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|  | 톰슨 |  | |
| 영국의 물리학자.
전자를 발견함(1897)으로써 원자구조에 대한 지식을 혁명적으로 변화시키는 데 공헌했다. 1906년 노벨 물리학상을 받았고 1908년 기사작위를 받았다.
교육과 초기 경력
그의 아버지는 맨체스터 근교에서 서적을 판매하는 사람이었다. 겨우 14세에 지금은 빅토리아대학교가 된 맨체스터의 오웬스 칼리지에 들어갔다. 당시 대부분의 대학과 달리 오웬스 칼리지는 몇몇 실험 물리학 강좌를 개설했는데, 톰슨에게는 행운이었다. 1876년 케임브리지대학교 트리니티 칼리지에서 주는 장학금을 받았으며 여생을 케임브리지에 머물렀다. 1880년 수학학사학위를 받은 후 캐번디시 연구소에서 실험 연구를 할 기회를 가지게 되었다. 그는 전자기학 이론도 발전시키기 시작했다. J.C. 맥스웰이 설명한 것처럼 전기와 자기는 상호관련이 있고, 둘 중 한쪽에 양적인 변화가 일어나면 다른 한쪽에는 이에 상응하는 변화가 일어났다.
톰슨의 업적은 과학자 사회에서 곧 인정되어 1884년 런던 왕립학회의 회원으로 선출되었고 캐번디시 연구소의 물리학교수가 되었다. 그는 물리학의 역사에 있어 중대한 시점에서 물리학을 연구하기 시작했다. 19세기에 전기·자기·열역학에서의 위대한 발견 이후 1880년대의 많은 물리학자들은 소진된 광산처럼 물리학이 끝에 도달했다고 말하고 있었다. 그러나 1900년경 이러한 생각은 구식 보수주의자들만의 것이 되었고, 1914년경 새로운 물리학이 이미 존재하여 대답할 수 있는 것보다 더 많은 질문을 제기했다. 새로운 물리학은 그것에 몰두할 만큼 운이 좋고 무한한 가능성을 인식하고 있던 사람들에게 매우 흥미로운 것이었다. 아마도 이 변화에 관련되어 있던 위대한 과학자들은 5명을 넘지 않을 것이며, 모든 사람들이 같은 이름을 꼽지는 않겠지만 대부분의 사람들은 톰슨을 다섯 손가락 안에 포함시킬 것이다.
전자의 발견
톰슨은 자신의 가장 중요한 일련의 연구를 통해 1897년 모든 물질은 그 원천이 무엇이든 같은 종류의 입자들을 포함하고 있고 이 입자는 원자보다 훨씬 더 가볍다는 결론을 얻었다. 이 연구는 1896년 프린스턴대학교에서 강연했을 때를 제외하고는 중단된 적이 없었다. 그는 이 입자를 미립자라 불렀지만 지금은 전자로 불리고 있다. 그의 발견은 음극선의 본질에 대한 오랜 논쟁을 해결하려는 시도에서 비롯된 것이었는데, 음극선은 대부분 공기나 다른 기체를 빼낸 용기를 통해 전류를 흘려줄 때 일어난다. 당시 독일의 거의 모든 물리학자들은 이 가시광선이 에테르(당시 모든 공간에 충만해 있다고 믿어지던 무게 없는 물질)에서 일어난다고 생각하고 있었으나 정상 광선이나 최근에 발견된 X선과는 다른 것이었다. 한편 영국과 프랑스의 물리학자들은 가시광선이 전하를 띤 입자라고 믿었다. 톰슨은 개량된 진공기법을 이용해 가시광선이 입자들로 구성되어 있다는 주장을 설득력 있게 제시할 수 있었다. 더 나아가 이 광선은 방전이 일어나고 있는 기체의 종류나 또는 도체로 사용된 금속의 종류에 상관 없이 같은 입자, 즉 미립자로 구성되어 있는 것으로 보였다. 미립자가 모든 종류의 물질 속에 존재한다는 톰슨의 결론은 이후 3년 동안 더욱 강화되었는데, 이때 그는 같은 특성이 있는 미립자가 다른 방법, 예를 들어 고온의 금속으로도 만들어질 수 있다는 것을 발견했다. 전자의 크기와 수에 비추어볼 때 ´깎아내었다´는 말이 더 적절한 말이지만 톰슨은 처음으로 ´원자를 쪼갠 사람´이라 할 수 있을 것이다. 어떤 원자는 많은 전자를 포함하지만 그 총질량은 원자의 1/1,000에도 미치지 못한다.
