찰스 K. 가오

1. 개요

찰스 K. 가오는 광섬유 통신의 선구적인 연구로 2009년 노벨 물리학상을 받은 과학자이다. 1933년 상하이에서 태어나 홍콩에서 학업을 마쳤으며, 1960년대 영국에서 광섬유를 이용한 통신 기술 개발에 기여했다. 그는 홍콩 중문 대학교 전자공학과를 설립하고, ITT 코퍼레이션에서 기술 이사로 활동했으며, 홍콩 중문 대학교 부총장을 역임했다. 또한, 광섬유 통신 기술 발전에 기여한 공로를 인정받아 다양한 상을 수상했다.

2. 생애

찰스 K. 가오는 1933년 중화민국 상하이에서 태어나 유년기를 보냈다. 그의 아버지는 변호사이자 교수였으며, 할아버지는 유학자였다. 상하이의 국제학교에서 영어와 프랑스어를 배웠고, 1948년 가족과 함께 대만을 거쳐 영국령 홍콩으로 이주하여 세인트 조셉 칼리지를 졸업했다. 이후 영국으로 건너가 울리치 폴리테크닉(현 그리니치 대학교)에서 전기 공학 학사 학위를 받았고, 스탠더드 텔레커뮤니케이션 랩스(STL)에서 근무하며 유니버시티 칼리지 런던에서 전기 공학 박사 학위를 취득했다.

STL 재직 시절, 그는 광섬유를 이용한 통신 연구를 선도했다. 그는 광섬유의 높은 감쇠가 재료 내 불순물 때문임을 밝혀내고, 고순도 실리카 유리를 사용하면 손실을 크게 줄일 수 있음을 이론적으로 제시하여 현대 광통신 기술의 기반을 마련했다. 이 획기적인 연구 업적으로 2009년 노벨 물리학상을 수상했다.

1970년부터 1974년까지 홍콩중문대학교에서 전자공학과를 설립하고 교수로 재직했으며, 이후 미국 ITT에서 수석 과학자 및 기술 이사 등으로 활동했다. 1987년 다시 홍콩중문대학교로 돌아와 1996년까지 부총장을 역임했다.

그는 여러 나라를 오가며 활동했지만, 홍콩에서 중등학교를 다니고, 대학에서 가르쳤으며, 홍콩중문대학교 총장을 역임하고 은퇴했기에 자신을 홍콩 사람으로 여겼다. 개인적으로는 도자기 제작과 무협 소설 읽기를 즐겼다.

2004년경 알츠하이머병 진단을 받았으며, 노벨상 수상 당시에도 투병 중이었다. 노벨상 상금은 주로 그의 의료비로 사용되었다. 알츠하이머병에 대한 대중의 인식을 높이고 환자들을 지원하기 위해 2010년 부인과 함께 '찰스 K. 고 알츠하이머병 재단'을 설립했다. 말년에는 자녀들과 가까이 지내기 위해 미국 캘리포니아주 마운틴 뷰로 거처를 옮겼다가, 2018년 9월 23일 홍콩의 브래드버리 호스피스에서 84세의 나이로 별세했다.

2.1. 유년 시절 및 교육

찰스 K. 가오(Charles K. Kao)는 1933년 중화민국 상하이의 상하이 프랑스 조계지에서 태어났다. 그의 아버지 가오춘향(高君湘)은 장쑤성 진산구 출신으로, 1925년 미시간 대학교 로스쿨에서 법학 박사 학위를 받은 변호사이자 수저우 대학교 비교법학과 교수였다. 그의 할아버지 고취만(高吹萬, 고계 高階)은 유학자이자 시인, 예술가였다. 동생 고협(高鋙, Timothy W. Kao)은 유체역학을 연구한 토목기사로, 미국 가톨릭 대학교 명예교수이다.

가오는 어릴 적 형과 함께 가정교사에게 고전 중국어를 배웠다. 또한 채원페이(Cai Yuanpei)를 비롯한 진보적인 중국 교육자들이 설립한 상하이 세계학교(上海世界學校^{중국어 (간체)})에서 영어와 프랑스어를 공부했다.

국공 내전의 여파로 1948년 가오의 가족은 대만을 거쳐 1949년 영국령 홍콩에 정착했다. 홍콩에서는 홍콩 노스포인트(North Point)의 라우 신 스트리트(Lau Sin Street)에 거주했다. 그는 세인트 조셉 칼리지(St. Joseph's College)에서 중등 교육을 받고 1952년에 졸업했다. 당시 홍콩 학교 졸업 시험에서 우수한 성적을 거둬 홍콩대학교 입학 자격을 얻었으나, 홍콩대에 전기 공학 과정이 없어 영국 유학을 결정했다.

