[물리] 라우에 반점

 막스 테오도어 펠릭스 폰 라우에(1879~1960)는 독일의 이론 물리학자이다. 스트라스부르, 괴팅겐, 베를린 등 여러 대학을 졸업하고, 뮌헨, 취리히, 프랑크푸르트 등 여러 대학의 교수를 역임하였다. 1912년 결정체에 의한 X선 회절을 이론적으로 다루어, X선의 이용 및 결정체 연구에 새로운 장을 개척하여 2년 뒤 노벨 물리학상을 받았다.

그는 광학, 결정학, 양자 이론, 초전도 이론, 상대론 등에도 기여했으며, 2차 세계대전 이후 독일 물리학계의 부활에 앞장섰다.

 

 

 

 그의 가장 위대한 업적인 라우에 반점(라우에 무늬)에 대해 알아보도록 하자. 1912년 어느 날 라우에가 친구 아르놀트 조머펠트(독일의 이론 물리학자; 조머펠트의 금속전자론이 유명하다)를 만나러 갔는데, 마침 그는 파울 에발트(X선 간섭 이론을 구체화)와 분자 실험들의 특징에 관해 토론하고 있었다. 이때 라우에는 결정체의 구조가 원자의 배열로 인해 3차원의 회절 격자나 결정 격자처럼 되어 있다는 사실을 알게 되었고 이를 연구하기 시작했다.

 

 당시에는 X선이 전자기 스펙트럼이라는 것과 파장이 가시광선보다 짧다는 사실이 증명되지는 않았다. 그런데 라우에는 만약 X선이 실제로 가시광선보다 더 짧다면 그것이 회절 격자의 결정형을 통해 드러날지도 모른다는 가설을 세우게 된다. 갑자기 그는 X-선을 결정 격자에 쏘면 어떤 현상이 벌어질 것인가 하는 생각이 들었다. 만약 X-선이 아주 짧은 파동이라면 아주 규칙적인 원자 배열로 이루어진 결정 격자를 통해서 나오는 밝고 어두운 회절 무늬를 얻을 수 있지 않을까 하고 생각했다.

라우에는 작은 구멍을 통해 황산아연 결정체에 X선을 쬐었다. 결정체의 뒤에는 감광판을 놓았다. 그러자 놀랍게도 감광판에는 아름답게 대칭을 이루는 형태가 나타났다.

 

 

  X선 회절 기술이 중요한 이유는 분자의 원자 구조를 해명했기 때문이다. 라우에의 발견은 X선 결정학의 토대가 되었다. 알베르트 아인슈타인은 라우에의 발견을 두고 "물리학에서 가장 아름다운 발견 가운데 하나"라고 했다. 라우에는 이 놀라운 공로를 인정받아 2년 만에 노벨상을 수상했다.

 

 라우에가 진행한 연구의 중요성은 금세 인정받았으며 실제로 대단한 반향을 불러일으켰다. 브래그 부자는 브래그의 법칙을 발견하는 등 X선 결정학의 기틀을 잡았다. 또한 모리스 드브로이는 X선 분광학을 개발했고, 이것을 헨리 모즐리가 곧바로 활용하여 원소의 주기율표를 개정했다. 라우에의 발견이 엄청난 과학의 발전을 가져온 것이다.