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프레드 호일 경은 항성 핵합성 이론을 정립한 영국 천문학자였습니다. 그는 다른 과학 문제들에 대해서도 논쟁적인 입장을 취했는데, 특히 BBC 라디오에서 처음 사용한 용어인 "빅뱅" 이론을 거부했으며, 지구 생명의 기원으로서 범종설을 주장했습니다. 그는 과학 소설, 단편 소설, 라디오 극본도 저술했으며, 아들 Geoffrey Hoyle과 함께 12권의 책을 공동 저술했습니다. 그는 대부분의 경력을 Cambridge의 천문학 연구소에서 보냈으며 6년간 소장을 역임했습니다.
초기 생애 및 경력
호일은 England의 West Riding of Yorkshire의 Gilstead 근처인 Bingley에서 태어났습니다. 그의 아버지 Ben Hoyle은 바이올리니스트였고 Bradford의 양모 무역에 종사했으며 제1차 세계 대전에서 기관총수로 복무했습니다. 그의 어머니 Mabel Pickard는 London의 Royal College of Music에서 음악을 공부했으며 나중에 영화관 피아니스트로 일했습니다. 호일은 Bingley Grammar School에서 교육받았으며 Cambridge의 Emmanuel College에서 수학을 전공했습니다.
1936년에 그는 George Stanley Rushbrooke와 함께 Mayhew Prize를 공동으로 수상했습니다.
1940년 말, 호일은 Cambridge를 떠나 Portsmouth로 가서 해군성을 위해 레이더 연구에 종사했으며, 예를 들어 들어오는 항공기의 고도를 파악하는 방법을 고안했습니다. 그는 또한 Graf Spee에서 발견된 레이더 유도 포에 대한 대응 조치를 담당했습니다. Britain의 레이더 프로젝트는 Manhattan 프로젝트보다 더 많은 인원을 고용했으며, The Black Cloud의 대규모 British 프로젝트의 영감을 주었을 가능성이 높습니다. 이 전쟁 업무의 두 명의 주요 동료는 Hermann Bondi와 Thomas Gold였으며, 세 사람은 우주론에 대해 많고 깊은 논의를 했습니다. 레이더 업무는 North America로의 여러 번의 여행을 가능하게 했고, 그는 천문학자들을 방문할 기회를 가졌습니다. US로의 한 번의 여행에서 그는 Caltech와 Mount Palomar에서 초신성에 대해 배웠고, Canada에서는 plutonium 내폭과 폭발의 핵물리학을 배우고 두 가지 사이의 유사성을 발견하여 초신성 핵합성에 대해 생각하기 시작했습니다. 그는 당시 직관을 가지고 있었습니다: "이것이 성공하면 나는 나 자신을 위해 이름을 만들 것이다." 결국 1954년에 그의 선견지명 있고 획기적인 논문이 나왔습니다. 그는 또한 일반 별에서 항성 핵합성을 탐구하는 Cambridge의 그룹을 형성했으며 기존 모델에서 항성 탄소 생성의 부족으로 인해 문제가 있었습니다. 그는 기존 과정 중 하나가 carbon-12 핵이 7.7 MeV에서 공명을 가지면 10억 배 더 생산적이 될 것이라는 것을 알아차렸지만, 핵물리학자들은 그러한 것을 나열하지 않았습니다. 또 다른 여행에서 그는 Caltech의 핵물리학 그룹을 방문했으며, 그곳에서 몇 개월의 안식년을 보내고 상당한 회의에도 불구하고 carbon-12에서 Hoyle state를 찾도록 설득했으며, 이로부터 Hoyle이 Caltech 그룹의 일부 구성원과 공동 저술한 항성 핵합성의 완전한 이론이 발전했습니다.
전쟁 후 1945년, 호일은 Cambridge University로 돌아왔으며, Cambridge의 St John's College의 강사로 시작했습니다. 호일의 Cambridge 시절(1945–1973)은 광범위한 주제에 걸친 놀라운 독창성의 기초 위에 그가 세계 천체물리학 이론의 정상에 올랐던 시기였습니다. 1958년, 호일은 Cambridge University에서 저명한 Plumian Professor of Astronomy and Experimental Philosophy로 임명되었습니다. 1967년, 그는 나중에 Cambridge의 천문학 연구소로 개명된 이론 천문학 연구소의 창립 소장이 되었으며, 호일의 혁신적인 리더십은 이 기관이 이론 천체물리학에서 세계 최고의 그룹 중 하나가 되도록 신속하게 이끌었습니다. 1971년, 그는 Scotland의 엔지니어 및 조선업자 협회에 MacMillan Memorial Lecture을 전달하도록 초대되었습니다. 그는 주제를 "천문 기기 및 그 구성"으로 선택했습니다. 호일은 1972년에 기사 작위를 받았습니다. 호일은 1972년에 Plumian 교수직을 사임하고 1973년에 연구소의 소장직을 사임했으며, 이 조치는 그를 대부분의 기득권층 권력 기반, 연결 및 정상적인 급여로부터 효과적으로 단절시켰습니다.
