우리의 세계를 이루는 물질, 그 불가사의를 찾아서!

물성(物性)이란 글자 그대로 ‘물질의 성질’이므로 “왜 더운물은 식어 버리지?”, “못은 자석에 달라붙는데, 왜 유리는 붙지 않지?”라는 의문에도 물성론(物性論)이 대답하여 준다. 물성 물리학의 성과는 우리의 일상생활과도 깊은 인연이 있다. 트랜지스터, 페라이트 등의 이름은 이미 귀에 익었을 것이다. 물성 물리학이 개발한 이들 고도의 재료를 이용해 송신, 수신에 쓰이고 있는 TV나 라디오의 편리함은 말할 필요도 없다. 이 밖에 자동차나 비행기의 금속 재료라든지 레이저, 메이저도 물성론의 영역에 속한다.
이 책은 ‘마이크로’한 원자를 결합하는 전자의 성질에서 시작하여 현대 물성론의 핵심적 개념을 설명한다. 원자의 주위를 도는 전자의 활동, 물질 형성의 원리, 결정을 통해 알아보는 원자의 배열에 이어 반도체의 성공을 탄생시킨 제2의 진공, 양자론과 절대영도의 비밀, 극저온에서의 물리 현상, 신비한 자석의 성질까지 물성 물리학의 세계를 우리 일상생활의 예를 비유로 들어 설명하였다.
이 책을 읽은 독자는 물질이란 ‘한 조각의 조그마한 닫힌 세계’가 아니고 ‘끝없이 열린 정묘(精妙)한 우주’라는 인상을 강하게 받으리라고 생각한다. 이 공간에 감도는 아름다운 조화는 처음으로 이 세계의 비밀을 알게 된 사람의 마음에 깊은 여운을 몰아올 것이다.

다데 무네유키는 일본 센다이 출생으로 도호쿠대학 이학부 물리학과를 졸업한 이학박사이다. 오사카대학 이학부 교수를 역임했다. 극저온 및 자성 연구 전문이다. 저서로는 『물성 물리학의 세계』 등이 있다.

머리말

1. 기묘한 전자
홍길동 같은 일렉트론
진공의 어둠 속을 달리는 것
누구도 이것을 부정할 수는 없다
전자는 파동인가?
입자란 무엇인가?
한 병의 맥주도 입자
보이는 파동, 보이지 않는 파동
파동의 소재
확률을 알 수 있을 뿐……
전자 모습의 불명확성
기묘한 스케이터 왈츠
전자자석
환상의 프로세스
아직도 남아 있는 전자의 수수께끼

2. 원자의 소묘
몸을 떨던 보어
원자란 무엇인가?
장난감을 이용한 실험
전자가 안정되는 조건
공간에 안주하기 위하여
전자를 호출하는 번호
원자 고속도로
이 나라의 교통법규
야광시계가 빛을 낼 때
원자가 빛나다
심술궂은 파울리

3. 원자에서 물질로
중학생에게 쩔쩔매다
상자에 담은 복숭아
원자가 다가들다
마이크로한 밴드
금속과 비금속의 차이
4개의 다이아몬드의 손

4. 결정의 세계
생각에 잠긴 라우에
파동의 환상
나란히 늘어선 말뚝
원자에 파동이 되튕겨 나오다
구부려서 끊어지는 철사
자연이 만든 혼합물
고양이 수염
착색되는 소금
루비와 레이저
ten-nine에의 길

5. 제2의 진공
설명이 되지 않는 옴의 법칙
전자에 육탄 공격
옷을 입은 전자
‘허물’이 움직인다
커플전자
반도체의 메커니즘
도너와 억셉터
제2의 진공

6. 고전입자의 딜레마
볼츠만을 죽게 한 혼란
태평양을 휘저어서
온도는 운동에너지의 평균으로부터
온도가 정하여지지 않는다
역학적 송사리와 열역학적 송사리
컵의 물에서 배운다
진공의 온도
고전입자의 딜레마
페르미 입자와 보스 입자
매크로와 마이크로를 연결하다
무지의 척도 엔트로피
자연은 되돌아가지 않는다
열린계의 매혹과 곤혹
정보와 엔트로피
레이저를 낳는 마이너스 온도

7. 극저온의 세계
세상에서 가장 조용한 곳
옛 개척자들
왜 저온을 얻으려고 할까?
4중 유리 속
신비의 액체, 헬륨 Ⅱ
빠져든 보스 입자
초전도의 수수께끼
BCS 탐정 미스터리를 풀다
초전도전자가 던지는 키스
GLAG 탐정의 발견
양자가 얼굴을 내민다

8. 자성의 수수께끼
바이킹의 수호신
자석의 종류
웨이스의 분자자석
쇠못은 왜 자석에 붙는가
우주에서 가장 작은 자석
모든 물질이 ‘청개구리’
독신인 전자
하이젠베르크의 탁견
영원히 지워지지 않는 기억
자기 세계의 팽이
난봉기가 드러난 전자

9. 내일의 물성
물성 물리학의 내일
거기에 ‘미지(未知)’가 있으므로
새로운 진공, 새로운 입자
지자기의 일천만 배
절대영도에의 도전
초고압의 세계
영원한 탐구

역자 후기