존 바딘: 두 번의 노벨상을 받은 '트랜지스터의 아버지', 고체 물리학의 거장

1956년 노벨재단에서 찍은 존 바딘 사진 "출처: 위키미디어 커먼즈(https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bardeen.jpg), 라이선스: 퍼블릭도메인"

 

혹시 '트랜지스터'라는 단어를 들어보셨나요? 스마트폰, 컴퓨터, 텔레비전 등 오늘날 우리가 사용하는 거의 모든 전자 기기에 들어가는 작은 부품이죠. 이 트랜지스터를 발명하여 전자 시대를 연 과학자가 바로 **존 바딘(John Bardeen, 1908~1991)**입니다. 그는 두 번이나 노벨 물리학상을 수상 한 유일한 과학자로, 트랜지스터 발명뿐만 아니라 초전도 현상을 설명하는 BCS 이론을 정립하여 고체 물리학 발전에 크게 기여했습니다. 이 글에서는 바딘의 삶과 그의 혁신적인 과학적 업적, 그리고 그가 현대 사회에 미친 영향에 대해 자세히 알아보겠습니다.

1. 트랜지스터의 발명: 전자 시대를 연 혁명, 그 시작과 끝

존 바딘은 1908년 미국 위스콘신 주 매디슨에서 태어났습니다. 그는 어린 시절부터 수학과 과학에 뛰어난 재능을 보였고, 15세에 위스콘신 대학교에 입학하여 전기 공학을 전공했습니다. 졸업 후에는 걸프 오일 회사에서 지구 물리학자로 일했지만, 곧 물리학 연구에 대한 열정을 따라 프린스턴 대학교에서 고체 물리학 박사 학위를 받았습니다. 1945년, 바딘은 벨 전화 연구소에 입사하여 윌리엄 쇼클리와 월터 브래튼과 함께 반도체 연구를 시작했습니다. 당시 전자 기기는 진공관을 사용하여 만들어졌는데, 진공관은 크기가 크고 전력 소비가 많으며 수명이 짧다는 단점이 있었습니다. 쇼클리는 진공관을 대체할 수 있는 새로운 전자 소자인 트랜지스터를 개발하려고 했고, 바딘과 브래튼은 그의 연구에 합류했습니다. 바딘과 브래튼은 수많은 실험과 연구를 거듭한 끝에, 1947년 점접촉 트랜지스터를 발명하는 데 성공했습니다. 점접촉 트랜지스터는 게르마늄 결정에 두 개의 금속 탐침을 접촉시켜 전류를 증폭하거나 스위칭하는 장치입니다. 이는 세계 최초의 트랜지스터로, 진공관에 비해 크기가 훨씬 작고, 전력 소비가 적으며, 수명이 길다는 장점이 있었습니다. 하지만 점접촉 트랜지스터는 제조 과정이 복잡하고 성능이 불안정하다는 단점이 있었습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 쇼클리는 1948년 접합 트랜지스터를 발명했습니다. 접합 트랜지스터는 게르마늄 결정에 불순물을 주입하여 p형 반도체와 n형 반도체를 만들고, 이를 접합하여 전류를 제어하는 장치입니다. 접합 트랜지스터는 점접촉 트랜지스터보다 제조 과정이 간단하고 성능이 안정적이어서, 곧 널리 사용되게 되었습니다. 바딘, 쇼클리, 그리고 브래튼은 트랜지스터 발명의 공로를 인정받아 1956년 노벨 물리학상을 공동 수상했습니다. 트랜지스터의 발명은 전자 공학 분야에 혁명을 일으켰습니다. 트랜지스터는 진공관을 대체하여 전자 기기의 크기를 줄이고 성능을 향상했으며, 컴퓨터, 스마트폰, 그리고 인터넷 등 현대 정보 사회의 발전에 결정적인 역할을 했습니다.

2. 초전도 현상의 비밀을 밝히다: BCS 이론, 물리학의 새로운 지평을 열다

존 바딘은 트랜지스터 발명 이후에도 고체 물리학 연구를 계속했습니다. 그는 특히 초전도 현상에 관심을 가졌습니다. 초전도 현상은 특정 물질을 매우 낮은 온도로 냉각시켰을 때 전기 저항이 0이 되는 현상입니다. 초전도 현상은 1911년 발견되었지만, 그 원리는 오랫동안 수수께끼로 남아 있었습니다. 1957년, 바딘은 레온 쿠퍼와 존 슈리퍼 와 함께 초전도 현상을 설명하는 BCS 이론을 정립했습니다. BCS 이론은 전자가 낮은 온도에서 쿠퍼 쌍이라는 쌍을 이루어 움직이면서 전기 저항 없이 흐른다는 것을 설명합니다. 이 이론은 초전도 현상을 미시적인 관점에서 설명하는 데 성공했으며, 고체 물리학 발전에 크게 기여했습니다. BCS 이론은 초전도 현상뿐만 아니라 다른 물리 현상을 이해하는 데에도 영향을 미쳤습니다. 예를 들어, BCS 이론은 원자핵의 구조와 행동을 설명하는 핵 물리학 이론 발전에 기여했으며, 우주의 기원과 진화를 연구하는 우주론 분야에도 응용되고 있습니다. 바딘은 BCS 이론 정립의 공로를 인정받아 1972년 두 번째 노벨 물리학상을 수상했습니다. 그는 두 번의 노벨 물리학상을 수상한 유일한 과학자로, 이는 그의 탁월한 과학적 업적과 뛰어난 창의성을 보여줍니다.

3. 과학자의 삶, 끊임없는 탐구와 겸손: 존 바딘이 우리에게 남긴 것

존 바딘은 과학적 업적뿐만 아니라 겸손하고 성실한 성품으로도 많은 사람들에게 존경받았습니다. 그는 두 번이나 노벨상을 수상했음에도 불구하고, 항상 겸손한 태도를 유지했으며, 다른 과학자들과의 협력을 중요하게 생각했습니다. 바딘은 과학 연구에 대한 열정이 매우 컸으며, 끊임없이 새로운 지식을 탐구했습니다. 그는 새로운 문제에 도전하는 것을 두려워하지 않았고, 항상 열린 마음으로 다른 과학자들의 의견에 귀 기울였습니다. 바딘은 과학 연구에서 협력의 중요성을 강조했으며, 다른 과학자들과 함께 연구하는 것을 즐겼습니다. 트랜지스터 발명 과정에서 쇼클리, 브래튼과의 협력은 그의 연구 스타일을 잘 보여주는 사례입니다. 바딘은 후학 양성에도 힘썼습니다. 그는 일리노이 대학교에서 오랫동안 교수로 재직하며 많은 학생들을 지도했고, 그들 중 일부는 후에 저명한 과학자가 되었습니다. 바딘은 학생들에게 과학적 사고방식과 문제 해결 능력을 가르치는 것을 중요하게 생각했으며, 학생들이 자신의 잠재력을 최대한 발휘할 수 있도록 격려했습니다. 존 바딘은 과학 발전에 크게 기여한 과학자일 뿐만 아니라, 인격적으로도 훌륭한 사람이었습니다. 그는 겸손하고 성실한 태도로 일관했으며, 다른 사람들을 존중하고 배려했습니다. 바딘은 과학자의 사회적 책임을 강조했으며, 과학 기술이 인류의 평화와 복지에 기여해야 한다고 믿었습니다.