상하이방

매년 총 6개 분야의 사람들에게 수여되는 노벨상. 그 중 하나가 노벨 물리학상이다. 노벨 물리학상은 스웨덴 왕립 과학원에 의해 수여되는 상으로 독일의 빌헬름 콘라트 뢴트겐가 1901년에 최초로 수상했다.
그 동안의 노벨물리학상 수상자들을 보면 이론을 발표하고 몇십년이 지난 후에야 수상을 하는 경우도 많고 심지어는 죽고 나서 수상을 하는 경우도 있었다. 이는 사람들이 그 과학자의 업적을 이해하고 받아들이기까지의 시간이 오래 걸리기 때문이다.
2016년 노벨물리학상은 데이비드 사울리스(David Thouless), 던컨 홀데인(Duncan Haldane),마이클 코스털리츠 (J. Michael Kosterlitz) 총 3 명이 공동수상 했다.

데이비드 사울리스(David Thouless)
1934년생 영국의 물리학자이자 대학 교수로, 영국 스코틀랜드의비어스덴에서 태어나 윈체스터(Winchester) 대학에 입학하고 1955년에는 케임브리지대학교 트리니티홀칼리지에서 학사 학위를 취득했다. 또한 미국 코넬대학교에서 한스 베테(1967년 노벨물리학상 수상자)의 지도를 통해 <핵물질 이론의 섭동방법 응용 The application of perturbation methods to the theory of nuclear matter>이라는 논문을 썼고 박사 학위를 취득했다. 그 후 1965년 버밍엄대학교 수리물리학과 교수로 첫 교수직을 임명 받았고, 1979~1980년 예일대학교 응용과학 교수를 거쳐 1980년부터 현재까지는 워싱턴대학교 물리학과 교수로 재직 중이다.
던컨 홀데인(Duncan Haldane)
1951년생 영국의 물리학자로 프린스턴 대학교의 유진 히긴스 물리학 교수이자, 페리미터 이론 물리학 연구소의 석좌 연구 학과장이다. 그는 세인트폴스쿨(St. Paul's School)을 졸업하고 1973년케임브리지대학교 크라이스트칼리지에서 학사 학위를 취득했다. 1978년에는 동 대학교 대학원에서 필립 앤더슨(1977년 노벨물리학상 수상)의 지도로 <혼합 원자가희토류 물질 모델로서의 앤더슨 모델의 확장>이라는 논문을 써 박사 학위를 취득했다. 그 후 프랑스의 라우에-랑주뱅연구소 연구원, 서던캘리포니아대학교 물리학과 조교수, 벨연구소 연구원, 캘리포니아대학교 샌디에이고캠퍼스의 물리학과 교수로 경력을 쌓고, 1990년부터 현재까지 프린스턴대학교 물리학과 교수로 재직 중이다.
마이클 코스털리츠(J. Michael Kosterlitz)
1942년생 영국의 물리학자로 대학교 교수이다. 그는 1965년 케임브리지대학교 곤빌앤드케이스칼리지에서 학사 및 석사 학위를 취득하였고 1969년에는 〈강한 상호작용 물리학의 문제 Problems in strong interaction physics〉라는 논문을 써 박사 학위를 취득했다. 그 후론 이탈리아의 토리노대학교에서 박사후 과정을 마치고 1970년에는 버밍엄대학교를, 1973년에는 코넬대학교를 통해 지식을 쌓고 1974년 버밍엄대학교의 교수로 임명되었다. 1982년부터 현재까지는 브라운대학교 물리학과 교수로 재직 중 이며, 핀란드 알토대학교(Aalto University)의 방문연구원으로써도 자리매김 했다. 또한 그는 2003년부터 2013년까지 10년동안 한국고등과학원(KISA) 계산과학부 방문교수로도 지냈었다.

이들은 그 동안 주목 받지 못했던 1,2차원 상전이와 물질의 위상의 이론적인 발견을 한 것을 높이 평가 받았다. 특히 왕립학술원은 올해 노벨 물리학상을 받은 세 학자가 미지의 세계에 대한 창을 열었다며 이들의 연구를 통해 물질의 새로운 단계에 관한 탐구가 진해되고 있다고 칭찬했다. 
차원은 물리학에서 가장 중요한 요소 중 하나다. 3차원에서 일어나지 않는 현상들이 2차원으로 내려오면서일어나는 경우가 있다. 양자홀효과가 그 예 이다.

양자홀 효과
이 양자홀 효과를 처음으로 발견한 사람은 1985년 노벨상을 수상한 클라우스 클리칭이다. 그는 2차원 재료를 절대 영도에 가까운 온도와 강한 자기장 같은 조건을 적용했을 때 전기 전도가 특정하고 정확한 값을 취한다는 것을 발견했다. 자기장을 줄일수록 전도는 2배, 3배, 4배로 변했다. 하지만 그 당시 지식부족으로 인해 이러한 정수 적인 변화를 해결하진 못했지만 시간이 지난 후 데이비드 사울리스가 위상수학을 통해 이러한 문제들을 해결했다.

위상수학이란?
위상수학이란 수학의 한 분야로 물체의 변형에도 불변하는 성질에 대하여 연구를 한다. 위상수학에서 가장 중요한 것은 위상적인 물체의 구멍의 개수이다. 예를 들어 도너츠와 커피잔은 둘 다 구멍의 개수가 하나이므로 같고 도넛과 공은 둘 다 구멍이 없으므로 같다.
이를 설명하는 과정에서 수상자 발표를 맡은 노벨위원회의 토르스 한스는 시나몬 빵과 구멍이 1개 뚫린 베이글 그리고 2개 뚫린 프렛즐을 사용했다. 그는 이 빵들의 구멍의 개수는 위상불변의 법칙을 따르며 구멍을 반으로 접을 순 없고 빵들을 찌그러뜨리고 구부릴 순 있지만 구멍의 개수를 바꾸는 방법은 빵을 완전히 찢는 방법 밖엔 없다고 설명했다.

이들 중 가장 먼저 연구를 주도한 데이비드 사울리스가 총 상금의 반인 400만 크로나(5억1000만원)를 받고 홀데인과 코스터리츠가 총 상금의 1/4인 200만 크로나(2억5500만원)을 갖게 되었다.
데이비드 사울리스, 던컨 홀데인, 마이클 코스털리츠가 설명한 이론은 지금 엄청난 연구로 이어지고 있다. 이 이론은 신세대 전자제품이나 양자 컴퓨터에서도 유용하게 쓰일 재료와 개념이기 때문에 3명의 물리학자들이 위상수학을 이용해서 닦아놓은 기반이 엄청난 업적인 것을 느낄 수 있다. 그들이 규명해낸 이 이론이 어떠한 연구를 이끌어낼지 또 그 연구들이 앞으로의 물리학에 어떻게 기여할지 많은 사람들의 관심이 쏠리고 있다.

고등부 학생기자 김민경(상해중학 11)