1953년 영국 런던으로 건너가 중등 교육 과정을 이수하고 1955년 A-레벨 자격을 취득했다. 이후 울리치 폴리테크닉(Woolwich Polytechnic, 현 그리니치 대학교)에 진학하여 전기 공학 학사 학위를 받았다. 졸업 후에는 스탠더드 텔레폰스 앤 케이블스(Standard Telephones and Cables, STC)의 연구 센터인 스탠더드 텔레커뮤니케이션 랩스(Standard Telecommunication Laboratories, STL)에서 연구원으로 근무하면서 외부 학생 자격으로 대학원 과정을 밟았다. 1965년 런던 대학교 유니버시티 칼리지 런던(University College London)에서 해롤드 바로(Harold Barlow) 교수의 지도로 전기 공학 박사 학위를 취득했다.

가오는 STC에서 근무하던 중 미래의 아내인 영국계 중국인 고황미운(黃美芸, Gwen May-Wan Kao)을 만났고, 1959년 런던에서 결혼했다. 가오 부부는 슬하에 1남 1녀를 두었다. 가오 본인은 가톨릭 신자였으며, 아내는 성공회 신자였다.

2.2. 광통신 연구

1960년대, 영국 에식스주 할로우에 있는 표준통신연구소(STL)에서 찰스 가오(이하 고)와 동료들은 통신 매체로서 광섬유를 실용화하기 위한 선구적인 연구를 수행했다. 당시 광섬유는 빛 손실이 매우 커서 통신에 부적합하다고 여겨졌으나, 고는 이러한 높은 손실이 기술 자체의 근본적인 문제가 아니라 유리 내 불순물 때문임을 증명하고자 했다.

1963년, 고는 STL의 광통신 연구팀에 합류하여 안토니 E. 카르보비악 팀에서 알렉 리브스의 지도 아래 통신용 광도파관 연구를 시작했다. 그의 주요 과제는 섬유의 감쇠를 조사하는 것이었다. 이를 위해 여러 섬유 제조업체의 샘플을 수집하고 벌크 유리의 특성을 면밀히 분석했으며, 그 결과 섬유의 높은 광 손실이 재료의 불순물 때문이라고 확신하게 되었다. 같은 해 말, 고는 STL의 전기 광학 연구 그룹 책임자가 되었고, 1964년 12월에는 카르보비악이 뉴사우스웨일스 대학교(UNSW)로 떠나면서 STL의 광통신 프로그램을 이어받았다.

연구 책임자가 된 고는 기존의 박막 도파관 연구 계획을 포기하고 동료 조지 호크햄과 함께 연구 방향을 광섬유로 전환했다. 그들은 물리 광학뿐만 아니라 재료의 특성까지 고려하여 연구를 진행했다. 1965년, 고와 호크햄은 유리 섬유의 광 감쇠 한계가 20 dB/km 미만이 될 수 있다는 결론에 도달했다. 이는 광통신 실현을 위한 중요한 임계값으로 여겨졌다. 당시 사용되던 광섬유의 손실률은 일반적으로 1,000 dB/km 이상이었기 때문에, 이들의 결론은 20 dB/km 목표를 달성하기 위한 저손실 재료와 적합한 섬유를 찾기 위한 전 세계적인 경쟁을 촉발했다.

1966년 1월, 고는 런던의 전기 기술자 협회(IEE, 현 IEEE)에서 이 연구 결과를 처음 발표했고, 같은 해 7월에는 호크햄과 공동으로 "광주파수에서의 유전체 섬유 표면 도파로"라는 제목의 논문을 발표했다. 이 연구는 유리섬유를 이용한 광통신의 가능성을 최초로 이론적으로 제시했으며, 여기서 설명된 개념과 구조, 재료 등은 오늘날 광섬유 통신의 기초가 되었다.

고는 또한 고순도 융합 실리카(SiO₂)가 광통신에 가장 이상적인 재료임을 지적했다. 그는 당시 많은 물리학자들이 광 손실의 주된 원인으로 생각했던 산란과 같은 근본적인 물리 현상이 아니라, 유리 재료 자체의 불순물이 문제이며 이는 제거될 수 있다고 주장했다. 이 주장은 고순도 유리 섬유의 연구 및 생산을 전 세계적으로 확산시키는 계기가 되었다. 고가 처음 유리 섬유가 기존의 동선을 대체하여 장거리 정보 전송에 사용될 수 있다고 제안했을 때 많은 사람들이 회의적이었지만, 이후 그의 아이디어는 통신 기술과 산업 전반에 혁명을 일으킨 것으로 평가받게 되었다.

