잊힌 여성 물리학자 아밀리아 프랭크Amelia Frank
by Peter Jacobson, Beck Wise, The Conversation
1977년, 미국 물리학자 존 H. 반 블렉John H. Van Vleck은 자성에 관한 연구로 노벨상을 수상했다.
그의 노벨상 수상 강연에서 희토류 원소에 대한 논의 중, 다음과 같은 문장이 눈에 띄었다.
"프랭크 씨와 저는 관련 계산을 수행했습니다."
프랭크 씨는 누구였을까? 반 블렉은 그녀가 자성의 양자역학에 대한 핵심적인 연구를 했다고 인정했지만, 그녀는 역사책에서 거의 언급되지 않는다.
아멜리아 프랭크는 당시에는 많이 인용된 몇 편 학술 논문을 발표했다. 그러나 물리학사에서는 그녀를 1963년 노벨 물리학상을 수상한 유진 위그너Eugene Wigner의 아내로만 언급하는 경우가 대부분이다.
왜 우리는 프랭크에 대해 더 많이 알지 못하고, 그녀의 공헌은 인정받지 못하는 걸까? 기록 보관소를 뒤져보니 양자 역학의 태동기에 펼쳐진 놀라운 과학적 삶을 발견했다.
밝은 시작
1906년에 태어난 아멜리아 Z. 프랭크는 미시간주 에이드리언Adrian에서 고물상 주인의 딸로 자랐다.
지역 신문 기사들은 그녀를 총명하고 재능 있는 십 대 소녀이자 독립적인 사고를 가진 인물로 묘사한다.
명문 여자대학인 가우처 대학Goucher College에 재학 중이던 프랭크는 물리학 동아리에 가입했다.
그녀의 졸업앨범에는 아서 콤프턴Arthur Compton 이름을 딴, 빛이 대전 입자와 상호작용하는 방식을 설명하는 콤프턴 효과Compton effect에 대한 그녀의 발표가 매우 전문적이면서도 흥미로웠다고 기록되어 있다.
9개월 후, 콤프턴은 X선이 입자처럼 행동할 수 있음을 증명하여 1927년 노벨상을 수상하며 널리 알려지게 되었다.
프랭크는 당시 물리학계에서 일어나고 있던 양자역학 혁명 흐름을 정확히 파악하고 있었다.
양자역학의 새로운 지평에 매료된 많은 학자가 유럽으로 연구를 떠난 반면, 프랭크는 위스콘신 대학교로 향했다. 그곳에서 그녀는 새로 부임한 밴 블렉Van Vleck을 만났다.
양자 혁신
1928년 매디슨Madison에 도착한 프랭크는 미국의 양자 혁신의 중심에 서게 되었다.
당시 양자역학은 고립된 입자, 즉 원자의 행동은 설명할 수 있었지만, 고체 물질의 행동을 규명하는 것은 어려운 과제였다.
자성은 양자역학으로만 설명할 수 있고 고전 물리학으로는 설명할 수 없기 때문에 완벽한 실험 대상이었다.
프랭크는 반 블렉 지도를 받으며 자성이 강하고 기존 이론으로는 불충분했던 희토류 원소에 주목했다.
양자 물리학이 이 난제를 해결할 수 있을까?
프랭크의 박사 학위 논문은 1932년 『피지컬 리뷰Physical Review』에 일부 발표되었는데, 사마륨samarium 원소에 초점을 맞추었다.
이 논문은 실험 데이터를 설명하기 위해 양자역학적 보정이 필요함을 보여주었고, 반 블렉의 노벨상 수상 강연에 "V.V. & F"라는 제목으로 등장한 그래프를 포함하고 있다.
힘든 시기
박사 학위 취득 후, 프랭크는 위스콘신 대학교에서 강사로 일하며 연구를 계속했다. 1935년에 발표한 결정장 이론에 관한 논문은 사마륨의 에너지 준위가 주변 원자에 의해 어떻게 변화하는지를 보여주었다.
동료들은 그녀를 유망한 학자로 평가했고, 그녀의 논문 발표 실적도 좋았다. 하지만 그녀는 연구를 방해하는 여러 어려움에 직면했다.
