BBC 다큐멘터리 ATOM. 1부-2탄

ATOM 1부-2탄

2012년 12월 26일 수요일

오전 5:12

   

   

ATOM 1부-1탄에 이어서 바로 갑니다.

   

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.

   

   

아무런 논리적 이유 없이 그냥 궁금해서 관찰 해 보라고 시켰던 것입니다.

   

몇 주 동안이나 방사선이 금 박막을 그냥 통과 해 가는 것만 보았던

가이거와 마즈덴은 러더포드가 이런 지시를 내린 것을 이해하지 못했지만

윗사람이 까라면 까야지... 별 수 있나요?

그냥 시키는 대로 했죠

   

   

   

   

   

러더포드는 자신이 엄청난 발견을 했다는 것을 깨닫습니다.

   

알파입자가 되 튕겨 돌아오는 이유를 알아내기까지는 1년이 넘게 걸렸지만

그는 이 실험으로 원자가 내부구조를 가지고 있다는 사실을

세상에 증명한 것 입니다.

   

원자의 존재를 인정하자마자

그 작디 작은 원자의 내부가

어떤 구조를 가진 아주 작은 세계라는 사실이

알려진 것입니다.

   

원자 안의 더 작은 세계

   

아원자 세계 - Subatomic world

   

   

러더포드는 이 실험을 통해서 원자의 내부 모습을 밝혔다고 생각했습니다.

   

   

음전하를 띤 전자는

원자핵이라고 불리는 작은 양전하 입자 덩어리 주위를

회전한다고 생각했습니다.

   

   

   

   

   

원자의 내부가 거의 빈 공간이기 때문에

대부분의 알파입자는 금 원자를 무시하고 지나가 버립니다.

   

거시적 비유를 들자면

원자핵을 축구공 크기로 확대하면

가장 가까운 원자는 축구공과 약 800미터나 떨어진 곳에 존재하고

축구공 크기의 원자핵과

첫번째 전자 사이의 800미터는

아무 것도 존재하지 않는...

말 그대로 진공중의 진공상태입니다.

   

   

지금은 별 거부감 없이 받아들여지는 이 개념은

당시에는 충격적인 것 이었습니다.

그리고 원자는 공부하면 할수록 점점 더 이상해져 갔습니다.

   

러더포드가 제시한 원자모형

즉, 전자가 원자핵 주위를

마치 태양 주변을 도는 태양계 행성과 같다고

발표하자마자 문제가 터져버렸습니다.

   

그것도 그냥 문제가 아니고

졸라 큰 문제가....

   

   

지금까지의 상황을 요약하면

1905년부터 1911년

단 6년이라는 짧은시간동안

원자라는 존재가 증명되고

원자가 매우 작다는 것을 알았고

원자가 내부구조를 가지며

내부구조를 이루는 구성물질은 원자보다도 훨씬 작았고

원자는 사실 거의 빈공간으로 이루어 져 있다는 사실을 밝혔습니다.

   

   

심지어는 물리학 법칙도 적용이 안 되는 상황까지 나타난 것이죠.

   

너무 짧은 시간 동안 엄청난 일들이 일어 난 것 입니다.

   

얼마나 큰 충격인지...

알려드리고 싶기도 하고...

갑자기 개그치고싶어서...

소설하나 씁니다 ㅋㅋㅋ

   

태어나 한 번도 여자친구가 없었던 A군

그는 결국 "뭘 해도 안생겨요"라는 오유의 진리를 믿는데...

어쩌다보니 우연히 아는 여자 B양이 생기고

B양과 썸씽을 타는 중에 너무 자랑하고 싶어서

썸씽타고있는데 어떡해야 할 지 모르겠다는 고민글로 가장하여

자기 커플되는 중 이라고 자랑할라고 오유에 올렸다.

