| 헤라르뒤스 엇호프트의 주요 수상 이력 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| <colbgcolor=#000><colcolor=#fff,#ddd> 헤라르뒤스 엇호프트 Gerardus 't Hooft | |
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| 출생 | 1946년 7월 5일 ([age(1946-07-05)]세) |
| 네덜란드 노르트홀란트 덴헬더르 | |
| 국적 | [[네덜란드|]][[틀:국기|]][[틀:국기|]] |
| 직업 | 이론물리학자 |
| 분야 | 입자이론(양자장론, 끈이론) |
| 학력 | 위트레흐트 대학교 (수학 · 물리학 / 석사) 위트레흐트 대학교 (이론물리학 / 박사[1]) |
| 지도교수 | 마르티뉘스 펠트만 |
| 지도학생 | 로베르트 다익그라프 |
| 경력 | 위트레흐트 대학교 (이론물리학 / 포닥 · 교수[2]) 유럽 입자물리연구소 (이론부서 / 방문연구원) 하버드 대학교 (이론물리학 / 방문연구원) Caltech (이론물리학 / 방문연구원) |
| 서명 | |
| 링크 | |
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1. 개요
네덜란드의 이론물리학자. 분야는 양자장론으로, 게이지 장이 주요 연구 주제이다.2. 생애
1946년 7월 5일 네덜란드 덴헬더르[3]의 학자 집안에서 1남 2녀중 둘째로 출생했다. 아버지는 해양공학자였고, 어머니는 레이던 대학교의 동물학 교수였던 Pieter Nicolaas Van Kenpan의 장녀였다. 외할머니는 1953년 노벨물리학상 수상자였던 프리츠 제르니케의 누이로, 제르니케는 엇호프트의 외외종조부이다.유년기는 헤이그에서 보냈고, 해양공학자였던 아버지는 공학에 대한 꿈을 심어주고자 자동차, 선박공학, 라디오 서적을 선물로 주었다. 8살에는 가족들을 따라서 10개월동안 잠시 런던에서 체류하기도 했는데, 영어를 첫번째 외국어로 습득했다. 잠시 초등학교에 다니기도 했었고, 하루는 시골로 여행을 가서 난생 처음으로 산을 보기도 했었다. 그때 당시 영국에는 Meccano라는 장난감이 유행하고 있었고, 아버지가 Meccano를 사와서 같이 설명서보고 조립했지만, 독창적으로 Meccano를 조립하는것에 더 흥미를 두었다.
Dalton Lyceum이라는 숙제 자료를 탐구하는 방과후 시간이 있는 초등학교에 들어갔고 분위기에 적응을 잘했지만, 다만 고전학을 1년더 배워야했는데, 물리학자였던 삼촌은 물리를 하는데 “고전학은 필요없지만, 그렇다고 방해가 되는 것은 아니다.”라고 조언해준것을 생각해서 고전학을 1년 더 배웠다.
10대 중반에는 네덜란드수학올림피아드에 2번 출전해서 16살에 열렸던 NMO에서 1차를 통과하고, 2차 시험에서 은상을 받았다. 연습이 부족해서 2차는 몇 문제를 못풀었었다고 회상했다.
1964년 시험을 통과하고, 위트레흐트 대학교 물리학과에 입학했다. 아버지의 추천을 따라 위트레흐트 학군단에 들어갔고, 이미 군복무를 한 신입생도 있었던 학군단에서 일탈을 자주해서 고학년 선임에게 과학을 뺀 어떤것이든 흥미를 갖지않는 것에 무시를 당하기도 했다. 다만, 생물학 전공이었던 선임이 전공지식 몇가지를 물어보자 답변에 흡족한 나머지 너는 물리학과가 아닌 생물학과로 가라는 말을 듣기도 했다.
1968년에 물리학과를 졸업할 당시 소립자 물리학을 연구하던 마르티뉘스 펠트만이 지도교수로 부임했는데, 펠트만과의 첫만남 당시 삼촌과 외할아버지가 위트레흐트 대학교의 교수로 재직한 가족력을 삼아서 가족 찬스로 높은 성적을 받았다는 의심을 받아 곤욕을 치렀으나, 펠트만은 양-밀스 게이지 장 이론 및 질량 생성의 원인이 되는 자발적 깨짐 대칭중 골드스톤 모형같은 그 당시에 새로운 이론이었던 양자장론 모델을 소개해주었기도 했다.
