물리학자가 들려주는 물리학 이야기

물리학자가 들려주는 물리학 이야기 - 45인의 물리학자가 주제별로 들려주는 과학지식
다나가 미유키 외 지음, 김지예 옮김, 후지시마 아키라 감수 / 동아엠앤비 / 2022년 4월

지금으로부터 2500년 훨씬 이전에 공기의 존재와 진공 상태는 그리스인들의 중요한 관심사였습니다. 진공이란 공기조차 없으며 실제로 아무것도 존재하지 않는 공간을 의미합니다.'공기를 흡인해서 내보내더라도 다른 무엇인가가 반드시 그 자릴르 채우기 때문에,이 세상에 진공이란 존재하지 않는다.'라는 아리스토텔레스의 주장은 오랜 기간 받아들여졌습니다. (-29-)

증기의 성질을 조사한 결과 증기를 응결시키기 위해 실린더를 냉각하는 것이 효율을 떨어뜨리는 원인임을 밝혀냈습니다.

이 발견에 관해 도모나가 신이치로(1906~1979년) 는 자신의 저서에서 '와트가 단순한 상인이 아니었다는 것을 여실히 드러내고 있다'고 말했습니다. (-87-)

길버트를 시작으로 한 전기 연구가 17세기에 각 나라 귀족과 부유층의 연구 욕구를 자극했습니다. 18세기에 접어들면서 마찰로 인해 발생하는 전기에 서로 다른 성질을 지닌 2종류가 존재하며, 다른 종류는 서로 끌어당기고 같은 종류는 밀치는 것이 확인되었습니다.이 성질은 자석과 비슷해 보이지만 자석과는 다른 점이 있습니다. 전기의 경우에는 서로 다른 종류를 대전하고 있는 물체끼리 접촉하면 전기적인 작용이 사라진다는 사실 또한 밝혀졌씁니다. (-149-)

러더퍼드는 원자 중심에 알파선 입자에 힘을 전달하는 핵 부분이 있으며, 그 핵은 플러스 전하를 가지고 있다고 생각했습니다.그리고 산란되는 모습을 통해서 원자핵의 크기를 추축했고, 그 직경이 원자의 일만 분의 일이라는 사실을 발견했습니다.이렇게 원자모형을 통해 나가오카 한타로가 제창한 토성 모양이 더 적합하다는 결론에 도달하게 됩니다. (-209-)

1923년에 콤프턴은 자유 전자에 의해 산란된 X선의 파장이 길어지는 것을 발견했습니다.이 현상을 콤프턴 효과라고 합니다. X 선의 파장이 길어진다는 것은, 그 에너지가 감소했다는 것을 의미합니다. 다시 말해, 자유 전자에 X 선이라는 전자파의 에너지가 주어진 것이라고 생각할 수 있습니다. 이것은 전자파가 입자로 거동했음을 시사합니다. 콤프턴 효과는 '빛의 입자성'을 통해서 설명이 가능한 현상입니다. (-241-)

방사선 중에서 베타선의 정체는 전자이며, 이것은 원자핵 내의 중성자가 양자로 바뀌면서 방출되는 것이라는 점이 밝혀졌습니다. 그러나 베타선이 방출되는 베타 붕괴 전후에 들어오고 나가는 에너지의 양이 많지 않다는 것이 큰 문제가 되었습니다. (-277-)

역학I( 운동), 대기압과 진공, 역학II( 만유인력), 온도, 열역학, 빛I( 파동의 탐구),소리, 자기와 전기, 전류, 전자파, 원자의 구조, 방사선, 빛II(파동과 입자의 이중성),양자역학, 소립자까지 인류가 2000여년의 시간동안 발견해낸 물리학 이론들이다. 인간은 전기와 빛의 성질을 이해하고, 그것은 인간이 사용할 수 있는 중요한 매개체로 빛과 에너지의 특성을 적극 활용하게 된다. 자연의 이치에 대해서, 번개가 어떤 특징을 지니고 있는지, 하늘 위의 별빛은 어떻게 우주 저 먼곳에서, 지구로 도달하게 되고, 그 빛의 성질과 특징에 대해에 대해서, 끊임없이 탐구한 결과, 우리의 삶은 물리학적인 법칙의 도움을 얻게 됨으로서, 전기를 사용할 수 잇게 되었고, 전기르활용한 힘과 에너지를 확보하게 된다. 그래서, 과거 말에 의존했던 삶에서 벗어나, 어느 때보다 편리한 삶을 살 수 있게 된다. 즉 우리는 하늘 위에서 번쩍 거렸던 번개의 특성을 이해하게 되었으며, 그 과정에서 여러가지 물리학적 이론이 우리 삶을 이롭게 바꿔 놓는다.

태양의 특성과 이론 또한 마찬가지이다. 지구의 행성 운동과 탱양의 운동에 대해서 정확하게 이해하기 전, 우리는 저 먼 바다 ,대양 너머로 나아가지 못하였다. 미국 아메리카 대륙을 발견할 수 있었던 것은 지구가 태양 주변을 돌고 있다는 특징에 대한 근거에 있었다. 지구의 자전과 태양의 자전, 지구의 공전과 태양의 공정에 대한 이해, 천동설을 지동설로 전환하였고, 인류의 물리학적 업적은 깊어지게 된다. 그리스 로마 시대의 아리스터텔레스와 소크라테스의 철학과 과학, 중세 시대를 거치면서, 뉴턴과 아인슈타인이 추구하였던 물리학은 지구 내부에 머물러 있엇던 인간의 삶을 지구 밖의 세계를 탐구할 수 있었던 근거를 제공하게 된다. 우리는 과학, 특히 물리학적 법칙과 개념, 이론에 근거하여, 편리한 삶을 살 수 있게 되었다. 운동의 근본 원리를 깨우칠 수 있어서, 자동차를 운전하면서도 안전하고 빠르고, 편리하게 운전할 수 있으며, 높은 고도에 비행기를 띄우더라도, 안전하다는 생각을 가지게 되는 것 또한 이 책에서 다루는 역학과 대기압, 진공, 운동,만유인력의 특성을 활용한 결과불이다. 더 나아가 앞으로 우리가 양자역학에 근거한 물리학 법칙을 적용하게 된다면, 과학기술을 확보함으로써, 새로운 변화의 물결을 구축할 수 있게 된다. 더 나은 삶, 더 행복한 삶을 완성하기 위해서, 필요한 것이 무엇인지 이해할 수 있게 되었다.