[비센의 재미있는 과학 이야기] 2014년 노벨 물리학상
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작성자 석준영 쪽지보내기 메일보내기 홈페이지 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 작성일14-10-21 13:35 조회1,961회 댓글0건관련링크
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일본의 기초과학 능력, 넓은 저변과 오랜 투자가 기반
지난 주에 이어 이번 컬럼에서는 올해의 노벨 물리학상에 관련해서 말씀드리겠습니다. 이번 노벨 물리학상은 1990년대에 청색 LED(발광 다이오드)를 개발한 일본의 아카사키 이사무(85) 나고야대, 메이조대 겸임교수, 아마노 히로시(54) 나고야대 교수, 그리고 일본계 미국인인 나카무라 슈지(60) UC 산타 바바라대 교수에게 수여되었습니다. 이번 노벨 물리학상에 관해서는 세가지 흥미로운 관점에서 그 이야기를 풀어가보고자 합니다.
첫번째는 TV나 스마트폰의 화면재질로 어느 정도는 친숙해서 알고 있는 LED라는 것을, 그것도 그 중에 청색계열을 하나 만들어 낸 것이 과연 노벨상을 받을 만큼 위대한 것인가에 대한 것입니다.
1878년 토마스 에디슨에 의해서 실용적 백열전구가 처음 만들어진 이후, (사실 최초의 전구는 에디슨에 의해 발명된 것은 아닙니다. 에디슨은 실생활에 사용할 수 있을 정도의 수명을 갖는 백열전구를 처음으로 발명했을 뿐입니다.) 빛을 내는 광원으로의 전구는 최근까지도 크게 발전해왔다고 할 수 없었습니다.
지금은 많이 줄어들기는 했지만, 현재까지도 사용되고 있는 백열전구의 원리는 에디슨이 발명한 것과 크게 다르지 않기 때문입니다. 백열전구의 가장 큰 문제점 중에 하나는 에너지 효율이 너무나 낮다는 것인데, 실제 백열전구에 공급되는 전기중 빛을 내는 데에 사용되는 것은 약 5%정도이고, 나머지 95%의 전기는 열에너지로 바뀌어 백열전구를 뜨겁게 달구는데에 낭비되는 것입니다.
조금 우습게 표현하자면, 백열전구는 빛을 내는 전구라기보다는 꽤 밝은 난로라고 이야기하는게 맞을 정도로 대부분의 에너지를 열로 잃어버리는 것입니다. 이러한 에너지 효율을 극복하고자 발명된 것이 형광등이지만, 형광등도 열효율은 고작 15%정도밖에 되지 않습니다.
지난 100여년간 사실상 빛을 내는 광원에 대한 개발은 어떻게 빛을 더 잘 낼 수 있을까보다는 어떻게하면 에너지 효율을 높일 수 있을까에 더 초점이 맞춰져 있었다고 해도 과언이 아니었습니다.
이러한 상황에서 일찌기 좋은 광원일 될 수 있을 것이라 주목받아 온것이 바로 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)라는 화합물 반도체입니다. 사실 LED의 원리는 백열전구가 개발된지 얼마 되지 않은 1907년에 영국의 물리학자 헨리 라운드(Henry Round, 1881-1966)에 의해서 알려졌습니다.
이는 두 가지 다른 원소로 이루어진 화합물의 경계에서 전자가 높은에너지 상태에서 낮은 에너지 상태로 전이되면서 그 에너지 차이를 빛으로 발산시키는, 즉 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하는 반도체의 일종입니다. 이러한 LED는 에너지 효율이 최대 약 40%로 다른 광원에 비해 현저히 높을 뿐 아니라, 상대적으로 매우 적은 전력으로도 구동이 가능하기 때문에 전구로서의 최적의 조건을 갖고 있다고 생각되었습니다. 그럼에도 불구하고 거의 100년에 가까운 세월동안 광원으로 이용되지 못하던 LED가 최근에 와서 널리 사용될 수 있었던 이유가 바로 이번 세 사람이 노벨상을 받게 된 이유입니다.
광원으로 사용되기 위해서는 백색광(햇빛과 같이 일정 색을 띄지 않는 빛)을 낼 수 있어야 하는데, 백색광은 빛의 삼원색인 적색, 녹색, 청색의 빛을 모두 합쳐야만 만들어 낼 수 있고, 또 이렇게 삼원색광이 있어야 모든 색의 빛을 구현할 수 있습니다. 그런데, 기술적인 이유로 적색과 녹색 LED는 가능했지만, 구현불가능했던 청색의 LED를 1990년대에 처음으로 만들어 낸 것이 바로 위에서 말씀 드린 이번에 노벨 물리학상을 받은 세 명의 과학자들입니다.