1969년부터 박사 졸업까지의 연구주제는 양-밀스장의 재규격화였다. 펠트만의 기존 모델은 중간자가 광자로 분해되지 않는다는 오류가 있었는데, 그 오류의 원인으로 밝혀진 ABJ 변칙이 그의 연구에 영향을 끼쳤다. 1970년 코르시카의 카르제스에서 열린 여름 학교에서는, 자발 대칭 깨짐의 재규격화를 다루는 레비-겔만 모형에 대한 이휘소와 레비, 쥐만치크의 강연을 듣고, 위트레흐트로 돌아와 조절 변수(regulator)를 활용한 경로적분 재규격화 방법론들을 연구해 양-밀스 장에 관한 재규격화를 고안하는 논문을 제출했다.
그와 펠트만의 재규격화 연구는 와인버그와 살람의 표준 모형이 실험적으로 검증 가능하다는 점을 보여주어 많은 실험물리학자들로 하여금 표준모형의 검증에 나서게 했다. 그에 따라 1973년 CERN에서 중성 흐름이 발견되어 표준모형이 증명되기에 이르렀다. 와인버그와 살람의 아이디어를 재규격화를 통해 실험 가능한 형태로 정식화한 공로로 그와 펠트만은 1999년 노벨 물리학상을 받는다.
3. 세부 연구 분야
양-밀스 장의 라그랑지언 포멀리즘 및 경로적분 방법의 재규격화와 강한 CP 대칭성 깨짐을 만족하는 정식화[4]를 연구했다.
양-밀스장의 경로적분의 재규격화 과정에서는 재규격화의 과정중 조절(Regularization)이라는 방법을 채택했다. 1-loop 상호작용의 전파인자를 곱하여 확률진폭을 구하는 과정에서, 로그 형태 적분의 무한대로 발산을 처리하기 위해 전파인자항을 영점을 가진 전파인자와 그외의 전파인자항을 무한대의 발산항으로 두어 그 두 인자로 전파인자를 합으로 쪼개는 PVG 조절(pauli-vilars-gupta regularization)을 차용했고, 통상적인 PVG 조절은 게이지 조건을 만족하지 않기 때문에 PVG 조절의 발산을 조정하는 인수를 아래와 같이 변형했다.[5]
| [math(\displaystyle \sum_{ij} c_{i}c_{j} \to \sum_{ij} c_{i}\delta_{ij})] |
마르튀니스 펠트만과 함께 차원 조절(Dimensional Regularization) 방법론을 처음으로 소개하기도 했다.[6][7] 먼저 적분 차원을 분류하고, 부분 공간을 인수로 가진 아래와 같은 감마함수꼴 복소해석함수로 만들면,
| [math(\displaystyle \int dp \int_{0}^{\infty} d\omega\,\omega^{n-5} \dfrac{2\pi^{\frac{n-4}{2}}}{\Gamma(\frac{n-4}{2})} f(p, \omega^2))] |
이는 적분하면 로그 함수꼴 결과가 나오는데, 여기서 특이점을 제외한 경로에서 수렴한다. 이 조절 방법론은 함수 외부로 발산항을 분리하는 BPH 재규격화(Bogoliubow-Parasiuk-Hepp Renormalization)와 PVG 조절 방법론과는 달리, 적분내부의 공간을 변형하기 때문에 게이지 대칭성을 잘 보존시키는 특징을 가지고 있다.
엇호프트가 펠트만과 함께 고안하고 수정한 조절 방법론들은 발산하는 적분꼴 n-loop 전파인자들을 특이점이 아닌 부분에 수렴시켜서 실험적으로 검증하기 쉽게 변형할수 있다. 위의 방법론으로 전자기약력의 계산적인 규명이 가능함을 보여준것은 1970년대의 이론물리학계에 패러다임을 불러왔으며, 글래쇼, 와인버그, 살람이 주장한 표준모형을 실험적으로 검증하는것에 있어서 중요한 역할을 했다.
다만, 복소해석적으로 차원 조절을 전개하여 적분을 풀면, 복소 변수 값을 0으로 하는 가지점(Branch point)의 contour 좌표계가 직교좌표계로써 곡면 좌표계에 차원 조절을 그대로 적용하기에는 무리가 있다. 따라서 곡면 좌표계의 표현이 가능한 복소해석함수인 제타 함수를 위의 f 함수의 고유값에 활용하여 곡면 좌표계의 차원조절을 유도할수 있다.[8]
4. 연구 사조 및 철학
그의 논문들과 어록을 보면 실험적 증명이 가능한 이론을 냉철하게 추구하는 사조임을 알수 있다. 즉, ad hoc적인 이론이나 형식주의에 대해 철저하게 과학주의적으로 비평한다. 사실 이는 고등학교 실험과학 교과서에서도 간접적으로 언급되는 것으로 특별한것은 아니다. 보어, 디랙, 파인만같은 20세기 이론물리학계의 거물들 또한 이론은 실험적 증명이 바탕돼어야함을 철저하게 주장했었다. 다만, 수학적 방법론을 거의 종교로 신봉할정도로 주장하는 일부의 수리물리학자들이 21세기 입자이론계 거물의 냉철한 사조를 어떻게 받아들일지가 문제이지만.또한 사조를 공식적인 학계에 거침없이 드러내는데 적극적이다. 1978년 쿼크 가둠(quark confinement) 상전이 주제의 논문의 서론에서 다음과 같이 발췌한 대목은 그의 저작중에 사조가 가장 여지없이 드러난 부분중 하나일것이다.
