세상에서 가장 쉬운 과학 수업 반입자 - 미적분의 역사부터 디랙 방정식까지 노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학
정완상 지음 / 성림원북스 / 2024년 5월
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[서평] 세상에서 가장 쉬운 과학 수업 반입자

반입자를 쉽게 배우고 싶다는 생각에 선택한 책이다. 세상에서 가장 쉽다고하니 도전해 보고 싶은 용기가 생겼다. 경희대학교 이과대학 물리학과 교수님의 추천글을 시작으로 경희대학교 우주탐사학과 교수님의 양자역학을 즐겁게 입문하도록 돕는 책이라는 글이 눈에 들어왔다. 이런 추천글을 읽으니 더욱 흥미가 생겼다.
노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학이라니 점점 더 궁금해졌다. 오리지널 논문을 내가 쉽게 읽을 수 있을까? 라는 고민은 그냥 마음 편하게 내려놓고 읽어보기로 했다. 일단 읽어보고 이해가 안가면 한번 더 읽고 또 읽어볼 생각으로 도전했다. <인터스텔라>를 능가하는 SF영화를 만들고 싶어 하는 영화 제작자나 웹툰작가 등에게 이 책을 추천한다는 저자 정완상 교수님의 글도 꼭 읽어야겠다는 도전을 하게 되었다.

모든 입자는 반입자라는 짝을 가진다는 것을 예언한 디랙의 반입자 논문에 대하여 노벨상을 받은 체임벌린 박사와의 인터뷰를 봤다. 체임벌린 박사는 디랙의 논문이 나오기 전까지는 양자역학 이론은 뉴턴의 물리학에 기초를 두었고 이것을 양자화하는 작업이었다고 했다. 그러나 뉴턴 역학이 1905년 아인슈타인에 의해 특수상대성이론으로 수정되었고 디랙은 아인슈티인의 특수상대성이론에 맞추어 양자역학을 수정할 필요가 있다고 생각했으며 이 과정에서 <반입자>라는 짝을 가진다는 것을 알았다고 한다. 반입자는 기존 입자와 운동방식이 정반대인 입자로 힘을 작용하면 힘이 작용한 방향으로 속도가 느려진다고 한다. 그러한 이유로 디랙은 반입자를 말을 잘 안 듣는 노새라는 동물에 비유하여 노새 입자라고 이름 붙였다고 한다. 이렇게 인터뷰 형식을 담아낸 책의 내용이라서인지 이 책의 내용은 읽으면서 자연스럽게 새로운 것들을 알게되었다. 이렇게 디랙의 1928년 논문도 인터뷰 내용으로 제이만 효과를 알려주고 그 논문을 통해서 입자의 종류가 두 배로 대폭 증가했으며 전자의 반입자인 양전자, 양성자의 반입자인 반양성자, 중성자의 반입자잇 반중성자의 발견과 반양성자 주위를 양전자가 돌고 있는 반수소가 있음도 찾아냈다고 한다. 그렇다면 이런 반입자는 어디에 쓰이는 걸까? 병원에서 사용하는 양전자 방출 단층촬영으로 핵의학 검사 방법 중 하나로 쓰인다. 양전자 방출 단층촬영은 암 검사, 심장 질환, 뇌 질환 및 뇌 기능 평가를 위한 수용체 영상이나 대사 영상을 얻는 데도 쓰인다.
이 책은 첫 번째 만남으로 미적분의 역사를 이야기한다. 두 번째 만남으로 3차원에서의 역학, 세 번째 만남으로 제이만 효과, 네 번째 만남으로 스핀의 탄생, 다섯 번째 만남으로 디랙 방정식과 반입자의 발견을 전한다.
오래전 문과를 졸업한 나는 나의 흥미와 무관하게 미적분학부터 이해가 쉽지는 않았다. 다행히 내 짝꿍은 이공계를 전공하고 그 분야의 전문직을 갖고 있기에 궁금증을 해소하는데 도움을 얻을 수 있었다. 그러나, 이공계 진학을 희망하는 학생이거나 이공계 학생이라면 매우 흥미로운 책이 될 것이다.

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