만화로 보는 닐스 보어

닐스 보어 - 20세기 양자역학의 역사를 연 천재 ㅣ 푸른지식 그래픽 평전 5
짐 오타비아니 지음, 김소정 옮김, 릴런드 퍼비스 그림, 이강환 감수 / 푸른지식 / 2015년 4월

사랑하는 딸과 아들에게 보내는 독서편지

0.

우연히 이 책을 알게 되었단다. 아빠가 양자역학에 관심이 있다고 여러 번 이야기 했잖아. 양자역학의 대표적인 과학자 중에 한 명인 닐스 보어에 관한 책이라 눈길이 갔어. 만화책이더구나. 음, 닐스 보어에 대해 좀 친숙하게 접근할 수 있는 책이겠구나. 라는 생각으로 읽게 되었단다. 만화로 보는 닐스 보어 평전이라고 생각하면 좋은 것 같구나. 만화로 되어 있지만 쉽게 읽어지는 것은 아니었단다. 워낙 양자역학이라는 것이 쉽지 않으니까 말이야.

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사실 닐스 보어는 양자역학으로 유명한 과학자였지만, 아빠가 학창 시절 보어를 처음 알게 된 것은 보어의 원자 모형 때문이었단다. 입시 위주의 공부를 하다 보니 보어의 원자 모형이 그렇게 신기한 것인지는 몰랐어. 그냥 외워야 하는 하나는 지식이었던 것이지. 얼마 전부터 양자역학에 관심이 생기고 관련된 책을 읽으면서, 보어의 원자모형이 얼마나 신기하고 혁신적인 생각이라는 것을 알게 되었단다. 원자핵 주변에 전자가 돌고 있는데, 에너지를 받거나 내뱉으면, 그 전자가 공간이동을 한다는 것이거든. 우리의 상식으로는 생각할 수 있는 공간 이동. 물리값이 심지어 위치도 연속적인 것이 아니라 띄엄띄엄 존재하는 의미란다. 그것이 양자론이고 양자역학의 핵심이거든. 너희들이 거실에 있다가 한 순간에 안방에서 나타나는, 그런 영화와 같은 일이 원자의 세계에서는 존재한다는 거야. 대단한 발상 아니니?

이런, 아무튼 학창시절에는 얼마나 대단한 것인지 몰랐던, 닐스 보어의 원자모형이 얼마나 대단한 것이란 것을 알게 되고, 아빠는 닐스 보어라는 사람도 궁금했단다. 여러 책에서 그의 단편적인 모습들을 만들 수 있었는데, 온전히 그에 관한 책이 있다고 하니, 급 관심을 가지게 되었던 것이란다. 하이젠베르크와 함께 양자역학의 위대한 금자탑을 쌓은 닐스 보어.

1.

닐스 보어는 덴마크의 한 유복한 집안에서 1885년에 태어났단다. 아버지 크리스티안은 대학교수이자 의사였대. 그의 부모님은 어렸을 때부터 아이들에게 과학의 즐거움을 알려주었고, 부모와 함께 토론하고 의견을 나누곤 했다는구나. 아, 아빠를 반성하게 하는구나. 그런데, 어린 시절은 학업 성과가 빠르지는 않았다고 하는구나. 오히려 닐스 보어의 동생이 더 천재성을 보였다고 했어. 발표나 강의도 잘 하지 못했대. 평범한 사람이었던 것이지..

하지만 그의 천재성은 이내 드러나게 되었어. 그리고 그의 아니 메르크레테의 내조도 대단했다고 하는구나. 닐스 보어는 앞서 아빠가 이야기한 양자론으로 유명해지면서, 코펜하겐 대학에서 강사로 일하게 되었어. 그는 더 많은 성과를 내기 위해서는 이론물리학을 위한 연구소가 필요하다면서 학교측에 계속해서 연구소 개설을 요청했다고 하는구나. 결국 코펜하겐 대학은 연구소를 건립했는데, 그 연구소가 양자역학과 떼어 놓을 수 없는 코펜하겐 연구소란다. 나중에 이 연구소의 이름은 닐스 보어 연구소가 된단다.

이 연구소 개설로 많은 젊은 물리학자들이 찾아와서 연구하게 되고, 닐스 보어는 우수한 물리학자들을 코펜하겐 연구소로 스카우트해왔단다. 그런 이들 중에 하이젠베르크와 파울리 등도 있었어. 참고로 파울리는 과학계의 악동이라고 불리기도 하지만, 그 또한 뛰어난 업적을 냈다고 하는구나. 아빠가 고등학교 때 화학 시간에 배웠던 내용 중에 전자껍질수라는 것이 있었고, 최외각 전자수가 같으면 화학적 성질이 비슷하다는 내용이 있는데, 이것을 바로 파울리가 발견한 것이라고 하는구나.