19세기말에 이르러 대부분의 과학 분야에서는 톰슨의 광범위한 발견을 완전히 받아들이게 되었다. 1903년 예일대학교의 실리만 강좌를 통해 자연 현상에서 원자구성입자들의 형태에 대한 그의 견해를 상세히 설명할 기회를 갖게 되었을 때, 그는 빛의 불연속 이론을 제안했다. 그의 가설은 아인슈타인의 후기 광자 이론을 예시한 것이었다. 1906년 기체의 전기 전도율에 대한 연구로 노벨 물리학상을 받았다. 1908년 기사 작위를 받았으며 1909년 영국과학진흥협회의 회장이 되었다. 1912년 메리트 훈장을 받았다.
톰슨은 연구 자체에만 몰두하는 과학자는 아니었다. 그는 과학자로서 유용한 많은 연구 결과를 내는 동시에 캐번디시 연구소의 매우 성공적인 관리자이기도 했다(이곳에서 R.E. 패짓를 만났으며 그들은 1890년 결혼했음). 그는 연구계획을 시행했을 뿐만 아니라 대학교나 칼리지의 지원을 거의 받지 못한 상태에서 주로 학생들이 낸 수업료를 연구소 건물을 2채 더 짓는 데 출자했다. 왕립학회가 영국의 모든 대학교와 과학분야를 지원하는데 쓰는 약체 정부보조금의 일부를 받은 것을 제외하고는 캐번디시 연구소는 다른 어떤 정부보조금도 받지 못했고 자선단체나 산업체로부터의 기부금도 없었다. 헌신적인 한 부원의 기증으로 톰슨의 양극선 연구에 필수적인 작은 액체-공기 기계를 구입할 수 있었는데, 그의 양극선 연구는 최근 발견된 원자핵에 대한 지식을 크게 증대시켰다. 물리학에 있어서의 그의 업적은 자신이 이룩한 연구만큼이나 다른 사람들의 연구를 크게 자극시켰다는 데 있다. 1895~ 1914년에 일군의 사람들이 세계 각국에서 왔고 그 밑에서 연구한 뒤 많은 사람들이 외국에서 교수가 되었다. 그의 제자들 중 7명이 노벨 물리학상을 받았다. 톰슨은 가르치는 의무를 매우 진지하게 생각했으며 정규적으로 오전에 초급반 강의를, 오후에 대학원 강의를 했다. 그는 가르치는 일이, 당연하게 여겨질 기본 개념을 재고하게 해주기 때문에 연구자에게 도움이 된다고 생각했다. 그는 결코 새로운 연구분야에 참여하려는 사람에게 기존의 연구결과를 읽고 시작할 것을 권하지 않았다. 먼저 자신의 개념을 명확하게 한 후에 기존의 연구들을 읽는 것이 현명하다고 생각했는데, 그렇게 함으로써 자신의 생각에 변화를 줄 만큼 크게 영향을 받지 않고 다른 사람의 연구보고를 읽을 수 있다고 생각했다.
톰슨은 정치, 신간 소설, 드라마, 대학 스포츠, 과학의 비기술적 측면 등 과학 이외의 분야에도 광범위한 관심을 보였다. 운동선수는 아니었지만 케임브리지 크리켓과 럭비 팀의 열렬한 팬이었다. 그러나 물리학 외에 그의 가장 큰 관심은 식물에 있었다. 그는 시골길을 오래 걷는 것을 좋아했는데, 특히 케임브리지 근교의 구릉지역을 산책하면서 자신의 정교한 정원을 꾸미기 위해 희귀한 식물표본을 찾기도 했다. 1918년 트리니티 칼리지의 학장이 되었고 죽을 때까지 이 자리에 있었으며, 이때문에 톰슨은 과학 이외의 분야에 관심을 가진 젊은이들을 만날 기회가 있었다. 그는 이러한 만남을 즐겼고 많은 새로운 친구들을 사귀었다.
평가
톰슨은 원자 물리학을 현대 과학으로 정착시킨 인물이다. 지금까지도 계속되고 있는 핵 조성에 대한 연구와 더 나아가 소립자들을 확인해내는 일은 모두 그의 뛰어난 업적인 1897년의 전자발견에 뒤이어 일어난 일이었다. 이 새로운 물리학은 대답할 수 있는 것보다 더 많은 이론적인 문제를 제기해왔지만, 처음부터 공학이나 산업에 빠르게 응용되었다.
G.P. Thomson 글
by http://preview.britannica.co.kr/spotlights/nobel |
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