   

그랬더니 부부는 축복하지만 커플은 신나게 까 주시는

친절한 오유인들은 A군을 못살게 굴었고

A군은 엄청난 악플에 충격을 받고 오유를 떠난다.

   

하지만 여친과 행복한 시간도 잠시...

A군은 B양을 이해 할 수가 없었다.

   

화장을 지우면 그녀의 미모는 김태희와 오랑우탄의 차이였고

전화를 하지 말래서 안 하면 왜 전화를 안 했냐고 뭐라 하고

배부르다고 해서 음식을 조금만 시키면

먹을게 없다고 투덜댔다.

   

친구가 B양을 클럽에서 봤다고,

다른 남자랑 같이 있는 것을 봤다고 해서 전화를 해 보면

그녀는 집에 있다고 했다.

클럽에 있으면서 집에도 있는 말도 안 되는 상황이 매일같이 일어났다.

A군이 직접 관측 한 것이 아니라

딱히 그녀가 진짜 클럽에 갔는지 아닌지도 모르겠다.

   

사실 B양은 A군이 잡으려고 다가가면 순식간에 도망가서 사라지고

그래서 가게 놔두면 눈앞에서 알짱대는

이상한 여자였다

   

A군의 상식으로는 B양을 분석할 수 없었다.

게다가...

B양은 알고 보니 남자였다.

   

어쩌다 보니 게이커플이 되어버린 A군...

이제 오유는 A군을 진심으로 환영 해 줄 준비가 끝났지만...

A군은 너무 큰 충격에 성 정체성을 찾는데 시간이 필요한 상황이었다.

   

그렇다!! 1900년대 초반

원자를 만난 과학계가 바로 A군과 같은 상황이었다.

물리법칙은 원자를 받아들일 준비가 끝나있었지만

과학자들은 너무 큰 충격을 받은 A군과 같이

현실을 받아들이지 못하고 있었던 것이다.

   

하지만 곧, 성 정체성을 깨닫고 B(양?군?)과

행복한 미래를 만든 A군처럼

과학자들의 고민에도 점점 해답이 보이기 시작한다.

   

   

닐스 보어는 1911년 덴마크에서 영국으로 건너왔습니다.

코펜하겐에서 공부를 마친 그는 물리학의 중심지로 향하기로 결심했고

영국 맨체스터 대학의 러더포드에게 갔습니다.

   

보어는 한 이론의 세부사항에까지 병적으로 집착하기도 했습니다.

보어는 러더포드의 원자모델에 심취했고

원자가 붕괴하지 않는 이유와 빈 공간이 그렇게 많은 이유를

밝혀내는 것을 자신의 사명으로 삼았습니다.

   

   

보어는 원자 구조의 실마리를 물질에서 찾으려 하지 않았습니다.

원자로 인해 발생하는 여러 가지 빛들의 성질에서 찾으려 했습니다.

   

   

그 당시에도 이미 과학자들은

여러 가지 물질이 물질마다 각각 다른 색의 빛을 낸다는 사실을

알고 있었습니다.

   

   

이렇게 여러 물질이 가지는 다슨 색깔의 빛을 스펙트럼이라고 합니다.

   

보어는 놀라운 통찰력으로 스펙트럼이 원자 내부 구조를 알려주고

그 빈 공간을 설명 할 수 있다는 것을 깨달았습니다.

보어의 이론은 러더포드의 원자 모델을 교체했는데...

그 개념이 상상하기 힘들 정도로 어려웠습니다.

   

오로지 스펙트럼을 설명하기 위한 보어의 사고는

다른 논리적 요소들까지 고려 할 여유가 없었습니다.

   

그래서 빈 공간과 전자궤도 같은 이론은 사라지고

과학 전체에서 가장 오해 받고 오용되는 개념으로 바뀌었으니...

그것이 바로 양자도약 입니다.

물리학자들도 양자 도약을 이해하는 데 몇 년이 걸립니다.

