다[10]。 앨퍼와 가모프의 논문에서는 우주에서 대량으로 관측되는 헬륨뿐만 아니라 무거운 원소가 빅뱅 때 만들어졌다고 주장했지만, 하야시의 지적으로 오류가 수정되었다. 하야시의 지적으로 오류가 수정된 후에는 '''알파-베타-감마-하야시 이론'''이라고도 불리게 되었다.
5. 의의와 한계
앨퍼-베테-가모프 이론은 모든 원자핵이 중성자를 한 번에 한 질량 단위씩 연속적으로 포획하여 생성된다고 제안했다. 그러나 이후 연구에서 원자량 5 또는 8의 안정한 동위원소가 발견되지 않으면서 이 이론의 보편성에 대한 도전이 제기되었다. 물리학자들은 곧 이러한 '질량 격차' 때문에 헬륨보다 무거운 원소의 생성이 어렵다는 것을 알게 되었다. 이는 마치 계단 하나가 빠지면 한 번에 한 계단씩 올라갈 수 없는 것과 같이, 연속 포획 이론으로는 더 무거운 원소를 설명할 수 없음을 의미했다.
결국, 현재 우주에서 관측되는 대부분의 무거운 원소는 별 내부에서의 항성 핵합성 결과로 생성된다는 것이 밝혀졌다. 이 이론은 아서 스탠리 에딩턴이 처음 제안했고, 한스 베테가 신빙성을 더했으며, 프레드 호일 등 여러 과학자들이 정량적으로 발전시켰다. 그럼에도 불구하고 앨퍼-베테-가모프 이론은 수소와 헬륨 동위원소의 상대적 존재비를 정확하게 설명하며, 이 두 원소는 우주 전체 바리온 질량의 99% 이상을 차지한다.
현재는 핵합성이 앨퍼-베테-가모프 이론에 따른 수소와 헬륨 형성, 그리고 베테와 호일의 이론에 따른 무거운 원소의 항성 핵합성이라는 두 단계로 이루어진다고 널리 받아들여지고 있다.
참조
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논문
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1948-04-01
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서적
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1999-06
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뉴스
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2004-09-22
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http://www.npr.org/t[...]
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1999-06
[9]
뉴스
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2004-09-22
[10]
웹사이트
日本学士院公式サイト内の林忠四郎のプロフィール
https://www.japan-ac[...]
[11]
저널
The Origin of Chemical Elements
1948-04-01
[12]
서적
The Creation of the Universe
https://archive.org/[...]
2023-01-11
[13]
웹사이트
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Discover
1999-07
[14]
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Discussion of Alpher's role
https://www.npr.org/[...]
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1999-06
[15]
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The Daily Telegraph
2004-09-22
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