ATOM 1부-1

2012년 12월 24일 월요일

오전 7:15

BBC 다큐멘터리.

제 1부 - 거인의 충돌

JIM AL KHALILI ,핵물리학 교수, SURREY 대학교

This is the story of the great scientific discovery ever.

사상 최대의 과학적 발견 이야기!

이 다큐멘터리의 첫 대사입니다.

atom, 우리나라 말로 원자

도대체 원자가 뭐길래 "사상 최대"라는 수식어를 붙일 수 있는 것일까요?

그 이유는 바로 이어서 나옵니다.

"모든 것이 원자로 이루어져 있기 때문이다"

그리고 이 다큐멘터리는

원자들이 움직이는 세상을 탐구한

과학자들의 노력과 역사를 담고 있습니다.

볼츠만은 물질이 무한히 작은 조각으로 나뉠 수 없다고 믿었습니다.

그 대신, 모든 물질은 궁극적인 기본 입자로 이뤄져 있다고 믿었지요.

이것이 바로 "원자"입니다.

지금은 당연한 사실로 받아들이고 있는 볼츠만의 믿음은

불과 1백여년 전만 해도 받아들여지지 않았습니다.

지금부터 볼츠만이 원자를 주장하던 그 시절을 살펴보겠습니다.

19세기 중반...

갑자기 원자가 존재 하는가 아닌가의 문제가 핫이슈가 됐습니다.

그 이유는 지금의 첨단과학과는 별 관계가 없어 보이는

"수증기" 때문이었습니다.

19세기 중반. 증기기관을 이용한 기계장치들은

공업과 산업, 운송 등등 사회 전반에 걸쳐 응용되었습니다..

즉, 수증기가 세상을 바꾸고 있던 시대라고 할 수 있지요.

자연스럽게 수증기를 효율적으로 사용하는 방법을 연구하는 것이

상업적으로는 물론이고 정치적, 군사적으로도 매우 중요한 시대였습니다.

즉, 19세기 중반의 과학계의 핫이슈가 "수증기"였습니다.

수증기를 효율적으로 이용하기 위해서는

고온 고압에서 물과 증기의 행동을 이해하고 예측할 필요성이 커졌지요.

그리고 볼츠만과 몇몇 동료들은

수증기가 아주 작은 공 모양의 입자

즉, 원자라고 생각하면 증기의 운동을

놀라울 정도로 정확하게 예측 할 수 있는

아주 강력한 방정식을 세울 수 있다는 것을 보여줬습니다.

하지만 아이러니하게도 볼츠만을 우울증에 걸리게 하고

결국 자살까지 몰고 간 것도 원자입니다.

볼츠만의 의견에 동의하지 않는 과학자들이 많았기 때문이지요.

그들은, 원자는 눈에 보이지 않기 때문에

단순히 현상을 분석하는데 필요한 수학적 개념이고,

실재로는 존재하지 않는 개념이라고 치부해 버렸습니다.

심지어는 신께서 만들어 놓은 신비로운 창조물들을

단순한 구의 충돌로 설명하려 한다는 것이

신성모독이라고까지 주장했습니다.

그런데 좀 웃긴게...

신도 눈에 안 보이는데... 왜 원자는 무시하고 신은 무시하지 않는지...

아! 그냥 이중잣대 같아서 얘기 꺼내 봅니다.

종교논쟁 하자고 하는 의도는 아니예요 ^^

그러나... 볼츠만의 불행은 이것 뿐만이 아니었으니...

아흑 ㅜ.ㅜ 볼츠만 ㅜ.ㅜ

불쌍해서 어떻게...

이것은 마치 우리나라 독립을 지켜보지 못하시고 이 세상을 떠나신

수많은 독립투사분들과 다를 것이 없는 원통함과 같지 않을까요?

그가 죽기 1년 전,

한 젊은 천재과학자가 나타나 원자의 존재를 증명해 냈으니...

그가 바로 "알버트 아인슈타인"입니다.

많은 사람들이 "아인슈타인" 하면 떠올리는 것은?

상대성이론이지요~

하지만 아인슈타인은 상대성이론으로 노벨상을 받지 못했습니다.

상대성 이론은 당시 시대에서는 이해하기도 매우 힘들고,

증명하기도 힘들기 때문에 그런 큰 상을 줄 수 있는지

판단을 할 수 조차 없는 엄청난 이론이었거든요~

과학 발전에 큰 도움을 준 아인슈타인한테 노벨상을 주긴 줘야하는데

상대성 이론은 대단하긴 한데 맞는지 아닌지 확신이 안서~

뭐 다른거 노벨상 줄만한 껀덕지가 없을까~~~

하고 찾다보니...아인슈타인이 빛의 입자성을 증명한거죠~~

결국 아인슈타인은 빛이 입자로 이루어져 있다고 증명하는

광전효과로 노벨상을 탑니다.

하지만, 원자의 존재를 뒷받침 해 주는 논문은

광전효과도, 상대성 이론도 아닌

엉뚱한 논문이었습니다.