이들의 연구로 청색 LED가 가능해짐으로써 LED를 이용한 백색광을 만들 수 있었고, 이로써 드디어 LED가 백열전구나 형광등을 대체하여 광원으로 널리 사용 가능해 진 것입니다.
이로서 얇은 TV나 가벼운 스마트폰 개발이 가능해짐은 물론 전기에너지의 효율적 이용이 가능해 짐으로써 전 세계적으로 에너지 절약에 엄청난 기여를 하게 된 것이 인정되어 노벨상을 받게 된 것입니다. 전세계에서 사용되는 전기 에너지 중 약 1/4 정도가 빛을 밝히는 데에 사용된다고 하니, LED가 모든 광원을 대체한다면 앞으로 얼마나 많은 에너지를 절약할 수 있을지 짐작할 수 있습니다.
두번째는 현재 UC 산타바바라 대학의 교수로 재직중인 나카무라 슈지에 대한 이야기입니다. 1992년 니치아 화학공업이라는 중소기업에 연구직으로 근무하던 나카무라 슈지는 질화갈륨이라는 물질을 이용한 청색 LED개발에 성공하는데, 회사는 사원의 발명품은 전적으로 회사의 소유라며 약 20만원 정도에 해당하는 보너스를 지급하고 특허권을 회사가 가져가 버립니다.
이렇듯 기술자의 지적 소유권을 인정해 주지 않는 회사에 실망한 나카무라 슈지는 현재의 미국 대학교수직으로 자리를 옮기고, 얼마 후 미국 시민권을 취득하게 됩니다. 회사에서 퇴사한 후 회사를 상대로 소송을 제기하여 결국 약 80억원정도의 보상을 받는 것으로 소송은 마무리되었지만, 아직도 그는 일본내에서 기술자의 권익을 더 보호해주고 지켜줘야 한다고 목소리를 높이고 있습니다.
이곳 캐나다에서는 상대적으로 연구자의 권익이 존중되는 편에 해당하지만, 한국과 일본은 아직까지도 많은 부분에 있어서 회사의 권익이 우선시 되고 있어서 이번 노벨상 수상으로 슈지 교수의 소송에 관한 이야기들이 더 많이 부각되어 이슈화되고 있다고 합니다.
세번째로 주목해야 할 점은 비록 나카무라 슈지 교수는 특허권에 대한 대립으로 미국 시민권자가 되기는 했지만, 이들 모두 순수 일본에서 공부한 과학자들이라는 것입니다. 이들 뿐만 아니라 이전에 노벨상을 받았던 일본 과학자들의 대부분은 순수 국내파 과학자들이며, 이들 중 몇몇은 아예 영어를 할 줄 모르는 사람들이었습니다. 2008년 노벨상을 받았던 마스카와 도시히데 교수는 수상식 참가를 위해서 처음으로 여권을 만들고, 또 수상소감 또한 일어로 했던 것으로 유명합니다. 그는 어느 인터뷰에서 이렇게 말을 했다고 합니다.
“영어로 된 물리용어는 알지만 영어로 말을 할 수는 없습니다. 하지만, 물리는 할 수 있습니다.” 언어가 중요하지 않다는 것은 아니지만, 실제 더 중요한 부분을 무시한 채 영어에만 몰입식 교육을 지향하는 요즘의 한국의 교육형태를 보면 안타까울 때가 있습니다. 영어로 표현이 안되어 말을 못하는 것이 아니라, 사실은 무엇을 말해야 할지 조차를 모르는 경우가 더 큰 문제라는 것을 인식해야 할 것입니다.
밴쿠버에도 많은 한국학생들이 공부를 하고 있습니다. 조기 유학을 온 학생이던, 이민자로서 밴쿠버에서 살아가는 학생이던, 또는 잠시 어학연수를 온 학생이던, 언어학을 전공하는 분을 제외하고는, 언어란 그저 도구일 뿐, 그 언어를 이용해서 표현해야 할 컨텐츠가 무엇이냐가 더 중요하다는 것을 잊지 말아야 할 것입니다.
그 컨텐츠가 가치있는 것이라면 조금 어눌한 언어라 해서 문제가 되지는 않지만, 아무리 멋진 영어발음을 구사할 수 있다고 하더라도 말하고자 하는 내용이 가치가 없는 것이라면 그 영어 실력은 의미가 없을 수도 있다는 것을 명심해야할 것 입니다. 2008년 노벨 수상소감 발표장에서 도시히데 교수는 당당히 자신의 모국어로 자신의 연구결과와 수상소감을 발표했고, 그것을 번역하는 건 일어를 알아듣지 못하는 사람들의 몫이었습니다. 언젠가 당당히 한국어로 노벨상 수상소감을 발표하는 어느 과학자가 나오기를 꿈꾸며 이번 칼럼을 마칩니다.
석준영 비센학원장
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