Preconceived notions from everyday experiences may have to be rejected if they are not confirmed by observations….
Any theory is acceptable as soon as it combines different observations into one self-consistent mathematical scheme.
In the light of this philosophy many physicists nowadays are reluctant to accept the new quark theory of hadrons….
The idea that an infinite potential well keeps those quarks permanently together may seem a little ad hoc…. In our opinion, that is the worst way to extrapolate from past experiences.
Any theory is acceptable as soon as it combines different observations into one self-consistent mathematical scheme.
In the light of this philosophy many physicists nowadays are reluctant to accept the new quark theory of hadrons….
The idea that an infinite potential well keeps those quarks permanently together may seem a little ad hoc…. In our opinion, that is the worst way to extrapolate from past experiences.
또한 끈이론이 실험적으로 관찰이 힘들다는것에 대해 다음과 같은 의견을 내었다.
"나는 끈 이론을 '이론'이나 '모형'으로 부르고 싶지 않다. 그것은 일종의 '직감'에 지나지 않는다. 물리학 이론이라면 입자의 질량이나 전하를 계산하는 등 물리적 대상을 서술하는 정량화된 규칙이 있어야 하며, 그로부터 일어나는 현상을 예측할 수 있어야 한다. 내가 당신에게 의자를 준다면서 "다리는 아직 달지 않았습니다. 그리고 밑창과 등받이, 손걸이는 곧 배달될 것입니다"라고 한다면, 당신은 "의자를 받았다"고 말할 텐가?"
이외에도 명성에 따르지 않는 철저한 비평주의를 추구한다. 그 연구의 저자가 아무리 대단한 석학일지라도. 그의 개인 홈페이지에 들어가보면 좋은 이론물리학자와 나쁜 이론물리학자가 되는 법에 대한 게시물이 올라와 있는데, 좋은 물리학자가 되는 법중 하나로 파인만, 디랙, 아인슈타인같은 스타물리학자를 마치 성인으로써 받아들이지 않는게 중요하다고 언급했다.
5. 기타
- 언제는 초등학교 학우가 “라디오가 어떻게 작동되는지 이해하는 사람은 이 세상에 아무도 없다”라고 말한것을 들은적이 있는데, 이를 반박하고자 라디오에 들어가는 모든 부품들이 작동하는 원리를 체득했다.
- 10살때는 피아노를 배웠는데, 계기는 남동부 벨기에의 펜션으로 놀러갔을때, 피아노와 악보책이 있었는데 부모님이 어떻게 보는지 알려준다음 흥미가 생겨 교사를 따로 초빙해서 배웠다. 꽤 엄격하게 지도하긴 했지만, 양손으로 치는것을 배우지 않은채 양손으로 칠수 있게 되어 교사를 놀라게 했다.
- 2022년부터 뤼터 내각에서 교육문화과학부 장관을 역임하기 시작한 수리물리학자 로베르트 다익그라프(Robbert Dijkgraaf)의 박사 과정 지도 교수였다.
- 2022년 러시아의 우크라이나 침공에 규탄하는 서한에 노벨물리학상 수상자 명의로 참여했다.
[1] 박사 학위 논문 : The Renormalization Procedure for Yang-Mills Fields = 양-밀스 장의 재규격화 절차(1972).[2] 현 석좌교수.[3] 네덜란드 해군 본부가 위치해 있는 것으로 유명하다.[4] 후에 페체이와 퀸의 CP 대칭성 보존 정식화의 제약 조건의 구축에 사용되었다.[5] Renormalization of Massless Yang-Mills Field, Nucl. Phys. B 33, (1971) 177.[6] Regularization and Renormalization of Gauge Fields, Nucl. Phys. B 44, (1972) 189.[7] 영문 위키피디아에서는 카를로스 볼리니와 후안 지암비아지가 소개했다고 나와있다. 물론, 서로의 논문에는 독립적으로 아이디어를 서술한 논문이 있다고 언급되나, 볼리니와 지암비아지는 다소 짧게 추가적인 정리 및 QED의 적용 위주로 서술했을뿐더러, 학계에 publish되어 정식적으로 소개된 시기는 엇호프트와 펠트만의 논문보다 4개월후이다.[8] S. W. Hawking, Zeta Function Regularization of Path Integrals in Curved Spacetime, Commun. Math. Phys. 55, 133 (1977).