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아빠가 위에서 보어의 원자모형을 이야기했는데, 그 이전에 원자의 정체에 대해서 파헤친 물리학자들에 관한 이야기도 나온단다. 예를 들어 프랑스의 드브로이 왕자가 있었는데, 그거 전자가 이중성을 가진다고 가정을 했대. 그리고 J.J. 톰슨은 전자가 입자라는 것을 증명하여 노벨상을 탔단다. 전자가 이중성을 가지고 있다고 가정을 했다고 했잖아. J.J. 톰슨이 전자가 입자라는 것을 증명했으니, 누군가는 전자가 파동이라는 것을 증명했겠지? 그것은 바로 J.J. 톰슨의 아들 조지 톰슨이라는구나. 조지 톰슨도 데이비슨과 함께 이 업적으로 노벨상을 탔다고 하는구나. 참, 대단하면서 신기하구나. 아빠는 전자의 입자를 밝혀내고, 아들은 전자의 파동을 밝혀내고…

그리고 하이젠베르크. 아빠가 이전에 다른 책들을 읽고 이야기한 내용이 또 한번 등장한단다. 병 치료를 위해 헬골란트 섬에서 요양을 보내다가 양자역학을 행렬로 정리하게 되는 거야. 그렇게 양자역학의 코펜하겐 해석이 완성된단다. 많은 과학자들에게 이 소식을 충격과 놀라움을 주었어… 그 이후 1927년 그 유명한 제5회 솔베이 회의… 물리학자의 어벤져스들이 다 모인 회의. 아인슈타인은 양자역학의 코펜하겐 해석에 대해 약점들을 이야기를 했어. 아인슈타인이 제기한 모든 이슈들에 대해 닐스 보어는 모두 반박을 했다는구나. 하지만 끝내 아인슈타인은 양자역학을 인정하지 않으려고 했대. 심지어 신은 주사위를 던지지 않는다는 이야기까지 했다고…

2.

닐스 보어가 활약하던 시기는 인류 역사상 가장 고통 받는 시기였단다. 두 번의 세계대전이 있었거든… 특히 2차 세계대전은 물리학자들도 피해갈 수 없었단다. 아인슈타인이나 페르미 같은 유태인들은 미국으로 망명을 갔어. 그런데 어떤 과학자들은 나치에 협조하는 경우도 있다고 했단다. 하이젠베르크도 그런 사람이라는 소리가 있었지. 닐스 보어는 하이젠베르크를 찾아가 오랫동안 이야기를 나누었대. 이때 무슨 이야기를 나누었는지 모르겠지만, 이후 닐스 보어와 하이젠베르크는 사이가 안 좋아졌다고 하는구나.

닐스 보어는 전쟁 중에 덴마크에 머물고 있었는데, 그 또한 체포될 지 모른다는 소식을 듣고 스웨덴과 영국을 거쳐 미국에 갔다고 하는구나. 그리고 그는 미국에서 맨하탄 프로젝트의 존재를 알게 되었대 맨하탄 프로젝트는 핵폭탄을 연구하는 프로젝트였어. 양자역학의 대가인 닐스 보어에게 도움을 청했겠지. 닐스 보어는 핵물리학을 전쟁에 이용하는 것을 극구 반대했어. 그를 위해서는 미국의 대통령 루스벨트와 논쟁을 벌이기도 했어. 닐스 보어는 핵의 평화적 이용을 주장했지. 그가 그런 노력을 했지만, 결국은 우리가 아는 것처럼 불운하게도 맨하탄 프로젝트는 성공하고 말았단다.

2차 세계대전이 끝나고 닐스 보어는 다시 덴마크에서 물리학 연구를 하였어. 우주의 탄생을 연구하는 곳으로도 유명한 유럽원자력공동연구소 CERN을 만드는 데도 많은 노력을 했다는구나.

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그의 삶을 짧게 살펴보았는데, 뭐랄까, 진정한 순수 물리학자라는 생각이 드는구나. 그와 그들의 코펜하겐 멤버들이 밝혀낸 양자역학은 이후 물리학의 핵심이 되었고, 모든 산업이 기반이 되었어…

음.. 하지만, 여전히 양자역학은 쉽지 않구나. 오늘은 이만 마칠게.

PS:

책의 첫 문장 : 닐스 보어는 상대방과 의견이 다를 때는 그것도 조금 다른 정도가 아니라 상대가 멍청하다고 생각할 때는, 아주 강하게 표현했다.

책의 끝 문장 : 그러나 그날 오후 점심을 먹은 뒤에는 여느 오후와 달리 다시는 아인슈타인의 상자로, 칠판으로, 연구로 돌아가지 못했다.