고작 꽃가루가 뭐 대단하냐 하시는 분들도 계시겠죠?

그리고 꽃가루랑 원자랑 무슨 상관이 있을까요?

물 위에 떨어뜨린 꽃가루의 움직임을 브라운 운동이라고 합니다.

브라운은 한 식물학자의 이름인데...

물에 꽃가루를 떨어뜨리고 현미경으로 관찰했더니

꽃가루들이 물 위에 떠서 마구 진동을 했다는 것 입니다.

마치 어딘가에 자꾸 부딪혀서 튕겨나가는 것 처럼...

이런 현상은 약80년동안 설명을 할 수 없는 채로 방치된

잘 알려지지 않은 과학적 이상현상 이었습니다.

이 미지의 현상을 아인슈타인이 교통정리를 한 것이죠!

네!!

아인슈타인은 식물학자가 했던 실험에서

물리학계에 엄청난 이슈를 발견 한 것입니다.

꽃가루가 물에 떠 다니는 것을 보고는

원자가 있다 없다 하는 논쟁에 종지부를 찍은 것이죠

레알 천재...

아인슈타인 덕분에 원자는 존재하고

그 크기는 약 10억 분의 1미터로

머리카락 굵기의 1백만 분의 1에 해당하는

아주 작은 크기라는 것이 알려지면서

원자의 존재에 대한 논쟁은 끝이 났습니다.

그리고 볼츠만은 명예를 회복했는데

그것도 모르고 죽었....ㅜ.ㅜ 아흑 ㅜ.ㅜ

과학지식을 활발히 공유해야 하는 이유 중에 하나입니다.

사람 목숨이 달려있어요!!

암튼 아인슈타인 덕분에 원자의 존재는 과학계의 정설로 받아들여졌고

원자를 공부하는 과학자들이 학계의 주류가 되었습니다.

그런데....

원자를 발견하자 마자 여러 가지 문제점들이 막 튀어나옵니다.

물리학계가 혼돈에 빠져 있을 때.

난세의 영웅이 함께 등장하니

러더포드는 무엇이든 직접 해 봐야 직성이 풀리는 실험물리학자였습니다.

반면에 보어는 이론물리학자였지요.

개인적 여담이지만 저도 실험보다는 이론물리학을 좋아합니다.

귀족의 피가 흐르나? ㅋㅋㅋ

이들은 그 당시의 과학으로 설명 할 수 없었던 원자의 행동을 설명하기 위해

자신들이 공부 해 왔던 모든 지식까지 기꺼이 버릴 수 있는 사람들이었습니다.

그 당시 물리학계에서 매우 중요한 몇 가지 발견을 하게 됩니다.

첫째로 독일에서는 피부를 뚫고 뼈를 볼 수 있는 광선이 발견됩니다.

그런데 아무도 이 광선이 뭔지 몰라서...

이름을 X-ray라고 붙였습니다.

두번째로 캠브리지 대학에서는 전자를 발견하게 됩니다.

세번째로 파리에서는 원자의 비밀을 밝힐 가장 큰 발견이 있었으니...

바로 방사선이었습니다.

그리고 러더포드는 바로 이 방사선에 집착을 하게 됩니다.

그리고 러더포드는 그의 조수 가이거와 엄청나게 유명한 실험을 고안합니다.

바로 러더포드 산란실험이죠!

방사선의 일종인 알파입자를 금 박막에 쏴서

금 박막을 지난 맞은편에서 입자들을 측정 하는 실험이었습니다.

그리고 대부분의 알파입자는 예상대로 금 박막을 통과해 지나갈 뿐

별로 이상한 점이 발견되지 않았습니다.

조수들은 러더포드에게 별로 특이한 점을 발견하지 못했다고 보고합니다.

하지만 아주 가끔씩 다른 방향으로 튀어나가는 현상을 보고

러더포드는 가이거에게 또 다른 지시를 합니다.

그리고 아주아주 드물게 금 박막에 튕겨져 되돌아오는 알파입자를

관측하게 됩니다.

8000개 중의 하나라는 작은 확률로 튕겨져 돌아오는 알파입자를

그는 이렇게 표현했습니다.

"휴지에 포탄을 쐈는데 포탄이 튕겨 나오는 것과 같은 일이다."

처음에는 이런 현상을 이해하지 못했던 러더포드는

결국 이 실험으로 사람들에게

원자가 내부구조를 가지고 있다고 알릴 수 있었습니다.

원자 안에 또 다른 세계

아원자세계 (subatomic world)에 대해서...

나머지 내용은 1부-2탄에서...

그나저나 ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ

조수가 가이거야 ㅋㅋㅋㅋㅋ

진짜 쩐다 ㅋㅋㅋㅋ

Microsoft OneNote 2010을(를) 사용하여 작성했습니다.
모든 노트 및 정보를 한 곳에서 볼 수 있습니다.

크리에이티브 커먼즈 라이선스

이 저작물은 크리에이티브 커먼즈 코리아 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 2.0 대한민국 라이선스에 따라 이용하실 수 있습니다.