광통신 기술의 상용화를 위해서도 노력했다. 1966년 봄, 미국 벨 연구소를 방문했지만 당시에는 큰 관심을 얻지 못했다. 이후 일본을 방문하여 유리 및 폴리머 공장을 방문하고 기술자, 과학자, 사업가들과 만나 유리 섬유 제조 기술 개선 방안을 논의하며 지원을 모색했다. 1969년, 고와 M. W. 존스는 벌크 융합 실리카의 고유 손실을 4 dB/km로 측정하는 데 성공했는데, 이는 초투명 유리의 가능성을 보여주는 첫 증거였으며, 이후 벨 연구소도 광섬유 연구를 본격적으로 시작하게 되는 계기가 되었다. (2017년 기준, 광섬유 손실은 1.56 μm 파장에서 0.1419 dB/km까지 낮아졌다.)

고는 유리 섬유 도파관의 핵심 기술과 구조를 개발했으며, 민간 및 군사 통신 요구 사항을 충족하는 다양한 섬유 유형과 시스템 장치 개발에 기여했다. 또한 광섬유 통신을 위한 주변 지원 시스템 개발에도 힘썼다. 1970년대 중반에는 유리 섬유의 피로 한계에 대한 중요한 연구를 수행했으며, ITT의 첫 수석 과학자로 임명된 후에는 신호 처리의 고주파 한계를 극복하기 위한 "테라비트 기술" 프로그램을 시작하여 '테라비트 기술 개념의 아버지'로도 불린다. 그는 100편 이상의 논문을 발표했고, 내수성 고강도 섬유를 포함하여 30개 이상의 특허를 보유하고 있다.

특히 개발 초기 단계부터 장거리 광통신에는 다중 모드 광섬유보다 단일 모드 광섬유가 더 적합하다고 강력히 주장했으며, 그의 비전은 이후 광통신 시스템의 표준이 되었다. 또한 현대 해저 통신 케이블의 선구자로서 이 아이디어를 적극적으로 추진했다. 그는 1983년 최초의 대양 횡단 광섬유 케이블이 설치되기 5년 전에 이미 전 세계 바다가 광섬유로 연결될 것이라고 예측했다.

알리 자반의 안정적인 헬륨-네온 레이저 개발과 고의 섬유 광 손실 특성 규명은 현대 광섬유 통신 발전의 두 가지 핵심적인 이정표로 평가받는다.

2.3. 홍콩 중문 대학교 및 이후 경력

1970년, 가오는 홍콩중문대학교(CUHK)에 합류하여 전자공학과(나중에 전기공학과로 변경)를 설립했다. 그는 이 기간 동안 강사(Reader)와 초대 학과장(Chair Professor)을 맡아 학부 및 대학원 과정을 만들고 첫 졸업생들을 배출했다. 또한 그의 지도 아래 교육대학과 다른 새로운 연구소들이 세워졌다. 그는 홍콩 간척 사업의 환경적 영향을 연구한 초기 연구자 중 한 명으로, 1972년 에든버러에서 열린 영연방대학교협회(ACU) 회의에서 관련 연구 결과를 발표했다.

1974년, 가오는 미국으로 건너가 ITT 코퍼레이션(당시 STC의 모회사)으로 자리를 옮겼다. 그는 버지니아주 로아노크에서 수석 과학자로 일하다가 기술 이사가 되었다. 1982년에는 첫 번째 ITT 수석 과학자가 되어 주로 코네티컷주의 첨단 기술 센터에 머물렀다. 이 시기 예일대학교 트럼불 칼리지의 겸임 교수이자 펠로우로도 활동했다. 1985년에는 1년 동안 서독의 SEL 연구 센터에서 근무했으며, 1986년에는 ITT의 연구 담당 이사가 되었다.

1987년, 가오는 다시 홍콩중문대학교로 돌아와 1996년까지 부총장을 지냈다. 부총장 재임 중이던 1991년부터는 홍콩의 바리트로닉스 인터내셔널 리미티드의 독립 비상임 이사이자 감사위원회 위원으로 활동했으며, 1993년부터 1994년까지는 동남아시아 고등교육기관 협회(ASAIHL) 회장을 맡았다.