   

보어도 이런 말을 남겼었죠

"이해한 것 같다면 제대로 생각 안 해 본 것이다."

(다큐에서는 좀 다른 표현으로 바뀌어서 나왔네요.

제가 알고 있던 말이랑 좀 달라서...

위키피디아에서 다시 긁어왔는데

뭐가 맞든지... 중요한 것은 어렵다는 것이죠 ㅋㅋ)

   

양자역학을 처음 접했을 때 충격을 받지 않았다면

양자역학을 안다고 할 수 없다.

   

Those who are not shocked

when they first come across quantum mechanics

cannot possibly have understood it.

   

그럼 지금부터 과학 전체에서 가장 복잡하면서

전 우주를 지탱하고 있는 개념을 설명하겠습니다.

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

마지막 장면에서 말하듯

보어는 양자도약을 하는 이유와 법칙은 몰랐습니다.

그냥 단지 이렇게 생각 함으로써 놀라운 예상을 할 수 있었지요

   

   

   

   

   

그런데 이 때, 더 중요한 것은

양자 도약의 거리에 따라서 빛의 색깔이 달라진다는 것 입니다.

   

   

   

   

보어는 이 생각이 올바른지를 판단하기 위해

수소 스펙트럼의 특징을 양자도약 이론으로 설명하려 했고

몇 달의 고된 계산 끝에

보어의 예상이 놀라울 정도로 정확하다는 것을 알게 되었습니다.

   

사상 최초로 물질의 스펙트럼을 설명 할 수 있을 것 같았습니다.

   

이 때가 1913년.

이것은 놀라운 소식이었습니다.

   

하지만 보어의 양자도약 이론은

아무런 논리와 이유가 없었고

그저 보어가 생각한 가설에 의지하고 있었기에

논란이 매우 많았습니다.

   

왜 원자는 다층빌딩과 같은 구조로 되었는지.

왜 양자 도약이 일어나는지...

   

이유도 모른 채로 실험 결과를 설명하기 위해 만든

억지 이론 이었습니다.

   

한 물리학자가 보어에게 말합니다

"양자 도약은 말도 안 된다."

그 말을 듣고 보어는 이렇게 얘기 합니다.

"그렇습니다. 당신 말이 맞아요!

하지만 그렇다고 도약이 일어나지 않는 것은 아닙니다.

단지 우리가 이해하지 못 할 뿐이죠"

   

그 당시 대부분의 과학자들은 보어의 이론을 받아들이기 힘들었습니다.

   

   

   

보어의 양자 도약 이론은 그 당시 과학에 대한 도전이었고

구시대는 분노했습니다.

그리고 그 분노하는 구시대의 과학자들의 중심에는

물리학계의 거인, 아인슈타인이 있었습니다.

   

아인슈타인은 보어의 이론을 싫어했고, 반박하려 했습니다.

이상하게만 보이는 보어의 이론으로부터

질서와 논리가 있는 세계를 구해내려 했습니다.

   

하지만 보어는 멈추지 않았습니다.

1920년대, 아인슈타인은 보어의 이론을 반박하기 위해 노력했지만

번번히 실패했습니다.

그는 보어의 이론이 아무런 논리적 근거가 없다는 이유로

매우 맘에 들지 않아 했고, 그의 명성으로 인해

보어의 이론이 비 과학적이라고 생각하는 사람이 많았습니다.

   

그러던 어느 날, 1925년 한 편지가 아인슈타인에게 도착했습니다.

   

그 편지는 원자 구조를 기존에 확립된 전통 과학의 원리로

설명하는 내용 이었습니다.

아인슈타인은 매우 기뻤고, 친구들에게

"드디어 우주 원리의 베일을 벗겼다"

라고 설레발을 쳤죠 ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ

   

   

이 프랑스인이 누구냐하면.................

   

   

-다음시간에 ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ

   

   

Microsoft OneNote 2010을(를) 사용하여 작성했습니다.
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