필리프 레나르트

1. 개요

필리프 레나르트는 1862년 헝가리 왕국 프레스부르크에서 태어난 독일계 물리학자이다. 음극선 연구를 통해 레나르트 창을 개발하고, 음극선이 전자의 흐름임을 밝혀냈다. 또한 광전 효과에 대한 실험을 진행, 빛의 파장과 전자의 에너지 관계를 규명했다. 레나르트는 1905년 노벨 물리학상을 수상했으나, 나치 정권 하에서 "독일 물리학" 운동을 주도하며 알베르트 아인슈타인의 상대성 이론을 배척하는 등 반유대주의적 행보를 보였다.

2. 초기 생애와 교육

필리프 레나르트는 1862년 6월 7일 헝가리 왕국 프레스부르크(현재 슬로바키아 브라티슬라바)에서 포도주 상인의 아들로 태어났다. 레나르트 가문은 17세기에 티롤에서 이주해 온 독일계였으며, 그의 부모는 독일어를 사용했다.

어린 시절 레나르트는 'Pozsonyi Királyi Katolikus Főgymnasium'(현재 감차)에서 공부했고, 자서전에 따르면 이 학교, 특히 교사 버질 클라트가 그에게 큰 영향을 주었다. 1880년 빈과 부다페스트에서 물리학과 화학을 공부했다. 1883년 하이델베르크 대학교로 옮겨 로베르트 분젠 밑에서 공부하고, 헤르만 폰 헬름홀츠와 함께 베를린에서 한 학기를 보냈다. 게오르크 헤르만 퀸케 밑에서도 공부했으며 1886년에 박사 학위를 받았다.

3. 물리학 연구 및 업적

레나르트는 1888년부터 음극선을 연구하기 시작했다. 이전의 음극선 연구는 금속 전극이 있는 원시적인 부분 진공 유리관에 고전압을 가하는 방식으로 이루어져 접근과 연구가 어려웠다. 레나르트는 압력 차이를 견디면서 음극선이 통과할 수 있을 만큼 얇은 유리창에 작은 금속 창을 만드는 방법을 고안하여 이 문제를 극복했다. 이 창은 '레나르트 창'으로 알려졌으며, 레나르트 관이라고도 불린다. 그는 인광성 물질로 코팅된 종이 시트를 사용하여 광선을 편리하게 감지하고 그 강도를 측정할 수 있었다.

레나르트는 음극선의 흡수가 음극선이 통과하는 물질의 밀도에 비례한다는 것을 관찰했다. 또한 광선이 정상 밀도의 몇 인치의 공기를 통과할 수 있으며, 이에 의해 산란되는 것으로 나타나, 광선이 공기 분자보다 훨씬 작은 입자여야 함을 시사했다. 그는 조지프 존 톰슨의 연구를 확인했는데, 결국 음극선이 음전하를 띤 에너지 입자의 흐름이라는 것을 이해하게 되었다. 그는 헬름홀츠를 따라 그것들을 전기의 양자 또는 짧게 양자라고 불렀으며, 톰슨은 입자라는 이름을 제안했지만, 결국 전자가 일상적인 용어가 되었다.

레나르트는 크룩스관을 사용한 연구에서, 진공 중의 금속에 자외선을 조사했을 때 생기는 방사선(광전 효과)이 음극선과 같다는 것을 밝혔다. 특히 그 방사선의 에너지가 조사하는 빛의 세기와는 무관하지만, 빛의 파장이 짧을수록 강해진다는 것을 발견했다. 이후 알베르트 아인슈타인은 이 현상을 양자 효과로 설명했으며, 그의 이론에 따르면 음극선 에너지와 빛의 파장을 그래프로 나타냈을 때 그 기울기는 플랑크 상수 h와 같다. 이는 수년 후 실험을 통해 사실로 밝혀졌다. 아인슈타인은 광전 효과 연구로 노벨 물리학상을 수상했다.

레나르트는 1892년 처음으로 '레나르트 효과'(스프레이 대전 또는 폭포 효과)를 연구했다. 이 현상은 물방울이 공기역학적으로 분열될 때 전하가 분리되는 것이다. 그는 빗방울의 크기와 모양 분포를 연구하기 위해 다양한 크기의 물방울을 몇 초 동안 정지 상태로 유지할 수 있는 새로운 풍동을 제작했다. 그는 큰 빗방울이 눈물 방울 모양이 아니라 햄버거 빵과 비슷한 모양임을 처음으로 발견했다.

