불확실성의 시대

불확실성의 시대 - 찬란하고 어두웠던 물리학의 시대 1900~1945
토비아스 휘터 지음, 배명자 옮김 / 흐름출판 / 2023년 5월

찬란하고 어두웠던 물리학의 시대 1900~1945

흐름출판에서 발간한 지은이 토비아스 휘터, 옮긴이 배명자의 <불확실성의 시대>는 양자역학이 탄생하기까지 과학자들의 충돌과 화합을 보여준다. 20세기 초는 고전물리학과 양자역학이 치열하게 논쟁을 벌였던 시기이다. 현대물리학의 황금기라 불리던 시기에 활약한 막스 플랑크, 아인슈타인, 퀴리, 보어, 하이젠베르크, 드브로이, 슈뢰딩거, 파올리…의 이론이 탄생하기까지 숨막히는 여정을 확인할 수 있다.

저자는 과학자들의 학계에 주목을 받았던 순간부터 이들이 이론을 발전시킨 과정을 그들이 남긴 일화와 메모, 논문, 일기, 편지를 바탕으로 생생하게 재현한다. 어렵게 여겨지는 양자역학이 확립되기까지 자신의 신념에 따라 과학계 내에서 파벌이 나눠지고 자신이 존경한 이들과 토론을 벌이는 과정은 흥미롭다.

양자역학은 20세기 초에 탄생한 물리 이론으로, 물리학자들이 전통적인 물리학의 한계를 극복하려는 시도에서 개발되었다.

양자역학의 시작은 1900년에 독일 물리학자 막스 플랑크가 블랙바디 복사의 스펙트럼 문제를 연구하면서 시작되었다. 플랑크는 이 문제를 해결하기 위해 에너지가 일정한 미소 단위인 "양자(quanta)"라는 개념을 도입했으며 이는 에너지가 연속적으로 변하는 것이 아니라, 양자 단위로 불연속적으로 변화한다는 것을 의미했다.

아인슈타인은 1905년에 상대성이론을 발표하면서 빛의 파동성과 입자성에 대한 이론적 해결책을 제시했다. 그러나 이후 양자역학이 발전하면서 빛의 입자성이 부각되어 이에 대한 논쟁이 일었다.

아인슈타인은 이러한 입자성 해석에 대해서는 비판적이었다. 그는 "빛은 파동으로서만 존재한다"라는 주장을 내세웠으며, 이는 그의 유명한 실험적 증명인 광전자 효과를 통해 검증되었다. 그러나 그는 또한 양자역학이 제시하는 불확정성 원리와 상호작용의 양자적 특성 등에 대해서는 일부 인정했다.

이 책은 사실상 아인슈타인과 보어 진영의 빛에 관한 성질을 두고 다투는 과정이 압권이다. 보어는 양자역학의 선구자 중 한 명으로, 불확정성 원리를 제안하고 양자역학의 기초를 다지는데 큰 역할을 했다. 당시 보어를 따르는 과학자들은 많았으며 그이 강연을 듣기 위해 많은 이들이 모여들었다.

슈뢰딩거, 하이젠베르크는 대표적으로 양자역학을 발전시킨 인물이다. 아인슈타인과 보어 진영 간 대립이 절정을 이룬 사건은 솔베이회의이다.

솔베이회의에 참석한 사진은 현대물리학을 상징한다. 1911년 시작한 솔베이회의는 29명 참가자 가운데 17명이 노벨상 수상자를 기록할 정도로 저명한 회의가 되었다.

1927년 10월 24일, 독일의 솔베이에서 열린 이 회의에서 양자역학의 기초가 다져졌다. 이 회의에서 양자역학을 수학적인 형식으로 제시했으며, 이는 현대물리학의 기초가 되는 중요한 이론이 되었다.

솔베이회의에서는 빛의 입자성과 파동성에 대한 문제와 물질의 양자적 특성에 대한 문제 등이 논의되었고 이를 바탕으로 본격적인 양자역학의 이론적 발전이 이루어졌다.

양자역학과 핵물리학의 결과는 잔혹했다. 우리에게는 식민통치의 종지부를 찍는 계기가 되었지만, 이들이 확립한 물리학은 히로시마 핵폭탄의 토대가 되었다.

<불확실성의 시대>는 일반 대중을 위해 과학사를 둘러싼 이야기를 흥미진진하게 풀어가고 있어 과학에 관심을 가진 비전공자라면 누구나 쉽게 접근할 수 있다.

- 이 글은 출판사에서 도서를 지원받아 주관적으로 작성하였습니다.

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