J. 어니스트 윌킨스 주니어: 짐 크로 법조차 막지 못한 천재

1944년, 맨해튼 프로젝트는 그가 절실히 필요했기에 에드워드 텔러(Edward Teller)는 그를 옹호하며 그를 "훌륭한 일을" 수행하는 "능력 있는 사람"이라고 평하는 글을 썼습니다. 하지만 소용이 없었습니다. 야금 연구소(Metallurgical Laboratory)의 동료들이 오크리지(Oak Ridge)로 이전했을 때, J. 어니스트 윌킨스 주니어(J. Ernest Wilkins Jr.)는 동행하지 못했습니다. 테네시주의 인종 분리법 때문에 그가 계산하던 방정식의 주인인 백인 동료들과 분리된 숙소에 머물러야 했기 때문입니다. 그는 21세였고 박사 학위를 받은 지 2년이 지났으며, 핵반응로 내부에서 중성자가 어떻게 이동하는지를 연구하고 있었습니다. 미국은 그를 위한 방 하나를 찾지 못했습니다.

13세의 시카고

윌킨스는 1923년 시카고에서 상당한 성취를 이룬 가정에서 태어났습니다. 그의 아버지 J. 어니스트 윌킨스 시니어(J. Ernest Wilkins Sr.) 역시 국가적 명망이 있는 인물이었으며, 아들의 재능은 일찍부터 분명하게 드러났습니다. 그는 13세에 시카고 대학교에 입학했는데, 이는 대학 역사상 최연소 입학생이었습니다. 전국 언론은 당시의 거친 열광으로 그를 붙잡고 "흑인 천재"라고 불렀습니다.

이 명칭은 짐이자 왜곡이었지만, 그 이면의 기록은 사실이었습니다. 그는 1940년 17세의 나이로 수학 학사 학위를 받았습니다. 이듬해에는 석사 학위를 받았습니다. 1942년 19세의 나이로 매그너스 헤스테네스(Magnus Hestenes)의 지도하에 변분법을 주제로 한 논문으로 수학 박사 학위를 취득하며, 시카고 대학교에서 수학 박사 학위를 받은 일곱 번째 아프리카계 미국인이 되었습니다. 미국 수학 역사상 6년이라는 짧은 시간 동안 이 정도의 경력을 쌓은 사람은 극히 드뭅니다. 더욱이 호기심의 대상으로 기사화되면서 이를 해낸 사람은 더욱 드뭅니다.

터스키기, 그리고 야금 연구소

터스키기 연구소(Tuskegee Institute)에서 잠시 가르친 후, 윌킨스는 1944년 시카고 대학교의 야금 연구소에 합류했습니다. 이는 아서 홀리 콤프턴(Arthur Holly Compton)이 이끌고 엔리코 페르미(Enrico Fermi)가 현장에서 작업하던 전시 작전으로, 최초의 제어된 핵 연쇄 반응을 성공시켰고 당시 플루토늄 생산의 물리학적 문제를 해결하고 있었습니다. 윌킨스는 핵분열 물질 생산 방식, 특히 플루토늄-239에 집중하며 연구했습니다.

오크리지 이전 계획이 짐 크로 법이라는 벽에 부딪혔을 때, 텔러는 그를 유진 위그너(Eugene Wigner)에게 추천했습니다. 그 후 이어진 파트너십은 윌킨스가 가장 잘 알려진 업적을 탄생시켰습니다.

위그너-윌킨스 스펙트럼

핵반응로는 근본적으로 중성자에 관한 장부 정리 문제와 같습니다. 중성자가 몇 개 있는지, 그리고 무엇보다 중요한 것은 각각의 중성자가 얼마나 빨리 이동하는지입니다. 중성자가 핵분열을 유도할 확률은 에너지에 따라 크게 달라지므로, 중성자 모집단의 에너지 분포를 모르는 반응로 설계는 설계라고 할 수 없습니다.

위그너와 윌킨스는 그 분포를 추정하는 방법을 고안해냈습니다. 그 결과가 위그너-윌킨스 접근법(Wigner-Wilkins approach)으로 알려져 있으며, 이 방식에서 도출되는 중성자 에너지 스펙트럼은 그들의 이름을 따서 명명되었습니다. 이것은 이 분야의 지엽적인 부분이 아니라 기초가 되는 내용입니다. 이 방법은 핵반응로 설계의 근간을 이루며, 70년이 지난 지금도 현직 과학자들에 의해 논문이 인용되고 있습니다. 윌킨스는 이 연구를 수행할 당시 20대 초반이었습니다.

