2001년 8월 20일, 영국의 천문학자•이론물리학자 프레드 호일 (Fred Hoyle, 1915 ~ 2001) 별세
프레드 호일 경 (Sir Fred Hoyle, FRS, 1915년 6월 24일 ~ 2001년 8월 20일)은 정상우주론을 처음 주장한 것으로 유명한 영국의 천문학자이자 이론물리학자이다.
– 프레드 호일 (Fred Hoyle)
.출생: 1915년 6월 24일, 잉글랜드 웨스트요크셔주 빙글리
.사망: 2001년 8월 20일 (86세), 잉글랜드 도싯주 본머스
.분야: 이론물리학, 천문학
.소속: 케임브리지 대학교
.출신 대학: 케임브리지 대학교 엠마뉴엘 칼리지
.지도 교수: 루돌프 파이얼스, 모리스 프라이스 (Maurice Pryce), 폴 디랙
.주요 업적: 정상우주론, 핵합성
영국의 천문학자, 이론물리학자이다.
정상우주론을 주장하며 빅뱅 우주론과 진화론에 대해 비판적이었던 과학자였지만 역설적이게도 빅뱅이라는 이름을 지어준 인물이기도 하다.
대표작인 《10월 1일은 너무 늦다》를 포함, 20편에 가까운 하드 SF 소설을 쓴 과학자 출신의 SF 작가로도 유명하다.
○ 생애 및 활동
잉글랜드의 웨스트요크셔주에 있는 빙글리 (Bingley, West Yorkshire)에서 태어나 케임브리지 대학교에서 수학했다.
1940년 스물다섯 살 때 영국군에 입대하여 레이더 연구에 참여했고, 이후 미국으로 건너가 맨해튼 프로젝트에 참여해 핵반응을 처음 배웠다.
전쟁이 끝난 후 케임브리지 대학교로 돌아온 호일은 10년 동안 별에서 진행되는 핵반응 연구에 몰입했다.
1967년부터 1973년까지 케임브리지 대학교 천문학 연구소 (Institute of Astronomy, Cambridge) 초대 연구소장을 지냈다.
- 업적
1954년 케임브리지 대학교 세인트존스 칼리지 강사로 재직할 때, 삼중 알파 과정이라는 매커니즘을 통해 헬륨이 탄소로 변하는 핵융합 반응을 처음으로 상술했다.
오래된 별의 중심에서 헬륨-4 (알파입자)가 농축되고, 충돌하는 두 알파입자는 쉽게 융합해 4개의 양성자와 4개의 중성자를 포함하는 베릴륨-8을 형성한다. 베릴륨-8에 알파입자 하나를 추가하면 탄소-12가 된다.
그러나 베릴륨-8은 극도로 불안정해 1000조 분의 1초도 안 되는 찰나에 더 작은 조각으로 분해된다. 따라서 본래 탄소-12는 자연상태에서 존재하기 어렵다. 하지만 여러 과학자들의 측정에 따르면 우주에서 탄소는 4번째로 풍부한 원소이다. 이러한 모순은 자연의 우연이 해결하는데, 탄소-12의 핵은 7.68메가볼트의 에너지량에 공명하는 특성이 있기에 베릴륨-8이 붕괴하는 것보다 훨씬 빨리 알파입자를 낚아챌 수 있다. 호일은 적당한 조건 아래에서 삼중 알파 과정이 일어나 탄소-12 생성 속도가 약 10억 배 증가할 수 있다고 추정했다. 이런 조건을 호일 상태라 하는데, 나중에 호일 상태의 존재가 실제로 확인되면서 호일은 천제 물리학의 총아로 떠올랐다.
한편, 호일은 우주 안의 물질과 에너지가 없어지면 그만큼 계속 대체되어 정상 상태를 유지한다는 우주 이론인 정상우주론을 옹호했다. 그는 빅뱅 이론에 대해서는 강하게 반대했지만, 아이러니하게도 ‘빅뱅’이라는 이름을 붙인 사람도 그였다. 이후 우주 마이크로파 배경의 발견으로 정상우주론이 폐기되자, 그는 핵합성에 대한 이론에 관한 연구에 몰두했다.
그는 기존 이론에 대한 끊임없는 도전자이기도 했다. 지구상의 생명체가 우주에서 비롯했다는 범종설을 옹호했고, 이를 확장하여 혜성에서 온 바이러스가 생명의 시초라고 주장했다. 전 세계적인 바이러스 전염병의 주범이 우주에서 온 바이러스라고도 목청을 높였다. 또한 호일은 석유와 천연가스가 지구 맨틀 깊숙한 곳에서 비생물적 과정을 통해 생겼다는 가설을 강하게 고집했다. 사사건건 기존 학설에 도전하는 까닭을 묻자, 호일은 답했다. “옳지만 지루한 것보다 틀렸어도 흥미로운 것이 낫다.”