1996년 홍콩중문대학교에서 은퇴한 후, 가오는 예일대학교에 기부하여 아시아에서의 연구 및 창작 프로젝트를 지원하기 위한 "찰스 고 기금 연구비 지원 사업"을 설립했다. 이 기금은 현재 예일대학교 동아시아 및 동남아시아 연구위원회에서 관리하고 있다. 은퇴 직후에는 6개월간 임페리얼 칼리지 런던의 전기 및 전자 공학과에서 안식년을 보냈으며, 1997년부터 2002년까지 같은 학과의 방문 교수로 활동했다.

가오는 홍콩의 여러 위원회에서도 활동했다. 그는 홍콩 에너지 자문위원회(EAC)의 위원장 겸 위원을 맡아 2000년 7월 15일에 퇴임했으며, 2000년 4월 20일에는 홍콩 혁신 및 기술 자문위원회 위원으로 임명되었다. 같은 해, 홍콩 사이버포트에 위치한 독립학교재단 아카데미를 공동 설립하고 초대 위원장을 맡았으며, 2008년 12월 이사회에서 물러났다.

이후에도 가오는 학계 및 산업계에서 활발히 활동했다. 2002년에는 대만 타이페이에서 열린 IEEE GLOBECOM에서 기조연설을 했고, 2003년에는 국립대만대학교 전기공학 및 컴퓨터 과학대학 전자연구소의 특별 초빙 교수로 임명되었다. 그는 홍콩의 통신 컨설팅 회사인 Transtech Services Ltd.의 회장 겸 CEO, ITX Services Limited의 설립자, 회장 겸 CEO를 지냈다. 또한 2003년부터 2009년 1월 30일까지 넥스트 미디어의 독립 비상임 이사이자 감사위원회 위원으로 활동했다.

3. 학력

상하이에 있는 국제학교에서 영어와 프랑스어를 공부했다. 1948년 가족과 함께 홍콩으로 이주한 뒤, 1952년 세인트 조셉 칼리지를 졸업했다. 이후 영국으로 건너가 울리치 폴리테크닉(현재의 그리니치 대학교)에서 전기공학을 전공하여 1957년 이학사 학위를 받았다. 스탠더드 텔레폰 앤드 케이블즈(STC)에서 근무하며 외부 학생 신분으로 대학원 과정을 밟아, 1965년 런던 대학교 유니버시티 칼리지에서 Harold Barlow^영어의 지도를 받아 전기공학 박사 학위를 취득했다.

4. 수상 내역

가오는 노벨 물리학상, 그랜드 바우히니아 메달, 마르코니 상, 필립 공 메달, 찰스 스타크 드라퍼 상, 벨상, SPIE 황금 메달, 일본국제상, 패러데이 메달, 제임스 C. 맥그로디 신소재 상 등 수많은 상을 수상했다. 그는 자신이 받은 메달 대부분을 홍콩 중문대학교에 기증했다.

=== 훈장 및 서훈 ===
* 1993년: 대영 제국 훈장 3등급(CBE, Commander of the Most Excellent Order of the British Empire)
* 2010년: 대영 제국 훈장 2등급(KBE, Knight Commander of the Most Excellent Order of the British Empire)
* 2010년: 그랜드 바우히니아 메달(GBM, Grand Bauhinia Medal)

=== 주요 수상 내역 ===

=== 회원 자격 ===


=== 명예 학위 ===

=== 기타 영예 ===
* 1996년: 소행성 3463 카오쿠엔 명명
* 1999년: 타임지 선정 '세기의 아시아인'

5. 사회 활동 및 정치적 입장

고는 2004년 초부터 알츠하이머병을 앓기 시작했으며, 이로 인해 언어장애를 겪었으나 사람이나 주소를 알아보는 데는 문제가 없었다. 그의 아버지 역시 같은 병을 앓았다. 2008년부터는 자녀 및 손주들과 가까이 지내기 위해 홍콩에서 미국 캘리포니아주 마운틴 뷰로 거처를 옮겼다.

2009년 노벨 물리학상 수상 후, 그의 아내 그웬은 상금을 주로 찰스의 의료비에 사용할 것이라고 밝혔다. 이듬해인 2010년, 찰스 고와 그의 아내 그웬은 알츠하이머병에 대한 대중의 인식을 높이고 환자 및 가족들을 지원하기 위해 찰스 K. 고 알츠하이머병 재단(Charles K. Kao Foundation for Alzheimer's Disease^영어)을 설립했다.

2016년에는 균형 감각을 상실했으며, 치매 말기에는 아내의 간호를 받았다. 그는 생명 유지 장치나 심폐소생술을 받지 않겠다는 의사를 미리 밝혀두었다. 찰스 고는 2018년 9월 23일, 홍콩의 브래드버리 호스피스에서 향년 84세로 세상을 떠났다.