4개 분야에 걸친 경력

그의 삶의 나머지 부분이 흔치 않은 이유는 한곳에 머문 기간이 짧았기 때문입니다. 윌킨스는 순수 수학, 핵공학, 광학, 산업 분야를 넘나들며 유창함을 보였는데, 이는 어떤 시대에도 드문 일이며 20세기 미국 학계에서는 더욱 보기 힘든 일이었습니다. 그는 광학 설계와 렌즈 시스템을 연구했습니다. 또한 감마 방사선 차폐, 즉 반응로와 주변 사람 사이의 물질 배치에 관한 수학적 연구를 수행했습니다. 그는 70년에 걸쳐 100편 이상의 논문을 발표했습니다. 심지어 도박의 수학에도 관심을 돌렸습니다.

1970년에는 하워드 대학교(Howard University)의 석좌 교수가 되어 수학 박사 과정을 설립했습니다. 이는 역사적으로 흑인 대학(HBCU)에서 설립된 최초의 수학 박사 과정이었으며, 개별 논문과는 비교할 수 없는 방식으로 그 영향력이 커진 제도적 성과였습니다. 그는 1974~75년에 미국 원자력 학회(American Nuclear Society) 회장을 역임했으며, 1976년에는 미국 공학 한림원(National Academy of Engineering) 회원으로 선출되었습니다.

어니스트가 천재라고 불리는 이유

이 단어는 윌킨스가 무엇을 하기도 전에 그에게 붙여졌는데, 이것이 첫 번째 문제입니다. 언론은 그가 13세 신입생일 때부터 "흑인 천재"라고 불렀는데, 이 문구는 지적인 역할만큼이나 인종적인 역할을 했습니다. 즉, 고용해야 할 과학자가 아니라 구경해야 할 경이로운 존재였던 것입니다. 정직한 설명이라면 이 라벨과 그의 성취를 분리하는 것에서 시작해야 합니다.

그의 업적은 그러한 분리 후에도 살아남습니다. 위그너-윌킨스 스펙트럼은 조숙한 학생이 만들어낼 수 있는 그런 종류의 결과물이 아닙니다. 그것은 이 세기의 위대한 물리학자 중 한 명과 협력하여 이루어낸 핵반응로 이론에 대한 진정한 기여이며, 여전히 정확하고 유용하기 때문에 문헌에 남아 있습니다. 여기에서 보여준 특별한 자질은 분석적 범위입니다. 변분법에서 중성자 수송, 렌즈 설계, 방사선 차폐로 이동하며 각기 다른 물리적 직관을 요구하는 분야에서 모두 출판할 가치가 있는 연구를 해냈습니다. 이것은 흔치 않은 일입니다. 비슷한 능력을 갖춘 대부분의 수학자는 범위를 넓히기보다 좁히는 경향이 있습니다.

반론의 여지도 있습니다. 윌킨스는 가장 위대한 수학자들처럼 자신만의 이름을 딴 정리를 남기거나 한 분야를 개척하지는 않았습니다. 그의 대표적인 결과물은 상급자인 위그너와 공유하는 것입니다. 그의 성과 중 다수는 응용, 산업, 자문 분야였으며, 이는 학문을 재정립하기보다 특정 문제를 해결하는 훌륭한 연구였습니다. 또한, 초기의 비범한 경력은 그 자체로 독창성의 깊이보다는 습득의 속도를 측정하는 것입니다.

그러나 결코 사라지지 않는 반사실적 가정이 있습니다. 그 정도의 능력을 갖춘 인물이 가장 생산적이어야 할 수십 년을 자신을 연구가 일어나는 실험실로 데려다 줄 기차조차 타지 못하게 하는 나라에서 보내야 했습니다. 윌킨스가 이룬 성취는 그의 에너지 상당 부분이 단지 일할 권리를 얻기 위해 낭비되는 환경 속에서 이루어낸 것입니다. 천재성은 기록되어 있습니다. 그 천재성에 상한선을 그은 것은 그 자신이 아니었습니다.

유산

윌킨스는 약 70년의 직업 생활 끝에 2011년 87세의 나이로 세상을 떠났습니다. 그의 이름은 극명하게 다른 두 곳에 보존되어 있습니다. 반응로 물리학자들이 여전히 계산하는 중성자 스펙트럼 속과, 그가 설립한 이후 흑인 수학자들을 배출해 온 하워드 대학교의 박사 과정 속입니다. 전자는 물리학의 일부이고, 후자는 보수의 일부입니다. 그는 이 두 가지를 모두 해낸 몇 안 되는 인물 중 하나입니다.