물질의 궁극을 응시하는 사고, 양자론

양자론에 대해서 말하자면, 전문가가 아닌 사람들에게는 어쨌든 설명이 필요할 것이다. 음악이나 그림이라면 몇 번이고 되풀이하여 진짜를 들려주고 보여 주고 있으면 자연히 소양이 붙게 된다고 한다. 그러나 양자론은 아무리 수식을 바라본들 어떻게 되는 것이 아니다. 도대체 양자론이란 무엇인가? 왜 이런 것을 학자들이 눈에 핏발을 세우며 조사하는 지경이 되었을까? 설명하지 않으면 알 길이 없다. 이 책이 텔레비전 영화의 해설과 같은 것이라고까지는 말할 생각이 없지만, 어쨌든 전문가가 아닌 사람들도 그 윤곽만이라도 알아주고, 다소나마 흥미를 느껴 주었으면 하는 것이 목적이다. 세상에는 이런 일에 몰두한 사람들도 있었다는 것을 이해해 준다면 좋겠다.

쓰즈키 다쿠지(都筑卓司)는 일본 시즈오카현 출신으로 도쿄문리대학(현 쓰쿠바대학) 물리학과를 졸업했다. 요코하마시립대학 교수를 역임한 이학박사이다. 저서로는 『4차원의 세계』, 『맥스웰의 도깨비』, 『아인슈타인의 생애』, 『퍼즐 물리학』, 『타임머신 이야기』 등이 있다.

차례
머리말

1. 태초에 ‘빛’이 있었느니라
양자론이란?
자연계는 디지털형
누구도 ‘빛’을 보지 못한다
파동이면서도 입자
맨얼굴은 ‘알려지지 않은’ 것

2. 분분한 여러 가지 주장! 양자의 생일
“아빠는 엄청난 큰 발견을 했을지도 몰라”
전기에도 최소 단위가 있을 것이다
진공 속을 흐르는 음극선의 발견
노벨상 학자를 배출한 캐번디시 연구소
밀리컨, 마침내 전기소량을 측정

3. 나가오카의 대예언
주목! 로렌츠의 전자론
J. J. 톰슨 대 나가오카
고집쟁이 영감, 나가오카 박사의 큰 공적
수은에서 전자 1개를 벗겨 내면 금이 된다?

4. 그 사람, 막스 플랑크
좋은 스승을 찾아 대학을 전전
마지막에는 두 청강생뿐
고정 보수가 없는 사강사로
처음으로 빛을 본 논문

5. 왜 1을 빼면 되는가?
용광로의 온도를 정확히 알고 싶다!
이치는 제쳐 두고 실험 곡선으로……
무서우리만큼 딱 들어맞는군!
빛의 에너지가 띄엄띄엄하기 때문에

6. 레나르트와 아인슈타인의 대립!
볕에 ‘탄다’, ‘안 탄다’는 불가사의
빛의 양과 질의 차이
빛의 ‘덩어리’란?
아인슈타인의 망명
전기 양자역학의 시대로

7. 원자 속으로 뛰어들다
‘원자 불변설’을 버리다
원자번호와 같은 수의 전자
노벨상 수상 후에도 위대한 연구를……

8. 전자의 정체를 밝히기 일보 직전에
‘전자’를 해명하는 실마리는 ‘빛’
전자와 광자의 상호작용
암호(빛의 파장)를 해독하라
잇따라 모습을 나타내는 ‘정수의 수수께끼’

9. 닐스 보어, 덴마크에 있노라!
양자론을 길러 준 어버이―닐스 보어
원자의 구조만 알게 된다면!
지금은 물리학의 상식이 되었지만

10. 보어가 불어넣은 새로운 바람
전자의 궤도가 보이기 시작했다
전자의 ‘띄엄띄엄’을 수식화
전쟁에 휩쓸릴 운명?

11. 요절한 모즐리의 ‘발견’
26살에 발견한 모즐리의 법칙
다르다넬스 해협에서 전사
Why가 아니라 How를 추구
사실 선행형과 이론 선행형

12. 이윽고 원자폭탄 제조를 계획
보어의 제안, 지지를 받다
이론물리학의 작은 연구소
보어와 아인슈타인의 논쟁
핵분열의 엄청난 에너지

13. 코펜하겐으로 모여드는 영 파워
서서히 열리는 신비의 문
니시나 박사의 큰 공적
보어 이론의 불완전한 부분

14. 하이젠베르크의 온고지신―불확정성원리를 제창
더욱 혁명적인 변경이 필요하다
마이크로 세계의 단진동
한쪽을 확정하면 다른 쪽이 확정되지 않는다
불확정성원리의 확정

15. 불확정성―마이크로한 세계의 밑바탕에 깔린 원리
위치를 알게 되면 운동량이 없어진다
양쪽을 조금씩 인정한다면
측정하기 때문에 불확정한 것이 된다
인간에게도 비슷한 습성이……

16. 하이젠베르크의 행렬인가? 슈뢰딩거의 파동인가?
전지전능한 라플라스의 악마
라플라스의 악마는 무엇을 할 수 있는가?
모르기 때문에 행복하다
양자역학을 떠받치는 하나의 기둥一행렬역학
또 하나의 기둥一슈뢰딩거의 파동역학

17. 삶인가? 죽음인가? 슈뢰딩거의 고양이
마이크로 세계에는 일발필중이란 없다……
양자역학은 응용 면에서 절대적인 위력이 있다
전자의 위치가 확률로서 나타내어진다는 것은 어떤 것인가?
아인슈타인의 반대
보어의 판정승
반사반생인 고양이의 모순

18. 디랙의 양전자
동그라미는 입자의 모습, 물결 모양은 파동의 모습
터널효과와 에사키 다이오드
에너지 보존법칙은 깨졌는가?
디랙, 양전자를 예언

19. ‘제2양자화’의 완성!
전기장이나 자기장은 어떻게 될까?
공간의 양자화
물리학의 중심지 코펜하겐
실의에 빠진 보어를 격려한 덴마크 국민
원자변화의 발견

20. 누가 원자핵분열의 발견자인가?
잇따르는 두뇌 유출
우라늄에 중성자를 충돌시키면?
2개로 갈라진 우라늄 원자핵
그것은 조용한 반응이 아니라 대폭발
발견의 영예는 누구에게?

21. 양성자와 중성자를 잇는 ‘공’이란?
양성자와 중성자는 왜 핵 속에서 단단히 결합해 있는가?
물질 속을 관통해 버리는 뉴트리노
핵력을 설명할 수 없는 베타(β)붕괴이론
자연계에는 네 가지 힘밖에 없다
유카와 박사의 대담한 주장一중간자의 예언

22. 유카와 이론에서 도모나가의 ‘재규격화이론’으로
“자네는 그렇게도 새 입자가 좋은가?”
증명된 유카와의 예언
안개상자, 기포상자, 사이클로트론
주변의 힘은 대부분 전자기력
‘장’이라는 사고방식
도모나가 박사의 ‘재규격화이론’

23. 2차 세계대전 중의 보어와 하이젠베르크의 밀담
전란과 연구의 골짜기에서……
보어도 의문시했던 핵분열 연쇄반응의 실현
꺾이지 않은 미국의 젊은 학자들
히로시마 원자폭탄은 독일에서 만들어졌다?
덴마크에서 버텨 내는 보어
하이젠베르크, 어두운 밤의 방문

24. 양자역학은 불사조처럼
보어, 죽음을 건 탈출
독일인 과학자들의 운명
과학자의 쟁탈전
양자역학은 불사조처럼