- 말년과 논쟁
프레드 호일은 케임브리지에서 은퇴한 후 과학 대중화와 공상 과학 소설을 쓰기 시작했다. 그는 세계에서 가장 유명한 망원경 중 하나인 호주에 있는 4미터 너비의 앵글로-오스트레일리아 망원경의 기획 위원회에서 일했다. Hoyle은 또한 생명이 지구에서 시작되었다는 생각에 대한 강력한 반대자가 되었다. 대신 그는 그것이 우주에서 온 것이라고 제안했다. “판스페르미아”라고 불리는 이 이론은 우리 행성의 생명의 씨앗이 혜성에 의해 전달되었을 수 있다고 말한다. 나중에 Hoyle와 동료 Chandra Wickramasinghe는 독감 유행이 이런 식으로 지구에 가져올 수 있다는 아이디어를 발전시켰다. 이러한 아이디어는 그다지 인기가 없었고 Hoyle은 이를 발전시키기 위해 대가를 치렀다.
1983년 Fowler와 천문학자이자 천체물리학자인 Subrahmanyan Chandrasekhar는 항성 핵합성 이론에 대한 연구로 노벨 물리학상을 수상했다. Hoyle는 그 주제의 중요한 개척자였음에도 불구하고 상에서 제외되었다. Hoyle의 동료 대우와 외계 생명체에 대한 그의 관심이 노벨 위원회에 그의 이름을 상에서 제외할 핑계를 제공했을 수 있다는 추측이 많이 있다.
프레드 호일 (Fred Hoyle)은 마지막 몇 년을 잉글랜드 레이크 디스트릭트 (Lake District)에 있는 그의 마지막 집 근처의 황무지에서 책을 쓰고, 연설을 하고, 하이킹을 하면서 보냈다.
1997년에 특히 심한 낙상 후 건강이 악화되었고 2001년 8월 20일 일련의 뇌졸중으로 사망했다.
- 상훈
기사작위 (Knight Bachelor) 서임 (1972)
메이휴 상 (1936)
스미스 상 (1938)
칼링가 상 (1967)
RAS 금메달 (1968)
브루스 메달 (1970)
로열 메달 (1974)
클럼프케-로버트 상 (1977)
크라포르드 상 (1997)
○ 정상우주론 (定常宇宙論, Steady State theory, Infinite Universe theory, continuous creation)
호일이 주장한 정상 우주론은 우주는 팽창하고 진화하지만 밀도와 온도는 일정하게 계속되고, 팽창 하면서 새로운 물질이 생성된다는 이론이다.
정상우주론 (定常宇宙論, Steady State theory, Infinite Universe theory, continuous creation)은 ‘우주는 시간과 공간에 관계없이 항상 변하지 않는다’는 이론이며, 우주가 시작도 끝도 없이 영원히 존재하며 그 안에서 새로운 물질을 꾸준히 만들어내고 일정부분 팽창한다는 가설이다. 대폭발 이론과 반대되는 이론으로서 20세기 중반까지 지지를 받았으나, 우주 마이크로파 배경의 관측과 함께 사장되었다.
- 아인슈타인의 일반 상대성 이론으로 설명한 정적우주론
일반 상대성 이론을 완성한 알버트 아인슈타인은 우주는 불변한다고 생각하여 정적 우주론에 대한 연구를 진행하였다. 아인슈타인은 일반 상대성 이론으로 유한하고 정적인 우주를 설명하기 위해 다음과 같은 두 가지 전제를 내세웠다.
첫 번째는 ‘우주는 전체적으로 균질하고 등방하다’는 것이다. 즉, 우주는 중력 때문에 부분적으로는 휘어진 공간이 있을지라도 전체적으로는 어느 부분이나 동일하다는 것이다. 이는 만약 어느 한 부분의 밀도가 주변보다 높다면 우주는 그곳을 중심으로 수축될 것이기 때문이다.
두 번째는 ‘우주는 전체적으로 정지되어 있고 그 평균 밀도는 시간에 따라 변하지 않는다’는 것이다. 이는 첫 번째 전제와 함께 우주의 모습은 영원히 지속된다는 것을 의미한다. 아인슈타인은 이 두 가지 전제를 바탕으로 팽창도 수축도 하지 않는 우주의 모습을 주장했다.
그러나 아인슈타인은 한 가지 고민에 빠졌다. 아무리 우주가 균질하여 밀도의 변화가 없다고 하더라도 그의 중력장 방정식을 적용하면 우주는 자체의 질량 때문에 수축한다는 것이다. 우주가 정상 상태이고 미래에도 그 모습을 계속 유지하려면 중력 때문에 수축되는 것을 막아 줄 반대 방향의 힘이 필요했다. 그래서 그는 중력장 방정식에 미는 힘을 나타내는 우주상수를 도입하여 이러한 문제점을 해결하려고 했다.
