앨버트 에이브러햄 마이컬슨: 아무것도 찾지 못한 사람
1887년 클리블랜드에서 마이컬슨(Albert Abraham Michelson)과 에드워드 몰리(Edward Morley)는 19세기 물리학에서 빛이 파동으로 퍼져나가는 매질로 가정했던 ‘광에테르’를 통해 지구의 움직임을 감지할 만큼 민감한 기기를 제작했습니다. 그들은 어떤 움직임도 발견하지 못했습니다. 이 영(null) 결과는 과학사에서 가장 중요한 결과 중 하나이며, 그는 평생 자신이 해왔던 일, 즉 이전보다 더 정확하게 측정하는 일에 전념했습니다.
스트셸노에서 버지니아시티까지
그는 1852년 12월 19일 당시 프로이센(현재 폴란드)의 스트셸노(Strzelno)에서 태어나 어린 시절 미국으로 이민 온 폴란드계 유대인 가정에서 자랐습니다. 아버지는 가게를 운영했고, 그는 캘리포니아의 머피스 캠프(Murphy's Camp)와 네바다의 버지니아시티와 같은 미국 서부의 거친 광산 마을에서 성장했습니다. 고등학교 시절에는 샌프란시스코의 숙모 헨리에타 레비(Henriette Levy)와 함께 지내며 1869년 공립학교를 마쳤습니다. 여동생 미리엄(Miriam)은 소설가가 되었습니다. 집안은 비종교적이었으며, 마이컬슨은 평생 불가지론자로 살았습니다.
그랜트 대통령의 임명
1869년 그는 율리시스 S. 그랜트(Ulysses S. Grant) 대통령으로부터 미국 해군사관학교 특별 입학 허가를 받았습니다. 4년간의 생도 생활 동안 그는 광학, 열학, 기후학, 제도 기술에서 뛰어난 성적을 거두어 1873년 소위로 임관했습니다. 이후 2년간 서인도 제도에서 해상 근무를 했고, 1875년 애나폴리스로 돌아와 물리학과 화학을 가르쳤습니다.
1877년 그곳에서 수업 중 시연이 그의 평생 직업이 되었습니다. 학생들에게 광속을 측정하는 방법을 보여달라는 요청을 받은 마이컬슨은 장치를 대폭 개선하여 1879년 초 299,910 ± 50 km/s라는 수치를 공식 발표했습니다. 그해 그는 워싱턴의 항해력 사무소(Nautical Almanac Office)로 발령받아 사이먼 뉴컴(Simon Newcomb)과 함께 일했고, 베를린, 하이델베르크, 콜레주 드 프랑스, 에콜 폴리테크닉 등 유럽을 순방한 뒤 군에서 퇴역했습니다.
빛을 쫓아서
광속은 그의 인생의 핵심이었습니다. 1883년 그의 측정값은 299,853 ± 60 km/s였습니다. 1920년부터 1926년까지 그는 윌슨 산 천문대(Mount Wilson Observatory)와 22마일 떨어진 룩아웃 산 사이에 빛을 쏘아 299,796 ± 4라는 결과를 얻었습니다. 이는 젊은 시절 그에게는 상상도 못 할 정밀도였지만, 1925년 샌타바버라 지진으로 기선이 틀어졌을 가능성도 있습니다. 1929년 시작된 그의 마지막 캠페인은 샌타애나 근처의 진공 튜브에서 수행되었습니다. 그는 총 233회의 측정 시리즈 중 36회만을 완료하고 사망했으며, 299,774 ± 11 km/s라는 결과는 그의 사후 4년 뒤인 1935년에 발표되었습니다. 50년에 걸쳐 그는 우주 기본 상수의 불확실성을 초당 50km에서 11km로 줄였습니다.
이를 가능하게 한 것은 그가 직접 만든 기기였습니다. 1881년 그는 간섭계를 제작했습니다. 이는 빛을 두 갈래로 나누어 수직 경로로 보낸 뒤 다시 결합하여, 파장보다 훨씬 작은 경로 길이의 차이를 간섭 무늬로 드러내는 장치입니다.
과학계에서 가장 유명한 영 결과
1883년 클리블랜드 응용과학학교에 임명된 그는 간섭계를 개선했고, 1887년 이웃한 웨스턴 리저브 대학교(Western Reserve University)의 에드워드 몰리와 힘을 합쳤습니다. 논리는 간단했습니다. 지구가 정지된 에테르를 뚫고 나간다면, 진행 방향으로 보낸 빛은 가로질러 보낸 빛보다 돌아오는 데 더 오랜 시간이 걸릴 것이라는 것입니다. 장치를 회전시키면 무늬가 변해야 했습니다.