3.1. 음극선 연구

레나르트는 물리학자로서 1888년부터 음극선을 연구하기 시작했다. 이전의 음극선 연구는 금속 전극이 있는 원시적인 부분 진공 유리관에 고전압을 가하는 방식으로 이루어져 접근과 연구가 어려웠다. 레나르트는 압력 차이를 견디면서 음극선이 통과할 수 있을 만큼 얇은 유리창에 작은 금속 창을 만드는 방법을 고안하여 이 문제를 극복했다. 이 창은 '레나르트 창'으로 알려지게 되었으며, 레나르트 관이라고도 불린다. 그는 인광성 물질로 코팅된 종이 시트를 사용하여 광선을 편리하게 감지하고 그 강도를 측정할 수 있었다.

레나르트는 음극선의 흡수가 음극선이 통과하는 물질의 밀도에 비례한다는 것을 관찰했다. 또한 광선이 정상 밀도의 몇 인치의 공기를 통과할 수 있으며, 이에 의해 산란되는 것으로 나타나, 광선이 공기 분자보다 훨씬 작은 입자여야 함을 시사했다. 그는 조지프 존 톰슨의 연구를 확인했는데, 결국 음극선이 음전하를 띤 에너지 입자의 흐름이라는 것을 이해하게 되었다. 그는 헬름홀츠를 따라 그것들을 전기의 양자 또는 짧게 양자라고 불렀으며, 톰슨은 입자라는 이름을 제안했지만, 결국 전자가 일상적인 용어가 되었다. 금속에서 광선의 흡수에 대한 그의 이전 실험과 함께, 전자가 원자의 구성 부분이라는 일반적인 인식은 레나르트가 원자가 대부분 빈 공간으로 구성되어 있다고 정확하게 주장할 수 있게 했다. 그는 모든 원자가 빈 공간과 "다이나미드"라고 불리는 전기적으로 중성인 입자로 구성되어 있으며, 각 다이나미드는 전자와 동일한 양의 양전하로 구성되어 있다고 제안했다.

3.2. 광전 효과 연구

레나르트는 크룩스관을 사용한 연구에서, 진공 중의 금속에 자외선을 조사했을 때 생기는 방사선(광전 효과)이 음극선과 같다는 것을 밝혔다. 특히 그 방사선의 에너지가 조사하는 빛의 세기와는 무관하지만, 빛의 파장이 짧을수록 강해진다는 것을 발견했다.

이후 알베르트 아인슈타인은 이 현상을 양자 효과로 설명했다. 아인슈타인의 이론에 따르면, 음극선 에너지와 빛의 파장을 그래프로 나타냈을 때 그 기울기는 플랑크 상수 h와 같다. 이는 수년 후 실험을 통해 사실로 밝혀졌다. 아인슈타인은 광전 효과 연구로 노벨 물리학상을 수상했다.

3.3. 기상학 연구 (레나르트 효과)

레나르트는 1892년 처음으로 '레나르트 효과' (스프레이 대전 또는 폭포 효과)를 연구했다. 이 현상은 물방울이 공기역학적으로 분열될 때 전하가 분리되는 것이다.

그는 빗방울의 크기와 모양 분포를 연구하기 위해 다양한 크기의 물방울을 몇 초 동안 정지 상태로 유지할 수 있는 새로운 풍동을 제작했다. 그는 큰 빗방울이 눈물 방울 모양이 아니라 햄버거 빵과 비슷한 모양임을 처음으로 발견했다.

4. "독일 물리학"과 나치 협력

레나르트는 "영국 물리학"이 독일의 아이디어를 훔쳤다고 맹렬히 비난했던 독일 민족주의자였다. 나치 정권 하에서 그는 "독일 물리학(Deutsche Physik)"을 옹호하고, 알베르트 아인슈타인의 상대성 이론을 포함한 "유대인 물리학"을 배척했다. 그는 상대성 이론 비판을 주도하며, 나치 치하에서 아리아인 물리학의 수장이 되었다.