Cambridge를 떠난 후, 호일은 많은 대중 과학 및 과학 소설 책을 저술했으며, 전 세계적으로 강연을 제시했습니다. 이에 대한 동기의 일부는 단순히 생계를 유지하는 수단을 제공하기 위한 것이었습니다. 호일은 1967년 이후 New South Wales의 Siding Spring Observatory의 150인치 Anglo-Australian Telescope 계획 단계에서 합동 정책 위원회의 위원이었습니다. 그는 1973년에 Anglo-Australian Telescope 이사회의 회장이 되었으며 1974년 Charles, Prince of Wales에 의해 그 개막식을 주재했습니다. Cambridge에서 사직한 후, 호일은 Lake District로 이사했으며, 습지 횡단 트레킹, 책 저술, 세계의 연구 센터 방문, 그리고 거의 보편적으로 거부당한 과학 아이디어에 대한 작업이 혼합되어 있는 시간을 보냈습니다. 1997년 11월 24일, Yorkshire 서부의 황야를 하이킹하다가 어린 시절 고향인 Gilstead 근처에서 호일은 Shipley Glen이라는 가파른 협곡으로 떨어졌습니다. 약 12시간 후 호일은 수색견에 의해 발견되었습니다. 그는 저체온증으로 인한 폐렴과 신장 문제, 그리고 낙상으로 인한 어깨 골절로 2개월 동안 입원했습니다. 그 후 그는 현저한 쇠퇴에 들어갔으며 기억력과 정신 민첩성 문제로 고통받았습니다. 2001년, 그는 일련의 뇌졸중을 앓았고 그 해 8월 20일 Bournemouth에서 사망했습니다.
핵합성의 기원
호일은 별의 핵 반응에 의해 헬륨보다 무거운 화학 원소의 합성에 관해 발표된 첫 두 연구 논문을 저술했습니다. 1946년의 첫 번째 논문은 별의 핵이 수십억 도의 온도로 진화할 것이라는 것을 보여주었으며, 이는 주계열 별의 열핵 기원에서 고려되는 온도보다 훨씬 높았습니다. 호일은 그러한 높은 온도에서 iron 원소가 핵 입자 간의 열 평형으로 인해 다른 무거운 원소보다 훨씬 더 풍부해질 수 있으며, 이는 iron의 높은 자연 존재량을 설명한다는 것을 보였습니다. 이 아이디어는 나중에 e Process라고 불리게 되었습니다. 호일의 두 번째 기초적인 핵합성 논문은 carbon과 iron 사이의 원소들이 그러한 평형 과정으로 합성될 수 없다는 것을 보여주었습니다. 그는 그 원소들을 진화된 거대한 초신성 전 별의 동심 껍질에서 풍부한 구성 요소 사이의 특정 핵융합 반응에 귀속시켰습니다. 이러한 놀랍도록 현대적인 그림은 이러한 주요 원소들의 초신성 핵합성에 대한 현재 수용된 패러다임입니다. 1950년대 중반, 호일은 Cambridge에서 만난 매우 재능 있는 실험 및 이론 물리학자 그룹의 지도자가 되었습니다: William Alfred Fowler, Margaret Burbidge, 그리고 Geoffrey Burbidge. 이 그룹은 우리 우주의 모든 화학 원소가 어떻게 생성되었는지에 대한 기본 아이디어를 체계화했으며, 이제 이것은 핵합성이라는 분야가 되었습니다. 유명하게도, 1957년에 이 그룹은 네 저자의 이니셜로 알려진 B2FH 논문을 제작했으며, 이를 통해 핵합성 분야가 상호 보완적인 핵 과정으로 조직화되었습니다. 그들은 또한 중성자-포획 반응에 의한 무거운 원소 합성, 소위 s process와 r process에 대한 많은 새로운 자료를 추가했습니다. B2FH 논문이 얼마나 영향력이 있었는지 그것이 20세기 나머지 동안 핵합성의 수용된 기원을 인용하고자 하는 거의 모든 연구자들의 기본 인용이 되었으며, 결과적으로 획기적인 Hoyle 1954 논문은 암흑 속으로 빠져들었습니다. 21세기의 역사적 연구는 호일의 1954 논문을 과학적 주목으로 돌아오게 했습니다. 이러한 역사적 주장들은 B2FH 발표 50주년을 축하하기 위해 Fowler와 호일의 사망 후 조직된 Caltech에서의 2007 회의에 참석한 핵합성 전문가 모임에서 처음 제시되었습니다. 아이러니하게도 B2FH 논문은 호일의 1954 초신성-껍질 attribution을 silicon과 iron 사이의 원소 기원에 대해 검토하지 않았으며, 이는 호일의 B2FH 공동 저자임에도 불구하고입니다. 그의 호일과의 많은 개인적인 논의에 기초하여 Donald D. Clayton은 B2FH에서의 이 설명할 수 없는 감시를 1956년에 Caltech에서 작성한 G.R. Burbidge와 E.M. Burbidge의 초안을 호일이 교정하지 않은 것으로 귀속시켰습니다.