그중 하나는 금전적인 문제였다. 프랭크는 학부 화학과에 재학 중인 여동생을 부양하고 있었는데, 그때는 대공황 한가운데였다.
미국 물리학회가 닐스 보어 도서관 및 기록 보관소Niels Bohr Library and Archive에 소장한 J. H. 반 블렉 문서 보관함 12번 상자, 214번 폴더에서 발견된 미공개 1935년 편지에서 프랭크는 생계를 유지하기 위해 다른 일을 해야 했다고 반 블렉에게 털어놓았다.
"우리 형편이 너무 어려워서 여러 사람에게 타자 일을 해볼 생각이 있다고 말했어요. […] 그래서 강의도 하고, 과외도 하고, 타자도 치고, 요리도 했지만 논문은 아직 끝내지 못했어요."
반 블렉은 프랭크를 위해 일자리를 알아보고 있었지만, 일자리는 드물었고, 그 시대에 유대인 여성이던 프랭크는 여러 가지 차별에 직면했을 것입니다.
결혼과 죽음
결국 프랭크는 물리학계를 떠나 1936년 10월경 위스콘신 대학교에서 사직했다.
반 블렉이 이유를 묻자 프랭크는 당시 철저히 비밀로 하던 사실을 털어놓았다. 바로 새로 부임한 동료 유진 위그너와 연인 관계를 시작했다는 것이었다.
두 사람은 크리스마스 직전에 결혼했다. 위그너는 자신이 그녀에 대한 사랑에 놀랐다고 말했다.
하지만 그들의 행복은 오래가지 못했다. 결혼한 지 불과 몇 주 만에 프랑크는 병에 걸렸다.
위그너는 심장병이라고 했고, 다른 이들은 암이라고 했다. 어느 쪽이든 프랭크의 상태는 위중했다.
몇 달간 병원에 입원한 후, 그녀는 미시간으로 돌아왔다. 그리고 1937년 8월 16일, 부모 집에서 세상을 떠났다. 향년 불과 31세.
지속적인 공헌
프랭크의 갑작스러운 죽음은 오늘날 그녀가 제대로 인정받지 못하는 이유 중 하나이지만, 그것만으로는 충분하지 않다.
프랭크는 전국 각지의 선구적인 여성들과 교류했다.
위스콘신에서 그녀와 함께 산 룸메이트는 메리 번팅Mary Bunting이었는데, 그녀는 훗날 여대인 래드클리프 대학Radcliffe College 총장이 되었고, 하버드 대학과의 통합을 이끌었다.
프랭크의 야망, 지성, 그리고 추진력은 그녀를 지식의 최전선으로 이끌었다.
그곳에서 밴 블렉 지원 덕분에 그녀는 물리학 분야에 오랫동안 몸담으며, 비록 간과되기는 했지만 지속적인 공헌을 할 수 있었다.
90년이 흘렀지만, 프랭크의 삶은 물리학계에서 여성들이 겪는 좋든 나쁘든, 여전히 많은 것을 보여주는 사례다.
양자 물리학 분야에서 여성 비율은 여전히 극히 낮다. 예를 들어, 2023년 조사에 따르면 호주의 정규직 양자 연구원 중 87.5%가 남성이었다.
여성은 남성보다 돌봄 책임을 맡을 가능성이 더 높으며, 이는 재정적 부담을 가중시키고 연구 시간을 줄인다.
또한 여성을 양자 물리학 분야로 이끌고 그곳에 계속 머물게 하기 위해서는 멘토링과 의미 있는 공동체 형성이 여전히 중요하다.
결국, 이것이 프랭크가 양자 물리학에 남긴 가장 오래 지속될 공헌일지도 모른다.
그녀의 이야기를 되살리는 것은 그녀의 과학적 공헌을 제대로 인정받을 수 있게 해준다는 점에서 중요하다.
어쩌면 더 중요한 것은 그녀의 이야기가 여성들이 양자 물리학의 시작부터 함께해 왔다는 사실을 우리에게 일깨워준다는 점일 것이다.