그는 전류의 단위인 암페어를 앙드레 마리 앙페르의 이름을 따서 사용하는 것에 반대하며, 독일 물리학자 빌헬름 베버의 이름을 사용하도록 지시했다. 그는 하이델베르크 연구소의 모든 기기 단위를 베버로 바꾸게 했다. (참고로, 빌헬름 베버의 이름을 딴 "웨버"는 자속의 단위이다). 그는 국가사회주의 독일 노동자당의 초기 당원이었으며, 나치 독일 시대에는 비과학적인 "독일 물리학"을 주창했다. 그는 "유대인 물리학"이 사람들을 현혹시키는 잘못된 학문이라고 주장했는데, 이는 주로 알베르트 아인슈타인의 상대성 이론을 겨냥한 것이었다. 레나르트는 아돌프 히틀러의 과학 고문으로서, 나치의 독일 물리학 부문 대표를 역임했다.

1933년에 출판된 그의 저서 "Great Men in science, a History of scientific progress"(과학의 위인들, 과학 발전의 역사)는 제2차 세계 대전 이후에도 세계 각지의 대학에서 널리 읽혔다. 이 책에서 그는 과학자들을 모두 "아리아인 과학자"라고 주장했다. 그러나 알베르트 아인슈타인이나 마리 퀴리와 같은 20세기 과학자들은 포함되지 않았다.

5. 말년과 유산

레나르트는 1931년 하이델베르크 대학교의 이론 물리학 교수직에서 은퇴했다. 그는 그곳에서 명예 교수가 되었지만, 83세였던 1945년 연합군 점령 세력에 의해 직위에서 쫓겨났다. 헬름홀츠-김나지움 하이델베르크는 1927년부터 1945년까지 필리프 레나르트 슐레(Philipp Lenard Schule)로 불렸으나, 1945년 9월 미국 군정청의 명령에 따라 학교 이름을 변경했다. 레나르트는 1947년 독일 메셀하우젠에서 사망했다.

그는 연구 업적 외에도 뢴트겐이 X선 발견 시 레나르트 관을 사용했음에도 자신의 이름을 인용하지 않은 것에 격렬하게 분노하는 등 몇 가지 행동으로 악명을 남겼다.

레나르트는 독일 민족주의의 열렬한 신봉자로서, 독일의 아이디어를 훔쳤다며 영국의 물리학을 경멸했다. 또한, 전류의 단위로 프랑스 물리학자 앙드레 마리 앙페르의 이름을 딴 암페어를 사용하는 것을 마음에 들어 하지 않아, 그 대신 독일 물리학자 빌헬름 베버의 이름을 사용하도록 지시하여 하이델베르크 연구소의 모든 기기의 단위를 베버로 바꾸게 했다는 일화가 남아 있다. (덧붙여, 빌헬름 베버의 이름을 딴 "웨버"는 자속의 단위이다). 그는 국가사회주의 독일 노동자당의 초기 당원이었으며, 나치 독일 시대에는 비과학적인 "독일 물리학(Deutsche Physik)"을 제창하며, "유대인 물리학"은 사람을 현혹시키는 잘못된 학문이라고 무시했다. 이는 주로 알베르트 아인슈타인의 상대성 이론을 지칭하는 말이었다. 아돌프 히틀러의 과학 고문으로서, 나치의 독일 물리학 부문 대표가 되었다.

1933년에 출판한 "Great Men in science, a History of scientific progress"(과학의 위인들, 과학 발전의 역사)에서 과학자들에 대한 레나르트의 시각을 엿볼 수 있다. 이 책은 에드워드 안드라데의 서문과 함께 영어로 번역되어 제2차 세계 대전 후에도 세계 각지의 대학에서 널리 읽혔다. 레나르트가 아인슈타인이나 퀴리를 그 책에 포함시키지 않은 점에 대해 안드라데는 "이 저자처럼 개성이 강한 사람은 개인적인 판단을 강력하게 주장하는 경향이 있다"고 주석했다. 1954년판 영어판 페이지 xix에는 다음과 같은 출판사의 주석이 있다.

> 레나르트 교수의 과학 선구자에 대한 연구는 깊은 지식과 훌륭한 균형을 보여주고 있지만, 그의 동시대 과학자들에 대해서는 개인적인 편견에 의해 판단이 흔들리는 경향이 있었다. 그가 살아있었다면, 최근 연구에 근거한 개정에 동의하지 않았을 것이다.

6. 수상 경력

* 1896년 럼퍼드 메달 (왕립 학회)
* 1896년 마테우치 메달 (이탈리아 과학 학회)
* 1897년 라 카즈상 (프랑스 과학 아카데미)
* 1905년 노벨 물리학상
* 1932년 프랭클린 메달 (프랭클린 연구소)