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모든 것이 양자 이론 - 세상을 이루는 17가지 기본 입자 이야기
곽재식 지음 / 지식의숲(넥서스) / 2025년 5월
평점 :

#도서협찬
<모든 것이 양자 이론>은 요즘 유행하는 양자역학에 대해 설명하는 것과는 결이 조금 다르다. 이 책에는 17가지 물질이 나오는데 이것이 모두 양자 이론의 재료가 된다는 것이 이 책의 골자다. 이 17가지 알갱이가 움직이며 세상을 돌아다니는 규칙이 '양자 이론'이라고 하는 특별한 방식을 따르고 있다. 신기한 것은 과학자들이 양자 이론을 풀이해 보는 과정에서 물체의 떨림이나 물결이 퍼져 나가는 것을 연구할 때에 개발해 놓은 계산 방법을 여러 군데에서 사용할 수 있다는 사실을 알아냈다는 점이다.
양자이론은 종종 무엇인가 알 수 없고, 기이하고, 도를 닦는 듯한 느낌을 주는 이론으로 소개 될 때가 많지만 저자는 양자역학의 신비함만을 강조하기 보다는 17가지 세상 모든 물질의 재료를 하나하나 소개하면서 조금 더 현실적이고 우리 가까이에 있는 현상들을 소개한다.
우리의 역사와 17가지 물질을 연관지어 소개하는 경우가 많은데, 그것이 우리에게는 재미있게 양자역학을 받아들일 수 있는 방법이 되는 것 같다.
내가 가장 재미있고 흥미롭다고 생각한 부분은 위쿼크(upquark)와 아래 쿼크(downquark), 그리고 기묘쿼크(strangequark)에 대해 설명한 부분인데, 위쿼크는 우리 주변 물체속에 양전기를 만들어 주는 물질이다. 아래 쿼크는 우리 주변 물체속에 중성을 만들어 주는 물질인데, 그것들과 기묘쿼크의 관계가 재미있게 소개되고 있다.
기묘쿼크(strange quark)는 쿼크라는 입자의 여섯 가지 종류 중 하나다. 쿼크는 물질을 이루는 가장 작은 구성 요소로, 원자 속의 양성자와 중성자를 이루는 기본 입자다. 기묘쿼크는 이름처럼 과학자들이 이상하게 여긴 특징을 가지고 있어서 ‘기묘하다’는 이름이 붙었다. 예를 들어, 이 쿼크를 포함한 입자들이 다른 입자보다 수명이 길어서 처음 발견됐을 때 과학자들을 놀라게 했다고 한다.
기묘쿼크는 질량이 위쿼크(up quark)나 아래쿼크(down quark)보다 무겁지만, 꼭대기쿼크(top quark)나 바닥쿼크(bottom quark)보다는 가볍다. 전하(전기의 성질)는 -1/3e를 가지고 있고, 강한 핵력을 받아 다른 쿼크와 함께 입자를 이룬다. 예를 들어, 기묘쿼크가 포함된 대표적인 입자에는 '카이온(Kaon)'이 있다.
기묘쿼크는 약한 핵력에 의해 다른 종류의 쿼크로 변할 수 있다. 이런 변환 과정에서는 방사성 붕괴나 새로운 입자의 생성 같은 현상이 나타난다. 비록 우리 눈에는 보이지 않지만, 기묘쿼크는 우주의 기본 법칙을 설명하는 데 중요한 역할을 한다. 고등학생도 이런 원리를 이해하면, 세상이 어떻게 작동하는지 조금 더 깊이 알 수 있다.
이 기묘쿼크를 조선시대 장희빈과 연결하여 설명하니 우리 가까이에 쿼크가 있다는 사실을 알게 된다. 재미있는 역사적 사실에 물질을 응용하여 이야기를 풀어나가는 것이 이 책의 가장 큰 매력이라고 할 수 있다. 조금 집중해서 보면 우리 주변에 어떤 물질들로 인해서 세상이 돌아가는지 잘 이해할 수 있다. 어려운 단어도 그림으로 쉽게 풀어주어 사전이나 인터넷 검색 없이도 충분히 이해할 수 있는 책이다.