하지만 무늬는 변하지 않았습니다. 이 실험은 에테르가 존재하지 않음을 증명하는 표준적인 사례로 불립니다. 헨드릭 로런츠(Hendrik Lorentz)는 특수 상대성 이론 수학의 일부가 될 수축 방정식을 고안하며 대응했습니다. 이 실험이 아인슈타인(Einstein)에게 직접적인 영감을 주었는지는 전설만큼 명확하지 않습니다. 아인슈타인 본인은 "그것이 나에게 직접적인 영향을 주었다고 의식하지는 못했다... 그것이 사실이라고 당연하게 여겼던 것 같다"고 말했습니다. 마이컬슨은 에테르를 폐지하려 한 것이 아니라 측정하려 했으며, 자신의 실험이 앞당긴 상대론적 세계관을 완전히 받아들이지는 못했습니다.
시카고와 최초의 미국인 노벨상
1890년 우스터의 클라크 대학교(Clark University)로 옮긴 그는 1892년 신설된 시카고 대학교(University of Chicago)의 창립 교수로 부임하여 1929년 은퇴할 때까지 물리학과 초대 학과장을 역임했습니다. 그는 1900년 미국 물리학회 회장, 1910~11년 미국 과학진흥협회 회장, 1923~27년 미국 국립과학원 회장을 지냈습니다. 제1차 세계대전 중에는 해군에 복귀하여 거리측정기를 설계했으며, 스펙트럼 선을 분리하기 위한 고해상도 장치인 에셸 분광기도 제작했습니다.
1907년 그는 미국인 최초로 노벨 과학상을 수상했습니다. 럼퍼드(1888), 마테우치(1903), 코플리(1907), 엘리엇 크레슨(1912), 헨리 드레이퍼(1916), 왕립학회 앨버트 메달(1920), 쥘 장센 상(1922), 왕립천문학회 금메달 및 프랭클린 메달(1923) 등 수많은 메달이 뒤따랐습니다.
별의 크기를 재다
1920년, 그는 윌슨 산에서 프랜시스 G. 피스(Francis G. Pease)와 함께 태양 외의 별 지름을 측정하는 전인미답의 업적을 이뤘습니다. 최대 20피트 떨어진 두 개의 보조 구경에서 빛을 받아 100인치 후커 망원경(Hooker Telescope)의 주 구경으로 보내는 잠망경 장치를 사용하여 적색거성 베텔게우스(Betelgeuse)를 분해했습니다. 현재 가동 중인 칠레의 VLTI, 윌슨 산의 CHARA, 해군 NPOI 등 모든 대형 간섭계 배열은 이 장치에서 비롯되었습니다.
앨버트가 천재라 불리는 이유
그의 자질은 이론적 통찰력이 아닙니다. 마이컬슨은 자신의 이름을 딴 법칙을 제안하거나 방정식을 쓰지 않았습니다. 그것은 도구적 상상력이었습니다. 즉, 남들이 불가능하다고 여겼던 질문이 사실은 더 나은 자를 만드는 문제라는 것을 파악하고 이를 실행하는 능력이었습니다. 간섭계는 두 양을 비교하는 방법에 대한 독창적인 아이디어였고, 추상적인 우주론적 질문을 사람이 눈으로 셀 수 있는 무늬로 바꾸어 놓았습니다. 같은 재능이 에셸 분광기, 해군 거리측정기, 항성 간섭계를 탄생시켰고, 반세기 동안 광속의 오차 범위를 줄여나갔습니다.
노벨 위원회는 바로 이 점을 기렸습니다. 결과보다 기기가 우선이었습니다. 그는 유럽 동료들에게 동등한 대우를 받은 최초의 미국 과학자였으며, 세 개의 국가 기관 회장직을 역임한 것은 동료들이 그를 어떻게 생각했는지 보여줍니다.
정직하게 반론하자면 마이컬슨은 자신의 가장 유명한 결과의 의미를 완전히 이해하지 못했습니다. 그는 에테르를 사냥하다가 찾지 못해 실망했을 뿐, 로런츠와 아인슈타인이 그 의미를 채워주었습니다. 그는 본인의 말대로 거창한 질문보다는 즐거움에 이끌렸습니다. 왜 빛을 연구하느냐는 질문에 "너무 재미있어서"라고 답했다는 일화는 유명합니다. 그를 당대 위대한 이론가 중 하나가 아니라 가장 위대한 실험가로 부른다면, 그의 기록은 그 어떤 무리 없이 들어맞습니다.
유산
그는 1931년 5월 9일 패서디나에서 78세의 나이로 마지막 광속 실험을 마치지 못한 채 사망했습니다. 시카고 대학교, 케이스 웨스턴 리저브 대학교, 해군사관학교의 건물과 차이나 레이크 해군 무기 기지의 마이컬슨 연구소, 케이스 웨스턴의 마이컬슨-몰리 상 및 강연 시리즈에 그의 이름이 남아 있습니다. 더 큰 기념비는 절차적인 것입니다. 존재하지 않는 것으로 밝혀진 매질을 쫓기 위해 1881년에 그가 만든 간섭계는 이제 물리학자들이 두 길이를 극도의 정밀도로 비교해야 할 때 표준 장비가 되었으며, 1920년 윌슨 산에서 그가 즉흥적으로 만든 배열은 별을 점이 아닌 원반으로 분해하는 모든 망원경의 조상이 되었습니다.