호일의 두 번째 핵합성 논문은 또한 당시 그 이름으로 알려지지 않았던 인간 중심 원리의 흥미로운 사용을 도입했습니다. 항성 핵합성의 경로를 해결하려고 노력하면서 호일은 특정 핵 반응인 삼중 알파 과정이 헬륨에서 carbon을 생성하려면 carbon 핵이 매우 구체적인 공명 에너지와 스핀을 가져야 한다고 계산했습니다. 우주에서 carbon-based 생명 형태의 존재를 가능하게 하는 우주의 탄소의 많은 양은 이 핵 반응이 작동해야 한다는 것을 호일에게 입증했습니다. 이 개념에 기초하여 호일은 세 개의 알파 입자 헬륨 핵으로 형성된 carbon 핵에서 복합 상태의 에너지, 핵 스핀 및 패리티의 값을 예측했으며, 이는 나중에 실험에 의해 확인되었습니다.
이 에너지 수준은 carbon을 대량으로 생성하는 데 필요했지만, carbon 에너지 수준의 구조에서 그것이 위치하는 곳으로 떨어질 통계적으로 매우 가능성이 낮았습니다. 호일은 나중에 다음과 같이 썼습니다:
당신은 자신에게 이렇게 말하지 않을까요: "어떤 초인적인 지능이 carbon 원자의 특성을 설계했을 것이 아닌가, 그렇지 않으면 자연의 맹목적인 힘을 통해 그러한 원자를 발견할 가능성이 완전히 미미할 것입니다. 사실에 대한 상식적인 해석은 초인적 지능이 물리학, 화학, 생물학으로 '인위적으로 조작'했으며 자연에는 언급할 가치가 있는 맹목적인 힘이 없다는 것을 시사합니다. 내가 사실로부터 계산한 숫자들은 나에게 이 결론을 거의 의문의 여지가 없을 정도로 놀라워 보입니다."
그의 동료 William Alfred Fowler는 결국 1983년에 Subrahmanyan Chandrasekhar와 함께 Nobel Prize for Physics를 받았지만, 어떤 이유로 호일의 원래 기여는 선거인들에게 간과되었으며, 많은 사람들은 그러한 저명한 천문학자가 놓쳤다는 것에 놀랐습니다. Fowler 자신은 자서전 스케치에서 호일의 선구적 노력을 긍정했습니다:
Bingley Grammar School을 추모하는 파란 표지판. 항성의 핵합성 개념은 1946년 호일에 의해 처음 확립되었습니다. 이는 우주에서 헬륨보다 무거운 원소의 존재를 설명하는 방법을 제공했으며, 기본적으로 carbon과 같은 중요한 원소가 별에서 생성되고 그 별이 "죽을" 때 다른 별과 행성에 통합된다는 것을 보여줌으로써 설명했습니다. 이제 형성된 새로운 별은 이러한 무거운 원소로 시작되며 더욱 무거운 원소가 그들로부터 형성됩니다. 호일은 다른 드문 원소들이 초신성에 의해 설명될 수 있다고 이론화했습니다. 초신성은 우주 전체에 걸쳐 가끔 발생하는 거대한 폭발로서 그러한 원소들을 생성하는 데 필요한 온도와 압력을 가졌습니다.
빅뱅에 대한 거부
우주가 팽창하고 있다는 것을 Lemaître 이론과 나중에 Edwin Hubble의 관측으로 확인된 것에 대해 이의를 제기하지 않았지만, 호일은 그 해석에 동의하지 않았습니다. 그는 우주가 시작을 가지고 있다는 생각을 의사과학이라고 생각했으며, 창조자에 대한 주장과 닮았습니다. "그것은 비합리적 과정이며 과학적 용어로 설명할 수 없습니다." Kalam 우주론적 논증을 참조하십시오. 대신 호일은 제2차 세계 대전에서 레이더로 일한 Thomas Gold와 Hermann Bondi와 함께 1948년부터 우주가 "정상 상태"에 있다고 주장하기 시작했으며 그들의 정상 상태 이론을 정립했습니다. 이론은 우주가 영원하고 본질적으로 변하지 않으면서 우리가 관찰하는 은하들이 서로 멀어지는 방식을 설명하려고 했습니다. 이론은 시간에 따라 은하 사이에 물질이 생성되는 것에 달려있었으므로, 은하가 더 멀어지더라도 그들 사이에 발전하는 새로운 것들이 그들이 남기는 공간을 채웁니다. 결과 우주는 개별 물 분자들이 움직이고 있지만 전체 강은 동일하게 유지되는 방식과 동일한 방식으로 "정상 상태"에 있습니다.
이론은 빅뱅의 대안 중 하나였으며, 빅뱅처럼 당시의 핵심 관찰, 즉 Hubble의 적색 편이 관찰에 동의했으며, 호일은 빅뱅의 강력한 비평가였습니다. 그는 1949년 3월 28일 BBC 라디오의 Third Programme 방송에서 "빅뱅"이라는 용어를 만들었습니다. George Gamov와 그의 반대