○ 저서
- Non-fiction
The Nature of the Universe – a series of broadcast lectures, Basil Blackwell, Oxford 1950 (early use of the big bang phrase)
Frontiers of Astronomy, Heinemann Education Books Limited, London, 1955. The Internet Archive. HarperCollins, ISBN 978-0060027605
Burbidge, E.M., Burbidge, G.R., Fowler, W.A. and Hoyle, F., “Synthesis of the Elements in Stars” Archived 24 June 2016 at the Wayback Machine, Revs. Mod. Physics 29:547–650, 1957, the famous B2FH paper after their initials, for which Hoyle is most famous among professional cosmologists.
Astronomy, A history of man’s investigation of the universe, Crescent Books, Inc., London 1962, LCCN 62-14108
Of men and galaxies, Seattle University of Washington, 1964, ASIN B0087VKR70
Galaxies, Nuclei, and Quasars, Harper & Row, Publishers, New York, 1965, LCCN 65-20996
Nicolaus Copernicus, Heinemann Educational Books Ltd., London, p. 78, 1973
Astronomy and Cosmology: A Modern Course, 1975, ISBN 0-7167-0351-3
Energy or Extinction? The case for nuclear energy, 1977, Heinemann Educational Books Limited, ISBN 0-435-54430-6. In this provocative book Hoyle establishes the dependence of Western civilization on energy consumption and predicts that nuclear fission as a source of energy is essential for its survival.
Ten Faces of the Universe, 1977, W.H. Freeman and Company (San Francisco), ISBN 0-7167-0384-X, ISBN 0-7167-0383-1
On Stonehenge, 1977, London : Heinemann Educational, ISBN 978-0-435-32958-7; San Francisco: W.H. Freeman and Company, ISBN 0-7167-0364-5, 0-7167-0363-7 pbk.
Lifecloud – The Origin of Life in the Universe, Hoyle, F. and Wickramasinghe C., J.M. Dent and Sons, 1978. ISBN 0-460-04335-8
Diseases from Space (with Chandra Wickramasinghe) (J.M. Dent, London, 1979)
Commonsense in Nuclear Energy, Fred Hoyle and Geoffrey Hoyle, 1980, Heinemann Educational Books Ltd., ISBN 0-435-54432-2
The big bang in astronomy, New Scientist 92(1280):527, 19 November 1981.
Ice, the Ultimate Human Catastrophe,1981, ISBN 0-8264-0064-7 Snippet view from Google Books
The Intelligent Universe, 1983
From Grains to Bacteria, Hoyle, F. and Wickramasinghe N.C., University College Cardiff Press, ISBN 0-906449-64-2, 1984
Evolution from space (the Omni lecture) and other papers on the origin of life 1982, ISBN 0-89490-083-8
Evolution from Space: A Theory of Cosmic Creationism, 1984, ISBN 0-671-49263-2
Viruses from Space, 1986, ISBN 0906449936
With Jayant Narlikar and Chandra Wickramasinghe, The extragalactic universe: an alternative view, Nature 346:807–812, 30 August 1990.
The Origin of the Universe and the Origin of Religion,1993, ISBN 1-55921-083-4
Home Is Where the Wind Blows: Chapters from a Cosmologist’s Life (autobiography) Oxford University Press 1994, ISBN 0-19-850060-2
Mathematics of Evolution, (1987) University College Cardiff Press, (1999) Acorn Enterprises LLC., ISBN 0-9669934-0-3
With G. Burbridge and Narlikar J.V. A Different Approach to Cosmology, Cambridge University Press 2000, ISBN 0-521-66223-0
- Science fiction
The Black Cloud, 1957
Ossian’s Ride, 1959
A for Andromeda, 1962 (co-authored with John Elliot)
Fifth Planet, 1963 (co-authored with Geoffrey Hoyle)
Andromeda Breakthrough, 1965 (co-authored with John Elliot)
October the First Is Too Late, 1966
Element 79 (collection of short stories), 1967
Rockets in Ursa Major, 1969 (co-authored with Geoffrey Hoyle)
Seven Steps to the Sun, 1970 (co-authored with Geoffrey Hoyle)
The Inferno, 10/1973 (co-authored with Geoffrey Hoyle)
The Molecule Men and the Monster of Loch Ness, 1973 (co-authored with Geoffrey Hoyle)
Into Deepest Space, 1974 (co-authored with Geoffrey Hoyle)
The Incandescent Ones, 1977 (co-authored with Geoffrey Hoyle)
The Westminster Disaster, 1978 (co-authored with Geoffrey Hoyle and Edited by Barbara Hoyle)
Comet Halley, 11/1985
The Frozen Planet of Azuron, 1982 (co-authored with Geoffrey Hoyle)
The Energy Pirate, 1982 (Ladybird Books, co-authored with Geoffrey Hoyle)
The Planet of Death, 1982 (Ladybird Books, co-authored with Geoffrey Hoyle)
The Giants of Universal Park, 1982 (co-authored with Geoffrey Hoyle)
참고 = 위키백과
크리스천라이프 편집부